JP2020106508A - 速度測定方法及び速度測定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】被測定対象物の相対的な速度を測定できる速度測定方法及び速度測定装置を提供する。【解決手段】速度測定装置１では、レーザ光の波長λと、第１測定光の第１光軸角度θ１と、第２測定光の第２光軸角度θ２の各情報を取得することで、算出した第１周波数差△ｆ１及び第１周波数差△ｆ２を用いて、式（３）から、鋼板Ｐの速度Ｖを算出することができる。このように速度測定装置１では、鋼板Ｐまでの距離を測定する際に用いるレーザ光を利用して鋼板Ｐの速度についても同時に測定することができる。【選択図】図１

Description

本発明は、速度測定方法及び速度測定装置に関する。

鉄鋼製品の製造現場においては、製品の品質管理、製造工程の自動化を目的として、高精度に被測定対象物までの距離を測定し、その寸法や形状を算出する必要がある。このような悪環境下で被測定対象物までの距離を測定して被測定対象物の形状を測定する距離測定装置として、例えば、特許文献１に示すように、ＦＳＦレーザ（周波数シフト帰還型レーザ：Frequency-Shifted Feedback Laser）光源を利用した距離測定装置が知られている。

一般的に、このような時間に対して周波数が変調されたレーザ光を用いた距離測定装置では、レーザ発振器から出射される周波数変調された光を、参照光と測定光とに分岐し、測定光を被測定対象物に照射して、被測定対象物の表面（測定面）で反射して戻ってきた反射光を光検出部に入射させる。一方、参照光は所定の光路長を有する経路を介して光検出部に入射される。そのため、光がレーザ発振器を出てから、被測定対象物の測定面での反射を経て反射光として光検出部に至るまでの経路と、光がレーザ発振器を出てから参照光として光検出部に至るまでの経路とでは光路長が通常異なる。よって、光がレーザ発振器を出てから光検出部に至るまでに要した時間も、反射光と参照光とでは異なっている。

レーザ発振器から出射される光の周波数は、操作者が事前に把握してある所定の規則（三角波、櫛状波、正弦波等）に基づき、時間と共に所定の周波数変調速度で常に変化しているので、光検出部に入射する反射光と参照光とでは周波数が異なることになる。従って、光検出部においては反射光と参照光との干渉により、反射光と参照光との周波数差に等しい周波数を有するビート（うなり）信号が検出される。

ビート信号の周波数（ビート周波数）は、測定光がレーザ発振器を出てから反射光として光検出部に至るまでに要した時間と、参照光がレーザ発振器を出てから光検出部に至るまでに要した時間との差の時間における、レーザ発振器の発振周波数の変化量に等しい。従って、このような時間に対して周波数が変調されたレーザ光（好ましくは周波数が直線的に変調されたレーザ光）を用いた距離測定装置では、ビート周波数を光路長の差に変換することにより、被測定対象物までの距離を測定できる。

そして、被測定対象物までの距離が分かることで、測定面の位置情報や速度情報等から、被測定対象物の形状を知ることもできる。そのため、距離測定装置を形状測定装置としても用いることが可能である。

ここで、例えば、鉄鋼製品の製造現場に距離測定装置を用いた例で説明すると、搬送ローラにより、被測定対象物となる鋼板が所定の搬送方向（この場合、鋼板の測定面の面方向に沿った一方向）に搬送されている場合に、所定の速度（通板速度とも称する）で移動する鋼板の測定面に対し、距離測定装置の測定ヘッドから測定光が垂直に照射される。鋼板の測定面で反射して戻ってきた反射光は測定ヘッドで受光され、光検出部へと送られる。

距離測定装置は、反射光と参照光との周波数差に等しい周波数を有するビート（うなり）信号を検出し、ビート周波数を光路長の差に変換することにより、移動している鋼板の測定面までの距離をリアルタイムで測定している。

特開２０１６−８０４０９号公報

ここで、鉄鋼製品の製造現場では、種々の鋼板が搬送され、その際の速度が異なることもある。製造現場で速度を高精度に測定することは、厚みや長さの寸法品質を向上させることや、切断位置や溶接位置を高精度にトラッキングすることでラインを高速化し、製造効率を改善させることに有効である。そのためには、速度をオンラインで高精度に測定する必要があるが、例えば、レーザードップラー速度計を用いて鋼板の速度を測定しようとすると、測定しようとする鋼板表面位置に、レーザードップラー速度計の焦点位置（焦点深度）を合致させる必要がある。

しかしながら、鋼板は搬送に伴う振動や、自身の寸法・形状変化により表面位置が変動するため、焦点位置の調整は容易ではなく、結果として速度の測定が困難となる。また、鋼板表面に接触式の回転ローラを押し付けて、そのローラの回転数から速度を測定することも考えられるが、鋼板が平坦でない場合がある等の理由から、ローラが鋼板表面を追従しない恐れがあり、やはり速度の測定は困難である。

そこで、本発明は、上記のような問題に鑑みてなされたものであり、被測定対象物の相対的な速度を測定できる速度測定方法及び速度測定装置を提供することを目的とする。

本発明の速度測定方法は、被測定対象物の相対的な速度を測定する速度測定方法において、時間に対して所定の周波数変調速度で変調されたレーザ光をレーザ発振部で発振するレーザ発振ステップと、前記レーザ光を、参照光と測定光とに分ける分岐ステップと、第１測定ヘッドを用いて、前記測定光の一部を前記被測定対象物に照射し、前記被測定対象物表面で反射した反射光を受光する第１受光ステップと、第２測定ヘッドを用いて、前記測定光の一部を前記被測定対象物に照射し、前記被測定対象物表面で反射した反射光を受光する第２受光ステップと、前記第１測定ヘッドで受光した反射光と前記参照光とに基づく第１ビート周波数を検出し、前記第２測定ヘッドで受光した反射光と前記参照光とに基づく第２ビート周波数を検出する周波数解析ステップと、基準位置で前記被測定対象物が相対的に静止、又は、基準速度で移動しているときに検出した前記第１ビート周波数と、前記被測定対象物が前記基準速度以外で相対的に移動しているときに検出した前記第１ビート周波数との周波数差である第１周波数差を算出し、前記基準位置で前記被測定対象物が相対的に静止、又は、前記基準速度で移動しているときに検出した前記第２ビート周波数と、前記被測定対象物が前記基準速度以外で相対的に移動しているときに検出した前記第２ビート周波数との周波数差である第２周波数差を算出する周波数差算出ステップと、速度算出ステップと、を有し、前記速度算出ステップは、前記レーザ光の波長と、前記被測定対象物の相対的な移動方向と前記第１測定ヘッドの光軸とがなす面において、前記移動方向に垂直な方向と、前記第１測定ヘッドの光軸とがなす第１光軸角度と、前記被測定対象物の相対的な移動方向と前記第２測定ヘッドの光軸とがなす面において、前記移動方向に垂直な方向と、前記第２測定ヘッドの光軸とがなす第２光軸角度と、前記第１周波数差と、前記第２周波数差と、に基づいて、前記第１測定ヘッド及び前記第２測定ヘッドに対する前記被測定対象物の相対的な速度を測定するものである。

本発明の速度測定装置は、被測定対象物の相対的な速度を測定する距離速度測定装置において、時間に対して所定の周波数変調速度で変調されたレーザ光を発振するレーザ発振部と、前記レーザ光を、参照光と測定光とに分ける分岐器と、前記測定光の一部を、前記被測定対象物に照射し、前記被測定対象物表面で反射した反射光を受光する第１測定ヘッドと、前記測定光の一部を、前記被測定対象物に照射し、前記被測定対象物表面で反射した反射光を受光する第２測定ヘッドと、前記第１測定ヘッドで受光した反射光と前記参照光とに基づく第１ビート周波数を検出する第１周波数解析部と、前記第２測定ヘッドで受光した反射光と前記参照光とに基づく第２ビート周波数を検出する第２周波数解析部と、基準位置で前記被測定対象物が相対的に静止、又は、基準速度で移動しているときに検出した前記第１ビート周波数と、前記被測定対象物が前記基準速度以外で相対的に移動しているときに検出した前記第１ビート周波数との周波数差である第１周波数差を算出する第１周波数差算出部と、前記基準位置で前記被測定対象物が相対的に静止、又は、前記基準速度で移動しているときに検出した前記第２ビート周波数と、前記被測定対象物が前記基準速度以外で相対的に移動しているときに検出した前記第２ビート周波数との周波数差である第２周波数差を算出する第２周波数差算出部と、速度算出部と、を有し、前記速度算出部は、前記レーザ光の波長と、前記被測定対象物の相対的な移動方向と前記第１測定ヘッドの光軸とがなす面において、前記移動方向に垂直な方向と、前記第１測定ヘッドの光軸とがなす第１光軸角度と、前記被測定対象物の相対的な移動方向と前記第２測定ヘッドの光軸とがなす面において、前記移動方向に垂直な方向と、前記第２測定ヘッドの光軸とがなす第２光軸角度と、前記第１周波数差と、前記第２周波数差と、に基づいて、前記第１測定ヘッド及び前記第２測定ヘッドに対する前記被測定対象物の相対的な速度を測定するものである。

本発明の速度測定方法及び速度測定装置によれば、被測定対象物までの距離を測定する際に用いるレーザ光を利用して被測定対象物が移動する際の速度を容易に測定することができる。また、距離変化量算出ステップを有する速度測定方法や、距離変化量算出部を有する速度測定装置によれば、速度の測定と一連の操作の中で同時的に、被測定対象物までの距離（より直接的には、基準位置から被測定対象物までの距離の差分）を測定できる。

第１測定ヘッド及び第２測定ヘッドの構成を示した概略図である。 本発明の速度測定装置の全体構成を示したブロック図である。 ＦＳＦレーザ光のチャープ周波数コム出力を模式的に表した概略図である。 所定位置で静止させた鋼板に対して第１測定光及び第２測定光を照射する際の説明に供する概略図である。 第一の実施形態に係る演算処理装置の回路構成を示すブロック図である。 第二の実施形態に係る演算処理装置の回路構成を示すブロック図である。 実施例の説明に供する概略図である。 図８Ａは、距離変化量（移動距離）と距離測定値との関係を示したグラフであり、図８Ｂは、距離変化量と距離測定値誤差との関係を示したグラフである。 図９Ａは、基準位置で被測定対象物の速度を変えたときの速度と速度測定値との関係を示したグラフであり、図９Ｂは、図９Ａから求めた速度測定値誤差を示したグラフであり、図９Ｃは、距離変化量を−５０ｍｍとし、被測定対象物の速度を変えたときの速度と速度測定値誤差との関係を示したグラフである。 図１０Ａは、距離変化量を−１００ｍｍとし、被測定対象物の速度を変えたときの速度と速度測定値誤差との関係を示したグラフであり、図１０Ｂは、距離変化量を５０ｍｍとし、被測定対象物の速度を変えたときの速度と速度測定値誤差との関係を示したグラフであり、図１０Ｃは、距離変化量を１００ｍｍとし、被測定対象物の速度を変えたときの速度と速度測定値誤差との関係を示したグラフである。 第三の実施形態における、第１測定ヘッド、第２測定ヘッド及び第３測定ヘッドを備えた速度測定装置の構成を示した概略図である。 第１射影角度、第２射影角度及び第３射影角度を説明するための概略図である。 第三の実施形態に係る演算処理装置の回路構成を示すブロック図である。 第四の実施形態に係る演算処理装置の回路構成を示すブロック図である。

本発明者らは、一般的なＦＳＦ（Frequency-Shifted Feedback）レーザを用いた距離測定装置を用いて、移動する鋼板Ｐの測定面Ｓまでの距離を測定したところ、速度Ｖによって、距離計から得られる測定距離が変化してしまうことを確認した。そこで、本発明者らは、このような測定距離が変化する原因について鋭意検討を行った。

その結果、本発明者らは、レーザ発振器を用いて、移動している鋼板Ｐまでの距離を測定する際に、測定距離が見掛け上シフトしてしまうのは、レーザ光がドップラーシフトによる影響を受けていると考えられることを見出した。より具体的には、測定距離がシフトする原因として、鋼板Ｐの測定面Ｓに対して、ＦＳＦレーザの光軸に傾きがあることで、ドップラーシフトの影響を受けていると推測した。

こうした推測に基づき、見掛け上生じる測定値のシフトを排除し、高精度に鋼板Ｐの速度Ｖを測定する方法及びそのための装置について検討を行った。また、併せて、鋼板Ｐまでの距離を測定することについても検討を行った。

（１）＜第一の実施形態＞
以下図面について、本発明の第一の実施形態を詳述する。
（１−１）＜本実施形態による測定ヘッドの構成＞
図１は、本実施形態による速度測定装置に設けられる第１測定ヘッド５ａ及び第２測定ヘッド５ｂを示す。これら第１測定ヘッド５ａ及び第２測定ヘッド５ｂは同一構成を有するものである。本発明の速度測定装置は、既知の周波数変調速度で変調されたＦＳＦ（Frequency-Shifted Feedback）レーザ光を発振するレーザ発振器を備えており、ＦＳＦレーザ光（以下、単にレーザ光とも称する）を、それぞれ第１測定ヘッド５ａ及び第２測定ヘッド５ｂから第１測定光及び第２測定光として、移動する鋼板Ｐの測定面（被測定対象物表面）Ｓに照射する。

ここで、第１測定ヘッド５ａから照射される第１測定光の光軸ａ_ｘ１の傾き（以下、第１光軸角度θ_１と称する）とは、鋼板Ｐが移動する方向（移動方向Ｘ）と第１測定光の光軸ａ_ｘ１とがなす面において、移動方向Ｘに垂直な方向と、第１測定光の光軸ａ_ｘ１と、がなす角度である。また、第２測定ヘッド５ｂから照射される第２測定光の光軸ａ_ｘ２の傾き（以下、第２光軸角度θ_２と称する）とは、鋼板Ｐが移動する方向（移動方向Ｘ）と第２測定光の光軸ａ_ｘ２とがなす面において、移動方向Ｘに垂直な方向と、第２測定光の光軸ａ_ｘ２と、がなす角度である。第１光軸角度θ_１と第２光軸角度θ_２とは異なっている。

（１−２）＜第一の実施形態による速度測定装置について＞
第一の実施形態における速度測定装置は、鋼板Ｐまでの距離を測定せずに、移動方向Ｘにおける鋼板Ｐの速度のみを測定する。図２に示すように、本実施形態の速度測定装置１は、ＦＳＦレーザ光を発振するレーザ発振器２、分岐器３ａ，３ｂ，３ｃ、サーキュレータ（方向性結合器）４ａ，４ｂ、第１測定ヘッド５ａ、第２測定ヘッド５ｂ、結合器（光ファイバカプラ）６ａ，６ｂ、第１光検出部７ａ、第２光検出部７ｂ、及び演算処理装置１１を有する。

レーザ発振器２は、ＦＳＦレーザ光を発振するレーザ発振器である。ここで、ＦＳＦレーザ光とは、光の周波数を変化させる素子（周波数シフト素子）を備えた共振器（図示せず）を用いて、周波数シフトを受けた光を帰還することにより発振するレーザ光を意味する。

図３は、ＦＳＦレーザ光の出力を模式的に表した図である。図３に示すように、ＦＳＦレーザ光は、共振器内の光波が周回ごとに周波数シフトを受けながら、共振器の利得曲線（周波数−振幅曲線）に従って増幅され、減衰して、最終的には消滅する。ＦＳＦレーザ光の発振出力においては、このような瞬時周波数成分が複数、一定の周波数間隔で櫛状に存在している。

図３中、τ_ＲＴは共振器の周回時間を表し、ν_ＦＳは周回あたりの周波数シフト量を表す。１／τ_ＲＴは、共振器の縦モード周波数間隔（チャープ周波数コム間隔）を示し、ｒ_ｓは、ＦＳＦレーザ光の瞬時周波数の単位時間あたりの変化量、すなわち、周波数変調速度を示す。

図２に示すように、レーザ発振器２から出力されたレーザ光（ＦＳＦレーザ光）は、光ファイバを介して分岐器３ａに入射される。分岐器３ａは、レーザ発振器２から入射されたレーザ光を、測定光と参照光とに分岐する。また、分岐器３ａにおいて分岐された測定光は、光ファイバを介して分岐器３ｂに入射される。この分岐器３ｂは、測定光を、第１測定光と第２測定光とに分岐する。なお、これら第１測定光及び第２測定光については、それぞれ単に測定光とも称する。

分岐器３ｂにおいて分岐された第１測定光は、第１の光ファイバ光路８ａを経由して第１測定ヘッド５ａに導かれる。第１の光ファイバ光路８ａは、第１測定光が分岐器３ｂから出て第１測定ヘッド５ａに至るまでの間にサーキュレータ４ａを有している。サーキュレータ４ａは、分岐器３ｂからの第１測定光を第１測定ヘッド５ａに出射し、第１測定ヘッド５ａから入射した第１反射光を結合器６ａに出射する。

第１測定ヘッド５ａには、第１の光ファイバ光路８ａの端部９ａと、集光レンズ９ｂとが内部に設けられている。第１測定ヘッド５ａは、レーザ発振器２から第１の光ファイバ光路８ａを介して伝送された第１測定光を、第１の光ファイバ光路８ａの端部９ａから出射して集光レンズ９ｂにより集光した後、鋼板Ｐの測定面Ｓに向けて照射する。第１測定ヘッド５ａは、図示しない搬送ローラにより移動方向Ｘ（鋼板Ｐの平坦な測定面Ｓの面方向に沿った一方向）に所定の速度Ｖで移動している鋼板Ｐの測定面Ｓ、或いは、静止している鋼板Ｐの測定面Ｓに向けて第１測定光を照射する。

第１測定光が鋼板Ｐの測定面Ｓで反射することで得られた第１反射光は、集光レンズ９ｂで集光された後、第１の光ファイバ光路８ａの端部９ａで受光され、第１の光ファイバ光路８ａを経由して結合器６ａに入射される。具体的には、第１測定ヘッド５ａで受光した第１反射光は、第１測定光が通った光ファイバと同一の光ファイバを通じてサーキュレータ４ａに導かれ、サーキュレータ４ａから光ファイバを通じて結合器６ａに導かれる。

一方、最初の分岐器３ａで分岐された参照光は、光ファイバを介して分岐器３ｃに入射される。この分岐器３ｃは、参照光を、第１参照光と第２参照光とに分岐する。なお、これら第１参照光及び第２参照光については、それぞれ単に参照光とも称する。分岐器３ｃで分岐された第１参照光は、第３の光ファイバ光路８ｃを通じて第１光検出部７ａに導かれる。具体的には、分岐器３ｃから出射した第１参照光は、所定の光路長の光ファイバを通じて結合器６ａに導かれる。結合器６ａは、第１参照光と第１反射光とを、光ファイバを通じてそれぞれ第１光検出部７ａに入射させる。

第１光検出部７ａは、第１反射光及び第１参照光を受光する。第１光検出部７ａに同時に入射する第１反射光と第１参照光とは、それぞれのレーザ光がレーザ発振器２を出射してから第１光検出部７ａに入射するまでに通った光路長の差に対応する周波数差を有するので、第１反射光と第１参照光との光干渉によりビート信号が発生する。第１光検出部７ａは、このビート信号を検出し、これを演算処理装置１１に送出する。

一方、上述した分岐器３ｂにおいて分岐された第２測定光は、第２の光ファイバ光路８ｂを経由して第２測定ヘッド５ｂに導かれる。第２の光ファイバ光路８ｂは、第２測定光が分岐器３ｂから出て第２測定ヘッド５ｂに至るまでの間にサーキュレータ４ｂを有している。サーキュレータ４ｂは、分岐器３ｂからの第２測定光を第２測定ヘッド５ｂに出射し、第２測定ヘッド５ｂから入射した第２反射光を結合器６ｂに出射する。

