特開 2024-168030 速度測定装置及び速度測定方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024168030

(43)【公開日】2024-12-05

(54)【発明の名称】速度測定装置及び速度測定方法

(51)【国際特許分類】

   G01P 3/36 20060101AFI20241128BHJP

【ＦＩ】

G01P3/36 A

【審査請求】未請求

【請求項の数】10

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023084413

(22)【出願日】2023-05-23

(71)【出願人】

【識別番号】000006666

【氏名又は名称】アズビル株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100079108

【弁理士】

【氏名又は名称】稲葉 良幸

(74)【代理人】

【識別番号】100109346

【弁理士】

【氏名又は名称】大貫 敏史

(74)【代理人】

【識別番号】100117189

【弁理士】

【氏名又は名称】江口 昭彦

(74)【代理人】

【識別番号】100134120

【弁理士】

【氏名又は名称】内藤 和彦

(72)【発明者】

【氏名】藤原 久利

(72)【発明者】

【氏名】古谷 雅

(57)【要約】

【課題】測定対象物が合焦点に配置されているか否かを把握できる速度測定装置を提供する。
【解決手段】光を測定対象物１０に照射するための照明光学系３１の光軸を挟んで対称的に配置された第１及び第２のシャッター３５、３６と、光を照射された測定対象物１０からの反射光を受光する結像レンズ４０を通過した反射光を受光する光検出器アレイ５０と、結像レンズ４０の光軸を挟んで対称的な光検出器アレイ５０の第１及び第２の受光領域５５、５６のそれぞれから第１及び第２の受光強度を受信し、第１及び第２の受光強度の差に基づき、合焦位置からの測定対象物１０のズレを測定するズレ測定部３０１と、光検出器アレイ５０で受光された反射光を空間フィルタリングして得られる信号の周波数に基づき、測定対象物１０の速度を測定する速度測定部３０２と、を備える。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

光を測定対象物に照射するための照明光学系と、
前記照明光学系の光軸を挟んで対称的に配置された第１のシャッター及び第２のシャッターと、
前記光を照射された前記測定対象物からの反射光を受光する結像レンズと、
前記結合レンズを通過した前記反射光を受光する光検出器アレイと、
前記結像レンズの光軸を挟んで対称的な前記光検出器アレイの第１の受光領域及び第２の受光領域のそれぞれから第１の受光強度及び第２の受光強度を受信し、前記第１の受光強度及び前記第２の受光強度の差に基づき、前記結像レンズの合焦点からの前記測定対象物のズレを測定するズレ測定部と、
前記光検出器アレイで受光された前記反射光を空間フィルタリングして得られる信号の周波数に基づき、前記測定対象物の速度を測定する速度測定部と、
を備える、速度測定装置。

【請求項2】

前記ズレ測定部が前記第１の受光強度を受信する際、前記第１のシャッターが開き、前記第２のシャッターが閉じ、
前記ズレ測定部が前記第２の受光強度を受信する際、前記第２のシャッターが開き、前記第１のシャッターが閉じる、
請求項１に記載の速度測定装置。

【請求項3】

前記速度測定部が前記測定対象物の速度を測定する際、前記第１のシャッター及び前記第２のシャッターが開く、請求項１に記載の速度測定装置。

【請求項4】

前記測定対象物が前記結像レンズの合焦点に配置されている場合、前記第１のシャッターを通過した光による前記測定対象物から反射光が前記第１の受光領域で受光され、前記第２のシャッターを通過した光による前記測定対象物から反射光が前記第２の受光領域で受光され、前記第１の受光強度及び前記第２の受光強度が等しくなるよう、前記照明光学系、前記第１のシャッター、前記第２のシャッター、前記結像レンズ、及び前記光検出器アレイが配置されている、請求項１に記載の速度測定装置。

