CN106094478A

CN106094478A - 位置改变测量装置、位置改变测量方法和图像形成设备

Info

Publication number: CN106094478A
Application number: CN201610467575.3A
Authority: CN
Inventors: 高浦淳; 增田浩二; 二瓶靖厚; 上田健; 工藤宏; 工藤宏一; 天田琢; 清水研; 清水研一; 田村麻人
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 2013-03-15
Filing date: 2014-03-14
Publication date: 2016-11-09
Anticipated expiration: 2034-03-14
Also published as: CN106094478B

Abstract

本发明的目的在于获得一种位置改变测量装置、位置改变测量方法和图像形成设备，该位置改变测量装置通过使用光斑图案来测量动态测量表面的位置改变，同时容易减少测量环境温度的波动的影响。位置改变测量装置包括：光源；照明光学系统，该照明光学系统被配置成将来自光源的光引导到被测量表面；成像光学系统；图像拾取装置，该图像拾取装置被配置成通过经由成像光学系统接收来自被测量表面的反射光来获得光斑图案；和检测长度补偿部件，该检测长度补偿部件用于补偿由温度波动所引起的检测长度的波动。基于对以预定时间间隔获得的多个光斑图案所进行的互相关计算的结果来测量测量表面的位置改变。

Description

位置改变测量装置、位置改变测量方法和图像形成设备

本申请为下述申请的分案申请，

原申请的申请日：2014年3月14日，

原申请的国家申请号：201410095506.5，

原申请的发明名称：位置改变测量装置、位置改变测量方法和图像形成设备。

技术领域

本发明涉及一种位置改变测量装置、位置改变测量方法和图像形成设备。

背景技术

以各种技术进行旋转移动的带等等的表面的行进速度或者行进距离的测量。

例如，为了以满足高速图像形成的要求，所谓的串联系统已经变成由使用电子照相处理的彩色图像形成设备所采用的主流系统。

在使用串联系统的彩色图像形成设备中，四个感光体被并联布置，感光体与四种颜色(黑色、青色、品红色和黄色)的各个颜色的色粉相对应。

于是，各个颜色的色粉图像被形成在感光体上，并且最后彼此被叠加在诸如一张纸的记录介质(标准尺寸的纸张、明信片、硬纸板、OHP纸张等)上，以获得彩色图像。

有用于这种情况的两种方法：直接转印方法和中间转印带方法，在直接转印方法中，各个颜色的色粉图像被直接叠加在记录介质上。

在中间转印带方法中，感光体上的各个颜色的色粉图像被直接叠加在中间转印带上并且转印到中间转印带，以形成彩色图像，并且被集体地转印到记录介质上。

在这种转印中，除非在直接转印方法的情况下以高精确度移动用于传送记录介质的传送带，或者在中间转印带方法的情况下以高精确度移动中间转印带，否则会出现颜色未对准。

同时，已知喷墨是一种类型的彩色图像形成设备。喷墨型彩色图像形成设备通过结合多种颜色的墨水图像来获得彩色图像，并且在某个方向移动的诸如纸的记录介质上形成彩色图像。

除非以高精确度控制记录介质的移动，否这种喷墨型彩色图像形成设备也会发生颜色未对准。

因此，同样在图像形成设备中，记录介质、传送带或者中间转印带的行进距离或行进速度需要以高精确度被测量，以便精确控制它们的移动。

已经提出使用光斑图案用于控制图像形成设备中的记录介质、传送带中间转印带或者感光体的驱动(日本专利申请特开公报No.2009-15240、No.2003-267591和No.2010-55064(以下分别称为专利文献1至3))。

光斑图案是当诸如激光的相干光束被施加于具有微小清晰度的表面时所产生的随机图案，通过表面被反射或者穿透表面，并且彼此互相干涉。

众所周知，当用相干光照射的表面在平面方向上移动时，由于被照明的区域被移动并且获得的光斑图案一点一点地被改变，所以在该移动周围的光斑图案的图像的互相光峰值位置被移动。

因此，表面的位置改变(行进距离或行进速度)能够通过测量光斑图案的位置改变而被测量。

这里，通过使用光斑图案来测量在平面方向上的位置改变的目标被称为动态测量表面。

专利文献1到3各自公开了通过使用光斑图案的动态测量表面的位置改变的测量，但是没有考虑到测量环境温度的波动的影响。

测量环境温度为影响动态测量表面的位置改变的测量的温度。

测量环境温度定位的波动影响动态测量表面的位置改变的测量，并且当要求精确测量时能够被忽略。

发明内容

本发明的目的在于获得一种位置改变测量装置，该位置改变测量装置通过使用光斑图案来测量动态测量表面的位置改变，同时容易减少测量环境温度的波动的影响。

本发明的位置改变测量装置包括：光源；照明光学系统，所述照明光学系统被配置成将来自光源的光引导到被测量表面；成像光学系统；图像拾取装置，所述图像拾取装置被配置成通过经由所述成像光学系统接收来自所述被表面的反射光来获得光斑图案；和检测长度补偿部件，所述检测长度补偿部件用于补偿由温度波动所引起的检测长度的波动。基于对以预定时间间隔获得的多个光斑图案所进行的互相关计算的结果来测量测量表面的位置改变。

本发明的位置改变测量装置通过满足条件(1)来容易地减少测量环境温度的波动的影响。

附图说明

图1A和1B是图解实施例的图。

图2是图解位置改变测量装置的一个实施例的图。

图3是图解实例1的图。

图4是图解实例1的图。

图5是图解使用光斑图案的位置改变测量的原理的图。

图6是图解图像形成设备的一个实施例的图。

图7是图解位置改变测量装置的具体实例的图。

图8是图解位置改变测量装置的另一个具体实例的图。

图9是图解位置改变测量装置的又一个具体实例的图。

图10是图解位置改变测量装置的再一个具体实例的图。

图11A和11B是图解位置改变测量装置的再一个具体实例的图。

图12A和12B是图解位置改变测量装置的再一个具体实例的图。

图13是图解位置改变测量装置的再一个具体实例的图。

图14是显示根据实例2的位置改变检测器的构造的图。

图15是显示相对于温度波动系数df/dT，由于温度而产生的检测长度的误差的图。

图16是显示由于温度而产生的检测长度的误差如何通过使成像透镜的玻璃材料最优化而被改进的图。

图17是显示根据实例3的位置改变检测器的构造的图。

图18是显示根据实例4的位置改变检测器的构造的图。

图19是显示根据实例5的检测装置的构造的示意图。

图20A是显示包括根据实例5的检测装置的透镜镜筒的下表面的区域的侧视图，和图20B是显示根据实例5的检测装置的透镜镜筒的下表面的图。

图21是显示根据实例6的检测装置的构造的示意图。

图22是显示根据实例7的检测装置的构造的示意图。

具体实施方式

下面描述实施例。

位置改变测量装置被配置成测量动态测量表面的行进距离和行进速度中的至少一个。在以下描述中，动态测量表面的行进距离称为“检测长度”。"

一旦测量动态测量表面的行进速度，检测长度就能够通过对行进速度进行时间积分而被获得。相反，一旦测量检测长度，行进速度就能够通过对检测长度进行时间微分而被获得。

应该注意，检测长度不仅指的是动态测量表面在一个轴线方向上的行进距离，而且指的是动态测量表面在两个轴线方向上的行进距离。

测量环境温度的波动由于以下三种因素A至C而影响检测长度的测量。

A.由于通过成像光学系统形成的动态测量表面的图像的平面(高斯平面)与成像光学系统的光接收表面之间的间隔中的温度变化而产生的波动。

B.由于从通过成像光学系统形成的动态测量表面的图像的平面到通过照明光学系统形成的图像的平面的距离的温度变化而产生的波动，其中通过照明光学系统形成的图像的平面是通过照明光学系统和成像光学系统的耦合透镜而获得的。

C.由于成像光学系统的图像形成放大率M的温度变化而产生的波动。

因此，这些三个因素A至C必须考虑检测长度的测量。

假定相干光被用于以行进速度V1移动的动态测量表面，以及动态测量表面的图像在图像拾取装置的光接收表面上被成像光学系统形成的情况。

由于在动态测量表面的最接近的附近产生光斑，因此在图像拾取装置的光接收表面上形成“光斑图案”。

在这方面，众所周知，通过图像拾取装置成像的光斑图案的行进速度V2能够根据公式(1)被导出，在公式(1)中，M为成像光学系统的图像形成放大率(参见激光研究(LaserStudy)中的“Statistical Properties of Dynamic Laser Speckle and ItsApplications to Velocity Measurement(动态激光光斑的统计特性及其对速度测量的应用)”(1980)，第8(2)卷，第45页(下文称为非专利文献1))。

V2/V1＝M{(D/Db)-1} (1)

在公式(1)中，D为图像拾取装置的光接收表面和通过成像光学系统形成的动态测量表面的图像的高斯平面(图像形成的平面)之间的间隔。

此外，公式(1)中的Db为动态测量表面的沸腾平面(boiling plane)和通过成像光学系统形成的动态测量表面的高斯平面之间的距离。

沸腾平面的位置为激光光源形成的图像的平面的位置，该平面经由照明光学系统的耦合透镜和成像光学系统而获得。

在公式(1)中，间隔D(如上所述的因素A)、距离Db(如上所述的因素B)和图像形成放大率M(如上所述的因素C)受测量环境温度的影响。

在描述发明的实施例之前，上面已经描述的内容根据光学装置的具体实例进一步详细解释。

参照图5，附图标号1表示激光光源，2表示耦合透镜，3表示照明光学系统，Ob表示动态测量表面，5表示成像光学系统。

另外，附图标号7A表示图像拾取装置的光接收表面。注意，激光光源1还被简称为光源1。

在图5，照明光学系统3的光源1发出相干激光，并且耦合透镜2改变激光的束形式。

在图5中，激光在经过耦合透镜2之后变成平行光通量。

这个平行光通量作为照明光照射动态测量表面Ob。

由动态测量表面Ob反射的光(检测光)在作为图像形成平面的高斯平面GM处通过成像光学系统5被形成为图像。从而，形成动态测量表面Ob的光斑图案。

在图5中，虚线显示用于该图像形成的光束。

同时，来自光源1的激光经由耦合透镜2和成像光学系统5形成光源1的图像。这个图像形成的平面为沸腾平面BM。

如图5所示，高斯平面GM与图像拾取装置的光接收表面7A之间的间隔为D，并且高斯平面GM与沸腾平面BM之间的距离为Db。

高斯平面GM和光接收表面7A在图5中被描述为彼此远离。但是，就设计而言，则高斯平面GM与光接收表面7A重合。因此，就设计而言，D为0。

但是，实际上，由于装配位置改变测量装置的部件的暂时变化或误差而导致D的值波动。而且，如随后所述的，D的值还通过测量环境温度的改变而波动。

但是，D的值的这种波动的范围是极小的，大约为至多100μm。

相对于间隔D与距离Db的比率(为D/Db)，就设计而言，如上所述，满足D＝0。

因此，只要距离Db被设定为有限值，则“D/Db＝0”成立(hold true)。

当“D/Db＝0”成立时，上述公式(1)变成

V2/V1＝-M。 (2)