第２測定ヘッド５ｂは、第１測定ヘッド５ａと同様の構成を有しており、レーザ発振器２から第２の光ファイバ光路８ｂを介して伝送された第２測定光を、第２の光ファイバ光路８ｂの端部９ａから出射して集光レンズ９ｂにより集光した後、鋼板Ｐの測定面Ｓに向けて照射する。第２測定ヘッド５ｂも、移動方向Ｘに所定の速度Ｖで移動している鋼板Ｐの測定面Ｓ、或いは、静止している鋼板Ｐの測定面Ｓに向けて第２測定光を照射する。

第２測定光が鋼板Ｐの測定面Ｓで反射することで得られた第２反射光は、集光レンズ９ｂで集光された後、第２の光ファイバ光路８ｂの端部９ａで受光され、第２の光ファイバ光路８ｂを経由して結合器６ｂに入射される。具体的には、第２測定ヘッド５ｂで受光した第２反射光は、第２測定光が通った光ファイバと同一の光ファイバを通じてサーキュレータ４ｂに導かれ、サーキュレータ４ｂから光ファイバを通じて結合器６ｂに導かれる。なお、上述した第１反射光及び第２反射光については、それぞれ単に反射光とも称する。

一方、分岐器３ｃで分岐された第２参照光は、第４の光ファイバ光路８ｄを通じて第２光検出部７ｂに導かれる。具体的には、分岐器３ｃから出射した第２参照光は、所定の光路長の光ファイバを通じて結合器６ｂに導かれる。結合器６ｂは、第２参照光と第２反射光とを、光ファイバを通じてそれぞれ第２光検出部７ｂに入射させる。

第２光検出部７ｂは、第２反射光及び第２参照光を受光する。第２光検出部７ｂに同時に入射する第２反射光と第２参照光とは、それぞれのレーザ光がレーザ発振器２を出射してから第２光検出部７ｂに入射するまでに通った光路長の差に対応する周波数差を有するので、第２反射光と第２参照光との光干渉によりビート信号が発生する。第２光検出部７ｂは、このビート信号を検出し、これを演算処理装置１１に送出する。

演算処理装置１１は、第１光検出部７ａで検出した一群の光において、第１反射光と第１参照光とが光干渉することにより生じるビート信号の周波数（第１ビート周波数）を、所定の検出周波数範囲内で検出する。なお、光ファイバの温度変化の影響を抑制するために、第１反射光と第１参照光とが光干渉することにより生じるビート周波数の代わりに、第１ビート周波数として、例えば、第１測定ヘッド５ａから、鋼板Ｐの測定面Ｓまでの距離Ｄ１に相当する周波数を用いることができる。この周波数を算出する場合には、第１反射光と参照光が干渉することにより生じるビート周波数から、第１測定ヘッド５ａからの反射光と参照光が光干渉することにより生じるビート周波数を差し引くことで求めることができる。

また、演算処理装置１１は、第２光検出部７ｂで検出した一群の光において、第２反射光と第２参照光とが光干渉することにより生じるビート信号の周波数（第２ビート周波数）を、所定の検出周波数範囲内で検出する。この場合も、例えば、第２測定ヘッド５ｂから、鋼板Ｐの測定面Ｓまでの距離Ｄ２に相当する周波数を用いることができる。この周波数を算出する場合には、第２反射光と第２参照光が光干渉することにより生じるビート周波数から、第２測定ヘッド５ｂでの反射光と第２参照光が光干渉することにより生じるビート周波数を差し引くことで求めることができる。

第１測定ヘッド５ａ及び第２測定ヘッド５ｂが鋼板Ｐの移動方向Ｘに対して垂直である場合や、鋼板Ｐが停止している場合においては、第１ビート周波数又は第２ビート周波数を、光路長に換算することで、鋼板Ｐまでの距離を求めることができる。

これに加えて、第１測定ヘッド５ａや第２測定ヘッド５ｂに傾きを持たせた場合には、演算処理装置１１は、後述する速度測定方法に従って演算処理を行うことにより、第１ビート周波数及び第２ビート周波数を用いて、鋼板Ｐが移動している際の速度Ｖを測定することができる。

（１−３）＜本発明の速度測定方法について＞
次に、本発明における速度測定方法について、図１及び図４を用いて説明する。この速度測定方法では、従来と同様に、レーザ光を用いて、移動している鋼板Ｐの速度Ｖについて測定できるものである。速度測定方法では、第１測定ヘッド５ａ及び第２測定ヘッド５ｂの２つを用い、第１測定ヘッド５ａから鋼板Ｐの測定面Ｓに第１測定光を照射するとともに、第２測定ヘッド５ｂから鋼板Ｐの測定面Ｓに第２測定光を照射する。

この際、第１測定ヘッド５ａ及び第２測定ヘッド５ｂは、鋼板Ｐに対して異なる位置に配置されており、第１測定ヘッド５ａから照射される第１測定光の光軸ａ_ｘ１の傾き（第１光軸角度θ_１）と、第２測定ヘッド５ｂから照射される第２測定光の光軸ａ_ｘ２の傾き（第２光軸角度θ_２）とがそれぞれ所定の角度に設定されている。なお、この第１光軸角度θ_１と第２光軸角度θ_２とは同じ角度でもよく、異なる角度であってもよい。

なお、この場合の角度は、鋼板Ｐの移動方向Ｘと、第１測定ヘッド５ａの光軸ａ_ｘ１（第２測定ヘッド５ｂの光軸ａ_Ｘ２）とがなす面において、移動方向Ｘに垂直な方向と、第１測定ヘッド５ａの光軸ａ_ｘ１（第２測定ヘッド５ｂの光軸ａ_Ｘ２）とがなす角度のことであり、ドップラー効果の及ぶ方向成分の角度である。

なお、図１及び図４では、話を簡単にするため、本実施形態に係る一例として、第１測定ヘッド５ａ及び第２測定ヘッド５ｂの光軸ａ_ｘ１，ａ_ｘ２が、ともに移動方向Ｘと鉛直方向Ｚ（以下、単に、方向Ｚとも称する）とのなす面内にある場合を示しており、以下ではその例に基づいて説明を行う。

ここで、図１は、第１測定ヘッド５ａ及び第２測定ヘッド５ｂから所定距離離れた所定位置で、移動方向Ｘに沿って速度Ｖで移動している鋼板Ｐを示す。一方、図１との対応部分に同一符号を付して示す図４は、鋼板Ｐの移動方向Ｘに垂直な方向Ｚに沿って鋼板Ｐを移動させ、所定位置とは異なる基準位置で静止させた鋼板Ｐを示す。

即ち、基準位置にある鋼板Ｐは静止しているため、ドップラー効果が生じず、速度測定装置１を用いて鋼板Ｐまでの距離を測定したとしても、上述した測定距離の見掛け上のシフトは生じず、真の距離を測定できる。

ここで、鋼板Ｐの移動方向Ｘと、第１測定ヘッド５ａ及び第２測定ヘッド５ｂの光軸ａ_ｘ１，ａ_ｘ２とがなす面において、移動方向Ｘに垂直な方向Ｚにおいて、所定位置（図１）にある鋼板Ｐと、基準位置（図４）にある鋼板Ｐとの距離の差を、以下、距離変化量ｄと称する。なお、図４では、一例として、移動状態の鋼板Ｐに比べて、移動方向Ｘと垂直な方向Ｚに沿って、第１測定ヘッド５ａ及び第２測定ヘッド５ｂから遠ざかる方向に、距離変化量ｄだけ移動させた鋼板Ｐを示している。

ここで、基準位置で静止状態にある鋼板Ｐ（図４）の測定面Ｓから反射してきた第１反射光と第１参照光とから得られた第１ビート周波数（第１基準周波数）と、所定位置で移動状態にある鋼板Ｐ（図１）の測定面Ｓから反射してきた第１反射光と第１参照光とから得られた第１ビート周波数との周波数の差（以下、第１周波数差と称する）を、△ｆ_１とすると、第１周波数差△ｆ_１は、距離変化量ｄとドップラーシフトの影響を受けることから、次の式（１）で表すことができる。

Δf₁=k(d/cosθ₁)−(2Vsinθ₁)/λ …（１）

θ_１は、上述した第１光軸角度を示し、λはレーザの波長を示す。ｋは、例えば、第１測定ヘッド５ａ及び第２測定ヘッド５ｂに対して鋼板Ｐの距離を変化させると、どれだけレーザ光の周波数が変化するかの関係を示した定数である。

上記の式（１）のうち、第一項は、第１測定ヘッド５ａから鋼板Ｐまでの距離が変化することによる、レーザ光（第１反射光）の周波数変化量を示した項である。一方、上記の式（１）の第二項は、鋼板Ｐが移動方向Ｘに沿って移動することで生じるドップラーシフトの影響による、レーザ光（第１反射光）の周波数変化量を示した項である。

また、基準位置で静止状態にある鋼板Ｐ（図４）の測定面Ｓから反射してきた第２反射光と第２参照光とから得られた第２ビート周波数（第２基準周波数）と、所定位置で移動状態にある鋼板Ｐ（図１）の測定面Ｓから反射してきた第２反射光と第２参照光とから得られた第２ビート周波数との周波数の差（以下、第２周波数差と称する）を、△ｆ_２とすると、第２周波数差△ｆ_２も、距離変化量ｄとドップラーシフトの影響を受けることから、次の式（２）で表すことができる。

Δf₂=k(d/cosθ₂)+(2Vsinθ₂)/λ …（２）

なお、第１測定ヘッド５ａと第２測定ヘッド５ｂは同一構成のものを用いていることから、定数ｋについては、第１測定ヘッド５ａのときと同じとなる。

このような上記の式（１）及び式（２）から、鋼板ＰがＸ方向に移動する際の速度Ｖを算出すると、下記の式（３）で表すことができる。

V=(λ/2)・(−Δf₁cosθ₁＋Δf₂cosθ₂)/(sinθ₁cosθ₁+sinθ₂cosθ₂) …（３）

ここで、レーザ光の波長λについては、分光器等で予め測定することで取得可能である。上記の式（１）及び式（２）における定数ｋについても、例えば、距離変化量ｄを設けて、異なる位置でそれぞれ鋼板Ｐを静止させ、各位置での鋼板Ｐからの第１反射光（又は第２反射光）の周波数をそれぞれ測定し、このときの第１反射光（又は第２反射光）の周波数変化量と、距離変化量ｄと、から算出することができる。

具体的には、基準位置で静止させた鋼板Ｐに対して、例えば第１測定ヘッド５ａから第１測定光を照射し、得られた第１反射光の周波数を測定する。また、基準位置から距離変化量ｄだけずらした所定位置で静止させた鋼板Ｐに対して、例えば第１測定ヘッド５ａから第１測定光を照射し、得られた第１反射光の周波数を測定する。これにより、鋼板Ｐが各位置にあるときの各第１反射光の周波数差△ｆ_１１を算出することで、ｋ＝△ｆ_１１／ｄの式を基に、定数ｋを算出することができる。このような、定数ｋについては、第二の実施形態において説明する距離変化量ｄを求める際に用いることができる。

なお、上述したように、第１測定ヘッド５ａと第２測定ヘッド５ｂは、同じ構成からなるものを使用しているため、第１測定ヘッド５ａ又は第２測定ヘッド５ｂのいずれかを用いて、反射光の周波数差△ｆ_１１を算出すればよい。

また、実際に基準位置で静止させた鋼板Ｐや、距離変化量ｄだけずらした鋼板Ｐを用いた試験を行うことなく、ｋ＝２ｒ_Ｓ／ｃとした演算で、ｋを求めることも可能である。ｒ_ｓはレーザ光の瞬時周波数の単位時間あたりの変化量、すなわち、周波数変調速度、ｃは空気中の光の速度を示す。

上記の式（３）のうち、第１光軸角度θ_１は、同じ位置で、鋼板ＰがＸ方向に移動する際の速度Ｖを変え、鋼板Ｐから反射した第１反射光と第１参照光とから得られた第１ビート周波数を、各速度でそれぞれ測定し、このときの第１ビート周波数の変化量と、速度Ｖの差と、から、それぞれ算出することができる。また、第２光軸角度θ_２についても、第１光軸角度θ_１と同様に、同じ位置で、鋼板ＰがＸ方向に移動する際の速度Ｖを変え、鋼板Ｐから反射した第２反射光と第２参照光とから得られた第２ビート周波数を、各速度でそれぞれ測定し、このときの第２ビート周波数の変化量と、速度Ｖの差と、から、それぞれ算出することができる。

具体的には、上記の式（１）の第二項を利用して第１光軸角度θ_１を算出でき、上記の式（２）の第二項を利用して第２光軸角度θ_２を算出できる。例えば、同じ位置で鋼板Ｐを移動方向Ｘに沿って複数の速度Ｖ_１，Ｖ_２で移動させ、これら速度Ｖ_１，Ｖ_２のときにそれぞれ検出した各第１ビート周波数の差を、周波数差△ｆ_２１として算出する。また、速度Ｖ_１，Ｖ_２の速度差を、校正用の速度Ｖ_Ｄ１として算出する。

これにより、第１測定光の第１光軸角度θ_１は、レーザ光の波長λと、校正用の速度Ｖ_Ｄ１と、周波数差△ｆ_２１とを用い、上記の式（１）の第二項（すなわち、△ｆ_２１＝２Ｖ_Ｄ１・Ｓｉｎθ_１／λ）から算出することができる。

同様にして、第２測定光の第２光軸角度θ_２についても、レーザ光の波長λと、校正用の速度Ｖ_Ｄ１と、周波数差△ｆ_２２とを用い、上記の式（２）の第二項（すなわち、△ｆ_２２＝２Ｖ_Ｄ１・Ｓｉｎθ_２／λ）から算出することができる。

以上より、上記の式（３）のうち、レーザ光の波長λと、第１光軸角度θ_１と、第２光軸角度θ_２と、については事前に取得することができる。よって、第１周波数差△ｆ_１及び第２周波数差△ｆ_２を測定することで、上記の式（３）から、鋼板Ｐが移動する際の速度Ｖを算出することができる。

なお、速度測定装置１を構築した際に、正確に第１光軸角度θ_１と第２光軸角度θ_２が分かっている場合や、別途の測定器による正確な測定により第１光軸角度θ_１と第２光軸角度θ_２が分かっている場合には、その第１光軸角度θ_１と第２光軸角度θ_２とを用いて、直接上記式（３）から、速度Ｖを算出することができる。

本実施形態においては、第１周波数差△ｆ_１の算出として、基準位置で鋼板Ｐが第１測定ヘッド５ａと相対的に静止しているときに検出した第１ビート周波数と、所定位置で鋼板Ｐが第１測定ヘッド５ａと相対的に移動しているときに検出した第１ビート周波数とを用いて、その周波数差を第１周波数差△ｆ_１として算出したが、本発明はこれに限らない。例えば、基準位置で鋼板Ｐが第１測定ヘッド５ａと相対的に基準速度で移動しているときに検出した第１ビート周波数と、所定位置で鋼板Ｐが基準速度以外で第１測定ヘッド５ａと相対的に移動しているときに検出した第１ビート周波数とを用い、その周波数差を算出して第１周波数差△ｆ_１としてもよい。

また、同様に、第２周波数差△ｆ_２の算出についても、基準位置で鋼板Ｐが第２測定ヘッド５ｂと相対的に静止しているときに検出した第２ビート周波数を用いる必要はなく、例えば、基準位置で鋼板Ｐが第２測定ヘッド５ｂと相対的に基準速度で移動しているときに検出した第２ビート周波数と、所定位置で鋼板Ｐが基準速度以外で第２測定ヘッド５ｂと相対的に移動しているときに検出した第２ビート周波数とを用い、その周波数差を算出して第２周波数差△ｆ_２としてもよい。

なお、本実施形態では、第１周波数差△ｆ_１及び第２周波数差△ｆ_２については、基準位置で鋼板Ｐが相対的に静止しているときに検出した第１ビート周波数及び第２ビート周波数を用いて算出する場合について、以下説明する。

（１−４）＜演算処理装置について＞
次に、上述した速度測定方法を実行する演算処理装置１１（図２）について以下説明する。この演算処理装置１１は、上記の式（３）を基に、鋼板Ｐが移動する際の速度Ｖを、距離を求めることなく測定できるものである。図５は、演算処理装置１１の回路構成を示したブロック図である。図５に示すように、演算処理装置１１は、第１周波数解析部１７ａ、第２周波数解析部１７ｂ、距離算出部１８、算出部１３、及び波長取得部１６を備えている。なお、演算処理装置１１では、第１周波数解析部１７ａ及び第２周波数解析部１７ｂにより周波数解析部を構成している。

第１周波数解析部１７ａは、第１反射光と第１参照光とが光干渉することにより生じるビート信号を第１光検出部７ａから受け、当該ビート信号の周波数（第１ビート周波数）を、所定の検出周波数範囲内で検出し、この検出結果を距離算出部１８、第１基準周波数取得部１８ａ、第１周波数差算出部１９ａ及び第１光軸角度取得部２０ａに送出する。

また、第２周波数解析部１７ｂは、第２反射光と第２参照光とが光干渉することにより生じるビート信号を第２光検出部７ｂから受け、当該ビート信号の周波数（第２ビート周波数）を、所定の検出周波数範囲内で検出し、この検出結果を距離算出部１８、第２基準周波数取得部１８ｂ、第２周波数差算出部１９ｂ及び第２光軸角度取得部２０ｂに送出する。

距離算出部１８は、この第１ビート周波数又は第２ビート周波数を、光路長の差に変換することで、鋼板Ｐの測定面Ｓまでの距離を算出する。なお、距離算出部１８で、第１ビート周波数又は第２ビート周波数から距離を測定する場合には、鋼板Ｐが移動していると、上述の通りドップラー効果により測定距離が見掛け上シフトしてしまうため、ある位置に静止した鋼板Ｐの測定面Ｓまでの距離を測定するものとし、その位置を基準位置としている。

算出部１３は、第１基準周波数取得部１８ａ、第２基準周波数取得部１８ｂ、第１周波数差算出部１９ａ、第２周波数差算出部１９ｂ、第１光軸角度取得部２０ａ、第２光軸角度取得部２０ｂ、及び速度算出部２４を備えている。なお、算出部１３では、第１基準周波数取得部１８ａ及び第２基準周波数取得部１８ｂにより基準周波数取得部を構成しており、第１周波数差算出部１９ａ及び第２周波数差算出部１９ｂにより周波数差算出部を構成している。また、第１光軸角度取得部２０ａ及び第２光軸角度取得部２０ｂにより光軸角度取得部を構成している。

第１基準周波数取得部１８ａは、上記の式（３）にて用いる第１周波数差△ｆ₁を求める際に使用する第１基準周波数を取得するものである。第１基準周波数取得部１８ａは、第１周波数解析部１７ａから受け取った、静止状態かつ基準位置における第１ビート周波数、即ち、第１基準周波数を記憶している。第１基準周波数取得部１８ａは、第１基準周波数を第１周波数差算出部１９ａに送出する。

第１周波数差算出部１９ａは、上記の式（３）にて用いる第１周波数差△ｆ_１の他、必要に応じて第１光軸角度θ_１を求める際に用いる第１周波数差を算出するものである。第１周波数差算出部１９ａは、第１周波数解析部１７ａを介して第１光検出部７ａと接続されており、第１光検出部７ａで検出された、移動状態にある鋼板Ｐに係る第１ビート周波数を示す信号を受ける。また、第１周波数差算出部１９ａは、第１基準周波数取得部１８ａと接続されており、第１基準周波数を示す信号を受ける。