【請求項5】

前記第１のシャッター及び前記第２のシャッターが、前記照明光学系の光軸に対して垂直である、請求項１に記載の速度測定装置。

【請求項6】

前記第１の受光領域及び前記第２の受光領域が、前記結像レンズの光軸に対して垂直である、請求項１に記載の速度測定装置。

【請求項7】

前記第１のシャッター及び前記第２のシャッターの境界が、前記第１の受光領域及び前記第２の受光領域の境界と平行である、請求項１に記載の速度測定装置。

【請求項8】

光を測定対象物に照射するための照明光学系と、前記照明光学系の光軸を挟んで対称的に配置された第１のシャッター及び第２のシャッターと、前記光を照射された前記測定対象物からの反射光を受光する結像レンズと、前記結合レンズを通過した前記反射光を受光する光検出器アレイと、を備える速度測定装置を用意することと、
前記結像レンズの光軸を挟んで対称的な前記光検出器アレイの第１の受光領域及び第２の受光領域のそれぞれから第１の受光強度及び第２の受光強度を測定し、前記第１の受光強度及び前記第２の受光強度の差に基づき、前記結像レンズの合焦点からの前記測定対象物のズレを測定することと、
前記光検出器アレイで受光された前記反射光を空間フィルタリングして得られる信号の周波数に基づき、前記測定対象物の速度を測定することと、
を含む、速度測定方法。

【請求項9】

前記結像レンズの合焦点からの前記測定対象物のズレがなくなるよう、前記速度測定装置と前記測定対象物の相対距離を補正することをさらに含む、請求項８に記載の速度測定方法。

【請求項10】

前記結像レンズの合焦点からの前記測定対象物のズレを測定する際に、
前記第１のシャッターを開き、前記第２のシャッターを閉じて、前記第１の受光強度を測定し、
前記第２のシャッターを開き、前記第１のシャッターを閉じて、前記第２の受光強度を測定する、
請求項８に記載の速度測定方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、速度測定装置及び速度測定方法に関する。

【背景技術】

【0002】

測定対象物の移動速度を非接触で測定する方法が提案されている。非特許文献１は、測定対象の不規則な模様を空間フィルタに投影し、光電変換して得られた信号から特定の周期信号を抽出して、測定対象物の速度を求めることを記載している。空間フィルタを用いる速度測定方法において、速度を正確に測定するためには、空間フィルタ上に測定対象物の像が結像している必要がある。

【0003】

特許文献１は、速度測定のためのレンズと測定対象物との間の距離を検出する手段を有する速度計測装置を開示しており、距離を検出する手段の具体例として、超音波を利用した距離センサを開示している。特許文献２は、距離計測手段を有する速度計測装置を開示しており、距離計測手段の具体例として、速度計測のための光学系とは別の光学系で、被速度検出物で正規反射した光を受光器で受光し、受光強度が適切な範囲内であるか判断すること、あるいは被速度検出物で正規反射した光をラインセンサで受光し、被速度検出物の高さ情報を得ることを開示している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開平１－２２３３５７号公報

【特許文献2】特開平１－２０２６６８号公報

【非特許文献】

【0005】

【非特許文献1】Yoshihisa Aizu, Toshimitsu Asakura, Spatial Filtering Velocimetry: Fundamentals and Applications (Springer Series in Optical Sciences, 116), 2006

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

本発明は、測定対象物が合焦点に配置されているか否かを把握できる速度測定装置及び速度測定方法を提供することを目的の一つとする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明の態様に係る速度測定装置は、光を測定対象物に照射するための照明光学系と、照明光学系の光軸を挟んで対称的に配置された第１のシャッター及び第２のシャッターと、光を照射された測定対象物からの反射光を受光する結像レンズと、結合レンズを通過した反射光を受光する光検出器アレイと、結像レンズの光軸を挟んで対称的な光検出器アレイの第１の受光領域及び第２の受光領域のそれぞれから第１の受光強度及び第２の受光強度を受信し、第１の受光強度及び第２の受光強度の差に基づき、結像レンズの合焦点からの測定対象物のズレを測定するズレ測定部と、光検出器アレイで受光された反射光を空間フィルタリングして得られる信号の周波数に基づき、測定対象物の速度を測定する速度測定部と、を備える。