因此，测量环境温度的波动仅仅影响成像光学系统5的图像形成放大率M。

出于这样的原因，影响检测长度的四个要素中，即光源1、耦合透镜2、成像光学系统5和图像拾取装置7中，仅考虑成像光学系统5的温度波动的影响。

换句话说，通过减少由测量环境温度的波动所引起的成像光学系统5的图像形成放大率M的波动，动态测量表面Ob的行进速度V1能够以高精确度被测量。

更具体地，在光源1、耦合透镜2、成像光学系统5和图像拾取装置7中，仅需要处理由成像光学系统5所产生的检测长度的误差的问题。

因此，能够显著地简化位置改变测量装置的设计。

如之前所述，就设计而言，“D”的值为0，并且即使在考虑到测量环境温度和暂时变化之后，该“D”的值仍大约为100μm以下。

另一方面，距离Db由于各种条件而改变。

例如，如果由照明光学系统3发出的照明光被发散，则沸腾平面BM朝着高斯平面GM移动，从而减小距离Db。

为了使上述公式(2)作为公式(1)的良好近似而成立，距离Db越大越好。

照明光学系统3的耦合透镜2具有正光焦度。成像光学系统5也具有正光焦度。

因此，结合那些耦合透镜2和成像光学系统5的正光焦度被调整，以致由于测量环境温度的波动而产生的距离Db波动的最小值可以被设定成例如1m。

在这种情况下，即使由于例如测量环境温度的波动而使得间隔D为100μm，D/Db的波动的最大值也为1/10000，该最大值在公式(1)中是微不足道的。

但是，当位置改变测量的要求的精确度显著地高时，上述值，1/10000，在公式(1)中是微不足道的。

即使在这种情况下，通过将由于测量环境温度的波动而产生的距离Db波动的最小值设定成大约几米，或者较佳地，为大约10米，能够获得足够的测量精确度。

本发明的一个特征为成像光学系统的构造。

具体地，成像光学系统从动态测量表面侧包括正光焦度的第一组、孔径光阑和正光焦度的第二组。

孔径光阑被设置在第一组的像侧焦平面和第二组的物侧焦平面的位置处。

于是，使得图像拾取装置的光接收表面与由成像光学系统形成的动态测量表面的高斯平面重合。

图1A显示根据图5的这种情况的一个实施例。为了避免复杂，当不会引起混淆时，由通用附图标号表示元件。

在图1A所示的实施例中，成像光学系统具有两组构造。具体地，成像光学系统包括第一组51、第二组52和孔径光阑S。

第一组51和第二组52都具有正光焦度。

在图1A中，从照明光学系统3发出的照明光为平行光通量。

动态测量表面Ob与第一组51的物侧焦平面重合。

当以照明光照射动态测量测量表面Ob时，来自动态测量表面Ob的检测光通过第一组51被聚光到第二组52的物侧焦点的位置。

于是检测光变成发散光，经过第二组52，并且变成平行光通量。

为了更具体地，在图1A所示的实施例中，用照明光在预定位置照射动态测量表面Ob，照明光为通过具有光源1和耦合透镜2的照明光学系统3发出的相干光。

就设计而言，上述预定位置是由成像光学系统获得的、图像拾取装置7的光接收表面7A的共轭位置。

将作为检测光的、来自动态测量表面Ob的反射光经由成像光学系统被引导到图像拾取装置7，并且在光接收表面7A上被形成为图像。

在照明光学系统3中，使得从激光光源1发出的相干光通过耦合透镜2成为平行光通量。

成像光学系统从动态测量表面Ob侧包括正光焦度的第一组51、孔径光阑S和正光焦度的第二组52。

孔径光阑S被设置在第一组51的像侧焦平面和第二组52的物侧焦平面的位置处。

使得图像拾取装置7的光接收表面7A与由成像光学系统形成的动态测量表面Ob的高斯平面GM重合。

以这种方式，在根据图1A所示的实施例的位置改变测量装置中，通过具有激光光源1和耦合透镜2的照明光学系统3发出的相干光被用作照明光。

于是，用该照明光在预定位置照射动态测量表面Ob，并且将来自动态测量表面Ob的检测光经由成像光学系统被引导到图像拾取装置7。

动态测量表面Ob的光斑图案以预定时间间隔以预定帧速率被获得，并且在如此获得的光斑图案上进行互相关计算。

基于计算的结果，测量动态测量表面Ob的行进距离(检测长度)和行进速度V1。

就设计而言，仅获得光接收表面7A与高斯平面GM之间的重合。当然，由于制造等的各种公差，实际上不能获得精确的重合，但是它们之间的分离量大约为至多100μm。

因此，同样，在图1A所示的实施例中，D的值实质上为零。

在图1A中，虚线显示用于图像形成的光束。

通过耦合透镜2和成像光学系统要被形成为图像的来自光源1的激光从成像光学系统的第二组52发出，作为与光轴平行的光。

由于这样的理由，就设计而言，作为图像形成平面的沸腾平面BM的位置，向后无限倾斜，因此，Db为无穷值。

Db的值相当地大，并且如之前所述的，即使在考虑制造误差等之后，D的值也大约为至多100μm。

因此，D/Db实质上为零。

因此，图像形成放大率M为检测长度的波动的唯一因素。

具体地，影响检测长度的四个要素中，即光源、耦合透镜、成像光学系统和图像拾取装置中，仅需要考虑成像光学系统的测量环境温度的波动的影响。

因此，作为测量环境温度，仅需要考虑成像光学系统和其附近的温度。

由于在光源、耦合透镜、成像光学系统和图像拾取装置中，仅需要处理由成像光学系统所产生的检测长度的误差的问题，因此显著地简化了位置改变测量装置的设计。

如果能够认为D/Db为D/Db＝0，则在通过互相关计算导出光斑图案的行进速度V2之后，能够根据V1＝-V2/M导出动态测量表面Ob的行进速度V1。

通过对行进速度V1进行时间积分，能够获得作为检测长度的行进距离。

图1A中的成像光学系统在它的物侧和像侧上都是远心的，并且由于动态测量表面Ob或光接收表面7A的散焦而使得图像形成放大率M仅具有小的波动。

因此，散焦仅影响检测长度的测量到小的程度。

如上所述，就设计而言，间隔D的值为零，并且即使在包括实际装置的尺寸公差之后，间隔D的值大约为至多100μm。

此外，即使照明光学系统3的光源1和耦合透镜2之间的位置关系在部分公差水平处波动，距离Db的波动也可以落入大约几米到几百米的范围内。

如果D＝100μm并且Db＝10m，则D/Db为1/100000，即，0.001％。因此，对检测长度的误差的影响是小的。

因此，检测长度的波动能够通过用照明光的光通量的形式抑制通过在照明光学系统3的光源1和耦合透镜2之间的位置关系的波动而产生的波动而得到抑制。

在本发明的位置改变测量装置中，成像光学系统在物侧空间和像侧空间上都是远心的。

因此，即使动态测量表面Ob在成像光学系统的光轴的方向上被散焦，成像光学系统的图像形成放大率M也几乎不会出现波动。

类似地，即使图像拾取装置7在成像光学系统的光轴的方向上被散焦，图像形成放大率M也几乎不会出现波动。

由于协同地获得这些有益效果，因此与使用如参照图5所述的具有一组构造的成像光学系统的情况相比，检测长度的波动能够被进一步减少。

图2是图解位置改变测量装置的一个实施例的图。

在图2中，附图标号0表示移动的物体，1表示激光光源，2表示耦合透镜，L51和L52表示透镜，以及6表示透镜镜筒。

透镜L51形成如上所述的第一组51，透镜L52形成如上所述的第二组52。

另外，附图标号7表示图像拾取装置，71表示图像拾取装置7的覆盖玻璃，7A表示图像拾取装置7的光接收表面。

而且，附图标号81、82表示外壳，83表示底板，9表示计算单元，10表示光源驱动单元。

激光光源1(在下文中也简称为光源1)为半导体激光器(在下文中也称为LD)，并且发出发散的激光(为相干光)。

发出的发散激光通过耦合透镜2减少其发散。

在该实施例中，发散激光通过耦合透镜2被转换成平行光通量，并且变成照明光。

耦合透镜2和光源1构成照明光学系统3的主要部分。换句话说，照明光学系统3具有光源1和耦合透镜2。

如图2所示，照明光照射移动物体0的表面。

移动物体0例如为之前提到的中间转印带，并且被配置成以预定速度V1在箭头方向上移动。

用照明光照射的移动物体0的表面为动态测量表面Ob，并且动态测量表面Ob的行进距离为如上所述的检测长度。

在该实施例中，如上所述，动态测量表面Ob用通过照明光学系统3产生的平行光通量被照射。

透镜L51、L52与孔径光阑S一起构成成像光学系统，并且被附接到透镜镜筒6。

透镜镜筒6通过外壳81、82被保持，并且与构成照明光学系统3的光源1和耦合透镜2成一体。

图像拾取装置7被牢固地设置在与图2中的透镜镜筒6的下端部分相对应的位置上。

当通过外壳81、82被保持时，照明光学系统3、构成成像光学系统的透镜L51、L52和孔径光阑S、以及图像拾取装置7彼此具有预定的位置关系。

底板83与外壳81、82成一体，并且计算单元9和光源驱动单元10被附接到底板83的外表面。

较佳地，PCB基板能够被用作底板83。

以这种方式，照明光学系统3、成像光学系统和图像拾取装置7的位置关系通过与底板83成一体的外壳81、82被确定。因此，这些元件被封装作为位置改变测量装置。

封装的位置改变测量装置与动态测量表面Ob之间的距离通过使用隔离物等被维持为预定值。

计算单元9被配置成基于图像拾取装置7的输出，通过进行预定计算，即已知的互相关计算来获得检测长度。

现场可编程门阵列(FPGA)被较佳地用作计算单元9，并且FPGA被用于这个实施例中。

作为光源驱动单元10，能够使用配置成驱动作为光源1的LD的LD驱动器IC。计算单元9还控制通过光源驱动单元10进行的驱动。

在图2中，光源1被电连接到光源驱动单元10。位置改变测量以以下方式进行。

照明光学系统3通过使光源1发光而发出照明光，因此动态测量表面Ob在预定位置被照射。

如之前所述，该预定位置为通过成像光学系统获得的、图像拾取装置7的光接收表面7A的共轭位置。

于是，作为来自动态测量表面Ob的反射光的检测光被通过由透镜L51、L52和孔径光阑S构成的成像光学系统被引导到图像拾取装置7的光接收表面7A，并且在光接收表面7A上被形成为图像。

通过这种图像形成，动态测量表面Ob的光斑图案被成像在光接收表面7A上。光斑图案根据动态测量表面Ob的行进速度V1以行进速度V2移动。

图像拾取装置7以预定帧速率获取动态测量表面Ob的光斑图案。

例如，这个预定帧速率可以在几十到几千fps的范围内被适当选择。

于是，计算单元9对以预置时间间隔(1/帧速率)获取的光斑图案进行互相关计算。

该计算的结果被用于测量动态测量表面Ob的行进速度V1。

更具体地，确定光斑图案的行进速度V2，并且给予行进速度V2，确定动态测量表面Ob的行进速度V1。

通过对如此确定的行进速度V1进行时间积分，能够获得与行进距离相对应的检测长度。

例如，上述的互相关计算为从非专利文献1等已知的计算。检测长度能够基于由该计算获得的相关峰值的移动量被计算。

总所周知下文可以作为互相关计算的一个实例。

具体地，以预定帧速率成像的两个光斑图案被表示为f1和f2。

对光斑图案f1和f2进行的傅里叶变换计算被分别表示为F[f1]和F[f2]，并且互相关计算被表示为▲。

于是，对光斑图案f1、f2的互相关计算可以通过以下算术表达式被导出：

f1▲f2^*＝F^-1[F[f1]·F[f2]^*]，其中*表示复共轭。

图2所示的位置改变测量装置通过将计算单元和光源驱动单元10安装在相同的底板83上并且使底板83与外壳81、82成一体来实现它的小型化。

如此尺寸减小的位置改变测量装置包括多个加热器作为它的部分。

因此，通过图像拾取装置7、LD驱动器IC(光源驱动单元10)、FPGA(计算单元9)、LD(光源1)等所产生的热被认为是测量环境温度的增加的原因。

但是，如上所述，只要距离Db和间隔D满足条件(1)，即D/Db≈0，则测量环境温度的改变仅影响成像光学系统的图像形成放大率的波动。

距离Db和间隔D通过适当地设定照明光学系统经由成像光学系统如何照射动态测量表面来满足条件(1)。

于是，例如，如在如上所述的实施例中，对于距离Db和间隔D也可以不管测量环境温度的波动满足条件(1)。

因此，位置改变测量的精确度的波动能够通过减少由测量环境温度的改变所引起的成像光学系统的图像形成放大率M的波动量而被减少。

可以将成像光学系统配置成其图像形成放大率M对温度变化不敏感(即，不太可能被温度变化改变)。

例如，形成第一组51和第二组52的透镜L51、L52由玻璃材料制成，该玻璃材料的折射率或者体积不太可能会由于温度而受到波动。

透镜镜筒6也可以由其体积膨胀系数足够小的材料制成。

如此，能够获得这样的成像光学系统：该成像光学系统的图像形成放大率M由于测量环境温度的波动仅仅波动小量。

但是，当位置改变测量需要高精确度时，即使这种其图像形成放大率M波动到小的程度的成像光学系统也可能是不充分的。

在如下所述的实例中，考虑到以上所述的点，设置组间隔调整机构。

组间隔调整机构被配置成根据第一和第二组中的每一个的焦距的波动量，调整构成成像光学系统的第一组与第二组之间的间隔，其中波动是由测量环境温度的波动所引起的。

调整第一与第二组之间的间隔，以便抑制由于测量环境温度的改变而导致的图像形成放大率M的改变。

成像光学系统的图像形成放大率在近轴光束的区域内是恒定的，但是在实际成像光学系统中，取决于实像的高度(在下文中称为实像高度)而稍微变化。

[实例]