これにより、第１周波数差算出部１９ａは、移動状態の鋼板Ｐから検出した第１ビート周波数と、基準位置で静止している鋼板Ｐから検出した第１基準周波数との差を、第１周波数差△ｆ_１として算出する。第１周波数差算出部１９ａは、算出結果である第１周波数差△ｆ_１を示す情報を速度算出部２４に送出する。

第２基準周波数取得部１８ｂは、上記の式（３）にて用いる第２周波数差△ｆ₂を求める際に使用する第２基準周波数を取得するものである。第２基準周波数取得部１８ｂは、第２周波数解析部１７ｂから受け取った静止状態かつ基準位置における第２ビート周波数、即ち、第２基準周波数を記憶している。第２基準周波数取得部１８ｂは、第２基準周波数を第２周波数差算出部１９ｂに送出する。

第２周波数差算出部１９ｂは、上記の式（３）にて用いる第２周波数差△ｆ_２の他、必要に応じて第２光軸角度θ_２を求める際に用いる第２周波数差を算出するものである。第２周波数差算出部１９ｂは、第２周波数解析部１７ｂを介して第２光検出部７ｂと接続されており、第２光検出部７ｂで検出された、移動状態にある鋼板Ｐに係る第２ビート周波数を示す信号を受ける。また、第２周波数差算出部１９ｂは、第２基準周波数取得部１８ｂと接続されており、第２基準周波数を示す信号を受ける。

これにより、第２周波数差算出部１９ｂは、移動状態の鋼板Ｐから検出した第２ビート周波数と、基準位置で静止している鋼板Ｐから検出した第２基準周波数との差を、第２周波数差△ｆ_２として算出する。第２周波数差算出部１９ｂは、算出結果である第２周波数差△ｆ_２を示す情報を速度算出部２４に送出する。

第１光軸角度取得部２０ａは、上記の式（３）にて用いる第１光軸角度θ_１を取得するものである。第１光軸角度取得部２０ａは、演算処理により第１光軸角度θ_１を算出してもよく、また、計測手段により第１光軸角度θ_１を測定して、実測値を取得してもよく、さらに、第１光軸角度θ_１を予め単に記憶しているものでもよい。第１光軸角度取得部２０ａは、第１光軸角度θ_１を示す情報を速度算出部２４に送出する。

ここで、例えば、第１光軸角度θ_１を実際の試験を行うことにより算出する場合は、同じ位置で鋼板Ｐを移動方向Ｘに沿って複数の速度Ｖ_１，Ｖ_２で移動させ、これら速度Ｖ_１，Ｖ_２のときにそれぞれ検出した各第１ビート周波数を、第１周波数解析部１７ａから第１周波数差算出部１９ａへ送出する。第１周波数差算出部１９ａは、それらの第１ビート周波数の周波数の差を、周波数差△ｆ_２１として算出し、これを第１光軸角度取得部２０ａに送出する。第１光軸角度取得部２０ａは、この周波数差△ｆ_２１と、速度Ｖ_１，Ｖ_２の速度差を示す校正用の速度Ｖ_Ｄ１と、波長λと、を取得し、上記の式（１）の第二項（すなわち、△ｆ_２１＝２Ｖ_Ｄ１・Ｓｉｎθ_１／λ）から第１光軸角度θ_１を算出する。

第２光軸角度取得部２０ｂは、上記の式（３）にて用いる第２光軸角度θ_２を取得するものである。第２光軸角度取得部２０ｂは、演算処理により第２光軸角度θ_２を算出してもよく、また、計測手段により第２光軸角度θ_２を測定して、実測値を取得してもよく、さらに、第２光軸角度θ_２を予め単に記憶しているものでもよい。第２光軸角度取得部２０ｂは、第２光軸角度θ_２を示した情報を速度算出部２４に送出する。

ここで、例えば、第２光軸角度θ_２を実際の試験を行うことにより算出する場合は、第１光軸角度θ_１の演算処理のときと同様に、同じ位置で鋼板Ｐを移動方向Ｘに沿って複数の速度Ｖ_１，Ｖ_２で移動させ、これら速度Ｖ_１，Ｖ_２のときにそれぞれ検出した各第２ビート周波数を第２周波数解析部１７ｂから第２周波数差算出部１９ｂへ送出する。第２周波数差算出部１９ｂは、それらの第２ビート周波数の周波数の差を、周波数差△ｆ_２２として算出し、これを第２光軸角度取得部２０ｂする。第２光軸角度取得部２０ｂは、この周波数差△ｆ_２２と、速度Ｖ_１，Ｖ_２の速度差を示す校正用の速度Ｖ_Ｄ１と、波長λと、を取得し、上記の式（２）の第二項（すなわち、△ｆ_２２＝２Ｖ_Ｄ１・Ｓｉｎθ_２／λ）から第２光軸角度θ_２を算出する。

波長取得部１６は、例えば、分光器等であり、レーザ発振器２で発振されるレーザ光の波長λを測定することで、波長λを取得するものである。波長取得部１６は、波長λを示す情報を速度算出部２４に送出する。

また、速度算出部２４は、取得した第１周波数差△ｆ_１、第２周波数差△ｆ_２、第１光軸角度θ_１、第２光軸角度θ_２、及びレーザ光の波長λを用い、上記の式（３）に基づいて演算処理を行い、速度Ｖを算出する。このようにして、速度算出部２４は、鋼板Ｐの速度Ｖを測定することができる。この際、上記式（３）から明らかなように、速度算出部２４は、距離変化量ｄをはじめとした距離の値を用いることなく、速度Ｖを算出することが可能である。

（１−５）＜作用及び効果＞
以上の構成において、本実施形態に係る速度測定装置１では、周波数が時間に対して変調するレーザ光を発振し（レーザ発振ステップ）、レーザ光を、参照光と測定光とに分ける（分岐ステップ）。第１測定ヘッド５ａ及び第２測定ヘッド５ｂを用いて、測定光にあたるレーザ光を異なる位置から鋼板Ｐの測定面Ｓに照射し、その反射光を第１測定ヘッド５ａ及び第２測定ヘッド５ｂをそれぞれ用いて受光する（第１受光ステップ、第２受光ステップ）。

速度測定装置１は、第１測定ヘッド５ａで受光した第１反射光と第１参照光とを干渉させて得られるビート信号を用いた第１ビート周波数を測定し、検出する。また、速度測定装置１は、第２測定ヘッド５ｂで受光した第２反射光と第２参照光とを干渉させて得られるビート信号を用いた第２ビート周波数を測定し、検出する（周波数解析ステップ）。

そして、速度測定装置１では、鋼板Ｐが基準位置で静止しているときに検出された第１ビート周波数及び第２ビート周波数を、それぞれ第１基準周波数及び第２基準周波数として取得する。

速度測定装置１では、鋼板Ｐが所定位置で移動しているときに検出された第１ビート周波数と、鋼板Ｐが基準位置で静止しているときの第１基準周波数との差である第１周波数差△ｆ_１を算出する。また、速度測定装置１では、鋼板Ｐが所定位置で移動しているときに検出された第２ビート周波数と、鋼板Ｐが基準位置で静止しているときの第２基準周波数との差である第２周波数差△ｆ_２を算出する（周波数差算出ステップ）。

これにより、速度測定装置１では、レーザ光の波長λと、第１測定光の第１光軸角度θ_１と、第２測定光の第２光軸角度θ_２の各情報を取得することで、算出した第１周波数差△ｆ_１及び第１周波数差△ｆ_２を用いて、上記の式（３）から、鋼板Ｐの速度Ｖを算出することができる（速度算出ステップ）。

このように速度測定装置１では、速度測定の際に一般に必要となる距離の値を測定することなく、レーザ光を利用して鋼板Ｐの速度Ｖについて測定することができる。

また、速度測定装置１では、例えば、上述した周波数差算出ステップを第１測定ステップ及び第２検出ステップに先立って行い、鋼板Ｐが基準位置で静止しているときに検出される第１反射光及び第２反射光の各周波数の基準周波数情報を予め記憶しておくことが望ましい。これにより、速度測定装置１では、鋼板Ｐが所定位置で移動しているときの第１反射光及び第２反射光の各周波数を検出した際に、既に記憶している基準周波数情報（基準位置で鋼板Ｐを静止させたときの第１反射光及び第２反射光の各周波数の情報）を用い、即座に第１周波数差△ｆ_１及び第１周波数差△ｆ_２を算出できる。よって、鋼板Ｐを移動させている際にリアルタイムで速度Ｖを測定することができる。

（２）＜第二の実施形態＞
以下図面について、本発明の第二の実施形態を詳述する。以下の説明において、第一の実施形態と同様の構成には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。

（２−１）＜本実施形態による測定ヘッドの構成＞
第二の実施形態でも、図１に示したような第１測定ヘッド５ａ及び第２測定ヘッド５ｂを有している。これら第１測定ヘッド５ａ及び第２測定ヘッド５ｂは、上述した第一の実施形態と同一構成を有するものであり、ＦＳＦレーザ光（レーザ光）を第１測定光及び第２測定光として、移動する鋼板Ｐの測定面（被測定対象物表面）Ｓに照射する。なお、これら第１測定ヘッド５ａ及び第２測定ヘッド５ｂについては、上述した第一の実施形態と説明が重複するため、ここではその説明は省略する。

（２−２）＜第二の実施形態による速度測定装置について＞
図２は、第二の実施形態における速度測定装置３１の全体構成を示す。第二の実施形態における速度測定装置３１は、移動方向Ｘにおける鋼板Ｐの速度に加えて、基準位置から鋼板Ｐまでの距離の差分（距離変化量ｄ）についても、一連の処理の中で同時的に測定できる点で、上述した第一の実施形態とは異なっている。本実施形態における速度測定装置３１は、上述した第一の実施形態とは演算処理装置３２の構成が相違しており、他の点については第一の実施形態と同様に構成されている。よって、ここでは、第一の実施形態とは異なる演算処理装置３２に着目して以下説明する。

この場合、第１光検出部７ａは、第１反射光及び第１参照光を受光し、第１反射光と第１参照光との光干渉により発生したビート信号を検出し、これを演算処理装置３２に送出する。

第２光検出部７ｂは、第２反射光及び第２参照光を受光し、第２反射光と第２参照光との光干渉により発生したビート信号を検出し、これを演算処理装置３２に送出する。

演算処理装置３２は、第１光検出部７ａで検出した一群の光において、第１反射光と第１参照光とが光干渉することにより生じるビート信号の周波数（第１ビート周波数）を、所定の検出周波数範囲内で検出する。なお、光ファイバの温度変化の影響を抑制するために、前記第１反射光と第１参照光とが光干渉することにより生じるビート信号の周波数の代わりに、第１ビート周波数として、例えば、第１測定ヘッド５ａから、鋼板Ｐの測定面Ｓまでの距離Ｄ１に相当する周波数を用いることができる。この周波数を算出する場合には、第１反射光と第１参照光が干渉することにより生じるビート周波数から第１測定ヘッド５ａでの反射光と第１参照光が光干渉することにより生じるビート周波数を差し引くことで求めることができる。

また、演算処理装置３２は、第２光検出部７ｂで検出した一群の光において、第２反射光と第２参照光とが光干渉することにより生じるビート信号の周波数（第２ビート周波数）を、所定の検出周波数範囲内で検出する。この場合も、例えば、第２測定ヘッド５ｂから、鋼板Ｐの測定面Ｓまでの距離Ｄ２に相当する周波数を用いることができる。この周波数を算出する場合には、第２反射光と第２参照光が干渉することにより生じるビート周波数から第２測定ヘッド５ｂでの反射光と第２参照光が光干渉することにより生じるビート周波数を差し引くことで求めることができる。

第１測定ヘッド５ａ及び第２測定ヘッド５ｂが鋼板Ｐの移動方向Ｘに対して垂直である場合や、鋼板Ｐが停止している場合においては、第１ビート周波数又は第２ビート周波数を、光路長に換算することで、鋼板Ｐまでの距離を求めることができる。

これに加えて、第１測定ヘッド５ａや第２測定ヘッド５ｂに傾きを持たせた場合には、演算処理装置３２は、後述する距離速度測定方法に従って演算処理を行うことにより、第１ビート周波数及び第２ビート周波数を用いて、鋼板Ｐまでの距離と、鋼板Ｐが移動している際の速度Ｖを測定することができる。

（２−３）＜第二の実施形態における速度測定方法について＞
次に、第二の実施形態における速度測定方法について、図１及び図４を用いて説明する。この第二の実施形態における速度測定方法では、第一の実施形態と同様に、レーザ光を用いて鋼板Ｐの速度Ｖを測定できる他、その際に移動している鋼板Ｐまでの距離についても同時に測定できるものである。速度測定方法では、第１測定ヘッド５ａ及び第２測定ヘッド５ｂの２つを用い、第１測定ヘッド５ａから鋼板Ｐの測定面Ｓに第１測定光を照射するとともに、第２測定ヘッド５ｂから鋼板Ｐの測定面Ｓに第２測定光を照射する。

この際、第１測定ヘッド５ａ及び第２測定ヘッド５ｂは、鋼板Ｐに対して異なる位置に配置されており、第１測定ヘッド５ａから照射される第１測定光の光軸ａ_ｘ１の傾き（第１光軸角度θ_１）と、第２測定ヘッド５ｂから照射される第２測定光の光軸ａ_ｘ２の傾き（第２光軸角度θ_２）とがそれぞれ所定の角度に設定されている。なお、この第１光軸角度θ_１と第２光軸角度θ_２とは同じ角度でもよく、異なる角度であってもよい。

なお、この場合の角度は、鋼板Ｐの移動方向Ｘと、第１測定ヘッド５ａの光軸ａ_ｘ１（第２測定ヘッド５ｂの光軸ａ_Ｘ２）とがなす面において、移動方向Ｘに垂直な方向と、第１測定ヘッド５ａの光軸ａ_ｘ１（第２測定ヘッド５ｂの光軸ａ_Ｘ２）とがなす角度のことであり、ドップラー効果の及ぶ方向成分の角度である。

なお、図１及び図４では、話を簡単にするため、本実施形態に係る一例として、第１測定ヘッド５ａ及び第２測定ヘッド５ｂの光軸ａ_ｘ１，ａ_ｘ２が、ともに移動方向Ｘと鉛直方向Ｚ（単に、方向Ｚとも称する）とのなす面内にある場合を示しており、以下ではその例に基づいて説明を行う。

ここで、図１は、第１測定ヘッド５ａ及び第２測定ヘッド５ｂから所定距離離れた所定位置で、移動方向Ｘに沿って速度Ｖで移動している鋼板Ｐを示す。一方、図１との対応部分に同一符号を付して示す図４は、図１に示す鋼板Ｐに加え、鋼板Ｐの移動方向Ｘに垂直な方向Ｚに沿って鋼板Ｐを移動させ、所定位置とは異なる基準位置で静止させた鋼板Ｐを点線で示す。

即ち、基準位置にある鋼板Ｐは静止しているため、ドップラー効果が生じず、速度測定装置３１を用いて鋼板Ｐまでの距離を測定したとしても、上述した測定距離の見掛け上のシフトは生じず、真の距離を測定できる。

ここで、鋼板Ｐの移動方向Ｘと、第１測定ヘッド５ａ及び第２測定ヘッド５ｂの光軸ａ_ｘ１，ａ_ｘ２とがなす面において、移動方向Ｘに垂直な方向Ｚにおいて、所定位置（図１）にある鋼板Ｐと、基準位置（図４）にある鋼板Ｐとの距離の差を、距離変化量ｄと称する。なお、図４では、一例として、移動状態の鋼板Ｐに比べて、移動方向Ｘと垂直な方向Ｚに沿って、第１測定ヘッド５ａ及び第２測定ヘッド５ｂから遠ざかる方向に、距離変化量ｄだけ移動させた鋼板Ｐを示している。

ここで、基準位置で静止状態にある鋼板Ｐ（図４）の測定面Ｓから反射してきた第１反射光と第１参照光とから得られた第１ビート周波数（第１基準周波数）と、所定位置で移動状態にある鋼板Ｐ（図１）の測定面Ｓから反射してきた第１反射光と第１参照光とから得られた第１ビート周波数との周波数の差（第１周波数差）を、△ｆ_１とすると、第１周波数差△ｆ_１は、距離変化量ｄとドップラーシフトの影響を受けることから、上述した第一の実施形態と同様に、次の式（１）で表すことができる。

Δf₁=k(d/cosθ₁)−(2Vsinθ₁)/λ …（１）

θ_１は、上述した第１光軸角度を示し、λはレーザの波長を示す。ｋは、例えば、第１測定ヘッド５ａ及び第２測定ヘッド５ｂに対して鋼板Ｐの距離を変化させると、どれだけレーザ光の周波数が変化するかの関係を示した定数である。

上記の式（１）のうち、第一項は、第１測定ヘッド５ａから鋼板Ｐまでの距離が変化することによる、レーザ光（第１反射光）の周波数変化量を示した項である。一方、上記の式（１）の第二項は、鋼板Ｐが移動方向Ｘに沿って移動することで生じるドップラーシフトの影響による、レーザ光（第１反射光）の周波数変化量を示した項である。

また、基準位置で静止状態にある鋼板Ｐ（図４）の測定面Ｓから反射してきた第２反射光と第２参照光とから得られた第２ビート周波数（第２基準周波数）と、所定位置で移動状態にある鋼板Ｐ（図１）の測定面Ｓから反射してきた第２反射光と第２参照光とから得られた第２ビート周波数との周波数の差（第２周波数差）を、△ｆ_２とすると、第２周波数差△ｆ_２も、距離変化量ｄとドップラーシフトの影響を受けることから、上述した第一の実施形態と同様に、次の式（２）で表すことができる。

Δf₂=k(d/cosθ₂)+(2Vsinθ₂)/λ …（２）

なお、第１測定ヘッド５ａと第２測定ヘッド５ｂは同一構成のものを用いていることから、定数ｋについては、第１測定ヘッド５ａのときと同じとなる。

このような上記の式（１）及び式（２）から、鋼板ＰがＸ方向に移動する際の速度Ｖと、鋼板Ｐの距離変化量ｄとを算出すると、下記の式（３）及び式（４）で表すことができる。

V=(λ/2)・(−Δf₁cosθ₁＋Δf₂cosθ₂)/(sinθ₁cosθ₁+sinθ₂cosθ₂) …（３）
d=(cosθ₁cosθ₂)/k・(Δf₁sinθ₂+Δf₂sinθ₁)/(sinθ₁cosθ₁+sinθ₂cosθ₂) …（４）

ここで、レーザ光の波長λについては、分光器等で予め測定することで取得可能である。また、定数ｋについても、例えば、距離変化量ｄを設けて、異なる位置でそれぞれ鋼板Ｐを静止させ、各位置での鋼板Ｐからの第１反射光（又は第２反射光）の周波数をそれぞれ測定し、このときの第１反射光（又は第２反射光）の周波数変化量と、距離変化量ｄと、から算出することができる。

具体的には、基準位置で静止させた鋼板Ｐに対して、例えば第１測定ヘッド５ａから第１測定光を照射し、得られた第１反射光の周波数を測定する。また、基準位置から距離変化量ｄだけずらした所定位置で静止させた鋼板Ｐに対して、例えば第１測定ヘッド５ａから第１測定光を照射し、得られた第１反射光の周波数を測定する。これにより、鋼板Ｐが各位置にあるときの各第１反射光の周波数差△ｆ_１１を算出することで、ｋ＝△ｆ_１１／ｄの式を基に、定数ｋを算出することができる。