【0008】

上記の速度測定装置において、ズレ測定部が第１の受光強度を受信する際、第１のシャッターが開き、第２のシャッターが閉じ、ズレ測定部が第２の受光強度を受信する際、第２のシャッターが開き、第１のシャッターが閉じてもよい。

【0009】

上記の速度測定装置において、速度測定部が測定対象物の速度を測定する際、第１のシャッター及び第２のシャッターが開いてもよい。

【0010】

上記の速度測定装置において、測定対象物が結像レンズの合焦点に配置されている場合、第１のシャッターを通過した光による測定対象物から反射光が第１の受光領域で受光され、第２のシャッターを通過した光による測定対象物から反射光が第２の受光領域で受光され、第１の受光強度及び第２の受光強度が等しくなるよう、照明光学系、第１のシャッター、第２のシャッター、結像レンズ、及び光検出器アレイが配置されていてもよい。

【0011】

上記の速度測定装置において、第１のシャッター及び第２のシャッターが、照明光学系の光軸に対して垂直であってもよい。

【0012】

上記の速度測定装置において、第１の受光領域及び第２の受光領域が、結像レンズの光軸に対して垂直であってもよい。

【0013】

上記の速度測定装置において、第１のシャッター及び第２のシャッターの境界が、第１の受光領域及び第２の受光領域の境界と平行であってもよい。

【0014】

本発明の態様に係る速度測定方法は、光を測定対象物に照射するための照明光学系と、照明光学系の光軸を挟んで対称的に配置された第１のシャッター及び第２のシャッターと、光を照射された測定対象物からの反射光を受光する結像レンズと、結合レンズを通過した反射光を受光する光検出器アレイと、を備える速度測定装置を用意することと、結像レンズの光軸を挟んで対称的な光検出器アレイの第１の受光領域及び第２の受光領域のそれぞれから第１の受光強度及び第２の受光強度を測定し、第１の受光強度及び第２の受光強度の差に基づき、結像レンズの合焦点からの測定対象物のズレを測定することと、光検出器アレイで受光された反射光を空間フィルタリングして得られる信号の周波数に基づき、測定対象物の速度を測定することと、を含む。

【0015】

上記の速度測定方法が、結像レンズの合焦点からの測定対象物のズレがなくなるよう、速度測定装置と測定対象物の相対距離を補正することをさらに含んでいてもよい。

【0016】

上記の速度測定方法において、結像レンズの合焦点からの測定対象物のズレを測定する際に、第１のシャッターを開き、第２のシャッターを閉じて、第１の受光強度を測定し、第２のシャッターを開き、第１のシャッターを閉じて、第２の受光強度を測定してもよい。

【0017】

上記の速度測定方法において、測定対象物の速度を測定する際、第１のシャッター及び第２のシャッターを開いてもよい。

【0018】

上記の速度測定方法において、測定対象物が結像レンズの合焦点に配置されている場合、第１のシャッターを通過した光による測定対象物から反射光が第１の受光領域で受光され、第２のシャッターを通過した光による測定対象物から反射光が第２の受光領域で受光され、第１の受光強度及び第２の受光強度が等しくなるよう、照明光学系、第１のシャッター、第２のシャッター、結像レンズ、及び光検出器アレイが配置されていてもよい。

【0019】

上記の速度測定方法において、第１のシャッター及び第２のシャッターが、照明光学系の光軸に対して垂直であってもよい。

【0020】

上記の速度測定方法において、第１の受光領域及び第２の受光領域が、結像レンズの光軸に対して垂直であってもよい。

【0021】

上記の速度測定方法において、第１のシャッター及び第２のシャッターの境界が、第１の受光領域及び第２の受光領域の境界と平行であってもよい。

【発明の効果】

【0022】

本発明によれば、測定対象物が合焦点に配置されているか否かを把握できる速度測定装置及び速度測定方法を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0023】