实例描述如下。

(实例1)

在下面的实例1中，对于选择的五个物体高度，检查测量环境温度如何改变从五个物体高度获得的五个实像高度的放大率的平均值。

如图1B所示，成像光学系统的第一组51和第二组52分别由两个透镜L1、L2和两个透镜L3、L4形成。

透镜L1、L2被附接到一起，以形成第一组51，并且透镜L3、L4被附接到一起，以形成第二组52。

物侧上的第一组51的透镜L1的焦距为5.991mm，并且其玻璃材料为由日本豪雅株式会社(HOYA Corporation)制造的“E-C8”。

孔径光阑S一侧上的第一组51的透镜L2的焦距为-11.838mm，并且其玻璃材料为由日本豪雅株式会社制造的“PCD4”。

孔径光阑S一侧上的第二组52的透镜L3的焦距为-9.471mm，并且其玻璃材料为由日本豪雅株式会社制造的“PCD4”。

像侧上的第二组52的透镜L4的焦距为4.793mm，并且其玻璃材料为由日本豪雅株式会社(HOYA Corporation)制造的“E-C8”。

第一组51的焦距f1为12.5mm，第二组52的焦距f2为10.0mm。这些是当测量环境温度为20℃时观察到的值。

使得第一组51的像侧焦点和第二组52的物侧焦点在位置上重合，并且孔径光阑S被放置在该重合位置上。

如果使用如图1A所示的成像光学系统，从而动态测量表面Ob位于第一组51的物侧焦点的位置，并且使得光接收表面7A与高斯平面重合，则图像形成放大率为0.8。

在实例1中，从动态测量表面Ob到光接收表面7A的距离关系被限定为如图1B所示。

进一步，按如下限定测量环境温度的改变的范围。

具体地，在20℃的室温条件下，在电流被输入到位置改变测量装置的立即会后，通过热源的位置改变测量装置的温度的增加被认为几乎为零，因此，成像光学系统的温度为20℃。

在位置改变测量装置在20℃室温下接收到电流输入、然后由于热源而使得温度增加之后，成像光学系统的温度在85℃饱和。

当成像光学系统的温度(测量环境温度)从20℃改变到85℃时，实例1中的第一组51和第二组52的焦距按如下改变。

具体地，焦距f1的波动量为-2×10^-2(μm)，焦距f2的波动量为-2×10^-2(μm)。

因此，第一组51和第二组52中的每一个的焦距的改变量相当小，并且能够被认为大致为零。

测量环境温度的改变使得第一组51和第二组52的焦距的波动的可能原因在于，通过光源1发出的光的波长取决于温度而改变。

实例1假定通过光源1发出的光的波长在测量环境温度的改变范围内从649.9nm的波长波动到668.532nm的波长。

焦距的相当小的变化稍微改变成像光学系统的放大率。

有些时候测量需要通过这种检测长度的稍微放大率变化施加的误差有问题的高精确度。

发明人已经发现，放大率变化能够通过根据测量环境温度的改变调整成像光学系统的第一组51和第二组52之间的间隔得到抑制。

更具体地，实像高度的比率被设定为0.2:0.4:0.6:0.8:1.0，且实像高度对应于被标准化到1.0的最大物体高度，并且获得这些五个实像高度的放大率的平均值。

于是，对于这些实像高度，变化率(％)是在20℃的基准温度条件下的平均放大率与在85℃的测量环境温度条件下的平均放大率之间观察到的。

在85℃的测量环境温度条件下，第一组51和第二组52之间的间隔以0.005mm间隔被改变，并且设计基准被设定成零。

在这个方面，人们发现，组间隔的改变量和放大率的改变量(如上所述的平均值的改变量)具有如图3所示的线性关系。

图3中的竖轴表示放大率的改变量，该改变量为20℃的基准温度与85℃的测量环境温度之间的放大率(该放大率为五个实像高度的放大率的平均值)的变化率(％)。

图3中的横轴表示成像光学系统的第一组51与第二组52之间的间隔的改变量。

图3中的直线可以被良好近似表示为，

y＝5.5016x-0.1139，

其中y为竖轴上的量，x为横轴上的量。

如图3所示，当y为0时，x为大约+20.71μm。

因此，当测量环境温度达到85℃时，如果组间隔变成比它的设计值长了20.71μm，则平均放大率的改变量能够近似到几乎为0。

发现，通过如此调整组间隔，成像光学系统的实像高度的平均放大率的波动能够被抑制到0.01％以下，其中波动是由位置改变测量装置的测量环境温度的波动引起的。

在本发明的位置改变测量装置中，由于如已经描述的，条件(1)的系数为D/Db＝0，因此放大率的变化率和检测长度的变化率的绝对值彼此相等。

同样，这就意味着检测长度的波动能够被抑制到0.01％以下。

实例1的位置改变测量装置具有组间隔调整机构。

组间隔调整机构被配置成根据第一组51和第二组52中的每一个的焦距的波动量，调整构成成像光学系统的第一组51与第二组52之间的间隔，其中波动是由测量环境温度的波动所引起的。

组间隔调整机构调整组间隔，以便抑制光斑图案中的多个实像高度的放大率的平均值的波动，其中波动是由测量环境温度的波动所引起的。

在实例1中，当测量环境温度从20℃改变到85℃时，第一和第二组之间的组间隔被调整成增加了+20.71μm。

图4显示实例1的组间隔调整机构。实例1的组间隔调整机构按如下调整如上所述的组间隔。

图4显示配置成保持成像光学系统的保持机构。

这个保持机构由透镜镜筒的组合形成。

在图4中，附图标号51、52，并且S分别表示第一组、第二组和孔径光阑，如上所述。

为简单说明起见，第一组51和第二组52每个都被描述为单个透镜，但是如上所述，第一组51和第二组52中的每一个实际上由实例1中的附接在一起的两个透镜形成。

当测量环境温度为20℃的基准温度时，第一组51的焦距f1为12.5mm，并且第二组52的焦距f2为10.0mm。

当测量环境温度为基准温度时，动态测量表面Ob、图像拾取装置7的光接收表面7A、第一组51、第二组52和孔径光阑S的位置关系如图1B所示。

如之前所述，当测量环境温度达到85℃时，第一组51和第二组52中的每一个的焦距改变了-2×10^-2μm。

在图4中，附图标号61表示第一透镜镜筒，62表示第二透镜镜筒，63表示第三透镜镜筒。

第一透镜镜筒61保持第一组51，并且第二透镜镜筒62保持第二组52。第三透镜镜筒63被设置在第一透镜镜筒61和第二透镜镜筒62之间。

第一透镜镜筒61被图2所示的外壳81、82所保持。

虽然第一透镜镜筒61能够相对于外壳81、82滑动，但是沿着轴线在位置FX处被固定到外壳81、82，在该位置FX处，第一透镜镜筒61保持第一组51。

因此，尽管第一透镜镜筒61由于测量环境温度的改变而使得热膨胀或收缩，并且相对于外壳81、82轴向滑动，但是第一组51在位置上并没有改变。

孔径光阑S也可通过第一透镜镜筒61被可靠地保持。

第三透镜镜筒63被适配到第一透镜镜筒61的内圆周。

第二透镜镜筒62被适配到第三透镜镜筒63的内圆周。第二透镜镜筒62能够相对于第三透镜镜筒63滑动。

但是，在图4中，第二透镜镜筒62的上端部分被固定到第三透镜镜筒63的上端部分。

第一透镜镜筒61和第三透镜镜筒63在图4中的下端部分都被固定到图像拾取装置7。

如图4所示，基于图像拾取装置7与第一和第三透镜镜筒61、63之间的抵接的位置，设定距离Z1、Z2和Z3。

距离Z1为从抵接位置到第一组51的距离，距离Z2为从第三透镜镜筒63的上端部分到第二组52的距离。

距离Z3为从抵接位置到第三透镜镜筒63的上端部分的距离。

形成第一透镜镜筒61、第二透镜镜筒62和第三透镜镜筒63的材料的线性膨胀系数在这里被分别表示为α1、α2和α3。

于是，当测量环境温度从20℃增加到85℃时，距离Z1、Z2和Z3分别线性地膨胀65·α1·Z1，65·α2·Z2和65·α3·Z3。

当测量环境温度为20℃时，第一组51与第二组52之间的间隔为：

Z1-(Z3-Z2)＝Z1+Z2-Z3。

因此，当测量环境温度为85℃时，组间隔为：

Z1(1+65·α1)+Z2(1+65·α2)-Z3(1+65·α3)。

因此，组间隔的改变量ΔL为：

ΔL＝65(α1·Z1+α2·Z2-α3·Z3)。

当65·α1·Z1＝ΔZ1，65·α2·Z2＝ΔZ2，和65·α3·Z3＝ΔZ3时，

ΔL＝ΔZ1+ΔZ2-ΔZ3。

在实例1中，进行调整，以致这个改变量ΔL可以为20.71μm。

具体地，第一透镜镜筒61和第三透镜镜筒63都由“SUS 430”制成，第二透镜镜筒62由聚酰胺酰亚胺树脂制成。

SUS 430的线性膨胀系数(单位：1/K，其中K为开氏温度)为1.04×10^-5，并且聚酰胺酰亚胺树脂的线性膨胀系数为3.8×10^-5。

因此，α1＝α3＝1.04×10^-5(1/K)，和α2＝3.8×10^-5(1/K)。

基于此，距离Z1至Z3被设定为如下：

Z1＝27.060mm，Z2＝0.419mm，和Z3＝21.78mm。

因此，由于测量环境温度从20℃到85℃的改变而使得距离Z1至Z3的改变量分别为ΔZ1＝18.29μm，ΔZ2＝7.805μm，和ΔZ3＝5.381μm。

因此，得到ΔZ1+ΔZ2-ΔZ3＝+20.71μm。

因此，使得五个实像高度的平均放大率的波动的速率最小化到-1.54×10^-6(％)。

如上所述，由于在实例1中满足D/Db＝0，因此放大率M的变化率等于检测长度的变化率。

因此，检测长度的波动被抑制到-1.54×10^-6(％).

