特開 2024-170801 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】P2024170801

(43)【公開日】2024-12-11

(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 20060101AFI20241204BHJP

   G01B 11/26 20060101ALI20241204BHJP

【ＦＩ】

G01P3/36 A

G01B11/26 Z

【審査請求】未請求

【請求項の数】9

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023087530

(22)【出願日】2023-05-29

(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

【テーマコード（参考）】

2F065

【Ｆターム（参考）】

2F065AA06

2F065AA31

2F065BB15

2F065FF04

2F065FF44

2F065HH12

2F065HH14

2F065JJ26

2F065MM02

2F065QQ25

2F065QQ38

2F065RR06

(57)【要約】

【課題】測定対象物に対して適正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】第１の入射角θ₁で第１の光を測定対象物１０に照射するための第１の照明光学系３１Ａと、絶対値が第１の入射角と同じで符号が逆の第２の入射角θ₂で第２の光を測定対象物１０に照射するための第２の照明光学系３１Ｂと、第１の光又は第２の光を照射された測定対象物からの反射光を受光する受光光学系４０と、受光光学系４０を通過した反射光を受光する光検出器アレイ５０と、第１の光を照射したときの反射光の強度と、第２の光を照射したときの反射光の強度と、の差に基づき、受光光学系４０の光軸の、測定対象物１０の法線からのズレα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に基づき、測定対象物の速度を測定する速度測定部３０２と、を備える速度測定装置。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１の入射角で第１の光を測定対象物に照射するための第１の照明光学系と、
絶対値が前記第１の入射角と同じで符号が逆の第２の入射角で第２の光を前記測定対象物に照射するための第２の照明光学系と、
前記第１の光又は前記第２の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受光光学系と、
前記受光光学系を通過した前記反射光を受光する光検出器アレイと、
前記第１の光を照射したときに前記光検出器アレイで受光された前記反射光の強度と、前記第２の光を照射したときに前記光検出器アレイで受光された前記反射光の強度と、の差に基づき、前記受光光学系の光軸の、前記測定対象物の法線から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】

前記受光光学系の光軸の、前記測定対象物の法線からのズレがない場合、前記第１の光を照射したときに前記光検出器アレイで受光された前記反射光の強度と、前記第２の光を照射したときに前記光検出器アレイで受光された前記反射光の強度と、の差が０になるよう、前記第１の照明光学系、前記第２の照明光学系、及び受光光学系が配置されている、請求項１に記載の速度測定装置。

【請求項3】

前記受光光学系の光軸の、前記測定対象物の法線からのズレを出力する出力装置をさらに備える、請求項１に記載の速度測定装置。

【請求項4】

前記速度測定部が、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、請求項１に記載の速度測定装置。

【請求項5】

前記速度測定部が、第１の時間において前記光検出器アレイで撮像された前記反射光による第１の光分布と、第２の時間において前記光検出器アレイで撮像された前記反射光による第２の光分布と、を比較して、前記第１の時間から前記第２の時間の間における前記測定対象物の移動量を算出し、前記移動量に基づき、前記測定対象物の速度を測定する、請求項１に記載の速度測定装置。

【請求項6】

第１の入射角で第１の光を測定対象物に照射するための第１の照明光学系と、絶対値が前記第１の入射角と同じで符号が逆の第２の入射角で第２の光を前記測定対象物に照射するための第２の照明光学系と、前記第１の光又は前記第２の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受光光学系と、前記受光光学系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、
前記第１の光を照射したときに前記光検出器アレイで受光された前記反射光の強度と、前記第２の光を照射したときに前記光検出器アレイで受光された前記反射光の強度と、の差に基づき、前記受光光学系の光軸の、前記測定対象物の法線から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7】

前記受光光学系の光軸の、前記測定対象物の法線からのズレがない場合、前記第１の光を照射したときに前記光検出器アレイで受光された前記反射光の強度と、前記第２の光を照射したときに前記光検出器アレイで受光された前記反射光の強度と、の差が０になるよう、前記第１の照明光学系、前記第２の照明光学系、及び受光光学系が配置されている、請求項６に記載の速度測定方法。