【図1】図１は、実施形態に係る速度測定装置を示す模式的側面図である。

【図2】図２は、実施形態に係る光検出器アレイを示す模式図である。

【図3】図３は、実施形態に係る測定対象物の結像レンズからの距離と、第１の受光強度Ｉ１及び第２の受光強度Ｉ２と、の関係を示す模式的なグラフである。

【図4】図４は、実施形態に係る測定対象物の結像レンズからの距離と、第１の受光強度Ｉ１及び第２の受光強度Ｉ２の差と、の関係を示す模式的なグラフである。

【図5】図５は、実施形態に係る速度測定装置が備える回路の模式図である。

【図6】図６は、実施形態に係る速度測定装置が備える回路のタイミングチャートの例である。

【発明を実施するための形態】

【0024】

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。ただし、図面は模式的なものである。したがって、具体的な寸法等は以下の説明を照らし合わせて判断するべきものである。また、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることはもちろんである。

【0025】

実施形態に係る速度測定装置は、図１に示すように、光を測定対象物１０に照射するための照明光学系３１と、照明光学系３１の光軸を挟んで対称的に配置された第１のシャッター３５及び第２のシャッター３６と、光を照射された測定対象物１０からの反射光を受光する結像レンズ４０と、結像レンズ４０を通過した反射光を受光する光検出器アレイ５０と、を備える。

【0026】

実施形態に係る速度測定装置は、さらに、結像レンズ４０の光軸を挟んで対称的な光検出器アレイ５０の第１の受光領域５５及び第２の受光領域５６のそれぞれから第１の受光強度及び第２の受光強度を受信し、第１の受光強度及び第２の受光強度の差に基づき、結像レンズ４０の合焦点からの測定対象物１０のズレを測定するズレ測定部３０１と、光検出器アレイ５０で受光された反射光を空間フィルタリングして得られる信号の周波数に基づき、測定対象物１０の速度を測定する速度測定部３０２と、を備える。ズレ測定部３０１と速度測定部３０２は、例えば、中央演算処理装置（ＣＰＵ）３００に含まれる。

【0027】

測定対象物１０の表面には微細な凹凸があってもよい。測定対象物１０の表面には模様があってもよい。測定対象物１０は、被測定面に対して平行に移動する。測定対象物１０は、速度測定装置に対して相対的に移動する。例えば、速度測定装置が静置され、測定対象物１０が移動してもよいし、測定対象物１０が静置され、速度測定装置が移動してもよい。速度測定装置が静置され、測定対象物１０が移動する場合、測定対象物１０の例としては、フィルム、及び不織布等が挙げられるが、特に限定されない。測定対象物１０が静置され、速度測定装置が移動する場合、測定対象物１０の例としては、路面が挙げられるが、特に限定されない。

【0028】

実施形態に係る速度測定装置は、測定対象物１０に光を照射する光源３０をさらに備えていてもよい。光源３０としては、レーザー及び発光ダイオード（ＬＥＤ）が使用可能であるが、特に限定されない。光源３０は点光源であってもよいし、面光源であってもよい。光の強度は、例えば、一定である。

【0029】

照明光学系３１は、例えば、光源３０が発した光を平行光にする第１のレンズ３２と、第１のシャッター３５及び第２のシャッター３６を通過した光が通過する第２のレンズ３３と、を備えていてもよい。照明光学系３１の光軸は、例えば、測定対象物１０と斜めに交わる。結像レンズ４０の光軸は、例えば、測定対象物１０と直角に交わる。照明光学系３１の光軸と、結像レンズ４０の光軸と、は、非平行であり、一点で交わる。照明光学系３１の光軸と結像レンズ４０の光軸との交点は、合焦点であり、測定対象物１０が合焦点にある場合、光検出器アレイ５０上に測定対象物１０の像が結像する。測定対象物１０が合焦点からずれている場合、光検出器アレイ５０上の測定対象物１０の像がぼやける。

【0030】

第１のシャッター３５及び第２のシャッター３６は、照明光学系３１の光軸に対して垂直である。第１のシャッター３５及び第２のシャッター３６は、それぞれ、開閉可能である。ズレ測定部３０１が合焦点からの測定対象物１０のズレを測定する場合、第１のシャッター３５が開く場合は第２のシャッター３６が閉じる。また、第２のシャッター３６が開く場合は第１のシャッター３５が閉じる。速度測定部３０２が測定対象物１０の速度を測定する場合、第１のシャッター３５及び第２のシャッター３６の両方が開く。例えば、第１のシャッター３５と測定対象物１０との間の距離は、第２のシャッター３６と測定対象物１０との間の距離よりも短い。