这就能够认为，检测长度的波动被减小到大致为零。

当实际上制造实例1的位置改变测量装置时，由于可制造的透镜镜筒和透镜部分的尺寸公差而产生的检测长度的误差大于上述设计中间值。

但是，由于尺寸误差而产生的这种检测长度的误差大约为+0.008％到-0.005％，这就表明即使具有那些制造公差，但是实际的装置仍具有合适的性能。

由于据估计，尺寸公差为10μm，因此透镜部分的牛顿环的数目为三个以下，并且玻璃材料的等级为第二等级，如上所述的误差在可制造公差的范围内是足够的。

在上述实施例的位置改变测量装置中，来自具有激光光源1和耦合透镜2的照明光学系统3的相干光被用作照明光。

图像拾取装置7以预定帧速率获取动态测量表面Ob的光斑图案，并且在以预定时间间隔获得的光斑图案上进行互相关计算。

基于计算的结果，测量动态测量表面Ob的行进距离和行进速度中的至少一个。

于是，使得图像拾取装置7的光接收表面7A与由成像光学系统形成的动态测量表面Ob的高斯平面GM重合。

照明光经由成像光学系统到动态测量表面Ob上的形成被限定成通过以下来满足条件(1)：动态测量表面Ob的沸腾平面BM与由成像光学系统形成的动态测量表面Ob的高斯平面GM之间的距离Db；和高斯平面GM与图像拾取装置7的光接收表面7A之间的间隔D。

此外，在实例1的位置改变测量装置中，成像光学系统的第一组51和第二组52中的每一个都通过由不同材料制成的两个以上透镜(即，透镜L1、L2和透镜L3、L4)形成。

于是，距离Db和间隔D满足条件(1)，D/Db＝0，而不管测量环境温度的波动。

在如上所述的实例1中，组间隔调整机构根据第一组51和第二组52中的每一个的焦距的波动量，调整构成成像光学系统的第一组51与第二组52之间的间隔，其中波动是由测量环境温度的波动所引起的。

组间隔调整机构被配置成抑制光斑图案中的多个实像高度的平均放大率的波动，其中波动是由测量环境温度的波动所引起的。

实例1的组间隔调整机构具有多个透镜镜筒，至少包括用于保持第一组51的第一透镜镜筒61和用于保持第二组52的第二透镜镜筒62。

第一透镜镜筒61和第二透镜镜筒62具有彼此不同的线性膨胀系数，并且第一透镜镜筒61和第二透镜镜筒62中的一个被固定到图像拾取元件7的一端。

于是，利用由于测量环境温度的波动而导致的多个透镜镜筒的膨胀和收缩，来抑制光斑图案的多个实像高度的平均放大率的波动，其中波动是由测量环境温度的波动所引起的。

在实例1的位置改变测量装置中，组间隔调整机构具有第一透镜镜筒61、第三透镜镜筒63和第二透镜镜筒62，第一透镜镜筒61被配置成保持第一组51，第三透镜镜筒63被配置成能够相对于第一透镜镜筒61滑动，第二透镜镜筒62被配置成能够相对于第三透镜镜筒63滑动，并且保持第二组52。

第一透镜镜筒61和第三透镜镜筒63在它们的一端被固定到图像拾取装置7。

利用由于测量环境温度的波动而导致的第一透镜镜筒61或第三透镜镜筒63的膨胀和收缩，使得光斑图案的多个实像高度的平均放大率的波动最小化，其中波动是由测量环境温度的波动所引起的。

构成用于如上所述的实例1的位置改变测量设备中的图像拾取装置7的第一组51和第二组52中的每一个的焦距的变化率，在测量环境温度的最大改变时为焦距的0.001％以下。

从上面的描述清楚看到，用于实例1的第一透镜镜筒61和第三透镜镜筒63由相同的材料制成。

因此，它们可以不被形成为分开的构件，而是可以形成为一体的构件。

用于保持第一和第二个组的透镜镜筒的数量可以增加到四个以上。这就允许用于结合不同的线性膨胀系数的材料的自由度增加。

因此，便于组间隔的调整。

实例1的位置改变测量装置已经如上所述。在下文中，参照图7至图13描述第一至第三透镜镜筒的具体构造实例。

在图7中，附图标号61A表示第一透镜镜筒，62A表示第二透镜镜筒，63A表示第三透镜镜筒，S表示孔径光阑，以及7表示图像拾取装置。

另外，附图标号51和52分别表示成像光学系统的第一和第二组。

第一透镜镜筒61A、第二透镜镜筒62A和第三透镜镜筒63A全都相对于轴线AX旋转对称。

第一透镜镜筒61A保持第一组51，并且第二透镜镜筒62A保持第二组52。

轴线AX是第一透镜镜筒61A所保持的第一组51和第二透镜镜筒62A所保持的第二组52共用的轴线，即，轴线AX为成像光学系统的光轴。

如上所述，轴线AX也为所有的第一至第三透镜镜筒61A至63A的旋转对称轴。

因此，轴线AX被称作关于透镜镜筒的透镜镜筒轴线，并且被称作关于成像光学系统的光轴。当没有区别是必要的时，透镜镜筒轴线和光轴被简单称作轴线AX。

第一至第三透镜镜筒61A至63A被彼此适配，从而它们能够在透镜镜筒轴线AX的方向上相对于彼此滑动。

在图7中，第一透镜镜筒61A和第三透镜镜筒63A的下端部分被抵接并且被固定到图像拾取装置7的上表面7a。

在它的内部结构中，第一透镜镜筒61A具有与轴线AX正交的平面部分61a。

第二透镜镜筒62A具有与轴线AX正交的平面部分62a、62b和62c。

平面部分62a和62b在第一组51一侧在轴线AX的方向上形成台阶，并且孔径光阑S被设置在平面部分62b上。

平面部分62a在它本身和第一透镜镜筒61A的平面部分61a之间具有间隙。为了方便起见，这个间隙在此被称作间隙(a)。

在图7中，形成第二透镜镜筒62A的下端部分的平面部分62c在它本身和图像拾取装置7的上表面7a之间具有间隔。为了方便起见，这个间隔在此被称作间隔(a)。

另外，在第一组61A的平面部分62a与第二透镜镜筒62A的平面部分62b之间具有空隙部分。为了方便起见，这个空隙部分在此被称作空隙部分(a)。

首先，关于间隙(a)，第二透镜镜筒62A相对于第三透镜镜筒63A在图7中向下热膨胀。

如果由于这种热膨胀而引起的间隔(a)的减小使得第二透镜镜筒62A的平面部分62c抵接图像拾取装置7的上表面7a，则第二透镜镜筒62A由于其热膨胀而引起的膨胀量被限制。

于是，第二组52在轴线AX的方向上不能获得它的期望的位移量。

因此，间隔(a)被设定成这样的值：不会使得第二透镜镜筒62A和图像拾取装置7彼此互相接触，而不管测量环境温度的波动。

以这种方式，不管测量环境温度的波动，第二透镜镜筒62A的平面部分62a与第一透镜镜筒61A的平面部分61a都不接触，其中平面部分62a为在透镜镜筒轴线AX的方向上在第一组51侧上的第二透镜镜筒62A的最末端部分，平面部分61a为面向第二透镜镜筒62A的上述最末端部分的表面。

接下来，关于间隙(a)，当测量环境温度增加时，第二透镜镜筒62A和第三透镜镜筒63A都热膨胀。

在这种情况下，第二透镜镜筒62A的平面部分62a朝着第一透镜镜筒61A的平面部分61a膨胀。

如果平面部分62a由于这种膨胀而抵接平面部分61a，则第二透镜镜筒62A的热膨胀量被限制，从而防止获得期望的位移量。

因此，也不能获得期望的组间隔改变量。

处于这样的原因，间隔(a)被设定成这样的值：不会使得在第一组51侧上的第二透镜镜筒62A的平面部分62a与平面部分61a接触，而不管测量环境温度的波动。

图8是图7的变形例。为了避免复杂，当不会引起混淆时，在图7和图8中由通用附图标号表示元件。

作为压缩弹性构件的弹簧构件SP1被放置在在第一透镜镜筒61A的平面部分61a与第二透镜镜筒62A的平面部分62b之间的空隙部分(a)中。

更具体地，在第一透镜镜筒61A和第二透镜镜筒62A之间，组间隙调整机构具有排斥的弹簧构件SP1，排斥的弹簧构件SP1对着第三透镜镜筒63A施加按压第二透镜镜筒62A的弹力。

在图8中，弹簧构件SP1是排斥的，并且施加弹力以向下按压第二透镜镜筒62A。

这种按压力对着第三透镜镜筒63A按压第二透镜镜筒62A，从而不仅确保第二透镜镜筒62A与第三透镜镜筒63A之间的接触，而且保证第三透镜镜筒63A抵靠图像拾取装置7。

在位置改变测量期间，如果由于诸如振动的干扰而使得第三透镜镜筒63与图像拾取装置7分离，则组间隙可能不能实现它的期望的热改变量。

朝着图像拾取装置7按压第二透镜镜筒62A的弹簧构件SP1有助于获得确保第三透镜镜筒63A不会与图像拾取装置7分离的有益效果。

图9显示外壳81A、81B被适配到图8所示的具体实例的状态。附图标号83A表示底板。

在该实例中，在图9中，图像拾取装置7和外壳81A的下端部分被固定到底板83A，第一透镜镜筒61A和第三透镜镜筒63A被固定到图像拾取装置7。

因此，第一透镜镜筒61A和第三透镜镜筒63A基于图像拾取装置7的上表面而热膨胀，并且在那种情况下，相对于彼此以及外壳81A、82A滑动。

在图9所示的具体实例中，在沿着轴线AX的上部，空间SP被设置在第一透镜镜筒61A和外壳81A、82A之间。

因此，由于它的热膨胀而引起第一透镜镜筒61A的膨胀并不受到外壳81A、82A抑制。

这就能够避免这样的问题：因为外壳81A、82A限制第一透镜镜筒63A的热位移量，所以不能获得组间隔的期望改变量。

因此，空间SP被设定成这样的值：不会使得外壳81A、82A在透镜镜筒轴线AX的方向上与第一透镜镜筒61A互相接触，而不管测量环境温度的波动。

图10所示的具体实例为图9所示的具体实例的变形例，并且作为压缩弹性构件的弹簧构件SP2被放置在图9所示的空间SP中。

具体地，弹簧构件SP2被放置在第一透镜镜筒61A与保持第一透镜镜筒61A的外壳81A、82A的相对表面之间。

弹簧构件SP2是压缩的，并且因此在沿着轴线AX的方向上向下施加按压第一透镜镜筒61A的弹力。

第一透镜镜筒61A通过结合由弹簧构件SP2施加的向下弹力和由弹簧构件SP1施加的向上弹力的力而被压靠图像拾取装置7，“向下”和“向上”是基于图10中的方向(下面同样如此)。

第三透镜镜筒63A通过结合分别由弹簧构件SP1和SP2施加的向下弹力而被压靠图像拾取装置7。

因此，在图10的实例中，第一透镜镜筒61A和第三透镜镜筒63A在图10的下端部分不需要被固定到图像拾取装置7。

图10所示的具体实例还能够避免这样的问题：因为由于诸如振动的干扰而使得第一透镜镜筒61A与图像拾取装置7分离，所以不能获得组间隙的期望温度变化量。

当两个弹簧构件SP1、SP2被用作图10所示的具体实例时，如上所述，第一透镜镜筒61A和第三透镜镜筒63A仅需要被压靠图像拾取装置7。

在这种情况下，通过适当设定弹簧构件SP1、SP2中的每一个的刚性，能够确保在重力的作用下在图像拾取装置7与第一和第三透镜镜筒61A、63A之间的抵接。

注意，弹簧构件SP1和弹簧构件SP2分别对应于权利要求17和18中的弹簧构件A和弹簧构件B。

参照图10所述的实例为位置改变测量装置被放置在动态测量表面的下方的情况。在下文中重力加速度由G表示。

第一透镜镜筒61A、第二透镜镜筒62A和第三透镜镜筒63A分别由M1、M2和M3表示。

于是，在如上所述的每个具体实例中，重力M1G、M2G和M3G被分别向下(在图中)施加到第一透镜镜筒61A、第二透镜镜筒62A和第三透镜镜筒63A。

当在每个图中的向上方向是正的时，则施加于第一透镜镜筒61A的力为：

K1·n1-K2·n2-M1·G，

其中，K1和n1分别为弹簧构件SP1的弹簧常数和挠曲量，K2和n2分别为弹簧构件SP2的弹簧常数和挠曲量。

另外，施加于第三透镜镜筒63A的力为：

-K1·n1-K2·n2-M2·G-M3·G.