なお、上述したように、第１測定ヘッド５ａと第２測定ヘッド５ｂは、同じ構成からなるものを使用しているため、第１測定ヘッド５ａ又は第２測定ヘッド５ｂのいずれかを用いて、反射光の周波数差△ｆ_１１を算出すればよい。

また、実際に基準位置で静止させた鋼板Ｐや、距離変化量ｄだけずらした鋼板Ｐを用いた試験を行うことなく、ｋ＝２ｒ_ｓ／ｃとした演算で、ｋを求めることも可能である。なお、ｒ_ｓはレーザ光の瞬時周波数の単位時間当たりの変化量、即ち、周波数変調速度を示し、ｃは空気中の光の速度を示す。

上記の式（３）及び式（４）のうち、第１光軸角度θ_１は、同じ位置で、鋼板ＰがＸ方向に移動する際の速度Ｖを変え、鋼板Ｐから反射した第１反射光と第１参照光とから得られた第１ビート周波数を、各速度でそれぞれ測定し、このときの第１ビート周波数の変化量と、速度Ｖの差と、から、それぞれ算出することができる。また、第２光軸角度θ_２についても、第１光軸角度θ_１と同様に、同じ位置で、鋼板ＰがＸ方向に移動する際の速度Ｖを変え、鋼板Ｐから反射した第２反射光と第２参照光とから得られた第２ビート周波数を、各速度でそれぞれ測定し、このときの第２ビート周波数変化量と、速度Ｖの差と、から、それぞれ算出することができる。

具体的には、上記の式（１）の第二項を利用して第１光軸角度θ_１を算出でき、上記の式（２）の第二項を利用して第２光軸角度θ_２を算出できる。例えば、同じ位置で鋼板Ｐを移動方向Ｘに沿って複数の速度Ｖ_１，Ｖ_２で移動させ、これら速度Ｖ_１，Ｖ_２のときにそれぞれ検出した各第１ビート周波数の差を、周波数差△ｆ_２１として算出する。また、速度Ｖ_１，Ｖ_２の速度差を、校正用の速度Ｖ_Ｄ１として算出する。

これにより、第１測定光の第１光軸角度θ_１は、レーザ光の波長λと、校正用の速度Ｖ_Ｄ１と、周波数差△ｆ_２１とを用い、上記の式（１）の第二項（すなわち、△ｆ_２１＝２Ｖ_Ｄ１・Ｓｉｎθ_１／λ）から算出することができる。

同様にして、第２測定光の第２光軸角度θ_２についても、レーザ光の波長λと、校正用の速度Ｖ_Ｄ１と、周波数差△ｆ_２２とを用い、上記の式（２）の第二項（すなわち、△ｆ_２２＝２Ｖ_Ｄ１・Ｓｉｎθ_２／λ）から算出することができる。

以上より、上記の式（３）のうち、レーザ光の波長λと、第１光軸角度θ_１と、第２光軸角度θ_２と、については事前に取得することができる。よって、第１周波数差△ｆ_１及び第２周波数差△ｆ_２を測定することで、上記の式（３）から、鋼板ＰがＸ方向に移動する際の速度Ｖを算出することができる。

同様に、上記の式（４）についても、第１光軸角度θ_１と、第２光軸角度θ_２と、定数ｋ（例えば、周波数変調速度ｒ_ｓを利用して、ｋ＝２ｒ_ｓ／ｃから演算で求めた定数ｋ）と、については事前に取得することができるため、第１周波数差△ｆ_１及び第２周波数差△ｆ_２を測定することで、上記の式（４）から、鋼板Ｐ間の距離変化量ｄを算出することができる。

なお、速度測定装置３１を構築した際に、正確に第１光軸角度θ_１と第２光軸角度θ_２が分かっている場合や、別途の測定器による正確な測定により第１光軸角度θ_１と第２光軸角度θ_２が分かっている場合には、その第１光軸角度θ_１と第２光軸角度θ_２とを用いて、直接上記式（３）及び式（４）から、速度Ｖと距離変化量ｄを算出することができる。

なお、第二の実施形態においても、上述した第一の実施形態と同様に、第１周波数差△ｆ_１及び第２周波数差△ｆ_２の算出については、基準位置で鋼板Ｐが相対的に静止しているときに検出した第１ビート周波数及び第２ビート周波数を用いる必要はなく、例えば、基準位置で鋼板Ｐが基準速度で移動しているときに検出した第１ビート周波数及び第２ビート周波数を用い、それぞれ第１周波数差△ｆ_１及び第２周波数差△ｆ_２を算出してもよい。なお、ここでは、第１周波数差△ｆ_１及び第２周波数差△ｆ_２については、基準位置で鋼板Ｐが相対的に静止しているときに検出した第１ビート周波数及び第２ビート周波数を用いて算出する場合について、以下説明する。

（２−４）＜演算処理装置について＞
次に、上述した速度測定方法を実行する演算処理装置３２（図２）について以下説明する。この演算処理装置３２は、レーザ光を基に鋼板Ｐが移動する際の速度Ｖを測定できるとともに、上記の式（３）及び式（４）を基に、鋼板Ｐの基準位置からの距離変化量ｄとを、一連の処理の中で同時的に測定できるものである。図６は、演算処理装置３２の回路構成を示したブロック図である。図６に示すように、演算処理装置３２は、第１周波数解析部１７ａ、第２周波数解析部１７ｂ、距離算出部１８、算出部１３、定数取得部１４、及び波長取得部１６を備えている。なお、演算処理装置３２では、第１周波数解析部１７ａ及び第２周波数解析部１７ｂにより周波数解析部を構成している。

第１周波数解析部１７ａは、第１反射光と第１参照光とが光干渉することにより生じるビート信号を第１光検出部７ａから受け、当該ビート信号の周波数（第１ビート周波数）を、所定の検出周波数範囲内で検出し、この検出結果を距離算出部１８、第１基準周波数取得部１８ａ、第１周波数差算出部１９ａ及び第１光軸角度取得部２０ａに送出する。

また、第２周波数解析部１７ｂは、第２反射光と第２参照光とが光干渉することにより生じるビート信号を第２光検出部７ｂから受け、当該ビート信号の周波数（第２ビート周波数）を、所定の検出周波数範囲内で検出し、この検出結果を距離算出部１８、第２基準周波数取得部１８ｂ、第２周波数差算出部１９ｂ及び第２光軸角度取得部２０ｂに送出する。

距離算出部１８は、この第１ビート周波数又は第２ビート周波数を、光路長の差に変換することで、鋼板Ｐの測定面Ｓまでの距離を算出する。なお、距離算出部１８で、第１ビート周波数又は第２ビート周波数から距離を測定する場合には、鋼板Ｐが移動していると、上述の通りドップラー効果により測定距離が見掛け上シフトしてしまうため、ある位置に静止した鋼板Ｐの測定面Ｓまでの距離を測定するものとし、その位置を基準位置としている。

算出部１３は、第１基準周波数取得部１８ａ、第２基準周波数取得部１８ｂ、第１周波数差算出部１９ａ、第２周波数差算出部１９ｂ、第１光軸角度取得部２０ａ、第２光軸角度取得部２０ｂ、及び距離速度算出部２１を備えている。なお、算出部１３では、第１基準周波数取得部１８ａ及び第２基準周波数取得部１８ｂにより基準周波数取得部を構成しており、第１周波数差算出部１９ａ及び第２周波数差算出部１９ｂにより周波数差算出部を構成している。また、第１光軸角度取得部２０ａ及び第２光軸角度取得部２０ｂにより光軸角度取得部を構成している。

第１基準周波数取得部１８ａは、上記の式（３）及び式（４）にて用いる第１周波数差△ｆ₁を求める際に使用する第１基準周波数を取得するものである。第１基準周波数取得部１８ａは、第１周波数解析部１７ａから受け取った、静止状態かつ基準位置における第１ビート周波数、即ち、第１基準周波数を記憶している。第１基準周波数取得部１８ａは、第１基準周波数を第１周波数差算出部１９ａに送出する。

第１周波数差算出部１９ａは、上記の式（３）及び式（４）にて用いる第１周波数差△ｆ_１の他、必要に応じて第１光軸角度θ_１及び定数ｋを求める際に用いる第１周波数差を算出するものである。第１周波数差算出部１９ａは、第１周波数解析部１７ａを介して第１光検出部７ａと接続されており、第１光検出部７ａで検出された、移動状態にある鋼板Ｐに係る第１ビート周波数を示す信号を受ける。また、第１周波数差算出部１９ａは、第１基準周波数取得部１８ａと接続されており、第１基準周波数を示す信号を受ける。

これにより、第１周波数差算出部１９ａは、移動状態の鋼板Ｐから検出した第１ビート周波数と、基準位置で静止している鋼板Ｐから検出した第１基準周波数との差を、第１周波数差△ｆ_１として算出する。第１周波数差算出部１９ａは、算出結果である第１周波数差△ｆ_１を示す情報を距離速度算出部２１に送出する。

第２基準周波数取得部１８ｂは、上記の式（３）及び式（４）にて用いる第２周波数差△ｆ₂を求める際に使用する第２基準周波数を取得するものである。第２基準周波数取得部１８ｂは、第２周波数解析部１７ｂから受け取った静止状態かつ基準位置における第２ビート周波数、即ち、第２基準周波数を記憶している。第２基準周波数取得部１８ｂは、第２基準周波数を第２周波数差算出部１９ｂに送出する。

第２周波数差算出部１９ｂは、上記の式（３）及び式（４）にて用いる第２周波数差△ｆ_２の他、必要に応じて第２光軸角度θ_２及び定数ｋを求める際に用いる第２周波数差を算出するものである。第２周波数差算出部１９ｂは、第２周波数解析部１７ｂを介して第２光検出部７ｂと接続されており、第２光検出部７ｂで検出された、移動状態にある鋼板Ｐに係る第２ビート周波数を示す信号を受ける。また、第２周波数差算出部１９ｂは、第２基準周波数取得部１８ｂと接続されており、第２基準周波数を示す信号を受ける。

これにより、第２周波数差算出部１９ｂは、移動状態の鋼板Ｐから検出した第２ビート周波数と、基準位置で静止している鋼板Ｐから検出した第２基準周波数との差を、第２周波数差△ｆ_２として算出する。第２周波数差算出部１９ｂは、算出結果である第２周波数差△ｆ_２を示す情報を距離速度算出部２１に送出する。

第１光軸角度取得部２０ａは、上記の式（３）及び式（４）にて用いる第１光軸角度θ_１を取得するものである。第１光軸角度取得部２０ａは、演算処理により第１光軸角度θ_１を算出してもよく、また、計測手段により第１光軸角度θ_１を測定して、実測値を取得してもよく、さらに、第１光軸角度θ_１を予め単に記憶しているものでもよい。第１光軸角度取得部２０ａは、第１光軸角度θ_１を示す情報を距離速度算出部２１に送出する。

ここで、例えば、第１光軸角度θ_１を実際の試験を行うことにより算出する場合は、同じ位置で鋼板Ｐを移動方向Ｘに沿って複数の速度Ｖ_１，Ｖ_２で移動させ、これら速度Ｖ_１，Ｖ_２のときにそれぞれ検出した各第１ビート周波数を、第１周波数解析部１７ａから第１周波数差算出部１９ａへ送出する。第１周波数差算出部１９ａは、それらの第１ビート周波数の差を、周波数差△ｆ_２１として算出し、これを第１光軸角度取得部２０ａに送出する。第１光軸角度取得部２０ａは、この周波数差△ｆ_２１と、速度Ｖ_１，Ｖ_２の速度差を示す校正用の速度Ｖ_Ｄ１と、波長λと、を取得し、上記の式（１）の第二項（すなわち、△ｆ_２１＝２Ｖ_Ｄ１・Ｓｉｎθ_１／λ）から第１光軸角度θ_１を算出する。

第２光軸角度取得部２０ｂは、上記の式（３）及び式（４）にて用いる第２光軸角度θ_２を取得するものである。第２光軸角度取得部２０ｂは、演算処理により第２光軸角度θ_２を算出してもよく、また、計測手段により第２光軸角度θ_２を測定して、実測値を取得してもよく、さらに、第２光軸角度θ_２を予め単に記憶しているものでもよい。第２光軸角度取得部２０ｂは、第２光軸角度θ_２を示した情報を距離速度算出部２１に送出する。

ここで、例えば、第２光軸角度θ_２を実際の試験を行うことにより算出する場合は、第１光軸角度θ_１の演算処理のときと同様に、同じ位置で鋼板Ｐを移動方向Ｘに沿って複数の速度Ｖ_１，Ｖ_２で移動させ、これら速度Ｖ_１，Ｖ_２のときにそれぞれ検出した各第２ビート周波数を、第２周波数解析部１７ｂから第２周波数差算出部１９ｂへ送出する。第２周波数差算出部１９ｂは、それらの第２ビート周波数の周波数の差を、周波数差△ｆ_２２として算出し、これを第２光軸角度取得部２０ｂする。第２光軸角度取得部２０ｂは、この周波数差△ｆ_２２と、速度Ｖ_１，Ｖ_２の速度差を示す校正用の速度Ｖ_Ｄ１と、波長λと、を取得し、上記の式（２）の第二項（すなわち、△ｆ_２２＝２Ｖ_Ｄ１・Ｓｉｎθ_２／λ）から第２光軸角度θ_２を算出する。

定数取得部１４は、上記の式（４）にて用いる定数ｋを取得するものである。定数取得部１４は、実際の試験を行うことにより定数ｋを算出してもよく、また、定数ｋを予め単に記憶しているだけであってもよい。定数取得部１４は、定数ｋを示す情報を距離速度算出部２１に送出する。

なお、定数ｋを実際の試験を行うことにより算出する場合は、例えば、鋼板Ｐの位置を距離変化量ｄで変え、各位置で検出した第１反射光の周波数差△ｆ_１１を、第１周波数差算出部１９ａで算出する。定数取得部１４は、この第１反射光の周波数差△ｆ_１１と、位置を変えたときの鋼板Ｐの距離変化量ｄと、を取得して、ｋ＝△ｆ_１１／ｄの式を基に、定数ｋを算出する。

波長取得部１６は、例えば、分光器等であり、レーザ発振器２で発振されるレーザ光の波長λを測定することで、波長λを取得するものである。波長取得部１６は、波長λを示す情報を距離速度算出部２１に送出する。

距離速度算出部２１は、このようにして得られた、第１周波数差△ｆ_１、第２周波数差△ｆ_２、第１光軸角度θ_１、第２光軸角度θ_２、定数ｋ、波長λを用いて、上記の式（３）及び式（４）を基に、鋼板Ｐが移動する際の速度Ｖと距離変化量ｄとを算出する。ここで、距離速度算出部２１は、距離変化量ｄを測定する距離変化量算出部２３と、鋼板Ｐの速度Ｖを測定する速度算出部２４とを備えている。

距離変化量算出部２３は、取得した第１周波数差△ｆ_１、第２周波数差△ｆ_２、第１光軸角度θ_１、第２光軸角度θ_２、及び定数ｋを用い、上記の式（４）に基づいて演算処理を行い、距離変化量ｄを算出する。このようにして、距離変化量算出部２３は、鋼板Ｐの距離変化量ｄを測定することができる。

なお、この距離変化量ｄは、基準位置に対する相対位置を示しているので、速度測定装置３１からの距離を求める場合には、予め測定しておいた基準位置までの距離の値を用いることで、算出可能である。

また、速度算出部２４は、取得した第１周波数差△ｆ_１、第２周波数差△ｆ_２、第１光軸角度θ_１、第２光軸角度θ_２、及びレーザ光の波長λを用い、上記の式（３）に基づいて演算処理を行い、速度Ｖを算出する。このようにして、速度算出部２４は、鋼板Ｐの速度Ｖを測定することができる。

（２−５）＜作用及び効果＞
以上の構成において、本実施形態に係る速度測定装置３１でも、上述した第一の実施形態と同様に、レーザ発振ステップ、分岐ステップ、第１受光ステップ、第２受光ステップ、周波数解析ステップ、周波数差算出ステップを実行し、レーザ光の波長λと、第１測定光の第１光軸角度θ_１と、第２測定光の第２光軸角度θ_２の各情報を取得することで、算出した第１周波数差△ｆ_１及び第１周波数差△ｆ_２を用いて、上記の式（３）から、鋼板Ｐの速度Ｖを算出することができる（速度算出ステップ）。

この速度測定装置３１では、単に上記の式（１）の第二項だけから速度Ｖを算出するものではなく、第１測定光及び第２測定光の両方を用いて、鋼板Ｐの距離変化量ｄも考慮して上記の式（３）を求めていることから、基準位置からずれて距離変化量ｄが生じている鋼板Ｐについても、上記の式（３）を基に、鋼板Ｐの速度Ｖを正確に算出することができる。

また、速度測定装置３１では、例えば、上述した周波数差算出ステップを第１受光ステップ及び第２受光ステップに先立って行っておき、鋼板Ｐが基準位置で静止しているときに検出される基準周波数を、第１基準周波数及び第２基準周波数として予め記憶しておくことが望ましい。これにより、速度測定装置３１では、鋼板Ｐが所定位置で移動しているときの第１反射光及び第２反射光の各周波数を検出した際に、既に記憶している第１基準周波数及び第２基準周波数を用い、即座に第１周波数差△ｆ_１及び第１周波数差△ｆ_２を算出できる。よって、鋼板Ｐを移動させている際にリアルタイムで速度Ｖを測定することができる。

さらに、第二の実施形態の速度測定装置３１では、鋼板Ｐまでの距離変化とレーザ光の周波数変化との関係を示した定数ｋを取得することで、第１周波数差△ｆ_１と、第２周波数差△ｆ_２と、第１光軸角度θ_１と、第２光軸角度θ_２と、定数ｋと、を基に、上記の式（４）から、鋼板Ｐの距離変化量ｄも算出することができる（距離変化量算出ステップ）。また、予め速度測定装置３１から基準位置までの距離を測定しておくことで、距離変化量ｄのみならず、速度測定装置３１から鋼板Ｐまでの距離を算出することもできる。より具体的には、距離速度算出部２１は、距離算出部１８で測定した、基準位置までの距離（基準距離）を受け取り、この基準距離に対して、距離変化量ｄを加算又は減算し、基準位置までの距離を距離変化量ｄで補正することで、速度測定装置３１から鋼板Ｐまでの距離Ｄ１，Ｄ２を算出することができる。

なお、距離変化量ｄを測定する際は、周波数変調速度ｒ_ｓを利用して、ｋ＝２ｒ_ｓ／ｃから演算で求めた定数ｋを予め記憶しておき、用いてもよい。また、事前に鋼板Ｐを所定の距離変化量ｄで変えたときに各位置で検出される反射光の周波数差△ｆ_１１と、位置を変えたときの鋼板Ｐの距離変化量ｄと、の関係を示した、ｋ＝△ｆ_１１／ｄの式で求められる、定数ｋを予め記憶しておき、用いてもよい。

このように速度測定装置３１では、鋼板Ｐまでの距離を測定する際に用いるレーザ光を利用して鋼板Ｐの速度Ｖについても同時に測定することができる。よって、第二の実施形態による速度測定装置３１では、鋼板Ｐの速度Ｖの測定とともに、鋼板Ｐまでの距離も一連の処理で同時に測定することができる。

（３）＜他の実施形態＞
なお、本発明は、本実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内で種々の変形実施が可能である。例えば、被測定対象物として板状の鋼板Ｐを適用したが、本発明はこれに限らず、直方体等の形状でなる鋼板や、円筒状・円柱状の鋼材等、種々の形状の被測定対象物を適用してもよい。また、鋼板以外のその他の材料でなる被測定対象物を適用してもよい。