【0031】

光検出器アレイ５０は、図２に示すように、縞状に配置された複数の光検出器５２Ａ、５２Ｂ、５２Ｃ・・・を備える。複数の光検出器５２Ａ、５２Ｂ、５２Ｃ・・・のそれぞれは、画素であり得る。複数の光検出器５２Ａ、５２Ｂ、５２Ｃ・・・のそれぞれは、フォトダイオード等の光電変換素子であり得る。縞状に配置された複数の光検出器５２Ａ、５２Ｂ、５２Ｃ・・・は、空間フィルタをなしている。

【0032】

図１に示す光検出器アレイ５０の第１の受光領域５５及び第２の受光領域５６は、結像レンズ４０の光軸に対して垂直である。第１のシャッター３５及び第２のシャッター３６の境界と、光検出器アレイ５０の第１の受光領域５５及び第２の受光領域５６の境界と、は、平行である。図２に示す複数の光検出器５２Ａ、５２Ｂ、５２Ｃ・・・は二つのグループに分けられ、第１のグループの複数の光検出器は第１の受光領域５５に含まれ、第２のグループの複数の光検出器は第２の受光領域５６に含まれる。

【0033】

第１の受光領域５５に含まれる複数の光検出器のそれぞれには、第１の受光強度Ｉ１の信号Ｓ１を取得するための信号線１５１が接続されている。第１の受光領域５５に含まれる複数の光検出器のそれぞれと、信号線１５１と、の間には、スイッチが設けられていてもよい。信号線１５１には、第１の受光強度Ｉ１の信号Ｓ１を増幅するための増幅器１６１が設けられていてもよい。第２の受光領域５６に含まれる複数の光検出器のそれぞれには、第２の受光強度Ｉ２の信号Ｓ２を取得するための信号線１５２が接続されている。第２の受光領域５６に含まれる複数の光検出器のそれぞれと、信号線１５２と、の間には、スイッチが設けられていてもよい。信号線１５２には、第２の受光強度Ｉ２の信号Ｓ２を増幅するための増幅器１６２が設けられていてもよい。

【0034】

例えば、照明光学系３１の光軸に対して第１のシャッター３５が位置する側と、結像レンズ４０の光軸に対して第１の受光領域５５が位置する側は同じである。例えば、照明光学系３１の光軸に対して第２のシャッター３６が位置する側と、結像レンズ４０の光軸に対して第２の受光領域５６が位置する側は同じである。

【0035】

測定対象物１０が合焦点にあり、第２のシャッター３６が閉じている場合、開いている第１のシャッター３５を通過し、測定対象物１０上で反射した光は、第１の受光領域５５で受光される。測定対象物１０が合焦点にあり、第１のシャッター３５が閉じている場合、開いている第２のシャッター３６を通過し、測定対象物１０上で反射した光は、第２の受光領域５６で受光される。

【0036】

ズレ測定部３０１は、第１のシャッター３５を開き、第２のシャッター３６を閉じる。この場合、ズレ測定部３０１は、第１の受光領域５５に含まれる複数の光検出器と信号線１５１の間のスイッチを接続し、第２の受光領域５６に含まれる複数の光検出器と信号線１５２の間のスイッチを切断し、第１の受光領域５５に含まれる複数の光検出器から第１の受光強度Ｉ１の信号Ｓ１を受信し、第２の受光領域５６に含まれる複数の光検出器から第２の受光強度Ｉ２の信号Ｓ２を受信しない。

【0037】

また、ズレ測定部３０１は、第２のシャッター３６を開き、第１のシャッター３５を閉じる。この場合、ズレ測定部３０１は、第２の受光領域５６に含まれる複数の光検出器と信号線１５２の間のスイッチを接続し、第１の受光領域５５に含まれる複数の光検出器と信号線１５１の間のスイッチを切断し、第２の受光領域５６に含まれる複数の光検出器から第２の受光強度Ｉ２の信号Ｓ２を受信し、第１の受光領域５５に含まれる複数の光検出器から第１の受光強度Ｉ１の信号Ｓ１を受信しない。