由于施加于第一透镜镜筒61A的结合力在图中指向下，因此第一透镜镜筒61A不会与图像拾取装置7分离，只要：

K1·n1-K2·n2-M1·G<0。 (3)

另外，第三透镜镜筒63A不会与图像拾取装置7分离，只要：

-K1·n1-K2·n2-M2·G-M3·G<0。 (4)

因此，根据第一至第三透镜镜筒的质量M1至M3，设定弹簧构件SP1、SP2中的每一个的弹簧常数和挠曲量，以便满足如上所述的公式(3)和(4)。

相反，当位置改变测量装置被放置在高于动态测量表面的位置上时，图像拾取装置7位于最高的位置上。

在这种情况下，第一透镜镜筒61A不会与图像拾取装置7分离，只要：

-K1·n1+K2·n2-M1·G>0。 (5)

另外，第三透镜镜筒63A不会与图像拾取装置7分离，只要：

K1·n1-M3·G>0。 (6)

因此，在这种情况下，根据第一至第三透镜镜筒的质量M1至M3，设定弹簧构件SP1、SP2中的每一个的弹簧常数和挠曲量，以便满足如上所述的公式(5)和(6)。

图11A和11B显示另一具体实例。图11A和11B中的具体实例的特征部分也能够被应用于参照图4和7至10所示的实例。

图7至图10中的元件与图11A和11B中的它们的对应元件由相同的附图标号表示。

在图11A和11B中，由虚线围绕的和由附图标号11P表示的部分为特征部分。

具体地，图11和11B所示的具体实例的特征在于，第二透镜镜筒62B和第三透镜镜筒63B之间的抵接表面SF相对于透镜镜筒轴线AX倾斜(即，形成锥形面)。

例如，在图10所示的具体实例中，第二透镜镜筒62A和第三透镜镜筒63A在轴线AX的方向上沿着其彼此抵接的表面为平面表面。

因此，如果第二透镜镜筒62A和第三透镜镜筒63A接收在平行于这个平面表面的方向上使它们位移的一些因素，则可能出现位移。

这种位移引起第一组51和第二组52的光轴的位移，从而引起图像形成放大率的改变。

如图11A和11B所示，能够通过抵接表面SF相对于轴线AX倾斜来避免这个问题，其中第二透镜镜筒62B和第三透镜镜筒63B在轴线AX的方向上沿着抵接表面SF彼此抵接。

因此，倾斜表面SF防止第二透镜镜筒62B和第三透镜镜筒63B在与轴线AX正交的方向上被位移。

通过沿着倾斜表面SF彼此抵接并且压靠彼此，第二透镜镜筒62B和第三透镜镜筒63B能够相对于彼此被对准。

抵接表面SF在其位于远离轴线AX时，能够以下降的方式被倾斜。

图12A和12B显示另一具体实例。图12A和12B中的具体实例的特征部分也能够被应用于参照图4和7至11A和11B所示的实例。

在图12A和12B中，特征部分被应用于图11A和11B的具体实例。

在图12A和12B中，由虚线围绕的并且由附图标号12P表示的部分为特征部分。

具体地，第三透镜镜筒被截成两个部分63c1、63c2。

如上所述，第一透镜镜筒、第二透镜镜筒和第三透镜镜筒由具有预定线性膨胀系数的材料制成。

可能存在没有具有期望线性膨胀系数的适当材料的情况。

在这种情况下，通过结合具有不同的线性膨胀系数的两种以上材料来形成透镜镜筒能够满足条件。

在图12A和12B所示的具体实例中，第三透镜镜筒由两个透镜镜筒部分63c1、63c2形成，并且形成这些透镜镜筒部分的材料的线性膨胀系数分别由β1、β2表示。

此外，Z31和Z32分别表示透镜镜筒部分63c1和63c2的长度，并且Δ30表示处理测量环境温度的改变ΔT所必需的第三透镜镜筒的长度的改变量。

在这种情况下，根据线性膨胀系数β1和β2设定如上所述的Z31和Z32，以便满足：

Δ30＝(β1·Z31+β2·Z32)ΔT。

当然，不仅第三透镜镜筒，而且第一透镜镜筒61A和/或第二透镜镜筒62A可以通过在透镜镜筒轴线的方向上连接具有不同的线性膨胀系数的两个以上透镜镜筒部分而形成。

如上所述，成像光学系统具有孔径光阑。

在动态测量表面的位置改变测量期间，动态测量表面的反射率或者位置改变速度的波动改变获得的光斑图案的对比度。

由于光斑图案的对比度的这种波动，因此获得的光斑图案将较佳地具有良好的对比度。

在具有良好的对比度的光斑图案中，明亮部分与黑暗部分的比率大约为1:1。

上述问题在图13所示的具体实例中得到解决。

具体地，这个具体实例具有光圈可变机构70。

光圈可变机构70被配置成基于图像拾取装置7的输出来检测指示获得的光斑图案的亮度的信号，并且根据亮度的改变来调整孔径光阑S的孔径。

这种调整较佳地通过检测亮度分布并且控制孔径来进行，以消除亮度分布的改变。

这种调整能够获得稳定的对比度。

但是，调整不局限于这种，并且可以为当亮度分布的改变量超过预定阈值时，控制光圈以被改变一个水平。

各种常规已知的机构能够被用作改变孔径光阑S的孔径的机构。

考虑到透镜镜筒部分的构造和成像光学系统的大小，较佳地是形成具有液晶过滤器的孔径光阑S，将机构配置成能够以逐步方式改变孔径光阑S的大小，并且根据亮度分布的改变量来电力地改变孔径的大小。

使用具有实例1中所述的成像光学系统的位置改变测量装置，在作为动态测量表面的、被附着到线性阶段用于打印的粘附的纸张的表面上进行位置改变测量。

动态测量表面以100mm/秒的线性速度被移动50mm并且为行进距离，即检测长度，被测量。

线性阶段的定位精确度为0.2μm，馈送纸张50mm的误差为0.0004％。

如之前所述，实例1的位置改变测量装置的误差范围大约为+0.008％到-0.005％。

在连续的测量之后，确认不管测量环境的波动，误差范围都落入上述范围内；因此，测量环境温度的波动的影响得到有效抑制。

下面的位置改变测量方法能够通过使用如上所述的实施例和实例1的位置改变测量装置来实现。

具体地，在这个位置改变测量方法中，利用通过具有激光光源和耦合透镜的照明光学系统发出的照明光(为相干光)，在预定位置处照射动态测量表面。

于是，来自动态测量表面的反射光经由成像光学系统被引导到图像拾取装置，并且动态测量表面的光斑图案以预定帧速率被获取。

在以预定时间间隔获取的光斑图案上进行互相关计算，并且基于这个计算的结果时，测量动态测量表面的行进距离和行进速度中的至少一个。

如上所述的实施例和实例1的位置改变测量装置能够被用于被配置成在以恒定速度在恒定方向上移动的运动物体的表面上形成图像的图像形成设备，以测量作为动态测量表面的运动物体的表面的行进距离和行进速度中的至少一个。

这个图像形成设备能够采用电子照相处理，在该电子照相处理中，静电潜像被形成在光电导的感光体上，使得该静电潜像被可视为色粉图像，而且色粉图像被转印到转印接收体。

在这种情况下，使用转印接收体作为运动物体，位置改变测量装置测量运动物体的表面的行进距离和行进速度中的至少一个。

如上所述，本发明的位置改变测量装置能够获得稳定的位置改变测量，该稳定的位置改变测量的、由测量环境温度的改变引起的检测长度的波动相当小。

因此，本发明的位置改变测量装置可以被用于喷墨或者电子照相式彩色图像形成设备，作为用于控制纸张传送的速度或者中间转印带的速度等的传感器。

由于使用光斑图案执行位置改变测量，因此本发明的位置改变测量装置能够在作为测量目标的任何动态测量表面上进行测量，只要动态测量表面具有微小的清晰度。

由于测量需要光斑图案，因此在测量目标上不必有编码器图案的标记，这允许各种各样的测量目标。

此外，在如上所述的实施例中，测量目标为具有长度尺寸的检测长度。但是，速度信息也能够通过对测量长度进行时间微分而获得。

此外，微小时间段内的速度波动也能够通过适当选择用于获取光斑图案的帧速率来获得。由于温度而引起的检测长度的波动通过根据类似于上述实施例的方法来进行最优化，对于具有不同的尺寸构造的模型也能够被减少。

图6显示使用位置改变测量装置的彩色图像形成设备的一个实施例。

这个彩色图像形成设备采用使用电子照相处理的串联系统，并且具有布置成直线的四个感光体11Y、11M、11C和11K。

附图标号11之后的字母Y、M、C和K表示用于形成色粉图像的色粉的颜色。具体地，Y表示黄色，M表示品红色，C表示青色，K表示黑色。

感光体11Y至11K是光电导的并且是鼓形的。

在感光体11Y至11K周围，分别设置充电辊TY至TK、显影装置GY至GK、转印充电器15Y至15K和清洁器BY至BK。

由附图标号17表示的中间转印带被放置在感光鼓11Y至11K的下方，并且它的表面接近于感光鼓11Y至11K。

在图6中，附图标号13表示采用光学扫描的图像写入装置，19表示纸张盒，21表示转印辊，23表示定影装置，25表示排出辊。

另外，附图标号27表示外部部件，29表示带清洗装置，31表示位置改变测量装置。

简要地说明彩色图像形成。

当开始图像形成时，感光体11Y至11K以恒定速度、在预定时刻顺时针旋转。

感光体11Y至11K通过它们对应的充电辊TY至TK被均匀地充电。

通过由图像写入装置13进行的光学扫描，静电潜像被写入在各个均匀充电的感光体上，被显影，并且使其被可视为不同颜色的色粉图像。

具体地，图像写入装置13将黄色图像部分的图像写入到感光体11Y上，并且显影装置GY将如此形成的静电潜像显影在感光体11Y上，从而在其中形成黄色色粉图像。

图像写入装置13将品红色图像部分的图像写入到感光体11M上，并且显影装置GM将如此形成的静电潜像显影在感光体11M上，从而在其中形成品红色色粉图像。

图像写入装置13将青色图像部分的图像写入到感光体11C上，并且显影装置GC将如此形成的静电潜像显影在感光体11C上，从而在其中形成青色色粉图像。

图像写入装置13将黑色图像部分的图像写入到感光体11K上，并且显影装置GK将如此形成的静电潜像显影在感光体11K上，从而在其中形成黑色色粉图像。

如此以不同的颜色在各个感光体11Y至11K上形成的色粉图像被转印到中间转印带17。

作为转印接收体，中间转印带17被驱动，以根据感光体11Y至11K的旋转表面速度以恒定速度在恒定方向上旋转，即在图6中向左旋转。

然后，转印充电器15Y将黄色色粉图像从感光体11Y转印到中间转印带17，并且转印充电器15M将品红色色粉图像从感光体11M转印到中间转印带17。

类似地，转印充电器15C将青色色粉图像从感光体11C转印到中间转印带17，并且转印充电器15K将黑色色粉图像从感光体11K转印到中间转印带17。

如此被转印的不同颜色的色粉图像被彼此叠加在中间转印带17上，从而形成彩色的色粉图像。

转印纸张P从位于中间转印带17下方的纸张盒19被馈送到转印部分，其中上述彩色色粉图像将被转印到转印纸张P上。

然后，在转印部分中，当转印纸张P通过中间转印带17和转印辊21被夹住和传送时，中间转印带17上的彩色色粉图像被转印到转印纸张P上。然后转印纸张P被传送到定影装置23。

定影装置23将彩色色粉图像定影在转印纸张P上，并且排出辊25将转印纸张P排出到形成为外部部件27的上部的托盘。

带清洗装置29去除中间转印带17上的残余色粉和纸粉，其中彩色色粉图像已经从中间转印带17被转印到转印纸张P。

中间转印带17需要以预定速度和时刻通过转印位置，转印位置为不同颜色的色粉图像被转印到中间转印带17的位置。因此，中间转印带17的行进速度需要以高精确度被控制。

位置改变测量装置31被配置成精确地测量行进到转印位置的中间转印带17的表面的行进速度，在该转印位置处，色粉图像从各个感光体将被转印到该中间转印带17。

然后，基于测量的行进速度，控制驱动工具(未显示)控制中间转印带17的行进速度，以致中间转印带17可以以恒定速度移动。

位置改变测量装置31是根据如上所述的实施例和实例1中的任何一个的，并且被配置成精确地测量作为动态测量表面的中间转印带17的表面的行进速度。

因此，不同颜色的色粉图像被适当地转印，以形成没有颜色未对准的彩色图像。

如同实例1中的，当检测长度的波动量与-1.54×10^-6(％)同样小时，即使通过能够例如每分钟打印60个彩色图像的高速图像形成设备，也能够获得没有颜色未对准的良好的彩色图像。