【請求項8】

前記受光光学系の光軸の、前記測定対象物の法線からのズレを出力することをさらに含む、請求項６に記載の速度測定方法。

【請求項9】

前記受光光学系の光軸の、前記測定対象物の法線からのズレがなくなるよう、前記受光光学系の光軸の方向を補正することをさらに含む、請求項６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。特許文献１は、測定対象物の基準画像データと測定画像データに共通する注目部分を抽出比較して、基準画像と測定画像のずれ量を求めることにより、測定対象の変位量を算出する変位測定装置を記載している。特許文献１に記載の方法は、パターンマッチング法とも呼ばれる。特許文献２は、物体までの距離と傾き角度を検出する方法を開示している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２００１－２４１９１９号公報

【特許文献2】特開平１１－２５７９１７号公報

【非特許文献】

【0004】

【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】

【0005】

本発明は、測定対象物に対して適正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】

【0006】

本発明の態様に係る速度測定装置は、第１の入射角で第１の光を測定対象物に照射するための第１の照明光学系と、絶対値が第１の入射角と同じで符号が逆の第２の入射角で第２の光を測定対象物に照射するための第２の照明光学系と、第１の光又は第２の光を照射された測定対象物からの反射光を受光する受光光学系と、受光光学系を通過した反射光を受光する光検出器アレイと、第１の光を照射したときに光検出器アレイで受光された反射光の強度と、第２の光を照射したときに光検出器アレイで受光された反射光の強度と、の差に基づき、受光光学系の光軸の、測定対象物の法線から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。

【0007】

上記の速度測定装置において、第１の光の強度と第２の光の強度が同じであってもよい。

【0008】

上記の速度測定装置において、受光光学系の光軸の、測定対象物の法線からのズレがない場合、第１の光を照射したときに光検出器アレイで受光された反射光の強度と、第２の光を照射したときに光検出器アレイで受光された反射光の強度と、の差が０になるよう、第１の照明光学系、第２の照明光学系、及び受光光学系が配置されていてもよい。

【0009】

上記の速度測定装置が、受光光学系の光軸の、測定対象物の法線からのズレを出力する出力装置をさらに備えていてもよい。

【0010】

上記の速度測定装置において、速度測定部が、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してもよい。

【0011】

上記の速度測定装置において、速度測定部が、第１の時間において光検出器アレイで撮像された反射光による第１の光分布と、第２の時間において光検出器アレイで撮像された反射光による第２の光分布と、を比較して、第１の時間から第２の時間の間における測定対象物の移動量を算出し、移動量に基づき、測定対象物の速度を測定してもよい。

【0012】

本発明の態様に係る速度測定方法は、第１の入射角で第１の光を測定対象物に照射するための第１の照明光学系と、絶対値が第１の入射角と同じで符号が逆の第２の入射角で第２の光を測定対象物に照射するための第２の照明光学系と、第１の光又は第２の光を照射された測定対象物からの反射光を受光する受光光学系と、受光光学系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、第１の光を照射したときに光検出器アレイで受光された反射光の強度と、第２の光を照射したときに光検出器アレイで受光された反射光の強度と、の差に基づき、受光光学系の光軸の、測定対象物の法線から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に基づき、測定対象物の速度を測定することと、を含む。

【0013】

上記の速度測定方法において、受光光学系の光軸の、測定対象物の法線からのズレがない場合、第１の光を照射したときに光検出器アレイで受光された反射光の強度と、第２の光を照射したときに光検出器アレイで受光された反射光の強度と、の差が０になるよう、第１の照明光学系、第２の照明光学系、及び受光光学系が配置されていてもよい。

【0014】

上記の速度測定方法が、受光光学系の光軸の、測定対象物の法線からのズレを出力することをさらに含んでいてもよい。

【0015】

上記の速度測定方法が、受光光学系の光軸の、測定対象物の法線からのズレがなくなるよう、受光光学系の光軸の方向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、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してもよい。