【0038】

ズレ測定部３０１は、第１の受光強度Ｉ１と第２の受光強度Ｉ２の差を受信する。ここで、測定対象物１０が合焦点にある場合、第１のシャッター３５を通過し、測定対象物１０上で反射した光と、第２のシャッター３６を通過し、測定対象物１０上で反射した光と、の境界は、光検出器アレイ５０の第１の受光領域５５と第２の受光領域５６の境界と一致する。そのため、図３に示すように、第２のシャッター３６を閉じ第１のシャッター３５を開いているときの第１の受光強度Ｉ１と、第１のシャッター３５を閉じ第２のシャッター３６を開いているときの第２の受光強度Ｉ２と、は等しくなるため、図４に示すように、第１の受光強度Ｉ１と第２の受光強度Ｉ２の差はゼロになる。

【0039】

測定対象物１０が合焦点よりも結像レンズ４０に近い場合、例えば、第１の受光強度Ｉ１が第２の受光強度Ｉ２より大きくなり、第２の受光強度Ｉ２と第１の受光強度Ｉ１の差はゼロにならず、負の値をとり得る。測定対象物１０が合焦点よりも結像レンズ４０から遠い場合、例えば、第２の受光強度Ｉ２が第１の受光強度Ｉ１より大きくなり、第２の受光強度Ｉ２と第１の受光強度Ｉ１の差はゼロにならず、正の値をとり得る。

【0040】

図１に示すズレ測定部３０１は、例えば、下記（１）式に示すような、測定対象物１０の結像レンズ４０からの距離ｘと、第１の受光強度Ｉ１と第２の受光強度Ｉ２の差ｙと、の関係を記憶する。
ｘ＝ｆ（ｙ） （１）
ズレ測定部３０１は、例えば、測定対象物１０の結像レンズ４０からの距離ｘと、第１の受光強度Ｉ１と第２の受光強度Ｉ２の差ｙと、の関係と、第１の受光強度Ｉ１と第２の受光強度Ｉ２の差の測定値と、に基づいて、測定対象物１０の結像レンズ４０からの距離の測定値ｘｍを算出する。

【0041】

ズレ測定部３０１は、さらに、結像レンズ４０から合焦点までの距離ｘｒと、結像レンズ４０から測定対象物１０までの距離の測定値ｘｍと、の差に基づき、結像レンズ４０の合焦点からの測定対象物１０のズレを算出する。ズレ測定部３０１は、例えば、結像レンズ４０の合焦点からの測定対象物１０のズレを、出力装置４０２に出力する。出力装置４０２としては、例えば、表示装置が使用可能である。出力装置４０２に出力されたズレに基づいて、当該ズレがなくなるよう、速度測定装置と測定対象物１０の相対距離を補正することにより、測定対象物１０の速度を正確に測定することが可能である。

【0042】

実施形態に係る速度測定装置は、光検出器アレイ５０とズレ測定部３０１の間に、図５に示すズレ測定用回路５００を備えていてもよい。ズレ測定用回路５００は、第１の受光強度Ｉ１の信号Ｓ１が入力される第１のサンプル＆ホールド回路５０１と、第２の受光強度Ｉ２の信号Ｓ２が入力される第２のサンプル＆ホールド回路５０２と、を備える。第１のサンプル＆ホールド回路５０１の出力は、スイッチＳＷ３を介してオペアンプ５０３に接続されている。第２のサンプル＆ホールド回路５０２の出力は、スイッチＳＷ４を介してオペアンプ５０３に接続されている。オペアンプ５０３の出力には、スイッチＳＷ５を介して増幅器５０４が接続されている。