尽管中间转印带的表面被用作上述动态测量表面，但是如上所述的位置改变测量装置当然也能够测量每个感光体的表面的位置改变。

此外，尽管来自动态测量表面的反射光被用作上述检测光，但是当然，检测光可以为透射光。

另外，图1A、1B、2、4和5所有都为了说明目的，并且没有必须显示实际光学系统的精确的f数及其它光学值。

(实例2)

例如，专利文献1提出一种方法：该方法用于通过用激光照射转印带等的带表面来校正转印带等的被驱动量(传送方向或者推力方向上的位置改变)，检测在带表面上产生的光斑图像图案，并且分析检测到的图案。

另外，专利文献2提出一种方法：该方法用于通过使用二维图像传感器来检测当记录介质(例如一张纸)用激光被照射时所产生的光斑图像图案来控制转印带等的驱动并且分析检测到的图案。

专利文献3提出一种方法：该方法用于通过借助用激光照射转印带等的带表面，来分析在某个时间间隔处检测到的光斑图像之间的相关性，并且将散射光的图像经由图像形成透镜形成到面积传感器上，从而获得转印带等的驱动速度。如果转印带等在垂直于带表面的方向上推进，则检测到的光斑图像看起来在平行于带表面的方向上移动。为了避免由那样的移动所引起的检测误差，面积传感器被放置在垂直于带表面的方向上。

但是，专利文献1至3都没有提到转印带等的驱动量的检测误差，该误差是由例如由于多色图像形成设备内部的温度的波动而导致的多色图像形成设备的部件的热膨胀所引起的。

因此，实例2的目的在于不管多色图像形成设备内部的温度的波动，都能以高精确度驱动转印带等。

图14显示根据实例2的位置改变检测器10的构造。位置改变检测器10包括照明光学系统11、成像光学系统12、光学传感器13、壳体14等。注意，转印带等被表示为测量物体OB，转印带等的速度将被检测，转印带等例如是传送带(包括通过该传送带传送的记录介质)或者中间转印带。

照明光学系统11包括光源11₁和耦合透镜11₂。光源11₁被固定到圆筒形支撑构件11₀的底部表面，并且耦合透镜11₂被固定在圆筒形支撑构件11₀的本体部分。圆筒形支撑构件11₀被固定在壳体14的向内弯曲的上表面的倾斜表面部分与弯曲成钩状的壳体14的侧表面的尖端部分之间，而且圆筒形支撑构件11₀的开口面向被测量物体OB。光源11₁包括例如激光二极管，并且通过耦合透镜11₂朝着被测量物体OB发出大致平行的检测光。在图14中，用长点划线显示检测光的光轴10x。因此检测光进入被测量物体OB，并且照射其下表面。

成像光学系统12包括成像透镜12₁，并且被放置在被测量物体OB的正下方(在由检测光照射的区域)。成像透镜12₁被保持在圆筒形保持构件(透镜镜筒室)的本体部分的内侧。透镜镜筒室12₀具有上端部分，该上端部分的外径大于本体部分的外径。当透镜镜筒室12₀的本体部分通过设置在壳体14的上表面的圆形开口14a而从上方被插入、并且其上端部分与开口14a的边缘部分接触时，设定透镜镜筒室120的竖直位置。因此，透镜镜筒室12₀被固定到壳体14。通过如上所述的检测光的照射从被测量物体OB的下表面散射的光通过由成像光学系统12被会聚而被引导到光学传感器13。从而，被测量物体OB的图像被形成在光学传感器13的光接收表面上。

光学传感器13包括传感器本体(例如，CMOS传感器)13₁。传感器本体13₁被固定到壳体14的底板(基板)14₀上，并且其光接收表面被覆盖玻璃13₀覆盖。光学传感器13以某个帧速率获取被测量物体OB的图像(一维或二维图像)。成像的结果被发送到分析装置(未显示)。

诸如转印带的被测量物体OB在检测光的波长的尺度是高倍不规则的。因此，通过照射相干检测光而产生的散射光显示出清晰的不规则图案(被称为光斑图案)。当被测量物体OB移动时，光斑图案也以它的形式没有任何变化地移动。因此，被测量物体OB的位置改变能够给予稳定图案的成像结果被检测。

分析装置(未显示)对从光学传感器13顺序接收的光斑图案(也被简称为光斑图像)的成像结果进行相关性计算，以找到例如在不同的时间采集的至少两个光斑图像图案的暂时改变，从而获得被测量物体OB的位置改变。(被测量物体OB的行进速度可以通过将获得的位置改变除以帧速率的反数而被导出。)这个结果被发送到控制装置(未显示)，然后该控制装置根据结果来控制驱动装置(未显示)，从而以高精确度驱动转印带等。

在具有如上所述构造的位置改变检测器10中，由于诸如通过光学传感器13(传感器本体13₁)产生的热或者环境温度的改变的因素而使得支撑构件11₀、透镜镜筒单元12₀、壳体14等膨胀从而伸长(或者收缩)。因此，通过透镜镜筒室12₀支撑的成像透镜12₁在平行于光轴10x的方向(在这里称为光学轴线方向)上在适当位置上移动，并且朝着被测量物体OB移动(或者远离)。这种移动改变稍后给出的公式(1)中的参数M、D和Db的值，从而产生被测量物体OB的位置改变的检测误差。

作为实例，假定成像光学系统12的放大率(M)为0.8，并且壳体14由铝制成且为30mm高的情况。在25℃的环境温度下，当考虑仅仅由于光学传感器13(传感器本体13₁)产生的热而产生的成像透镜12₁的位移时，估计被测量物体OB的位置改变量(被称为检测长度)具有大约50μm的误差。

这里，位置改变检测器10(抑制由于温度而产生的检测误差)的检测准确度通过使得成像光学系统12的光学特性最优化，或者特别使得焦距最优化而被最优化。

根据非专利文献1，关系式：

V2/V1＝M{(D/Db)-1} (1)

成立，其中V1为被测量物体OB的位置改变速度(转移速度)，V2是由光学传感器13检测到的光斑图像的转移速度，M为成像光学系统12的图像形成放大率，D为通过成像透镜12₁获得的被测量物体OB的图像的平面与光学传感器13(传感器本体13₁)的光接收表面之间的距离，并且Db为被测量物体OB的像平面与光源11₁的像平面之间的距离。但是，从关系表达式(1)还不清楚成像透镜12₁的诸如焦距的光学特性如何影响速度比V2/V1。而且，由于温度而导致的检测长度的误差不能从关系表达式(1)被导出。

因此，基于光学原理(或者特别是图像形成理论)，发明人分析速度比V2/V1如何受到成像透镜12₁的光学特性的影响。例如，参数M是通过使用被测量物体OB与成像透镜12₁之间的距离和成像透镜121的焦距(f)(即，物距)，从光学图像形成公式导出成像透镜12₁与被测量物体OB的像平面之间的距离(即，像距)而获得的。而且，参数D是通过导出成像透镜12₁与光学传感器13的光接收表面之间的距离而获得的。另外，参数Db是根据光源11₁和耦合透镜11₂的位置以及成像透镜12₁的位置获得的。结合模拟的热力结构被用于获得由于通过由光学传感器13(传感器本体13₁)产生的热所引起的壳体14等的膨胀和伸长，而导致的成像透镜12₁、光学传感器13、光源11₁和耦合透镜11₂的位移。另外，也可获得由于温度变化而导致的成像透镜12₁的焦距(f)的改变。基于这些结果，分析参数M、D和Db的改变以及检测长度的改变。

因此，人们发现，由于温度而导致的检测长度的误差(由于温度而产生的误差)与由于温度变化dT而导致的成像透镜12₁的焦距f的改变(在下文中该改变被称为温度变化速率或者温度波动系数df/dT)近似成正比。图15显示在0℃、25℃和50℃的环境温度下的分析的结果。当温度波动系数df/dT增加时，由于检测长度的温度而导致的误差在0℃的环境温度下急剧减小，在25℃的环境温度下逐渐减小，并且在50℃的环境温度下急剧增加。三条直线几乎在接近温度波动系数df/dT＝0.0003的单个点处相交。这就意味着，检测长度(由于检测长度的温度而导致的误差)能够通过使得温度波动系数df/dT的值最优化到那个值，即0.0003，被维持恒定，而与温度无关。

例如，在透镜镜筒室12₀由作为铁素体不锈钢的一种类型的SUS 430制成并且df/dT值为0.00031的情况下，由于3.1μm的温度而导致的误差是在0℃至50℃的环境温度下的50mm的检测长度获得的。这个对应于0.0062％的检测精确度。因此，通过使用df/dT值作为指标，由于检测长度的温度而导致的误差能够被抑制，从而提高检测精确度。

论述用于使得df/dT值最优化的特定方法。用于最优化的能够想到的方法包括使得为成像透镜121选择的玻璃材料的折射率N的温度波动系数dN/dT最优化，使得成像透镜121的透镜表面的曲率最优化，等等。但是，实际上，玻璃材料的种类是有限的，因此dN/dT值仅被离散地最优化。而且，透镜表面的曲率的最优化并不一定容易。因此，在实例2中，df/dT值通过使成像光学系统12配置有两个成像透镜12₁，即通过结合两种玻璃材料，被最优化。

如图16所示，例如，df/dT值的最佳值为0.00031，是通过使用用于成像光学系统12的双合透镜以具有12.5mm的焦距以及0.80的图像形成放大率、并且通过选择SPHM53作为用于双合透镜的物侧透镜的玻璃材料以及选择STIM39作为用于双合透镜的像侧透镜的玻璃材料而获得的。在0℃到50℃的环境温度下，由于温度而导致的误差4.4μm是相对于50mm的检测长度而获得的。作为比较实例，如果选择SBAL35作为用于物侧透镜的玻璃材料并且选择STIM25作为用于像侧透镜的玻璃材料，则在0℃至50℃的环境温度下，获得的df/dT值为-0.00007，并且由于温度而导致的误差-24μm至50μm是相对于50mm的检测长度获得的。

df/dT值可以通过使成像光学系统12不仅配置有两个成像透镜12₁，而且还配置有两个以上的成像透镜12₁，即通过结合两种以上的玻璃材料，被最优化。这就可以为最优化提供更大的灵活性，减少成本，并且允许更连续地最优化df/dT值。

如上详细所述，在实例2的位置改变检测器10中，成像光学系统12(成像透镜12₁)的焦距(f)的温度变化速率(df/dT值)被最优化，以补偿由公式(1)中的参数M、D和Db的改变所引起的检测长度的误差，其中由于温度以及由于壳体14等的热膨胀而导致公式(1)中的参数M、D和Db改变。因此，由温度波动所引起的检测长度的波动能够得到抑制，能够精确地测量转印带等的位置改变，并且通过使用测量结果能够精确地驱动转印带等。

而且，通过使用作为指标的df/dT值来配置位置改变检测器10，由温度波动所引起的检测长度的波动能够容易地被最小化，而不会使得位置改变检测器10的构造复杂化。

由于剩余误差(例如，在图16的改进之后的由于温度而导致的误差4.4μm)并不依赖于环境温度，因此这个误差通过调整透镜镜筒室12₀(成像透镜12₁)的或者光学传感器13(传感器本体13₁)的位置而能够被容易地校正。换句话说，还能够通过将偏差值添加到位置改变检测器10获得的检测结果来校正这个剩余误差。

此外，当环境温度增加时，对于成像光学系统12(成像透镜12₁)的焦距伸长的构造，尽管实例2的位置改变检测器10能够使得由温度波动所引起的检测长度的波动最小化，但是当环境温度增加时，对于焦距缩短的构造，由温度波动所引起的检测长度的波动也能够被类似地最小化。

(实例3)