【0017】

上記の速度測定方法において、第１の時間において光検出器アレイで撮像された反射光による第１の光分布と、第２の時間において光検出器アレイで撮像された反射光による第２の光分布と、を比較して、第１の時間から第２の時間の間における測定対象物の移動量を算出し、移動量に基づき、測定対象物の速度を測定してもよい。

【発明の効果】

【0018】

本発明によれば、測定対象物に対して適正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】

【0019】

【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、実施形態に係る受光光学系の光軸の、測定対象物の法線からのズレと、測定対象物からの反射光の強度と、の関係を示す模式的なグラフである。

【図3】図３は、実施形態に係る受光光学系の光軸の、測定対象物の法線からのズレと、第１の光の反射光の強度と第２の光の反射光の強度の差と、の関係を示す模式的なグラフである。

【図4】図４は、実施形態に係る速度測定装置が備える回路の模式図である。

【図5】図５は、実施形態に係る速度測定装置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】

【0020】

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。

【0021】

実施形態に係る速度測定装置は、図１に示すように、第１の入射角θ₁で第１の光を測定対象物１０に照射するための第１の照明光学系３１Ａと、絶対値が第１の入射角と同じで符号が逆の第２の入射角θ₂（＝－θ₁）で第２の光を測定対象物１０に照射するための第２の照明光学系３１Ｂと、第１の光又は第２の光を照射された測定対象物からの反射光を受光する受光光学系４０と、受光光学系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。

【0022】

実施形態に係る速度測定装置は、さらに、第１の光を照射したときに光検出器アレイ５０で受光された反射光の強度と、第２の光を照射したときに光検出器アレイ５０で受光された反射光の強度と、の差に基づき、受光光学系４０の光軸の、測定対象物１０の法線からのズレα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に基づき、測定対象物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。

【0023】

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。

【0024】

第１の照明光学系３１Ａは、測定対象物１０に第１の光を照射する第１の光源３０Ａを備えていてもよい。第２の照明光学系３１Ｂは、測定対象物１０に第２の光を照射する第２の光源３０Ｂを備えていてもよい。第１の光源３０Ａが発する第１の光の強度と、第２の光源３０Ｂが発する第２の光の強度と、は、例えば、同じである。第１の光の強度と第２の光の強度は、例えば、一定である。第１の光源３０Ａ及び第２の光源３０Ｂ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。第１の光源３０Ａ及び第２の光源３０Ｂは点光源であってもよいし、面光源であってもよい。

【0025】

第１の照明光学系３１Ａは、例えば、第１の光源３０Ａが発した第１の光を平行光にする第１のレンズ３２Ａを備えていてもよい。第１の照明光学系３１Ａの光軸は、測定対象物１０と斜めに交わる。第２の照明光学系３１Ｂは、例えば、第２の光源３０Ｂが発した第２の光を平行光にする第２のレンズ３２Ｂを備えていてもよい。第２の照明光学系３１Ｂの光軸は、測定対象物１０と斜めに交わる。測定対象物１０に到達したときの第１の光の強度と、測定対象物１０に到達したときの第２の光の強度と、は、例えば、同じである。

【0026】

受光光学系４０は、例えば、測定対象物１０からの反射光を集光するレンズ４１と、レンズ４１で集光された反射光を平行光にするレンズ４２と、を備えていてもよい。第１の照明光学系３１Ａの光軸と、受光光学系４０の光軸と、は、非平行であり、一点で交わる。また、第２の照明光学系３１Ｂの光軸と、受光光学系４０の光軸と、は、非平行であり、一点で交わる。受光光学系４０の光軸は、好ましくは、測定対象物１０と直角に交わり、測定対象物１０の表面の法線と平行である。