また、上述した実施形態においては、１つのレーザ発振器２を用いて第１測定光及び第２測定光を生成した場合について述べたが、本発明はこれに限らず、第１測定光を生成する第１のレーザ発振器と、これとは別体でなる、第２測定光を生成する第２のレーザ発振器とを設けても良い。

また、上述した実施形態においては、被測定対象物が所定位置で第１測定光及び第２測定光の各出射位置に対して相対的に移動する状態とし、第１測定光及び第２測定光の各出射位置（すなわち、第１測定ヘッド５ａ及び第２測定ヘッド５ｂ）を固定した場合について説明したが、本発明はこれに限らない。例えば、鋼板Ｐを所定位置で固定して、第１測定光及び第２測定光の各出射位置を移動方向Ｘに沿って移動させるようにしてもよい。

また、上述した実施形態においては、被測定対象物が基準位置で、第１測定光及び第２測定光の各出射位置に対して静止する状態とした場合について説明したが、本発明はこれに限らない。例えば、鋼板Ｐを所定速度Ｖで移動させながら、各出射位置も同じ方向に速度Ｖで移動させることで、相対的に静止した状態にするようにしてもよい。

また、上述した実施形態においては、周波数解析部として第１周波数解析部１７ａ及び第２周波数解析部１７ｂを適用し、基準周波数取得部として第１基準周波数取得部１８ａ及び第２基準周波数取得部１８ｂを適用し、周波数差算出部として第１周波数差算出部１９ａ及び第２周波数差算出部１９ｂを適用し、光軸角度取得部として第１光軸角度取得部２０ａ及び第２光軸角度取得部２０ｂを適用し、それぞれ２つずつ設けた例で説明を行ったが、それぞれ一体的に、一つの、周波数解析部、基準周波数取得部、周波数差算出部、光軸角度取得部を設けるようにして、処理を行うことも可能である。

また、上述した実施形態においては、第１測定光及び第２測定光の出射位置を固定し、鋼板Ｐの移動方向Ｘと垂直な方向Ｚに沿って鋼板Ｐを距離変化量ｄだけ移動させた場合について述べたが、本発明はこれに限らない。例えば、鋼板Ｐの位置を固定して、移動方向Ｘと垂直な方向Ｚに沿って第１測定光及び第２測定光の出射位置を距離変化量ｄだけ移動させるようにしてもよい。

なお、別体である第１測定ヘッド５ａ及び第２測定ヘッド５ｂをそれぞれ設け、第１測定ヘッド５ａから第１測定光を照射し、これとは別に設けた第２測定ヘッド５ｂから第２測定光を照射した場合について述べたが、本発明はこれに限らない。例えば、１つの測定ヘッドを設け、第１光軸角度θ_１に設定した測定ヘッドから第１測定光を鋼板Ｐに照射した後に、測定ヘッドの角度を変えて第２光軸角度θ_２に設定した測定ヘッドから第２測定光を鋼板Ｐに照射してもよい。このように同じ測定ヘッドを用いて測定光の照射タイミングを変えて、第１測定光及び第２測定光を照射するようにしても、上述した実施形態と同様の処理を行える。よって、第１測定ヘッド５ａと第２測定ヘッド５ｂを１つの測定ヘッドが兼用してもよい。

また、上述した実施形態においては、時間に対して所定の周波数変化量で変調されたレーザ光を発振するレーザ発振部として、ＦＳＦレーザを適用したが、本発明はこれに限らず、時間に対して周波数が変調されたレーザ光を発振可能であれば、例えば、注入電流により周波数を変調可能な波長可変半導体レーザ等、種々のレーザ発振部を適用してもよい。

また、上述した実施形態においては、反射光及び参照光（例えば、第１反射光及び第１参照光）の周波数差に等しい周波数を有するビート信号を検出し、このビート周波数を用いて、鋼板Ｐまでの距離及び鋼板Ｐが移動する速度を測定するようにしたが、本発明はこれに限らない。例えば、特開２０１６−８０４０９号公報に開示されているように、第１測定ヘッド及び第２測定ヘッドに反射源を設け、反射源で測定光を反射させて戻り光を生成し、反射光と参照光のビート信号の周波数と、戻り光と参照光のビート信号の周波数を測定し、両ビート周波数の差を上記ビート周波数の代わりに利用して、鋼板Ｐまでの距離及び鋼板Ｐが移動する速度を測定してもよい。

また、上述した第二の実施形態では、演算処理装置３２は、距離を算出する要素として、距離算出部１８と距離変化量算出部２３を有しているが、両方が必要なわけではなく、距離算出部１８を省略するようにすることも可能である。

次に、上記の式（３）及び式（４）について、θ_１＝θ_２＝θとして、速度Ｖ及び距離変化量ｄについて検討した。上記の式（３）及び式（４）について、θ_１＝θ_２＝θとすると、下記の式（５）及び（６）のように表すことができる。

V=(λ/4sinθ)・(−Δf₁＋Δf₂) …（５）
d=(cosθ/2k)・(Δf₁+Δf₂) …（６）

この場合、速度Ｖ及び距離変化量ｄは、それぞれ周波数変化量の差及び和（平均）の定数倍で算出することができ、より単純な式で表すことができる。そのため、本発明の距離測定方法により速度Ｖ及び距離変化量ｄを算出する際は、θ_１＝θ_２＝θに設定すると評価し易いことが分かる。

実施例として用いたレーザ発振器は、ＦＳＦレーザ光の波長λが１５５０ｎｍであり、周波数と距離の関係を示す定数ｋが約４４ＭＨｚ／ｍであった。θについては５度とした。また、ここでは、図５の第１周波数差算出部１９ａ及び第２周波数差算出部１９ｂには、検出範囲が４０ＭＨｚ以下、分解能が約１ｋＨｚの周波数検出器をそれぞれ設けた。

この場合、第１周波数差Δｆ_１を３ＭＨｚ、第２周波数差Δｆ_２を２．５ＭＨｚとすると、上記の式（５）より速度Ｖは、−２．２ｍ／ｓとなり、上記の式（６）より距離変化量ｄは６２ｍｍとなった。また、第１周波数差Δｆ_１を−１．６ＭＨｚ、第２周波数差Δｆ_２を−１．５ＭＨｚにすると、速度Ｖは０．４ｍ／ｓとなり、距離変化量ｄは−３５ｍｍとなった。以上より、鋼板Ｐの移動方向Ｘで、鋼板Ｐがどちらの向きに移動しているかについても判定可能であることが確認できた。

次に、図７に示すように、円柱状の被測定対象物Ｐ_２を備え、被測定対象物Ｐ_２の中心軸を回転軸として、被測定対象物Ｐ_２を回転させる円盤回転装置を用意した。そして、本発明の効果を確認するために、この円盤回転装置と、本発明の速度測定装置３１とを用いて、距離速度測定試験を実施した。なお、図７では、扇状の被測定対象物Ｐ_２が示されているが、これは円柱状の被測定対象物Ｐ_２のうち一部の断面部分だけを示したものである。

この場合、第１測定ヘッド２５ａと第２測定ヘッド２５ｂを同じ基台（図示せず）に並べて固定し、被測定対象物Ｐ_２の円周面に対して基台が垂直方向に移動できるようにした。これにより、基台を垂直方向に移動させることで、第１測定ヘッド２５ａと第２測定ヘッド２５ｂを同時に垂直方向に移動させることができ、距離変化量ｄを調整可能とした。

第１測定ヘッド２５ａ及び第２測定ヘッド２５ｂのそれぞれのレンズは、焦点距離が３００ｍｍのものを使用した。そのため、被測定対象物Ｐ_２の円周面から約３００ｍｍの位置を、第１測定ヘッド２５ａ及び第２測定ヘッド２５ｂの基準位置とした。そして、被測定対象物Ｐ_２の回転速度を変えながら、第１測定ヘッド２５ａ及び第２測定ヘッド２５ｂを基準位置から垂直方向に移動させて、第１測定ヘッド２５ａ及び第２測定ヘッド２５ｂを数か所の位置に順番に変えてゆき、速度Ｖと距離変化量ｄの測定を実施した。

先ずは、測定前に実施した、定数ｋ、第１光軸角度θ_１、第２光軸角度θ_２の校正について説明する。定数ｋについては、第１測定ヘッド２５ａ及び第２測定ヘッド２５ｂの位置を垂直方向に順次変え、第１測定ヘッド２５ａ又は第２測定ヘッド２５ｂで検出した第１反射光又は第２反射光（反射光）の周波数の変化量を調べた。そして、第１測定ヘッド２５ａ又は第２測定ヘッド２５ｂの距離変化量ｄの変化量と、第１測定ヘッド２５ａ又は第２測定ヘッド２５ｂで検出した第１反射光又は第２反射光（反射光）の周波数の変化量とから、定数ｋを算出したところ、定数ｋは、４３．１４ＭＨｚ／ｍと算出された。

次に、第１光軸角度θ_１及び第２光軸角度θ_２を算出した。ここでは、第１測定ヘッド２５ａ及び第２測定ヘッド２５ｂを基準位置に固定し、被測定対象物Ｐ_２の回転速度を変えて、第１測定ヘッド２５ａ及び第２測定ヘッド２５ｂでそれぞれ検出した第１反射光及び第２反射光の周波数の変化を調べた。

第１測定ヘッド２５ａ及び第２測定ヘッド２５ｂを基準位置に固定したときの被測定対象物Ｐ_２の回転速度の変化量（速度Ｖ_Ｄ１）と、第１反射光の周波数変化量△ｆ_２１とから、△ｆ₂₁＝2V_D1sinθ₁/λの式を用いて第１光軸角度θ_１を算出した。また、第１測定ヘッド２５ａ及び第２測定ヘッド２５ｂを基準位置に固定したときの被測定対象物Ｐ_２の回転速度の変化量（速度Ｖ_Ｄ１）と、第２反射光の周波数変化量△ｆ_２２とから、△ｆ₂₂＝2V_D1sinθ₂/λの式を用いて第２光軸角度θ_２を算出した。なお、レーザ光の波長λは、上記同様、１５５０ｎｍである。

その結果、第１光軸角度θ_１は７．７１度と算出され、第２光軸角度θ_２は６．６９度と算出された。ここで、第１測定ヘッド２５ａ及び第２測定ヘッド２５ｂを設置する際、被測定対象物Ｐ_２の中心から延びる鉛直方向（水平方向に対して垂直な方向）と、第１測定光の光軸ａ_ｘ１とがなす第１光軸角度θ_１は、約５度に設定したはずであり、被測定対象物Ｐ_２の中心から延びる鉛直方向と、第２測定光の光軸ａ_ｘ２とがなす第２光軸角度θ_２も、約５度に設定したはずだった。

しかしながら、上記の算出結果から、第１光軸角度θ_１は、５度に設定されておらず、実際には７．７１度となっていると推測できる。また、第２光軸角度θ_２についても、同様に、５度に設定されておらず、実際には６．６９度となっていると推測できる。取り付け精度として、第１測定光の光軸ａ_ｘ１及び第２測定光の光軸ａ_ｘ２が、上記で求めたように７．７１度程度、６．６９度程度、傾いてしまっている可能性は十分考えられる。

次に、第１測定ヘッド２５ａ及び第２測定ヘッド２５ｂを、被測定対象物Ｐ_２から鉛直方向に沿って移動させた距離変化量の実測値と、上記の式（４）から算出した距離測定値（距離変化量ｄ）と、について比較する検証試験を行った。

この検証試験では、第１測定ヘッド２５ａ及び第２測定ヘッド２５ｂを鉛直方向に移動し、第１測定ヘッド２５ａ及び第２測定ヘッド２５ｂに対する被測定対象物Ｐ_２の回転位置を変え、それぞれの位置から第１周波数差△ｆ_１及び第２周波数差△ｆ_２を算出した。

具体的には、被測定対象物Ｐ_２を基準位置で静止させて、第１反射光及び第２反射光の１Ｓ間(１０００点)の周波数の平均値を算出した。また、被測定対象物Ｐ_２を所定の速度Ｖで回転させつつ、第１測定ヘッド２５ａ及び第２測定ヘッド２５ｂを鉛直方向に移動した。そして、第１測定ヘッド２５ａ及び第２測定ヘッド２５ｂを数点の位置で固定し、各位置毎に、第１反射光及び第２反射光の１Ｓ間(１０００点)の周波数の平均値をそれぞれ算出した。

そして、被測定対象物Ｐ_２が基準位置で静止しているときと、回転している被測定対象物Ｐ_２に対して第１測定ヘッド２５ａ及び第２測定ヘッド２５ｂの位置を変えたときとの、第１反射光の周波数差（第１周波数差△ｆ_１）、第２反射光の周波数差（第２周波数差△ｆ_２）を、第１測定ヘッド２５ａ及び第２測定ヘッド２５ｂの位置毎にそれぞれ算出した。

そして、以上のようにして得た、定数ｋ、第１光軸角度θ_１、第２光軸角度θ_２、位置毎に得た第１周波数差△ｆ_１、位置毎に得た第２周波数差△ｆ_２を用いて、上記の式（４）から距離変化量ｄをそれぞれ算出した。また、速度測定装置３１とは別にレーザ距離計を用意し、第１測定ヘッド２５ａ及び第２測定ヘッド２５ｂの基準位置からの距離変化量を実測値として測定した。

図８Ａはこれら結果をまとめたものである。図８Ａの縦軸は、上記の式（４）から算出した距離測定値（距離変化量ｄ）を示す。図８Ａの縦軸は、第１測定ヘッド２５ａ及び第２測定ヘッド２５ｂを基準位置に固定し、被測定対象物Ｐ_２を静止（速度Ｖ＝０ｍ／ｓ）させたときに、上記の式（４）から算出した距離測定値（距離変化量ｄ）を基準としている。

図８Ａの横軸は、第１測定ヘッド２５ａ及び第２測定ヘッド２５ｂの距離変化量をＦＳＦレーザ距離計で測定した実測値を示している。図８Ａは、第１測定ヘッド２５ａ及び第２測定ヘッド２５ｂが被測定対象物Ｐ_２から遠ざかる方向を正としている。図８Ａに示すように、縦軸と横軸の結果は概ね一致した。

次に、詳細を確認するため、図８Ａの縦軸の値から、図８Ａの横軸の値を差し引いた結果（距離測定値誤差）を調べたところ、図８Ｂに示すような結果が得られた。図８Ｂから、距離測定値誤差の平均値は、−０．０８７ｍｍとなり、ばらつきは、１σ＝０．１９ｍｍとなった。このような結果から、ＦＳＦレーザ距離計の精度と比較すると、本発明の速度測定装置３１から算出した距離変化量ｄの測定結果はやや低下するが、速度の違いによるばらつきは最大でも１σ＝０．０３７ｍｍ程度となり、ＦＳＦレーザ距離計と同等の精度が得られることが確認できた。

次に、被測定対象物Ｐ_２が回転する速度の実測値と、上記の式（３）から算出した速度Ｖと、について比較する検証試験を行った。ここでは、第１測定ヘッド２５ａ及び第２測定ヘッド２５ｂを基準位置に固定して、基準位置で被測定対象物Ｐ_２が回転する速度を変えた。そして、上述のようにして得た、レーザ光の波長λ、第１光軸角度θ_１、第２光軸角度θ_２、速度毎に得た第１周波数差△ｆ_１、速度毎に得た第２周波数差△ｆ_２を用いて、上記の式（３）から速度Ｖをそれぞれ算出した。

また、各速度毎の被測定対象物Ｐ_２の回転数と被測定対象物Ｐ_２の径とからそれぞれ速度を算出し、これを実測値として得た。図９Ａはこれら結果をまとめたものである。図９Ａの横軸は、被測定対象物Ｐ_２の回転速度の実測値であり、被測定対象物Ｐ_２の回転数と被測定対象物Ｐ_２の径とから算出した速度を示している。図９Ａの横軸は、図７の時計回りの方向を正としている。一方、図９Ａの縦軸は、上記の式（３）から算出した速度Ｖである。図９Ａに示すように、縦軸と横軸の結果は概ね一致した。

次に、詳細を確認するため、図９Ａの縦軸の値から、図９Ａの横軸の値を差し引き、さらに横軸の値で除した結果を速度測定値誤差として調べたところ、図９Ｂに示すような結果が得られた。図９Ｂから速度測定値誤差は±０．５％の誤差内であった。このように、基準位置で単に被測定対象物Ｐ_２の速度Ｖを変えるだけであっても、上記の式（３）より、速度Ｖを精度よく得られることが確認できた。

次に、第１測定ヘッド２５ａ及び第２測定ヘッド２５ｂを基準位置から−５０ｍｍ、−１００ｍｍ、５０ｍｍ、１００ｍｍだけ移動し、第１測定ヘッド２５ａ及び第２測定ヘッド２５ｂの位置を変えた。そして、各位置毎にそれぞれ被測定対象物Ｐ_２の回転速度を変えて、各位置毎に、図９Ｂと同様に速度測定値誤差を調べたところ、図９Ｃ、図１０Ａ、図１０Ｂ、図１０Ｃに示すような結果が得られた。

図９Ｃは、基準位置からの距離変化量を−５０ｍｍとしたときの結果を示し、図１０Ａは、基準位置からの距離変化量を−１００ｍｍとしたときの結果を示す。また、図１０Ｂは、基準位置からの距離変化量を５０ｍｍとしたときの結果を示し、図１０Ｃは、基準位置からの距離変化量を１００ｍｍとしたときの結果を示す。図９Ｃ、図１０Ａ、図１０Ｂ、図１０Ｃから、±１００ｍｍの距離変化量範囲では、多くの値が±０．５％の誤差内であった。よって、実測値と比較すると、広い範囲で高精度に速度Ｖの測定が可能であることが確認できた。

（４）＜第三の実施形態＞
（４−１）＜第三の実施形態による速度測定装置について＞
次に、第三の実施形態として、図１１に示すように、第１測定ヘッド５ａ、第２測定ヘッド５ｂ及び第３測定ヘッド５ｃを備えた速度測定装置５１について以下説明する。第三の実施形態の速度測定装置５１は、始めに、鋼板Ｐの測定面Ｓの面方向において、測定面Ｓに沿った、ある任意の一方向を基準方向と定め、この基準方向に延びる線を基準線として設定する。

速度測定装置５１は、基準線を設定した任意の基準方向を第１移動方向Ｘと規定し、測定面Ｓの面方向において、第１移動方向Ｘに垂直な方向を第２移動方向Ｙと規定する。速度測定装置５１は、第１移動方向Ｘにおける、第１測定ヘッド５ａ、第２測定ヘッド５ｂ及び第３測定ヘッド５ｃに対する鋼板Ｐの相対的な速度Ｖ_Ｘを測定するとともに、第２移動方向Ｙにおける、第１測定ヘッド５ａ、第２測定ヘッド５ｂ及び第３測定ヘッド５ｃに対する鋼板Ｐの相対的な速度Ｖ_Ｙを測定する。

速度測定装置５１は、速度Ｖの第１移動方向Ｘ成分である速度Ｖ_Ｘと、速度Ｖの第２移動方向Ｙ成分である速度Ｖ_Ｙとをベクトル合成し、鋼板Ｐの速度Ｖ及び移動方向を示す、合成ベクトルを求める。第三の実施形態の速度測定装置５１は、当該合成ベクトルの大きさから鋼板Ｐの速度Ｖを測定することができ、当該合成ベクトルの向きから鋼板Ｐの移動方向を測定することができる。なお、鋼板Ｐの速度Ｖの大きさは、速度Ｖ_Ｘの値と速度Ｖ_Ｙの値との２乗和平方根（すなわち、√｛（Ｖ_Ｘ）^２＋（Ｖ_Ｙ）^２｝）であり、鋼板Ｐの移動方向は、ａｒｃｔａｎ（Ｖｙ／Ｖｘ）で規定される角度だけ、基準線からずれた方向である。