像实例2，实例3的目的在于不管多色图像形成设备内部的温度的波动，都能以高精确度驱动转印带等。

下面使用图17描述实例3。注意，与实例2中的那些元件类似的元件由相同的附图标号表示，并且不再重复说明。

图17显示根据实例3的位置改变检测器10的构造。

圆筒形滑动保持部分14₁从壳体14的上表面延伸到壳体14的内部，并且透镜镜筒室12₀被保持在滑动保持部分14₁的内部。在图17中，尽管透镜镜筒室12₀的外表面与滑动保持部分14₁的内表面接触，但是透镜镜筒室12₀可在滑动保持部分14₁的延长方向(光轴方向)上移动。

为了在光轴方向上设定透镜镜筒室12₀(成像透镜12₁)的位置，透镜镜筒室12₀的下端与光学传感器13(盖玻璃13₀)相接触，诸如弹簧的弹性构件被设置在透镜镜筒室12₀的上端作为按压构件12₂，并且紧固件12₃被适配到滑动保持部分14₁的开口中，以通过按压构件12₂对着光学传感器13按压透镜镜筒室12₀(成像透镜12₁)。

尽管由于诸如通过光学传感器13(传感器本体13₁)所产生的热或者环境温度的改变的因素，透镜镜筒室12₀可以膨胀从而在光轴方向上伸长，但是这种膨胀和伸长独立于壳体14的膨胀和伸长。壳体14的高度(从底部表面到上表面)小于从底部表面到成像透镜12₁的距离。因此，即使壳体14和透镜镜筒室12₀由相同的材料制成，由环境温度的改变所引起的成像透镜12₁的位移量也很小。能够通过用具有小膨胀系数的材料(例如，SUS)形成透镜镜筒室12₀来进一步减少成像透镜12₁的位移量。

例如，如果壳体14由树脂材料制成并且透镜镜筒室12₀由作为铁素体不锈钢的一种类型的SUS制成，则在0℃至50℃的环境温度下，由于检测长度的温度而导致的误差通过适当选择用于成像透镜12₁的玻璃材料都能够被抑制到大约4μm。

如上详细所述，根据实例3的位置改变检测器10，透镜镜筒室12₀(成像透镜)12₁通过由按压构件12₂对着光学传感器13被按压在滑动保持部分14₁的内部而被设定在光轴方向上的位置上。由于这样减小距离，该距离是由于由温度波动所引起的壳体14的位移等而导致的成像透镜12₁和光学传感器13彼此分离的距离，因此由温度波动所引起的检测长度的波动能够得到抑制。因此这就能够精确地测量转印带等的位置改变，并且通过使用该测量结果来精确地驱动转印带等。

(实例4)

像实例2和3，实例4的目的在于不管多色图像形成设备内部的温度的波动，都能以高精确度驱动转印带等。

下面使用图18描述实例4。注意，与实例2和3中的那些元件类似的元件由相同的附图标号表示，并且不再重复说明。

图18显示根据实例4的位置改变检测器10的构造。

热释放构件(散热板)14₂被放置在壳体14的外侧，并且通过设置于壳体14的底部表面(基板14₀)中的通孔，与光学传感器13(传感器本体13₁)的背面接触。从而，散热板14₂起到散热器的作用，从而将光学传感器13(传感器本体13₁)产生的热释放到散热板14₂，即，到壳体14的外部。因此由于温度变化而导致的壳体14等的位移得到抑制。

当光学传感器13(传感器本体13₁)在25℃的环境温度下被驱动时，在没有散热板14₂时，成像透镜12₁在光轴方向上的位移量为4.8μm。这样，传感器本体13₁的表面温度为33.9℃并且成像透镜12₁的温度为30.9℃。另一方面，在有散热板14₂时，位移量被减少到3.6μm。这样，传感器本体13₁的表面温度为30.7℃，并且成像透镜12₁的温度为28.9℃。

而且，当光学传感器13(传感器本体13₁)在50℃的环境温度下被驱动时，在没有散热板14₂时，成像透镜12₁在光轴方向上的位移量为16.7μm。这样，传感器本体13₁的表面温度为58.9℃并且成像透镜12₁的温度为55.9℃。另一方面，在有散热板14₂时，位移量被减少到15.6μm。这样，传感器本体13₁的表面温度为55.7℃并且成像透镜12₁的温度为53.9℃。

因此，通过安装散热板14₂，成像透镜12₁的位移得到抑制，从而接着能够抑制由温度波动所引起的检测长度的波动。

如上详细所述，根据实例4的位置改变检测器10，散热板14₂将光学传感器13产生的热释放到检测器的外部，光学传感器13是增加位置改变检测器10的内部温度的一个热源。因此，壳体14等的热膨胀得到抑制，从而抑制成像光学系统12(成像透镜12₁)的焦点的位移，并且因此抑制由于温度波动而导致的检测长度的波动。因此，转印带等的位置改变能够以高精确度被测量，并且转印带等能够通过使用该测量结果以高精确度被驱动。

不管温度波动都具有高检测精确度并且是稳定的，根据如上所述的实例2至4的位置改变检测器10能够被用作多色图像形成设备中的检测装置，该多色图像形成设备被用于数字复印机、打印机、传真机、具有这些性能的多功能机器等等，检测装置例如被配置成检测传送带或中间转印带的驱动量或者驱动速度，或者被配置成检测记录介质的馈送量或速度。由于转印带等能够如此以高精确度被驱动和控制，因此能够以低成本打印高品质图像。

因此，在不对被测量物体做标记并且不会接触它的情况下，根据如上所述的实例2至4的位置改变检测器10能够精确地测量被测量物体的位置改变量或者行进速度。因此，位置改变检测器10能够被用于不仅测量多色图像形成设备的转印带等的位置改变量或者速度，而且还测量大范围的被测量物体的位置改变量或者速度，其中，光斑图案是通过相干光获得的。

注意，根据上述实例2至4的位置改变检测器10的构造，或者特别是实例2中的df/dT值的最优化，能够被应用于具有不同大小、结构等的位置改变检测器10，从而能够使得由于温度波动而导致的检测长度的波动最小化。

而且，尽管在上述实例2至4中测量作为与位置改变(位置)有关的数量的检测长度，但是速度也能够通过将位置改变相对于时间进行一次微分来获得，并且加速度能够通过将位置改变相对于时间进行两次微分来获得。在这种情况下，微小时间段内的速度和加速度的波动也能够通过适当设定用于获取光斑图像的帧速率来获得。

(实例5)

用于专利文献1的扫描部件一般包括成像透镜被附接的透镜镜筒，能够获取二维图像的二维图像传感器(例如CMOS传感器)，并且这些构件被设定在壳体内部的位置上并被固定到壳体。

一般由树脂材料制成，由于在图像形成操作期间由热产生构件所产生的热而使得图像形成设备内部的壳体可以在成像透镜的光轴的方向上朝着中间转印带热膨胀。于是，同样，通过使用螺钉等保持在壳体内部的透镜镜筒连通壳体一起在成像透镜的光轴的方向上朝着中间转印带位移。这就导致例如在垂直于光学方向的方向上的中间转印带的行进距离的几十微米的检测误差(在下文，这种行进距离被称为检测长度)。

检测长度的误差妨碍诸如中间转印带的移动物体的行进距离的精确检测，因此妨碍中间转印带的行进速度的精确检测。

在专利文献3中描述的速度检测装置的构造中，即使移动构件(移动物体)在垂直于移动平面的方向上移动，光斑图案在面积传感器的平面方向上也几乎不移动。因此，检测误差很少会出现。但是，专利文献3并没有描述任何用于抑制由于装置的温度变化而导致的检测值的改变的速度检测装置的构造。

因此，实例5的目的在于提供一种检测装置和一种图像形成设备，该检测装置和图像形成设备通过抑制成像透镜被附接的透镜镜筒的位移，能够精确地检测诸如中间转印带的移动物体的行进距离，其中所述位移是由于周围温度的增加而导致的热膨胀所引起的。

(检测装置20的构造)

如图19所示，检测装置20具有照明光学系统部分21、成像光学系统部分22、CMOS传感器24和保持这些构件的壳体25，其中CMOS传感器24作为二维图像传感器被安装在基板23上。壳体25由诸如聚碳酸酯树酯或者ABS树脂的树脂材料制成。

照明光学系统部分21具有诸如激光二极管(LD)的激光光源26和准直透镜27，该准直透镜27被配置成将从激光光源26发出的激光(光束)校准成大致平行光。这些构件被保持在由金属制成的保持框架28的内部，并且相对于中间转印带4的表面以预定角度被按压适配到壳体25的附接孔25a中。

成像光学系统部分22具有管状透镜镜筒30，该管状透镜镜筒30将成像透镜29保持在其内部，透镜镜筒30被插入到一体形成在壳体25内部的透镜镜筒保持部分25b中，从而透镜镜筒30能够在光轴的方向上相对于透镜镜筒保持部分25b的内表面滑动。透镜镜筒30由诸如铝或者SUS的金属材料制成，该透镜镜筒30的线性膨胀系数小于树脂材料的线性膨胀系数。沿着成像透镜29的光轴A的方向与用从激光光源26发出的激光L照射的中间转印带4的表面上的区域重合。

透镜镜筒30的上表面位于透镜镜筒保持部分25b的内部，并且作为弹性构件的螺旋弹簧31被放置在其上表面侧上的透镜镜筒30的端部表面上，并且通过被按压适配到透镜镜筒保持部分25b的上部中的由金属制成的环形落下防止构件32被按压。在其下表面侧的透镜镜筒30的端部表面与覆盖玻璃平板33接触，覆盖玻璃平板33在位于光轴A上的CMOS传感器24的表面上。

尽管透镜镜筒30的下表面可以与覆盖玻璃平板33的整个外圆周部分相接触，但是如图20A和20B所示，它也可以在透镜镜筒30的下表面以相等间隔形成的三个半球形突起30a、30b和30c处与覆盖玻璃平板33相接触。突起30a、30b、30c不局限于具有半球形形状，而是例如，可以在它的尖端具有平面。

接下来，简要描述检测中间转印带4的行进速度或者速度波动时，如上所述的检测装置20的操作。

激光L被倾斜地应用于运转中的中间转印带4，该激光L从激光光源26发出并且通过准直透镜27被校准成大致平行光。然后，中间转印带4上的被照射表面的图像被成像透镜29采集，并且如此采集的光学图像被形成在CMOS传感器24的光接收表面上。

由于具有微小清晰度的中间转印带4的带主体的表面被覆盖有光透射构件，因此进入中间转印带4的表面的大部分激光L通过光透射构件并且被带主体的表面散射。散射射线彼此干涉，并且给予带主体的表面的清晰度的光斑图像图案被形成。成像透镜29形成该光斑图像图案，并且CMOS传感器24根据如此成像的光斑图像图案来输出图像数据。同时，控制器34命令激光光源26发出激光L并且从CMOS传感器24以某个时间间隔接收图像数据(光斑图像图案)。

然后，已知的方法被用于计算暂时接近彼此的两个光斑图像图案的互相关函数，并且基于互相关函数的峰值位置，计算中间转印带4的带表面的行进距离。

然后，基于如此计算的带表面的行进距离，控制器34计算中间转印带4的行进速度。然后，打印机控制装置(未显示)接收有关如此计算的中间转印带4的行进速度的信息，并且将该行进速度与预设行进速度进行比较。如果有速度差，则打印机控制装置将校正信号输出到传动辊11的驱动马达(未显示)，以将中间转印带4的行进速度校正成正常速度。

也可以通过适当地选择用于获取图像数据(光斑图像图案)的帧频来找到微小时间段内的中间转印带4的速度的波动。

图像形成设备的内部温度例如通过在图像形成设备的图像形成操作期间由热产生构件产生的热被增加。处于这样的原因，位于图像形成设备内部的检测装置20的壳体25和透镜镜筒30由于热膨胀而容易在沿着成像透镜29的光轴A的方向上朝着中间转印带4被位移。

尽管如此，由于在实例5中，透镜镜筒30由具有小的线性膨胀系数、诸如铝或者SUS的金属材料制成，因此由于热膨胀而在沿着成像透镜29的光轴A的方向上朝着中间转印带4的位移能够被减少。