【0027】

受光光学系４０の光軸の方向が測定対象物１０の表面の法線の方向からズレると、光検出器アレイ５０における測定対象物１０の像の倍率が位置によって変化し得る。像の倍率が位置によって変化すると、測定対象物１０の速度の正確な測定が妨げられ得る。また、受光光学系４０の光軸の方向が測定対象物１０の表面の法線の方向からズレると、受光光学系４０の被写界深度が、測定対象物１０の位置によって変化し得る。測定対象物１０の一部が被写界深度から外れると、後述する空間フィルタ法に用いられる光検出器アレイ５０から出力される周波数信号が低下し、Ｓ／Ｎ比が低下して、速度の測定誤差が大きくなり得る。

【0028】

光検出器アレイ５０は、例えば、縞状に配置された複数の光検出器を備える。複数の光検出器のそれぞれは、画素であり得る。複数の光検出器のそれぞれは、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が、空間フィルタをなしていてもよい。

【0029】

例えば、測定対象物１０の表面が完全拡散面であり、測定対象物１０からの反射光がランバート分布に従う場合、反射光の強度は、測定対象物１０に照射された光の入射角のコサイン関数で与えられる。なお、測定対象物１０の表面が完全拡散面でなくとも、反射光の強度は、コサイン関数に近似し得る。測定対象物１０の法線と受光光学系４０の光軸がなす角度αに対して、光検出器アレイ５０で受光される第１の光の反射光の強度Ｉ₁の分布と、光検出器アレイ５０で受光される第２の光の反射光の強度Ｉ₂の分布と、は、図２に示すように、０°の角度αを挟んで対称になる。

【0030】

そのため、第１の光の反射光の強度Ｉ₁と第２の光の反射光の強度Ｉ₂の差Ｉ₁－Ｉ₂は、図３に示すように、角度αが０°のときに０になり、角度αの絶対値が大きくなるほど、Ｉ₁－Ｉ₂の絶対値は大きくなる。したがって、Ｉ₁－Ｉ₂が０であることは、受光光学系４０の光軸が測定対象物１０の法線と平行であることを示す。Ｉ₁－Ｉ₂の絶対値の大きさは、受光光学系４０の光軸の、測定対象物１０の法線からのズレαの大きさを示す。

【0031】

図１に示すズレ測定部３０１は、第２の光源３０Ｂを点灯せずに第１の光源３０Ａを点灯する。この場合、光検出器アレイ５０は、第１の光の反射光の強度Ｉ₁の信号を出力する。また、ズレ測定部３０１は、第１の光源３０Ａを点灯せずに第２の光源３０Ｂを点灯する。この場合、光検出器アレイ５０は、第２の光の反射光の強度Ｉ₂の信号を出力する。ズレ測定部３０１は、第１の光の反射光の強度Ｉ₁と第２の光の反射光の強度Ｉ₂の差Ｉ_D（＝Ｉ₁－Ｉ₂）を受信する。

【0032】

ズレ測定部３０１は、例えば、下記（１）式に示すような、第１の光の反射光の強度Ｉ₁と第２の光の反射光の強度Ｉ₂の差Ｉ_Dと、受光光学系４０の光軸の、測定対象物１０の法線からのズレαと、の関係を記憶する。
α＝ｆ（Ｉ_D） （１）
ズレ測定部３０１は、例えば、（１）式に示す関係と、第１の光の反射光の強度Ｉ₁と第２の光の反射光の強度Ｉ₂の差Ｉ_Dの測定値と、に基づいて、受光光学系４０の光軸の、測定対象物１０の法線からのズレαの測定値を算出する。

【0033】

ズレ測定部３０１は、例えば、受光光学系４０の光軸の、測定対象物１０の法線からのズレα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、測定対象物１０に対する受光光学系４０の光軸の方向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。

【0034】

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４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、光検出器アレイ５０から、第１の光の反射光の強度Ｉ₁の信号又は第２の光の反射光の強度Ｉ₂の信号を受信する増幅器５０１を備える。増幅器５０１には、スイッチＳＷ１を介して、第１の光の反射光の強度Ｉ₁の信号が入力される第１のサンプル＆ホールド回路５０２と、
第２の光の反射光の強度Ｉ₂の信号が入力される第２のサンプル＆ホールド回路５０３が接続されている。