ここで、速度測定装置５１は、時間に対して所定の周波数変調速度で変調されたレーザ光を発振するレーザ発振器２を備えており、レーザ光を分岐器３によって参照光と測定光とに分け、さらに測定光の一部を、第１測定ヘッド５ａ、第２測定ヘッド５ｂ及び第３測定ヘッド５ｃにそれぞれ伝送する。

第三の実施形態の速度測定装置５１に設けられた第１測定ヘッド５ａ及び第２測定ヘッド５ｂは、上述した第一の実施形態と同様の構成を有し、第１移動方向Ｘ及び第２移動方向Ｙに所定の速度Ｖで移動している鋼板Ｐの測定面Ｓ、或いは、静止している鋼板Ｐの測定面Ｓに向けて第１測定光及び第２測定光を照射する。

また、第３測定ヘッド５ｃは、第１測定ヘッド５ａ及び第２測定ヘッド５ｂと同様の構成を有しており、レーザ発振器２からファイバ光路を介して伝送された、測定光の一部である第３測定光を、光ファイバ光路の端部から出射して集光レンズにより集光した後、鋼板Ｐの測定面Ｓに向けて照射する。第３測定ヘッド５ｃは、所定の移動方向に向けて所定の速度Ｖで移動している鋼板Ｐの測定面Ｓ、或いは、静止している鋼板Ｐの測定面Ｓに向けて第３測定光を照射する。

第３測定光が鋼板Ｐの測定面Ｓで反射することで得られた第３反射光は、第１反射光や第２反射光と同様に、結合器６に導かれるとともに、分岐器３でレーザ光から分岐された第３参照光も、当該結合器６に導かれる。結合器６は、第３参照光と第３反射光とを、光ファイバを通じてそれぞれ第３光検出部７ｃに入射させる。なお、結合器６は、第１参照光と第１反射光をそれぞれ第１光検出部７ａに入射させるとともに、第２参照光と第２反射光をそれぞれ第２光検出部７ｂに入射させる。

第３光検出部７ｃに同時に入射する第３反射光と第３参照光とは、それぞれのレーザ光がレーザ発振器２を出射してから第３光検出部７ｃに入射するまでに通った光路長の差に対応する周波数差を有するので、第３反射光と第３参照光との光干渉によりビート信号が発生する。第３光検出部７ｃは、第１光検出部７ａ及び第２光検出部７ｂと同様に、このビート信号を検出し、これを後述する演算処理装置３３に送出する。なお、第１光検出部７ａ及び第２光検出部７ｂは、上述した第一の実施形態と同様であり、説明が重複するため、ここではその説明は省略する。

第三の実施形態では、第１測定ヘッド５ａ、第２測定ヘッド５ｂ及び第３測定ヘッド５ｃに傾きを持たせており、演算処理装置３３は、後述する速度測定方法に従って演算処理を行うことにより、第１ビート周波数、第２ビート周波数及び第３ビート周波数を用いて、鋼板Ｐが所定の移動方向に移動している際の速度Ｖを測定することができる。

（４―２）＜第三の実施形態による速度測定方法について＞
次に、第三の実施形態における速度測定方法について、図１１及び図１２を用いて説明する。この速度測定方法では、レーザ光を用いて、第１移動方向Ｘの速度Ｖ_Ｘを測定するとともに、測定面Ｓ（すなわち、ＸＹ平面）において、第１移動方向Ｘと垂直な第２移動方向Ｙの速度Ｖ_Ｙも測定し、これら速度Ｖ_Ｘ及び速度Ｖ_Ｙを合成することで、鋼板Ｐの移動方向とその速度Ｖを測定できるものである。速度測定方法では、第１測定ヘッド５ａ、第２測定ヘッド５ｂ及び第３測定ヘッド５ｃの３つを用い、第１測定ヘッド５ａから鋼板Ｐの測定面Ｓに第１測定光を照射し、第２測定ヘッド５ｂから鋼板Ｐの測定面Ｓに第２測定光を照射し、第３測定ヘッド５ｃから鋼板Ｐの測定面Ｓに第３測定光を照射する。

第１測定ヘッド５ａ、第２測定ヘッド５ｂ及び第３測定ヘッド５ｃは、鋼板Ｐに対して異なる位置に配置されており、第１測定ヘッド５ａから照射される第１測定光の光軸ａ_ｘ１の傾き（後述する第１光軸角度θ_１）と、第２測定ヘッド５ｂから照射される第２測定光の光軸ａ_ｘ２の傾き（後述する第２光軸角度θ_２）と、第３測定ヘッド５ｃから照射される第３測定光の光軸ａ_ｘ３の傾き（後述する第３光軸角度θ_３）とがそれぞれ所定の角度に設定されている。なお、この第１光軸角度θ_１と第２光軸角度θ_２と第３光軸角度θ_３は同じ角度でもよく、異なる角度であってもよい。

ここで、第三の実施形態において、第１測定ヘッド５ａから照射される第１測定光の光軸ａ_ｘ１の傾き（第１光軸角度θ_１）とは、第１移動方向Ｘ及び第２移動方向Ｙに垂直な測定面Ｓの面法線の方向Ｚと、第１測定光の光軸ａ_ｘ１と、がなす角度である。また、第三の実施形態において、第２測定ヘッド５ｂから照射される第２測定光の光軸ａ_ｘ２の傾き（第２光軸角度θ_２）とは、第１移動方向Ｘ及び第２移動方向Ｙに垂直な測定面Ｓの面法線の方向Ｚと、第２測定光の光軸ａ_ｘ２と、がなす角度である。さらに、第３測定ヘッド５ｃから照射される第３測定光の光軸ａ_ｘ３の傾き（第３光軸角度θ_３）とは、第１移動方向Ｘ及び第２移動方向Ｙに垂直な測定面Ｓの面法線の方向Ｚと、第３測定光の光軸ａ_ｘ３と、がなす角度である。

図１１では、鋼板Ｐの第１移動方向Ｘ及び第２移動方向Ｙに垂直な面法線に沿った方向Ｚにおいて、所定位置にある鋼板Ｐと、基準位置にある鋼板Ｐ１との距離の差を距離変化量ｄとしている。なお、図１１では、基準位置にある鋼板Ｐ１の一例として、移動状態の鋼板Ｐに比べて、第１移動方向Ｘ及び第２移動方向Ｙと垂直な面法線に沿った方向Ｚに沿って、第１測定ヘッド５ａ、第２測定ヘッド５ｂ及び第３測定ヘッド５ｃに近づく方向に、距離変化量ｄだけ移動させた鋼板Ｐ１を示している。

図１２は、鋼板Ｐの上方から（即ち、方向Ｚに沿って）第１測定ヘッド５ａ、第２測定ヘッド５ｂ及び第３測定ヘッド５ｃを見て、第１測定ヘッド５ａ、第２測定ヘッド５ｂ及び第３測定ヘッド５ｃの位置関係を示した概略図である。この場合、鋼板Ｐの第１移動方向Ｘと第２移動方向Ｙとを含む移動平面である測定面Ｓへの第１測定ヘッド５ａの光軸ａ_ｘ１の射影ａ_ｘ１´と、鋼板Ｐの測定面Ｓの面方向で定めた基準方向（ここでは、第１移動方向Ｘ）に延びる基準線ａ_Φとが、測定面Ｓ上でなす角度を第１射影角度Φ_１とする。また、測定面Ｓへの第２測定ヘッド５ｂの光軸ａ_ｘ２の射影ａ_ｘ２´と、同じく基準線ａ_Φとが、測定面Ｓ上でなす角度を第２射影角度Φ_２とする。さらに、測定面Ｓへの第３測定ヘッド５ｃの光軸ａ_ｘ３の射影ａ_ｘ３´と、同じく基準線ａ_Φとが、測定面Ｓ上でなす角度を第３射影角度Φ_３とする。

なお、本実施形態では、測定面Ｓの面方向に沿って延びる基準線ａ_Φとして第１移動方向Ｘを適用し、射影ａ_ｘ１´と第１移動方向Ｘとが測定面Ｓ上でなす角度を第１射影角度Φ_１とし、射影ａ_ｘ２´と第１移動方向Ｘとが測定面Ｓ上でなす角度を第２射影角度Φ_２とし、射影ａ_ｘ３´と第１移動方向Ｘとが測定面Ｓ上でなす角度を第３射影角度Φ_３としたが、本発明はこうした場合に限らない。例えば、測定面Ｓの面方向に沿って延びる基準線ａ_Φとして、第２移動方向Ｙや、その他、測定面Ｓの面方向において任意の方向を基準方向とし、この基準方向に延びる基準線を適用して、第１射影角度Φ_１、第２射影角度Φ_２及び第３射影角度Φ_３を規定してもよい。また、図１２に示すように、基準線ａ_Φから反時計回りで規定した第１射影角度Φ_１、第２射影角度Φ_２及び第３射影角度Φ_３である必要はなく、基準線ａ_Φから時計回りで規定した第１射影角度Φ_１、第２射影角度Φ_２及び第３射影角度Φ_３であってもよい。

この場合、基準位置で静止状態にある鋼板Ｐ１の測定面Ｓから反射してきた第１反射光と第１参照光とから得られた第１ビート周波数（第１基準周波数）と、所定位置で移動状態にある鋼板Ｐの測定面Ｓから反射してきた第１反射光と第１参照光とから得られた第１ビート周波数との周波数の差（第１周波数差）を、△ｆ_１とすると、第三の実施形態の第１周波数差△ｆ_１は、距離変化量ｄとドップラーシフトの影響を受けることから、次の式（７）で表すことができる。

Δf₁=k(d/cosθ₁)＋((2V_X cosΦ₁ sinθ₁)/λ）＋((2V_Y sinΦ₁ sinθ₁)/λ)) …（７）

θ_１は、上述した第１光軸角度を示し、Φ_１は、上述した第１射影角度を示し、λはレーザの波長を示す。ｋは、例えば、第１測定ヘッド５ａ、第２測定ヘッド５ｂ及び第３測定ヘッド５ｃに対する鋼板Ｐの距離の変化と、レーザ光の周波数の変化との関係を示した定数である。

上記の式（７）のうち、第一項は、第１測定ヘッド５ａから鋼板Ｐまでの距離が変化することによる、レーザ光（第１反射光）の周波数変化量を示した項である。一方、上記の式（７）の第二項は、鋼板Ｐが所定の移動方向に移動する際に、基準線を定めた第１移動方向Ｘでのドップラーシフトの影響による、レーザ光（第１反射光）の周波数変化量を示した項であり、第三項は、鋼板Ｐが所定の移動方向に移動する際に、測定面Ｓにおいて第１移動方向Ｘと垂直な第２移動方向Ｙでのドップラーシフトの影響による、レーザ光（第１反射光）の周波数変化量を示した項である。

また、基準位置で静止状態にある鋼板Ｐ１の測定面Ｓから反射してきた第２反射光と第２参照光とから得られた第２ビート周波数（第２基準周波数）と、所定位置で移動状態にある鋼板Ｐの測定面Ｓから反射してきた第２反射光と第２参照光とから得られた第２ビート周波数との周波数の差（第２周波数差）を、△ｆ_２とすると、第三の実施形態の第２周波数差△ｆ_２は、距離変化量ｄとドップラーシフトの影響を受けることから、次の式（８）で表すことができる。

Δf₂=k(d/cosθ₂)＋((2V_X cosΦ₂ sinθ₂)/λ）＋((2V_Y sinΦ₂ sinθ₂)/λ)) …（８）

さらに、基準位置で静止状態にある鋼板Ｐ１の測定面Ｓから反射してきた第３反射光と第３参照光とから得られた第３ビート周波数（第３基準周波数）と、所定位置で移動状態にある鋼板Ｐの測定面Ｓから反射してきた第３反射光と第３参照光とから得られた第３ビート周波数との周波数の差（第３周波数差）を、△ｆ_３とすると、第三の実施形態の第３周波数差△ｆ_３は、距離変化量ｄとドップラーシフトの影響を受けることから、次の式（９）で表すことができる。

Δf₃=k(d/cosθ₃)＋((2V_X cosΦ₃ sinθ₃)/λ）＋((2V_Y sinΦ₃ sinθ₃)/λ)) …（９）

なお、第１測定ヘッド５ａと第２測定ヘッド５ｂと第３測定ヘッド５ｃは同一構成のものを用いていることから、式（８）及び式（９）の定数ｋについては、第１測定ヘッド５ａのときの式（７）と同じとなる。

また、第三の実施形態においても、上述した第一の実施形態と同様に、第１周波数差△ｆ_１、第２周波数差△ｆ_２及び第３周波数差△ｆ_３の算出については、基準位置で鋼板Ｐが相対的に静止しているときに検出した第１ビート周波数、第２ビート周波数及び第３ビート周波数を用いる必要はない。例えば、基準位置で鋼板Ｐが基準速度で移動しているときに検出した第１ビート周波数、第２ビート周波数及び第３ビート周波数を用い、所定位置で鋼板Ｐが基準速度以外で移動しているときに検出した第１ビート周波数、第２ビート周波数及び第３ビート周波数との差から第１周波数差△ｆ_１、第２周波数差△ｆ_２及び第３周波数差△ｆ_３をそれぞれ算出してもよい。

このような上記の式（７）、式（８）及び式（９）から、鋼板Ｐが所定の移動方向に移動するときに第１移動方向Ｘに生じる速度Ｖ_Ｘを算出することができる、下記の式（１０）を導くことができる。

V_X＝(A₁・(D₂・C₃−C₂・D₃)＋C₁・(A₂・D₃−D₂・A₃)＋D₁・(C₂・A₃−A₂・C₃))/(A₁・(C₂・B₃−B₂・C₃)
＋B₁・(A₂・C₃−C₂・A₃)＋C₁・(B₂・A₃−A₂・B₃)) …（１０）

上記の式（１０）内のA_i、B_i、C_i及びD_i（i=1,2,3）は下記の式で表される。
A_i＝k/cosθ_i (i=1,2,3)
B_i＝(2cosφ_i sinθ_i)/λ (i=1,2,3)
C_i＝(2sinφ_i sinθ_i)/λ (i=1,2,3)
D_i＝−Δf_i (i=1,2,3)

ここで、レーザ光の波長λについては、分光器等で予め測定することで取得可能である。上記の式（１０）における定数ｋについても、上述した第一の実施形態と同様に、例えば、距離変化量ｄを設けて、異なる位置でそれぞれ鋼板Ｐを静止させ、各位置での鋼板Ｐからの第１反射光（又は、第２反射光若しくは第３反射光）の周波数をそれぞれ測定し、このときの第１反射光（又は第２反射光若しくは第３反射光）の周波数変化量と距離変化量ｄとから、ｋ＝△ｆ_１１／ｄの式を基に算出することができる。また、ｋ＝２ｒ_Ｓ／ｃ（ｒ_Ｓは周波数変調速度、ｃは空気中の光の速度）の式からｋを求めることも可能である。

上記の式（１０）のうち、第１光軸角度θ_１と第１射影角度Φ_１は、同じ位置で、鋼板Ｐが移動する速度Ｖを変え、鋼板Ｐから反射した第１反射光と第１参照光とから得られた第１ビート周波数を、各速度でそれぞれ測定し、このときの第１ビート周波数の変化量と、鋼板Ｐの速度Ｖを変えたときの第１移動方向Ｘでの速度Ｖ_Ｘの差と、第２移動方向Ｙでの速度Ｖ_Ｙの差から、それぞれ算出することができる。

具体的には、上記の式（７）の第二項及び第三項を利用して第１光軸角度θ_１と第１射影角度Φ_１を算出できる。例えば、始めに、同じ位置で鋼板Ｐを、基準方向とした第１移動方向Ｘに沿って複数の速度Ｖ_Ｘ１，Ｖ_Ｘ２で移動させ、これら速度Ｖ_Ｘ１，Ｖ_Ｘ２のときにそれぞれ検出した各第１ビート周波数の差を、周波数差△ｆ_Ｘ３１として算出する。また、速度Ｖ_Ｘ１，Ｖ_Ｘ２の速度差を、校正用の速度Ｖ_ＸＤ１として算出する。

これにより、レーザ光の波長λと、校正用の速度Ｖ_ＸＤ１と、周波数差△ｆ_Ｘ３１とを用い、上記の式（７）の第二項から下記の式（１２）を導くことができる。

△ｆ_Ｘ３１＝２Ｖ_ＸＤ１・ｃｏｓΦ_１・ｓｉｎθ_１／λ …（１２）

次に、同じ位置で鋼板Ｐを、測定面Ｓの面方向において第１移動方向Ｘと垂直な第２移動方向Ｙに沿って複数の速度Ｖ_Ｙ１，Ｖ_Ｙ２で移動させ、これら速度Ｖ_Ｙ１，Ｖ_Ｙ２のときにそれぞれ検出した各第１ビート周波数の差を、周波数差△ｆ_Ｙ３１として算出する。また、速度Ｖ_Ｙ１，Ｖ_Ｙ２の速度差を、校正用の速度Ｖ_ＹＤ１として算出する。

これにより、レーザ光の波長λと、校正用の速度Ｖ_ＹＤ１と、周波数差△ｆ_Ｙ３１とを用い、上記の式（７）の第三項から下記の式（１３）を導くことができる。

△ｆ_Ｙ３１＝２Ｖ_ＹＤ１・ｓｉｎΦ_１・ｓｉｎθ_１／λ …（１３）

よって、上記の式（１２）及び式（１３）から、第１光軸角度θ_１と第１射影角度Φ_１をそれぞれ算出することができる。

第２光軸角度θ_２及び第２射影角度Φ_２についても、第１光軸角度θ_１及び第１射影角度Φ_１と同様に、同じ位置で移動する鋼板Ｐの第１移動方向Ｘでの速度Ｖ_Ｘと、第２移動方向Ｙでの速度Ｖ_Ｙとを変え、鋼板Ｐから反射した第２反射光と第２参照光とから得られた第２ビート周波数を、各速度でそれぞれ測定し、このときの第２ビート周波数の変化量と、速度Ｖ_Ｘの差と、速度Ｖ_Ｙの差と、から、それぞれ算出することができる。

具体的には、上記の式（８）の第二項及び第三項を利用して第２光軸角度θ_２及び第２射影角度Φ_２を算出できる。すなわち、同じ位置で鋼板Ｐを第１移動方向Ｘに沿って複数の速度Ｖ_Ｘ１，Ｖ_Ｘ２で移動させ、これら速度Ｖ_Ｘ１，Ｖ_Ｘ２のときにそれぞれ検出した各第２ビート周波数の差を、周波数差△ｆ_Ｘ４１として算出する。

そして、速度Ｖ_Ｘ１，Ｖ_Ｘ２の速度差である校正用の速度Ｖ_ＸＤ１と、レーザ光の波長λと、周波数差△ｆ_Ｘ４１とを用い、上記の式（８）の第二項から下記の式（１４）を導くことができる。

△ｆ_Ｘ４１＝２Ｖ_ＸＤ１・ｃｏｓΦ_２・ｓｉｎθ_２／λ …（１４）

同様にして、同じ位置で鋼板Ｐを第２移動方向Ｙに沿って複数の速度Ｖ_Ｙ１，Ｖ_Ｙ２で移動させ、これら速度Ｖ_Ｙ１，Ｖ_Ｙ２のときにそれぞれ検出した各第２ビート周波数の差を、周波数差△ｆ_Ｙ４１として算出し、速度Ｖ_Ｙ１，Ｖ_Ｙ２の速度差である校正用の速度Ｖ_ＹＤ１と、レーザ光の波長λと、周波数差△ｆ_Ｙ４１とを用い、上記の式（８）の第三項から下記の式（１５）を導くことができる。