【0043】

ズレ測定用回路５００の動作を、図６に示すタイミングチャートを参照して説明する。ズレ測定部３０１は、第１のシャッター３５を開き、第２のシャッター３６を閉じる。また、ズレ測定部３０１は、第１の受光領域５５に含まれる複数の光検出器と信号線１５１の間のスイッチを接続し、第２の受光領域５６に含まれる複数の光検出器と信号線１５２の間のスイッチを切断する。さらに、ズレ測定部３０１は、第１のサンプル＆ホールド回路５０１のスイッチＳＷ１とスイッチＳＷ３、ＳＷ４を接続し、スイッチＳＷ２、ＳＷ５を切断する。これにより、第１のサンプル＆ホールド回路５０１に、第１の受光強度Ｉ１の信号Ｓ１が入力され、コンデンサ５１１に第１の受光強度Ｉ１の信号Ｓ１が蓄積される。次に、ズレ測定部３０１は、第１のサンプル＆ホールド回路５０１のスイッチＳＷ１を切断する。これにより、コンデンサ５１１に第１の受光強度Ｉ１の信号Ｓ１が保持される。

【0044】

次に、ズレ測定部３０１は、第２のシャッター３６を開き、第１のシャッター３５を閉じる。また、ズレ測定部３０１は、第２の受光領域５６に含まれる複数の光検出器と信号線１５２の間のスイッチを接続し、第１の受光領域５５に含まれる複数の光検出器と信号線１５１の間のスイッチを切断する。さらに、ズレ測定部３０１は、第２のサンプル＆ホールド回路５０２のスイッチＳＷ２を接続する。これにより、第２のサンプル＆ホールド回路５０２に、第２の受光強度Ｉ２の信号Ｓ２が入力される。

【0045】

次に、ズレ測定部３０１は、スイッチＳＷ５を接続する。これにより、第１の受光強度Ｉ１の信号Ｓ１と第２の受光強度Ｉ２の信号Ｓ２との差分信号ＳＤが、オペアンプ５０３から増幅器５０４に出力され、増幅器５０４で増幅された差分信号ＳＤは、ズレ測定部３０１に出力される。また、差分信号ＳＤは、コンデンサ５０５に蓄積される。次に、ズレ測定部３０１は、スイッチＳＷ５を切断する。これにより、コンデンサ５０５に差分信号ＳＤが保持される。

【0046】

次に、ズレ測定部３０１は、スイッチＳＷ３とスイッチＳＷ４のそれぞれを、抵抗を介してグランドに接続する。これにより、コンデンサ５１１、５２１に保持されていた信号が消失し、第１の受光強度Ｉ１の信号Ｓ１と第２の受光強度Ｉ２の信号Ｓ２がゼロにリセットされる。ズレ測定部３０１は、差分信号ＳＤを再度取得する場合は、ズレ測定用回路５００に上記の動作を繰り返させる。

【0047】

図１に示す速度測定部３０２は、空間フィルタ法により、速度を測定する。速度測定部３０２は、図２に示す縞状に並んでいる複数の光検出器５２Ａ、５２Ｂ、５２Ｃ・・・のうち、例えば奇数番号の光検出器から出力された信号ＳＯと、偶数番号の光検出器から出力された信号ＳＥと、の差動出力を受信する。例えば、奇数番号の光検出器には、信号線１５３が接続されている。奇数番号の光検出器に接続する信号線１５３には、スイッチが設けられていてもよい。例えば、偶数番号の光検出器には、信号線１５４が接続されている。偶数番号の光検出器に接続する信号線１５４には、スイッチが設けられていてもよい。

【0048】

速度測定部３０２が速度を測定する際には、奇数番号の光検出器に接続する信号線１５３に設けられたスイッチと、偶数番号の光検出器に接続する信号線１５４に設けられたスイッチが接続され、第１の受光領域５５に含まれる複数の光検出器と信号線１５１の間のスイッチと、第２の受光領域５６に含まれる複数の光検出器と信号線１５２の間のスイッチが切断される。

【0049】

ズレ測定部３０１がズレを測定する際は、奇数番号の光検出器に接続する信号線１５３に設けられたスイッチと、偶数番号の光検出器に接続する信号線１５４に設けられたスイッチが切断される。