【0035】

第１のサンプル＆ホールド回路５０２の出力は、スイッチＳＷ２を介してオペアンプ５０４に接続されている。第２のサンプル＆ホールド回路５０３の出力は、スイッチＳＷ３を介してオペアンプ５０４に接続されている。オペアンプ５０４の出力には、スイッチＳＷ４を介して増幅器５０６が接続されている。

【0036】

ズレ測定用回路５００の動作を、図５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２の光源３０Ｂを点灯せずに第１の光源３０Ａを点灯する。さらに、ズレ測定部３０１は、スイッチＳＷ１を第１のサンプル＆ホールド回路５０２に接続し、スイッチＳＷ２を接続し、スイッチＳＷ３を接続し、スイッチＳＷ４を切断する。これにより、第１のサンプル＆ホールド回路５０２に、第１の光の反射光の強度Ｉ₁の信号が入力され、コンデンサ５２１に第１の光の反射光の強度Ｉ₁の信号が蓄積、保持される。

【0037】

次に、ズレ測定部３０１は、第１の光源３０Ａを消灯し、スイッチＳＷ１を第２のサンプル＆ホールド回路５０３に接続し、スイッチＳＷ３を、抵抗を介してグランドに接続する。これにより、第２のサンプル＆ホールド回路５０３のコンデンサ５３１に保持されていた信号が消失する。

【0038】

ズレ測定部３０１は、第１の光源３０Ａを点灯せずに第２の光源３０Ｂを点灯する。さらに、ズレ測定部３０１は、スイッチＳＷ３を接続する。これにより、第２のサンプル＆ホールド回路５０３に、第２の光の反射光の強度Ｉ₂の信号が入力され、コンデンサ５３１に第２の光の反射光の強度Ｉ₂の信号が蓄積、保持される。

【0039】

次に、ズレ測定部３０１は、スイッチＳＷ４を接続する。これにより、第１の光の反射光の強度Ｉ₁の信号と第２の光の反射光の強度Ｉ₂の信号の差分信号ＳＤが、オペアンプ５０４から増幅器５０６に出力され、増幅器５０６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ＳＷ４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。

【0040】

次に、ズレ測定部３０１は、第２の光源３０Ｂを消灯し、スイッチＳＷ１を第１のサンプル＆ホールド回路５０２に接続し、スイッチＳＷ２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５２１に保持されていた信号が消失する。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。

【0041】

図１に示す速度測定部３０２が速度を測定する際、第１の光源３０Ａのみを点灯してもよいし、第２の光源３０Ｂのみを点灯してもよいし、第１の光源３０Ａ及び第２の光源３０Ｂを点灯してもよい。

【0042】

速度測定部３０２は、空間フィルタ法により、測定対象物１０の速度を測定してもよい。速度測定部３０２は、光検出器アレイ５０の縞状に並んでいる複数の光検出器のうち、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、の差分信号を受信する。

【0043】

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。

【0044】

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。

【0045】

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。

【0046】

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、受光光学系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。

【0047】

速度測定部３０２は、パターンマッチング法により、測定対象物１０の速度を測定してもよい。パターンマッチング法の例としては、特開２０００－２２１１３９号公報に記載されている位相限定相関法が挙げられる。速度測定部３０２は、例えば、光検出器アレイ５０が検出した反射光による光強度の分布を取得する。

【0048】

速度測定部３０２は、第１の時間に光検出器アレイ５０が検出した反射光による光強度の分布を、第１の光分布として、記憶する。第１の光分布は、例えば、ｆ１（ｘ）と表される。ここで、ｘは、光検出器アレイ５０が備える複数の光検出器の番号又は位置である。第１の光分布は、画像であり得る。また、光検出器アレイ５０は、第１の時間より後の第２の時間に光検出器アレイ５０が検出した反射光による光強度の分布を、第２の光分布として記憶する。第２の光分布は、例えば、ｆ２（ｘ）と表される。第２の光分布は、画像であり得る。