△ｆ_Ｙ４１＝２Ｖ_ＹＤ１・ｓｉｎΦ_２・ｓｉｎθ_２／λ …（１５）

よって、上記の式（１４）及び式（１５）から、第２光軸角度θ_２と第２射影角度Φ_２をそれぞれ算出することができる。

さらに、第３光軸角度θ_３及び第３射影角度Φ_３についても、第１光軸角度θ_１及び第１射影角度Φ_１と同様に、同じ位置で移動する鋼板Ｐの第１移動方向Ｘでの速度Ｖ_Ｘと、第２移動方向Ｙでの速度Ｖ_Ｙとを変え、鋼板Ｐから反射した第３反射光と第３参照光とから得られた第３ビート周波数を、各速度でそれぞれ測定し、このときの第３ビート周波数の変化量と、速度Ｖ_Ｘの差と、速度Ｖ_Ｙの差とから、それぞれ算出することができる。

具体的には、上記の式（９）の第二項及び第三項を利用して第３光軸角度θ_３及び第３射影角度Φ_３を算出できる。すなわち、同じ位置で鋼板Ｐを第１移動方向Ｘに沿って複数の速度Ｖ_Ｘ１，Ｖ_Ｘ２で移動させ、これら速度Ｖ_Ｘ１，Ｖ_Ｘ２のときにそれぞれ検出した各第３ビート周波数の差を、周波数差△ｆ_Ｘ５１として算出する。

そして、速度Ｖ_Ｘ１，Ｖ_Ｘ２の速度差である校正用の速度Ｖ_ＸＤ１と、レーザ光の波長λと、周波数差△ｆ_Ｘ５１とを用い、上記の式（９）の第二項から下記の式（１６）を導くことができる。

△ｆ_Ｘ５１＝２Ｖ_ＸＤ１・ｃｏｓΦ_３・ｓｉｎθ_３／λ …（１６）

同様にして、同じ位置で鋼板Ｐを第２移動方向Ｙに沿って複数の速度Ｖ_Ｙ１，Ｖ_Ｙ２で移動させ、これら速度Ｖ_Ｙ１，Ｖ_Ｙ２のときにそれぞれ検出した各第３ビート周波数の差を、周波数差△ｆ_Ｙ５１として算出し、速度Ｖ_Ｙ１，Ｖ_Ｙ２の速度差である校正用の速度Ｖ_ＹＤ１と、レーザ光の波長λと、周波数差△ｆ_Ｙ５１とを用い、上記の式（９）の第三項から下記の式（１７）を導くことができる。

△ｆ_Ｙ５１＝２Ｖ_ＹＤ１・ｓｉｎΦ_３・ｓｉｎθ_３／λ …（１７）

よって、上記の式（１６）及び式（１７）から、第３光軸角度θ_３と第３射影角度Φ_３をそれぞれ算出することができる。

以上より、上記の式（１０）のうち、レーザ光の波長λと、定数ｋと、第１光軸角度θ_１と、第２光軸角度θ_２と、第３光軸角度θ_３と、第１射影角度Φ_１と、第２射影角度Φ_２と、第３射影角度Φ_３とについては事前に取得することができる。よって、第１周波数差△ｆ_１、第２周波数差△ｆ_２及び第３周波数差△ｆ_３を測定することで、上記の式（１０）から、移動する鋼板Ｐの第１移動方向Ｘにおける速度Ｖ_Ｘを算出することができる。

なお、速度測定装置５１を構築した際に、正確に第１光軸角度θ_１と第２光軸角度θ_２と第３光軸角度θ_３と第１射影角度Φ_１と第２射影角度Φ_２と第３射影角度Φ_３とが分かっている場合や、別途の測定器による正確な測定によりこれらが分かっている場合には、その値を用いて、直接、上記式（１０）から、速度Ｖ_Ｘを算出することができる。

さらに、これに加えて、上記の式（７）、式（８）及び式（９）から、鋼板Ｐが所定の移動方向に移動するときに第２移動方向Ｙに生じる速度Ｖ_Ｙを算出することができる、下記の式（１８）を導くことができる。

V_Y＝−(A₁・(D₂・B₃−B₂・D₃) ＋B₁・(A₂・D₃−D₂・A₃)＋D₁・(B₂・A₃−A₂・B₃))/(A₁・(C₂・B₃−B₂・C₃)
＋B₁・(A₂・C₃−C₂・A₃)+C₁・(B₂・A₃−A₂・B₃)) …（１８）

上記の式（１８）内のA_i、B_i、C_i及びD_i（i=1,2,3）は、上記の式（１０）で用いるA_i、B_i、C_i及びD_i（i=1,2,3）と同じである。

上記の式（１８）のうち、レーザ光の波長λと、定数ｋと、第１光軸角度θ_１と、第２光軸角度θ_２と、第３光軸角度θ_３と、第１射影角度Φ_１と、第２射影角度Φ_２と、第３射影角度Φ_３とについては事前に取得することができる。よって、第１周波数差△ｆ_１、第２周波数差△ｆ_２及び第３周波数差△ｆ_３を測定することで、上記の式（１８）から、鋼板Ｐの第２移動方向Ｙにおける速度Ｖ_Ｙを算出することができる。

（４−３）＜演算処理装置について＞
次に、上述した第三の実施形態による速度測定方法を実行する演算処理装置３３について以下説明する。図１３に示すように、演算処理装置３３は、距離を求めることなく、上記の式（１０）を基に求めた、鋼板Ｐの第１移動方向Ｘでの速度Ｖ_Ｘと、上記の式（１８）を基に求めた、鋼板Ｐの第２移動方向Ｙでの速度Ｖ_Ｙと、から鋼板Ｐの移動方向とその速度Ｖとをそれぞれ測定できるものである。図１３は、演算処理装置３３の回路構成を示したブロック図であり、図５の演算処理装置１１と同一構成については同一符号を付して示す。

図１３に示すように、演算処理装置３３は、周波数解析部１７、距離算出部１８、算出部３４、定数取得部１４及び波長取得部１６を備えている。ここでは、上述した第一の実施形態と異なる点について主に説明し、第一の実施形態と重複する部分については、その説明は省略する。

第三の実施形態では第３測定ヘッド５ｃを設けたことから、それに伴い、周波数解析部１７には、第１周波数解析部１７ａ及び第２周波数解析部１７ｂに加えて、第３周波数解析部１７ｃが設けられている。第３周波数解析部１７ｃは、第３反射光と第３参照光とが光干渉することにより生じるビート信号を第３光検出部７ｃ（図１１）から受け、当該ビート信号の周波数（第３ビート周波数）を、所定の検出周波数範囲内で検出し、この検出結果を、距離算出部１８と、基準周波数取得部３５と、周波数差算出部１９と、角度取得部３６とに送出する。

算出部３４は、基準周波数取得部３５、周波数差算出部１９、角度取得部３６及び速度算出部３８を備えている。

基準周波数取得部３５に設けられた第３基準周波数取得部１８ｃは、上記の式（１０）及び式（１８）にて用いる第３周波数差△ｆ_３を求める際に使用する第３基準周波数を取得するものである。第３基準周波数取得部１８ｃは、第３周波数解析部１７ｃから受け取った、静止状態かつ基準位置における第３ビート周波数、即ち、第３基準周波数を記憶している。第３基準周波数取得部１８ｃは、第３基準周波数を第３周波数差算出部１９ｃに送出する。

第３周波数差算出部１９ｃは、上記の式（１０）及び式（１８）にて用いる第３周波数差△ｆ_３の他、必要に応じて第３光軸角度θ_３及び第３射影角度Φ_３を求める際に用いる第３周波数差を算出するものである。第３周波数差算出部１９ｃは、第３周波数解析部１７ｃを介して第３光検出部７ｃ（図１１）と接続されており、第３光検出部７ｃで検出された、移動状態にある鋼板Ｐに係る第３ビート周波数を示す信号を受ける。また、第３周波数差算出部１９ｃは、第３基準周波数取得部１８ｃと接続されており、第３基準周波数を示す信号を受ける。

これにより、第３周波数差算出部１９ｃは、移動状態の鋼板Ｐから検出した第３ビート周波数と、基準位置で静止している鋼板Ｐから検出した第３基準周波数との差を、第３周波数差△ｆ_３として算出する。第３周波数差算出部１９ｃは、算出結果である第３周波数差△ｆ_３を示す情報を速度算出部３８に送出する。

角度取得部３６は、光軸角度取得部２０と射影角度取得部３７とを有している。光軸角度取得部２０の第３光軸角度取得部２０ｃは、上記の式（１０）及び式（１８）にて用いる第３光軸角度θ_３を取得するものである。第３光軸角度取得部２０ｃは、演算処理により第３光軸角度θ_３を算出してもよく、また、計測手段により第３光軸角度θ_３を測定して、実測値を取得してもよく、さらに、第３光軸角度θ_３を予め単に記憶しているものでもよい。第３光軸角度取得部２０ｃは、第３光軸角度θ_３を示す情報を速度算出部３８に送出する。

射影角度取得部３７は、第１射影角度取得部３７ａ、第２射影角度取得部３７ｂ及び第３射影角度取得部３７ｃを備えている。第１射影角度取得部３７ａは、上記の式（１０）及び式（１８）にて用いる第１射影角度Φ_１を取得するものであり、第２射影角度取得部３７ｂは、上記の式（１０）及び式（１８）にて用いる第２射影角度Φ_２を取得するものであり、第３射影角度取得部３７ｃは、上記の式（１０）及び式（１８）にて用いる第３射影角度Φ_３を取得するものである。

第１射影角度取得部３７ａ、第２射影角度取得部３７ｂ及び第３射影角度取得部３７ｃは、演算処理により第１射影角度Φ_１、第２射影角度Φ_２及び第３射影角度Φ_３をそれぞれ算出してもよく、また、計測手段により第１射影角度Φ_１、第２射影角度Φ_２及び第３射影角度Φ_３を測定して、実測値を取得してもよく、さらに、第１射影角度Φ_１、第２射影角度Φ_２及び第３射影角度Φ_３を予め単に記憶しているものでもよい。第１射影角度取得部３７ａ、第２射影角度取得部３７ｂ及び第３射影角度取得部３７ｃは、第１射影角度Φ_１、第２射影角度Φ_２及び第３射影角度Φ_３を示す情報を速度算出部３８に送出する。

ここで、例えば、第１光軸角度θ_１及び第１射影角度Φ_１を実際の試験を行うことにより算出する場合は、同じ位置で鋼板Ｐを第１移動方向Ｘに沿って複数の速度Ｖ_Ｘ１，Ｖ_Ｘ２で移動させ、これら速度Ｖ_Ｘ１，Ｖ_Ｘ２のときにそれぞれ検出した各第１ビート周波数を、第１周波数解析部１７ａから第１周波数差算出部１９ａへ送出する。また、同じ位置で鋼板Ｐを第２移動方向Ｙに沿って複数の速度Ｖ_Ｙ１，Ｖ_Ｙ２で移動させ、これら速度Ｖ_Ｙ１，Ｖ_Ｙ２のときにそれぞれ検出した各第１ビート周波数を、第１周波数解析部１７ａから第１周波数差算出部１９ａへ送出する。

例えば、第１周波数差算出部１９ａは、第１移動方向Ｘでの速度Ｖ_Ｘ１，Ｖ_Ｘ２における第１ビート周波数の周波数の差を、周波数差△ｆ_Ｘ３１として算出し、これを第１光軸角度取得部２０ａ及び第１射影角度取得部３７ａに送出する。第１光軸角度取得部２０ａは、この周波数差△ｆ_Ｘ３１と、速度Ｖ_Ｘ１，Ｖ_Ｘ２の速度差を示す校正用の速度Ｖ_ＸＤ１と、波長λと、を取得し、上記の式（７）の第二項（すなわち、△ｆ_Ｘ３１＝２Ｖ_ＸＤ１・ｃｏｓΦ_１・ｓｉｎθ_１／λ）を導く。

また、第１周波数差算出部１９ａは、第２移動方向Ｙでの速度Ｖ_Ｙ１，Ｖ_Ｙ２における第１ビート周波数の周波数の差を、周波数差△ｆ_Ｙ３１として算出し、これを第１光軸角度取得部２０ａ及び第１射影角度取得部３７ａに送出する。第１光軸角度取得部２０ａは、この周波数差△ｆ_Ｙ３１と、速度Ｖ_Ｙ１，Ｖ_Ｙ２の速度差を示す校正用の速度Ｖ_ＹＤ１と、波長λと、を取得し、上記の式（７）の第三項（すなわち、△ｆ_Ｙ３１＝２Ｖ_ＹＤ１・ｓｉｎΦ_１・ｓｉｎθ_１／λ）を導く。

これにより、第１光軸角度取得部２０ａは、式（７）の第二項（△ｆ_Ｘ３１＝２Ｖ_ＸＤ１・ｃｏｓΦ_１・ｓｉｎθ_１／λ）と、上記の式（７）の第三項（△ｆ_Ｙ３１＝２Ｖ_ＹＤ１・ｓｉｎΦ_１・ｓｉｎθ_１／λ）とから、第１光軸角度θ_１を算出する。具体的には上記の２式からΦ_１を消去し、√｛（△ｆ_Ｘ３１／Ｖ_ＸＤ１）^２＋（△ｆ_Ｙ３１／Ｖ_ＹＤ１）^２｝＝２・ｓｉｎθ_１／λから、第１光軸角度θ_１を算出する。第１射影角度Φ_１が既知であれば、上記の２式のいずれか、又は、両方を用いて算出する。

また、第１射影角度取得部３７ａでも、同様に、上記の式（７）の第二項（△ｆ_Ｘ３１＝２Ｖ_ＸＤ１・ｃｏｓΦ_１・ｓｉｎθ_１／λ）と、上記の式（７）の第三項（△ｆ_Ｙ３１＝２Ｖ_ＹＤ１・ｓｉｎΦ_１・ｓｉｎθ_１／λ）とから、第１射影角度Φ_１を算出する。具体的には上記の２式からθ_１を消去し、（△ｆ_Ｙ３１／△ｆ_Ｘ３１）＝（Ｖ_ＹＤ１／Ｖ_ＸＤ１）・ｔａｎφ_１から、第１射影角度φ_１を算出する。第１光軸角度θ_１が既知であれば、上記の２式のいずれか、又は、両方を用いて算出する。

第２光軸角度θ_２及び第２射影角度Φ_２についても実際の試験を行うことにより算出する場合は、上記と同様に、第２周波数差算出部１９ｂで算出した速度Ｖ_Ｘ１，Ｖ_Ｘ２における第２ビート周波数の周波数差△ｆ_Ｘ４１と、速度Ｖ_Ｘ１，Ｖ_Ｘ２の速度差を示す校正用の速度Ｖ_ＸＤ１と、波長λと、を取得し、第２光軸角度取得部２０ｂによって、上記の式（８）の第二項（すなわち、△ｆ_Ｘ４１＝２Ｖ_ＸＤ１・ｃｏｓΦ_２・ｓｉｎθ_２／λ）を導く。また、第２周波数差算出部１９ｂで算出した速度Ｖ_Ｙ１，Ｖ_Ｙ２における第２ビート周波数の周波数差△ｆ_Ｙ４１と、速度Ｖ_Ｙ１，Ｖ_Ｙ２の速度差を示す校正用の速度Ｖ_ＹＤ１と、波長λと、を取得し、第２光軸角度取得部２０ｂによって、上記の式（８）の第三項（すなわち、△ｆ_Ｙ４１＝２Ｖ_ＹＤ１・ｓｉｎΦ_２・ｓｉｎθ_２／λ）を導く。

これにより、第２光軸角度取得部２０ｂは、式（８）の第二項（△ｆ_Ｘ４１＝２Ｖ_ＸＤ１・ｃｏｓΦ_２・ｓｉｎθ_２／λ）と、上記の式（８）の第三項（△ｆ_Ｙ４１＝２Ｖ_ＹＤ１・ｓｉｎΦ_２・ｓｉｎθ_２／λ）とから、第２光軸角度θ_２を算出する。

また、第２射影角度取得部３７ｂは、このようにして得られた、上記の式（８）の第二項（△ｆ_Ｘ４１＝２Ｖ_ＸＤ１・ｃｏｓΦ_２・ｓｉｎθ_２／λ）と、上記の式（８）の第三項（△ｆ_Ｙ４１＝２Ｖ_ＹＤ１・ｓｉｎΦ_２・ｓｉｎθ_２／λ）とから、第２射影角度Φ_２を算出する。

さらに、第３光軸角度θ_３及び第３射影角度Φ_３についても実際の試験を行うことにより算出する場合は、上記と同様に、第３周波数差算出部１９ｃで算出した速度Ｖ_Ｘ１，Ｖ_Ｘ２における第３ビート周波数の周波数差△ｆ_Ｘ５１と、速度Ｖ_Ｘ１，Ｖ_Ｘ２の速度差を示す校正用の速度Ｖ_ＸＤ１と、波長λと、を取得し、第３光軸角度取得部２０ｃによって、上記の式（９）の第二項（すなわち、△ｆ_Ｘ５１＝２Ｖ_ＸＤ１・ｃｏｓΦ_３・ｓｉｎθ_３／λ）を導く。また、第３周波数差算出部１９ｃで算出した速度Ｖ_Ｙ１，Ｖ_Ｙ２における第３ビート周波数の周波数差△ｆ_Ｙ５１と、速度Ｖ_Ｙ１，Ｖ_Ｙ２の速度差を示す校正用の速度Ｖ_ＹＤ１と、波長λと、を取得し、第３光軸角度取得部２０ｃによって、上記の式（９）の第三項（すなわち、△ｆ_Ｙ５１＝２Ｖ_ＹＤ１・ｓｉｎΦ_３・ｓｉｎθ_３／λ）を導く。

これにより、第３光軸角度取得部２０ｃは、式（９）の第二項（△ｆ_Ｘ５１＝２Ｖ_ＸＤ１・ｃｏｓΦ_３・ｓｉｎθ_３／λ）と、上記の式（９）の第三項（△ｆ_Ｙ５１＝２Ｖ_ＹＤ１・ｓｉｎΦ_３・ｓｉｎθ_３／λ）とから、第３光軸角度θ_３を算出する。

また、第３射影角度取得部３７ｃは、このようにして得られた、上記の式（９）の第二項（△ｆ_Ｘ５１＝２Ｖ_ＸＤ１・ｃｏｓΦ_３・ｓｉｎθ_３／λ）と、上記の式（９）の第三項（△ｆ_Ｙ５１＝２Ｖ_ＹＤ１・ｓｉｎΦ_３・ｓｉｎθ_３／λ）とから、第３射影角度Φ_３を算出する。

定数取得部１４は、上記の式（１０）及び式（１８）にて用いる定数ｋを取得するものである。定数取得部１４は、上述した第二の実施形態と同様に、実際の試験を行うことにより定数ｋを算出してもよく、また、定数ｋを予め単に記憶しているだけであってもよい。定数取得部１４は、定数ｋを示す情報を速度算出部３８に送出する。

ここで、速度算出部３８は、第１速度算出部３８ａと第２速度算出部３８ｂと合成速度算出部３８ｃとを備えている。第１速度算出部３８ａは、取得した第１周波数差△ｆ_１、第２周波数差△ｆ_２、第３周波数差△ｆ_３、第１光軸角度θ_１、第２光軸角度θ_２、第３光軸角度θ_３、第１射影角度Φ_１、第２射影角度Φ_２、第３射影角度Φ_３、定数ｋ及びレーザ光の波長λを用い、上記の式（１０）に基づいて演算処理を行い、第１移動方向Ｘにおける速度Ｖ_Ｘを算出する。