【0050】

速度測定部３０２が速度を測定する際、奇数番号の光検出器から出力された信号ＳＯの周波数は、測定対象物１０の速度と、奇数番号の光検出器のピッチに比例する。偶数番号の光検出器から出力された信号ＳＥの周波数は、奇数番号の光検出器から出力された信号ＳＯの周波数と同じであり、偶数番号の光検出器から出力された信号ＳＥの位相は、奇数番号の光検出器から出力された信号ＳＯの位相の逆相である。

【0051】

信号線１５３、１５４には、奇数番号の光検出器から出力された信号ＳＯと、偶数番号の光検出器から出力された信号ＳＥと、の差分信号を出力するオペアンプ１６３が接続されている。速度測定部３０２は、例えば、オペアンプ１６３から差分信号を受信する。差分信号においては、奇数番号の光検出器から出力された信号ＳＯが含むバイアス成分と、偶数番号の光検出器から出力された信号ＳＥが含むバイアス成分が除去される。また、差分信号の振幅は、奇数番号の光検出器から出力された信号ＳＯの振幅の２倍であり、偶数番号の光検出器から出力された信号ＳＥの振幅の２倍である。

【0052】

図1に示す速度測定部３０２は、例えば、差分信号を所定の時間蓄積し、蓄積した差分信号を高速フーリエ変換（ＦＦＴ）処理して、周波数スペクトル（振幅スペクトル）を算出する。周波数スペクトルにおいて、ゼロ付近を除いて振幅のピークを与える正の周波数が、差分信号の周波数Ｆである。なお、スペクトルはパワースペクトルでもよい。

【0053】

速度測定部３０２は、例えば下記（２）式を用いて、測定対象物１０の速度Ｖ１を算出する。
Ｖ１＝ＦＰ／Ｍ （２）
ここで、Ｐは、奇数番号の光検出器のピッチであり、偶数番号の光検出器のピッチである。Ｍは、結像レンズ４０による倍率である。なお、速度Ｖ１の算出には、信号の周波数Ｆの代わりに信号の周期を用いてもよい。

【0054】

上記のように本発明を実施形態によって記載したが、この開示の一部をなす記述及び図面はこの発明を限定するものであると理解するべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施形態、実施例及び運用技術が明らかになるはずである。例えば、図１に示す速度測定部３０２が、奇数番号の光検出器から出力された信号ＳＯと、偶数番号の光検出器から出力された信号ＳＥと、の差分信号の周波数を算出し、差分信号の周波数に基づいて、測定対象物１０の速度Ｖ１を算出する例を説明した。

【0055】

これに対し、差分信号を算出せず、奇数番号の光検出器から出力された信号ＳＯのみに基づいて信号の周波数を算出し、当該信号の周波数に基づいて、測定対象物１０の速度Ｖ１を算出してもよい。あるいは、偶数番号の光検出器から出力された信号ＳＥのみに基づいて信号の周波数を算出し、当該信号の周波数に基づいて、測定対象物１０の速度Ｖ１を算出してもよい。ただし、差分信号を用いたほうが、バイアス成分が除去されるため、測定精度は高くなる。このように、本発明はここでは記載していない様々な実施形態等を包含するということを理解すべきである。

【符号の説明】

【0056】

１０・・・測定対象物、３０・・・光源、３１・・・照明光学系、３２・・・第１のレンズ、３３・・・第２のレンズ、３５・・・第１のシャッター、３６・・・第２のシャッター、４０・・・結像レンズ、５０・・・光検出器アレイ、５２・・・光検出器、５５・・・第１の受光領域、５６・・・第２の受光領域、１５１、１５２、１５３、１５４・・・信号線、１６１、１６２・・・増幅器、１６３・・・オペアンプ、３０１・・・ズレ測定部、３０２・・・速度測定部、４０２・・・出力装置、５００・・・ズレ測定用回路、５０１・・・第１のホールド回路、５０２・・・第２のホールド回路、５０３・・・オペアンプ、５０４・・・増幅器、５０５・・・コンデンサ、５１１・・・コンデンサ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】