【0049】

速度測定部３０２は、第１の光分布と第２の光分布に共通する共通部分を比較し、第１の光分布から第２の光分布への共通部分の移動量を算出する。共通部分は、特徴部分であり得る。例えば、速度測定部３０２は、第１の光分布ｆ１（ｘ）を離散フーリエ変換処理し、第１のフーリエ変換データＦ１（ｕ）を算出する。ここで、ｕは、空間周波数である。また、速度測定部３０２は、第２の光分布ｆ２（ｘ）を離散フーリエ変換処理し、第２のフーリエ変換データＦ２（ｕ）を算出する。さらに、速度測定部３０２は、下記（３）式に示すように、第１のフーリエ変換データＦ１（ｕ）と第２のフーリエ変換データＦ２（ｕ）を合成して、第３のフーリエ変換データＦ３（ｕ）を算出する。
Ｆ３（ｕ）＝Ｆ１^*（ｕ）・Ｆ２（ｕ） （３）
^*は、複素共役を表す。

【0050】

速度測定部３０２は、第３のフーリエ変換データＦ３（ｕ）を位相限定処理し、下記（４）式で与えられる第４のフーリエ変換データＦ４（ｕ）を算出する。
Ｆ４（ｕ）＝Ｆ３（ｕ）／｜Ｆ３（ｕ）｜ （４）
これにより、第３のフーリエ変換データＦ３（ｕ）の全ての周波数における振幅を１として、位相のみを表す第４のフーリエ変換データＦ４（ｕ）が得られる。

【0051】

速度測定部３０２は、第４のフーリエ変換データＦ４（ｕ）を逆フーリエ変換し、逆フーリエ変換データｆ４（ｘ）を算出する。逆フーリエ変換データｆ４（ｘ）におけるピークの位置ｘは、第１の光分布ｆ１（ｘ）から第２の光分布ｆ２（ｘ）への共通部分の移動量に該当し、共通部分の移動量は、第１の時間から第２の時間の間における測定対象物１０の移動量に該当する。速度測定部３０２は、第１の時間から第２の時間の間における測定対象物１０の移動量を、第１の時間から第２の時間までの経過時間で除して、測定対象物１０の速度を算出する。

【0052】

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、速度測定部３０２が、空間フィルタ法により測定対象物１０の速度を測定する場合、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。

【0053】

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。

【0054】

また、光検出器アレイ５０に拡散反射光が到達し、正反射光が到達しないようにしてもよい。例えば、第１の照明光学系３１Ａ、第２の照明光学系３１Ｂ、及び受光光学系４０のそれぞれに偏光板を配置してもよい。ここで、第１の照明光学系３１Ａ及び第２の照明光学系３１Ｂに配置する偏光板の偏光軸と、受光光学系４０に配置する偏光板の偏光軸が、直交するよう、偏光板は配置される。これにより、直線偏光である正反射光は受光光学系４０に配置された偏光板を通過することができず、非偏光である拡散反射光は受光光学系４０に配置された偏光板を通過して、光検出器アレイ５０に到達する。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】

【0055】

１０・・・測定対象物、３０Ａ・・・第１の光源、３０Ｂ・・・第２の光源、３１Ａ・・・第１の照明光学系、３１Ｂ・・・第２の照明光学系、３２Ａ・・・レンズ、３２Ｂ・・・レンズ、４０・・・受光光学系、４１・・・レンズ、４２・・・レンズ、５０・・・光検出器アレイ、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・・・増幅器、５０２・・・サンプル＆ホールド回路、５０３・・・サンプル＆ホールド回路、５０４・・・オペアンプ、５０５・・・コンデンサ、５０６・・・増幅器、５２１・・・コンデンサ、５３１・・・コンデンサ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】