此外，透镜镜筒30被插入管状透镜镜筒保持部分25b中，从而透镜镜筒30能够相对于管状透镜镜筒保持部分25b的内表面在沿着光轴A的方向上滑动。因此，由于热膨胀而导致的壳体25的位移被透镜镜筒30相对于透镜镜筒保持部分25b的滑动吸收，从而防止其被传递到透镜镜筒30一侧。

此外，在管状透镜镜筒保持部分25b的内部，透镜镜筒30通过螺旋弹簧31从上方被恒定地压向CMOS传感器24。因此，透镜镜筒30的位置能够被稳定，从而允许在成像透镜29与CMOS传感器24之间维持稳定距离。

而且，当在操作中时，CMOS传感器24本身产生热。出于这样的原因，通过CMOS传感器24产生的热通过覆盖玻璃平板33被传递到透镜镜筒30。为了减少由于热膨胀而导致的透镜镜筒30的位移，期望能够抑制由CMOS传感器24产生的热的传递。

最后，在实例5中，如图20A和20B所示，透镜镜筒30与覆盖玻璃平板33之间的接触面积通过使得透镜镜筒30仅在透镜镜筒30的下表面上形成的三个半球形突起30a、30b和30c处与覆盖玻璃平板33相接触而被减小。这就能够抑制通过CMOS传感器24产生的热通过覆盖玻璃平板33传递到透镜镜筒30。

因为由热膨胀而导致的透镜镜筒30在光轴A的方向上朝着中间转印带4的位移能够因此得到抑制，所以透镜镜筒30内部的成像透镜29的位移也能够得到抑制。这就有助于减少检测长度的误差。因此，即使当检测装置20周围的温度增加时，中间转印带4的行进速度或者其速度的波动能够被精确地检测。

(实例6)

像实例5，实例6的目的在于提供一种检测装置和一种图像形成设备，该检测装置和图像形成设备能够通过抑制由于由周围温度的增加所引起的热膨胀而导致的具有被附接到的成像透镜的透镜镜筒的位移，精确地检测诸如中间转印带的移动物体的行进距离。

图21是显示根据实例6的检测装置示意截面图。注意，在图21具有与图19中所示的实例5的检测装置的那些元件相同功能的元件由相同的附图标号表示，并且不再重复说明。

如图21所示，实例6的检测装置20a具有一构造，在该构造中，具有低热导率的缓冲构件35被放置在透镜镜筒30的下表面与CMOS传感器24上的覆盖玻璃平板33的外圆周部分之间。例如，由POM(聚缩醛)树脂制成并具有例如大约1mm的厚度的缓冲构件能够被用作缓冲构件35。其它构造类似于图19所示的实例5的检测装置的构造。

具有低热导率并且放置在透镜镜筒30的下表面与CMOS传感器24(覆盖玻璃平板33)之间的缓冲构件35允许更良好的抑制由CMOS传感器24产生的热通过覆盖玻璃平板33传递到透镜镜筒30。在透镜镜筒30内部的成像透镜29的位移也能够得到抑制。从而，可以进一步减少检测长度的误差。

(实例7)

像实例5和6，实例7的目的在于提供一种检测装置和一种图像形成设备，该检测装置和图像形成设备能够通过抑制由于由周围温度的增加所引起的热膨胀而导致的具有被附接到其的成像透镜的透镜镜筒的位移，精确地检测诸如中间转印带的移动物体的行进距离。

图22是显示根据实例7的检测装置示意截面图。注意，在图22具有与图19中所示的实例5的检测装置的那些元件相同功能的元件由相同的附图标号表示，并且不再重复说明。

如图22所示，实例7检测装置20b在基板23中具有通孔23a，并且放置在基板23外部的散热构件36通过通孔23a被连接到CMOS传感器24的背面。其它构造类似于图19所示的实例5的检测装置的构造。

散热构件36通过通孔23a连接到CMOS传感器24的背面允许更良好的抑制由CMOS传感器24产生的热通过覆盖玻璃平板33传递到透镜镜筒30。在透镜镜筒30内部的成像透镜29的位移也能够得到抑制。从而，可以进一步减少检测长度的误差。

例如，当在25℃的室温下驱动CMOS传感器24时，在没有散热板36的情况下，成像透镜29的位移量为4.8μm。这样，CMOS传感器24的表面温度为33.9℃，并且成像透镜29的温度为30.9℃。

另一方面，在有散热板36时，成像透镜29的位移量被减少到3.6μm。这样，CMOS传感器24的表面温度为30.7℃，并且成像透镜29的温度为28.9℃。

而且，当在50℃的室温下驱动CMOS传感器24时，在没有散热板36的情况下，成像透镜29的位移量为16.7μm。这样，CMOS传感器24的表面温度为58.9℃，并且成像透镜29的温度为55.9℃。

另一方面，在有散热板36时，位移量被减少到15.6μm。这样，CMOS传感器24的表面温度为55.7℃，并且成像透镜29的温度为53.9℃。

尽管壳体25在如上所述的实例5至7中由树脂材料制成，但是壳体25并不局限于此，而是可以由具有小于树脂材料的线性膨胀系数的、诸如铝或者SUS的金属材料制成。

而且，尽管在如上所述的实例5至7中，检测装置20被配置成检测有关中间转印带4的行进的信息，但是检测装置20也能够被类似的采用作为配置成检测有关环形传送带的行进的信息，该环形传送带被配置成将记录介质传送到各个颜色的色粉图像被形成在其上的多个图像载体上，同时将记录介质吸附到它的表面上。

Claims

1.一种位置改变测量装置，其特征在于，包含：

光源；

照明光学系统，所述照明光学系统被配置成将来自所述光源的光引导到被测量表面；

成像光学系统；和

图像拾取装置，所述图像拾取装置被配置成通过经由所述成像光学系统接收来自所述被测量表面的反射光，来获得光斑图案，其中

基于对以预定时间间隔获得的多个光斑图案进行的互相关计算的结果，来测量所述被测量表面的位置改变，

所述成像光学系统从被测量表面一侧开始包括正光焦度的第一组、孔径光阑和正光焦度的第二组，

所述孔径光阑被设置在所述第一组的像侧焦平面和所述第二组的物侧焦平面的位置处，

所述图像拾取装置的光接收表面被放置在由所述成像光学系统形成的所述被测量表面的高斯平面处，并且

所述位置改变测量装置满足：

条件(1) D/Db≒0，

其中，Db为所述被测量表面的沸腾平面与由所述成像光学系统形成的所述被测量表面的所述高斯平面之间的距离，并且D为所述高斯平面与所述图像拾取装置的所述光接收表面之间的间隔。

2.如权利要求1所述的位置改变测量装置，其特征在于，

所述成像光学系统的所述第一组和所示第二组中的每一组都由不同的材料制成的两个以上的透镜来形成，并且

不管测量环境温度的波动，所述位置改变测量装置满足：

条件(1) D/Db≒0，

其中，Db为所述被测量表面的所述沸腾平面与由所述成像光学系统形成的所述被测量表面的所述高斯平面之间的距离，并且D为所述高斯平面与所述图像拾取装置的所述光接收表面之间的所述间隔。

3.如权利要求1所述的位置改变测量装置，其特征在于，进一步包含组间隔调整机构，所述组间隔调整机构被配置成根据构成所述成像光学系统的所述第一组和所述第二组中的每一组的焦距的波动量，调整所述第一组与所述第二组之间的间隔，其中所述波动是由所述测量环境温度的所述波动所引起的。

4.如权利要求3所述的位置改变测量装置，其特征在于，

所述组间隔调整机构抑制光斑图案中的多个实像高度的放大率的平均值的波动，其中所述波动是由所述测量环境温度的所述波动所引起的。

5.如权利要求4所述的位置改变测量装置，其特征在于，

所述组间隔调整机构具有多个透镜镜筒，所述多个透镜镜筒至少包括配置成保持所述第一组的第一透镜镜筒和配置成保持所述第二组的第二透镜镜筒，所述第一透镜镜筒和所述第二透镜镜筒具有不同的线性膨胀系数，

所述第一透镜镜筒和所述第二透镜镜筒中的一个透镜镜筒在一端被固定到所述图像拾取装置，并且

利用由所述测量环境温度的所述波动而导致的所述多个透镜镜筒的伸长和收缩，来抑制所述光斑图案中的所述多个实像高度的所述放大率的所述平均值的所述波动，其中所述波动是由所述测量环境温度的所述波动所引起的。

6.如权利要求5所述的位置改变测量装置，其特征在于，

所述组间隔调整机构具有被配置成保持所述第一组的所述第一透镜镜筒、相对于所述第一透镜镜筒可滑动的第三透镜镜筒、和被配置成保持所述第二组的所述第二透镜镜筒，

所述第一透镜镜筒和所述第三透镜镜筒在一端被固定到所述图像拾取装置，并且

利用由所述测量环境温度的所述波动而导致的所述第一透镜镜筒和所述第三透镜镜筒中的任意一个透镜镜筒的伸长和收缩，来使得所述光斑图案中的所述多个实像高度的所述放大率的所述平均值的所述波动最小化，其中所述波动是由所述测量环境温度的所述波动所引起的。

7.如权利要求6所述的位置改变测量装置，其特征在于，

不管所述测量环境温度的所述波动，所述第二透镜镜筒和所述图像拾取装置都不会彼此互相接触。

8.如权利要求6所述的位置改变测量装置，其特征在于，

不管所述测量环境温度的所述波动，在沿着所述第二透镜镜筒的轴线的方向上位于第一组侧的所述第二透镜镜筒的最末端表面部分不会与面向所述最末端表面部分的所述第一透镜镜筒的表面相接触。

9.如权利要求8所述的位置改变测量装置，其特征在于，进一步包含排斥的弹性构件，所述排斥的弹性构件位于所述第一透镜镜筒和所述第二透镜镜筒之间，并且被配置成施加弹力，所述弹力将所述第二透镜镜筒压向所述第三透镜镜筒。

10.如权利要求9所述的位置改变测量装置，其特征在于，

所述第一透镜镜筒和保持所述第一透镜镜筒的外壳在沿着所述第一透镜镜筒的轴线方向上分别具有彼此面对的相对表面，

所述位置改变测量装置在所述第一透镜镜筒的所述相对表面和所述外壳的所述相对表面之间包含压缩弹性构件，

所述排斥的弹性构件和所述压缩弹性构件都是弹簧构件，所述排斥的弹性构件施加将所述第二透镜镜筒压向所述第三透镜镜筒的所述弹力，

所述排斥的弹性构件被表示为弹簧构件A并且所述压缩弹性构件被表示为弹簧构件B，所述位置改变测量装置满足条件：

K1·n1-K2·n2-M1·G<0，和 (3)

-K1·n1-K2·n2-M2·G-M3·G<0， (4)

其中，K1和n1分别为所述弹簧构件A的弹簧常数和弯曲量，M1为所述第一透镜镜筒的质量，K2和n2分别为所述弹簧构件B的弹簧常数和弯曲量，M2为所述第二透镜镜筒的质量，M3为所述透镜镜筒的质量，并且G为重力加速度，以及

所述位置改变测量装置位于所述被测量表面的下方。

11.如权利要求9所述的位置改变测量装置，其特征在于，

所述第一透镜镜筒和保持所述第一透镜镜筒的外壳在沿着所述第一透镜镜筒的轴线方向上具有彼此面对的相对表面，

-K1·n1+K2·n2-M1·G>0，和 (5)

K1·n1-M3·G>0， (6)

其中，K1和n1分别为所述弹簧构件A的弹簧常数和弯曲量，M1为所述第一透镜镜筒的质量，K2和n2分别为所述弹簧构件B的弹簧常数和弯曲量，M3为所述第三透镜镜筒的质量，并且G为重力加速度，以及

所述位置改变测量装置位于所述被测量表面的上方。

12.一种图像形成设备，其特征在于，所述图像形成设备在某个方向上行进的移动物体的表面上形成图像，所述设备包含：

如权利要求1所述的位置改变测量装置，其中

所述位置改变测量装置测量作为动态测量表面的所述移动物体的所述表面的行进距离和行进速度中的至少一个。