また、第２速度算出部３８ｂは、取得した第１周波数差△ｆ_１、第２周波数差△ｆ_２、第３周波数差△ｆ_３、第１光軸角度θ_１、第２光軸角度θ_２、第３光軸角度θ_３、第１射影角度Φ_１、第２射影角度Φ_２、第３射影角度Φ_３、定数ｋ及びレーザ光の波長λを用い、上記の式（１８）に基づいて演算処理を行い、第２移動方向Ｙにおける速度Ｖ_Ｙを算出する。

合成速度算出部３８ｃは、第１速度算出部３８ａで算出した速度Ｖ_Ｘと、第２速度算出部３８ｂで算出した速度Ｖ_Ｙと、から合成ベクトルを求める。すなわち、合成速度算出部３８ｃは、第１移動方向Ｘの速度Ｖ_Ｘと第２移動方向Ｙの速度Ｖ_Ｙとの２乗和平方根（√｛（Ｖ_Ｘ）^２＋（Ｖ_Ｙ）^２｝）を算出し、鋼板Ｐの速度Ｖを求め、更に、ａｒｃｔａｎ（Ｖｙ／Ｖｘ）を算出し、基準方向（ここでは移動方向Ｘ）からａｒｃｔａｎ（Ｖｙ／Ｖｘ）だけずれた方向を、鋼板Ｐの移動方向として求める。

このように、第三の実施形態に係る速度測定装置５１では、速度測定の際に一般に必要となる距離の値を測定することなく、レーザ光を利用して鋼板Ｐの移動方向と、この移動方向における速度Ｖとを測定することができる。

（５）＜第四の実施形態＞
次に本発明の第四の実施形態を詳述する。以下の説明において、第三の実施形態と同様の構成には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。

（５−１）＜第四の実施形態による速度測定装置について＞
第四の実施形態においては、図１１に示すように、上述した第三の実施形態と同様に、第１測定ヘッド５ａ、第２測定ヘッド５ｂ及び第３測定ヘッド５ｃが用いられる。第四の実施形態による速度測定装置５２は、第１測定ヘッド５ａ、第２測定ヘッド５ｂ及び第３測定ヘッド５ｃに対する鋼板Ｐの相対的な移動方向とその速度Ｖ_Ｘとを測定することに加えて、さらに、基準位置から鋼板Ｐまでの距離の差分（距離変化量ｄ）についても、一連の処理の中で同時的に測定できる点で、上述した第三の実施形態とは異なっている。

第四の実施形態における速度測定装置は、上述した第三の実施形態とは演算処理装置４１の構成が相違しており、その他の点については第三の実施形態と同様に構成されている。よって、ここでは、主に、第三の実施形態とは異なる演算処理装置４１に着目して以下説明する。

（５―２）＜第四の実施形態による速度測定方法について＞
ここで、上述した第三の実施形態にて説明した式（７）、式（８）及び式（９）から、鋼板Ｐの距離変化量ｄを算出すると、下記の式（１９）で表すことができる。

d＝−(B₁・(D₂・C₃−C₂・D₃)＋C₁・(B₂・D₃−D₂・B₃)＋D₁・(C₂・B₃−B₂・C₃))/(A₁・(C₂・B₃−B₂・C₃)
＋B₁・(A₂・C₃−C₂・A₃)＋C₁・(B₂・A₃−A₂・B₃)) …（１９）

上記の式（１９）内のA_i、B_i、C_i及びD_i（i=1,2,3）は、上述した第三の実施形態における式（１０）で用いるA_i、B_i、C_i及びD_i（i=1,2,3）と同じである。

上記の式（１９）のうち、レーザ光の波長λと、定数ｋと、第１光軸角度θ_１と、第２光軸角度θ_２と、第３光軸角度θ_３と、第１射影角度Φ_１と、第２射影角度Φ_２と、第３射影角度Φ_３とについては、第三の実施形態で説明したように、事前に取得することができる。よって、第１周波数差△ｆ_１、第２周波数差△ｆ_２及び第３周波数差△ｆ_３を測定することで、上記の式（１９）から、距離変化量ｄを算出することができる。

（５−３）＜演算処理装置について＞
次に、図１４を用いて、第四の実施形態による演算処理装置４１について以下説明する。この演算処理装置４１は、上記の式（１０）及び式（１８）を基に、鋼板Ｐが所定の移動方向に移動する際の第１移動方向Ｘ及び第２移動方向Ｙでの速度Ｖ_Ｘ，Ｖ_Ｙをそれぞれ測定し、これらベクトル成分である速度Ｖ_Ｘ，Ｖ_Ｙから鋼板Ｐの移動方向と速度Ｖを測定できる。これに加えて、演算処理装置４１は、上記の式（１９）を基に、鋼板Ｐの基準位置からの距離変化量ｄについても、鋼板Ｐの移動方向と速度Ｖを測定する一連の処理の中で同時的に測定できるものである。図１４は、この演算処理装置４１の回路構成を示したブロック図である。

図１４に示すように、演算処理装置４１は、算出部４２に距離速度算出部４３が設けられている点が、第三の実施形態と相違している。なお、その他の構成については、第三の実施形態と同様であるため、ここでは、距離速度算出部４３に着目して以下説明し、第三の実施形態と同じ構成については説明を省略する。この場合、距離速度算出部４３は、第１速度算出部３８ａと、第２速度算出部３８ｂと、合成速度算出部３８ｃと、距離変化量算出部４３ａとを備えている。

第１速度算出部３８ａは、上述した第三の実施形態と同様に、第１周波数差△ｆ_１、第２周波数差△ｆ_２、第３周波数差△ｆ_３、第１光軸角度θ_１、第２光軸角度θ_２、第３光軸角度θ_３、第１射影角度Φ_１、第２射影角度Φ_２、第３射影角度Φ_３、定数ｋ及びレーザ光の波長λを用い、上記の式（１０）に基づいて演算処理を行い、第１移動方向Ｘにおける速度Ｖ_Ｘを算出する。

第２速度算出部３８ｂは、第１周波数差△ｆ_１、第２周波数差△ｆ_２、第３周波数差△ｆ_３、第１光軸角度θ_１、第２光軸角度θ_２、第３光軸角度θ_３、第１射影角度Φ_１、第２射影角度Φ_２、第３射影角度Φ_３、定数ｋ及びレーザ光の波長λを用い、上記の式（１８）に基づいて演算処理を行い、第２移動方向Ｙにおける速度Ｖ_Ｙを算出する。

合成速度算出部３８ｃは、第１速度算出部３８ａで算出した速度Ｖ_Ｘと、第２速度算出部３８ｂで算出した速度Ｖ_Ｙと、から合成ベクトルを求める。すなわち、合成速度算出部３８ｃは、第１移動方向Ｘの速度Ｖ_Ｘと第２移動方向Ｙの速度Ｖ_Ｙとの２乗和平方根（√｛（Ｖ_Ｘ）^２＋（Ｖ_Ｙ）^２｝）を算出し、鋼板Ｐの速度Ｖを求め、更に、ａｒｃｔａｎ（Ｖｙ／Ｖｘ）を算出し、基準方向（ここでは移動方向Ｘ）からａｒｃｔａｎ（Ｖｙ／Ｖｘ）だけずれた方向を、鋼板Ｐの移動方向として求める。

これに加えて、距離変化量算出部４３ａは、第１周波数差△ｆ_１、第２周波数差△ｆ_２、第３周波数差△ｆ_３、第１光軸角度θ_１、第２光軸角度θ_２、第３光軸角度θ_３、第１射影角度Φ_１、第２射影角度Φ_２、第３射影角度Φ_３、定数ｋ及びレーザ光の波長λを用い、上記の式（１９）に基づいて演算処理を行い、距離変化量ｄを算出する。このように、第四の実施形態による速度測定装置では、合成速度算出部３８ｃによって、鋼板Ｐの移動方向と速度Ｖをそれぞれ測定できる他、距離変化量算出部４３ａによって、鋼板Ｐの基準位置からの距離変化量ｄも、一連の処理の中で同時的に測定することができる。

なお、この距離変化量ｄは、基準位置に対する相対位置を示しているので、速度測定装置５２からの距離を求める場合には、予め測定しておいた基準位置までの距離の値を用いることで、算出可能である。

なお、第四の実施形態においても、上述した第一の実施形態と同様に、第１周波数差△ｆ_１、第２周波数差△ｆ_２及び第３周波数差△ｆ_３等の周波数差の算出する際、基準位置で鋼板Ｐが相対的に静止しているときに検出した第１ビート周波数、第２ビート周波数及び第３ビート周波数を用いる必要はない。例えば、基準位置で鋼板Ｐが基準速度で移動しているときに検出した第１ビート周波数、第２ビート周波数及び第３ビート周波数を用い、所定位置で鋼板Ｐが基準速度以外で移動しているときに検出した第１ビート周波数、第２ビート周波数及び第３ビート周波数との差から周波数差をそれぞれ算出してもよい。

（６）＜他の実施形態＞
なお、上述した第三の実施形態及び第四の実施形態においては、１つのレーザ発振器２を用いて第１測定光、第２測定光及び第３測定光を生成してもよく、第１測定光を生成する第１のレーザ発振器と、これとは別体でなる、第２測定光を生成する第２のレーザ発振器とを設け、さらに、これらとは別体でなる、第３測定光を生成する第３のレーザ発振器を設けても良い。

また、上述した第三の実施形態及び第四の実施形態においては、第１移動方向Ｘの速度Ｖ_Ｘと、第２移動方向Ｙの速度Ｖ_Ｙを合成して合成ベクトルの向きを求めて、この合成ベクトルの向きから、鋼板Ｐが移動する移動方向を測定し、さらに、速度Ｖ_Ｘ，Ｖ_Ｙの２乗和平方根を求め、この２乗和平方根の解を、移動方向における鋼板Ｐの速度Ｖとして、鋼板Ｐの移動方向及び速度Ｖを測定する速度測定装置５１，５２について述べたが、本発明はこれに限らない。例えば、速度Ｖ_Ｘ，Ｖ_Ｙを基に、鋼板Ｐの移動方向又は速度Ｖのいずれか一方のみを測定してもよい。また、鋼板Ｐの移動方向と、移動方向における速度Ｖとを最終的に算出することなく、単に、第１移動方向Ｘの速度Ｖ_Ｘと、第２移動方向Ｙの速度Ｖ_Ｙとを測定するだけの速度測定装置であってもよい。

１，３１，５１，５２ 速度測定装置
２ レーザ発振器
５ａ，２５ａ 第１測定ヘッド
５ｂ，２５ｂ 第２測定ヘッド
５ｃ 第３測定ヘッド
７ａ 第１光検出部
７ｂ 第２光検出部
７ｃ 第３光検出部
１１，３２，３３，４１ 演算処理装置
１８ 距離算出部
１７ａ 第１周波数解析部（周波数解析部）
１７ｂ 第２周波数解析部（周波数解析部）
１７ｃ 第３周波数解析部（周波数解析部）
１９ａ 第１周波数差算出部（周波数差算出部）
１９ｂ 第２周波数差算出部（周波数差算出部）
１９ｃ 第３周波数差算出部（周波数差算出部）
２１，４３ 距離速度算出部
２３，４３ａ 距離変化量算出部
２４ 速度算出部
３８ａ 第１速度算出部（速度算出部）
３８ｂ 第２速度算出部（速度算出部）
Ｐ 鋼板（被測定対象物）
Ｓ 測定面（被測定対象物表面）

Claims (12)

1. 被測定対象物の相対的な速度を測定する速度測定方法において、
   時間に対して所定の周波数変調速度で変調されたレーザ光をレーザ発振部で発振するレーザ発振ステップと、
   前記レーザ光を、参照光と測定光とに分ける分岐ステップと、
   第１測定ヘッドを用いて、前記測定光の一部を前記被測定対象物に照射し、前記被測定対象物表面で反射した反射光を受光する第１受光ステップと、
   第２測定ヘッドを用いて、前記測定光の一部を前記被測定対象物に照射し、前記被測定対象物表面で反射した反射光を受光する第２受光ステップと、
   前記第１測定ヘッドで受光した反射光と前記参照光とに基づく第１ビート周波数を検出し、前記第２測定ヘッドで受光した反射光と前記参照光とに基づく第２ビート周波数を検出する周波数解析ステップと、
   基準位置で前記被測定対象物が相対的に静止、又は、基準速度で移動しているときに検出した前記第１ビート周波数と、前記被測定対象物が前記基準速度以外で相対的に移動しているときに検出した前記第１ビート周波数との周波数差である第１周波数差を算出し、
   前記基準位置で前記被測定対象物が相対的に静止、又は、前記基準速度で移動しているときに検出した前記第２ビート周波数と、前記被測定対象物が前記基準速度以外で相対的に移動しているときに検出した前記第２ビート周波数との周波数差である第２周波数差を算出する周波数差算出ステップと、
   速度算出ステップと、
   を有し、
   前記速度算出ステップは、
   前記レーザ光の波長と、
   前記被測定対象物の相対的な移動方向と前記第１測定ヘッドの光軸とがなす面において、前記移動方向に垂直な方向と、前記第１測定ヘッドの光軸とがなす第１光軸角度と、
   前記被測定対象物の相対的な移動方向と前記第２測定ヘッドの光軸とがなす面において、前記移動方向に垂直な方向と、前記第２測定ヘッドの光軸とがなす第２光軸角度と、
   前記第１周波数差と、
   前記第２周波数差と、
   に基づいて、前記第１測定ヘッド及び前記第２測定ヘッドに対する前記被測定対象物の相対的な速度を測定する速度測定方法。
2. 距離変化量算出ステップを有し、
   前記距離変化量算出ステップは、
   前記レーザ光の波長と、
   前記周波数変調速度と、
   前記第１光軸角度と、
   前記第２光軸角度と、
   前記第１周波数差と、
   前記第２周波数差と、
   に基づいて、前記基準位置から前記被測定対象物までの距離を測定する、請求項１に記載の速度測定方法。
3. 距離変化量算出ステップを有し、
   前記距離変化量算出ステップは、
   前記レーザ光の波長と、
   前記被測定対象物を所定の距離変化量で変えたときに各位置で検出される前記反射光の周波数差△ｆ_１１と、位置を変えたときの前記被測定対象物の前記距離変化量ｄと、の関係を示した、ｋ＝△ｆ_１１／ｄの式で求められる、定数ｋと、
   前記第１光軸角度と、
   前記第２光軸角度と、
   前記第１周波数差と、
   前記第２周波数差と、
   に基づいて、前記基準位置から前記被測定対象物までの距離を測定する、請求項１に記載の速度測定方法。
4. 被測定対象物の相対的な速度を測定する速度測定方法において、
   時間に対して所定の周波数変調速度で変調されたレーザ光をレーザ発振部で発振するレーザ発振ステップと、
   前記レーザ光を、参照光と測定光とに分ける分岐ステップと、
   第１測定ヘッドを用いて、前記測定光の一部を前記被測定対象物に照射し、前記被測定対象物表面で反射した反射光を受光する第１受光ステップと、
   第２測定ヘッドを用いて、前記測定光の一部を前記被測定対象物に照射し、前記被測定対象物表面で反射した反射光を受光する第２受光ステップと、
   第３測定ヘッドを用いて、前記測定光の一部を前記被測定対象物に照射し、前記被測定対象物表面で反射した反射光を受光する第３受光ステップと、
   前記第１測定ヘッドで受光した反射光と前記参照光とに基づく第１ビート周波数を検出し、前記第２測定ヘッドで受光した反射光と前記参照光とに基づく第２ビート周波数を検出し、前記第３測定ヘッドで受光した反射光と前記参照光とに基づく第３ビート周波数を検出する周波数解析ステップと、
   基準位置で前記被測定対象物が相対的に静止、又は、基準速度で移動しているときに検出した前記第１ビート周波数と、前記被測定対象物が前記基準速度以外で相対的に移動しているときに検出した前記第１ビート周波数との周波数差である第１周波数差を算出し、
   前記基準位置で前記被測定対象物が相対的に静止、又は、前記基準速度で移動しているときに検出した前記第２ビート周波数と、前記被測定対象物が前記基準速度以外で相対的に移動しているときに検出した前記第２ビート周波数との周波数差である第２周波数差を算出し、
   前記基準位置で前記被測定対象物が相対的に静止、又は、前記基準速度で移動しているときに検出した前記第３ビート周波数と、前記被測定対象物が前記基準速度以外で相対的に移動しているときに検出した前記第３ビート周波数との周波数差である第３周波数差を算出する周波数差算出ステップと、
   速度算出ステップと、
   を有し、
   前記速度算出ステップでは、
   前記レーザ光の波長と、
   前記被測定対象物表面の面法線と、前記第１測定ヘッドの光軸とがなす第１光軸角度と、
   前記面法線と前記第２測定ヘッドの光軸とがなす第２光軸角度と、
   前記面法線と前記第３測定ヘッドの光軸とがなす第３光軸角度と、
   前記被測定対象物表面への前記第１測定ヘッドの光軸の射影と、前記被測定対象物表面に沿った面方向に延びる基準線とが、前記被測定対象物表面上でなす第１射影角度と、
   前記被測定対象物表面への前記第２測定ヘッドの光軸の射影と、前記基準線とが、前記被測定対象物表面上でなす第２射影角度と、
   前記被測定対象物表面への前記第３測定ヘッドの光軸の射影と、前記基準線とが、前記被測定対象物表面上でなす第３射影角度と、
   前記第１周波数差と、
   前記第２周波数差と、
   前記第３周波数差と、
   前記第１測定ヘッド、前記第２測定ヘッド及び前記第３測定ヘッドに対する前記被測定対象物の距離の変化と前記レーザ光の周波数の変化との関係を示した定数ｋと、
   に基づいて、前記面方向に沿った第１移動方向と、前記面方向で前記第１移動方向と垂直な第２移動方向とにおける、前記第１測定ヘッド、前記第２測定ヘッド及び前記第３測定ヘッドに対する前記被測定対象物の相対的な速度を測定する、速度測定方法。
5. 距離変化量算出ステップを有し、
   前記距離変化量算出ステップは、
   前記レーザ光の波長と、
   前記第１光軸角度と、
   前記第２光軸角度と、
   前記第３光軸角度と、
   前記第１射影角度と、
   前記第２射影角度と、
   前記第３射影角度と、
   前記第１周波数差と、
   前記第２周波数差と、
   前記第３周波数差と、
   前記定数ｋと、
   に基づいて、前記基準位置から前記被測定対象物までの距離を測定する、請求項４に記載の速度測定方法。
6. 前記速度算出ステップは、前記第１移動方向の速度と前記第２移動方向の速度とを合成して合成ベクトルの向きを求め、前記合成ベクトルの向きから、前記被測定対象物が移動する移動方向を測定する、請求項４又は５に記載の速度測定方法。
7. 前記速度算出ステップでは、前記第１移動方向の速度と前記第２移動方向の速度との２乗和平方根を求めて、前記２乗和平方根の解を、前記被測定対象物が移動する移動方向における速度とする、請求項４〜６のいずれか１項に記載の速度測定方法。
8. 被測定対象物の相対的な速度を測定する速度測定装置において、
   時間に対して所定の周波数変調速度で変調されたレーザ光を発振するレーザ発振部と、
   前記レーザ光を、参照光と測定光とに分ける分岐器と、
   前記測定光の一部を、前記被測定対象物に照射し、前記被測定対象物表面で反射した反射光を受光する第１測定ヘッドと、
   前記測定光の一部を、前記被測定対象物に照射し、前記被測定対象物表面で反射した反射光を受光する第２測定ヘッドと、
   前記第１測定ヘッドで受光した反射光と前記参照光とに基づく第１ビート周波数を検出し、前記第２測定ヘッドで受光した反射光と前記参照光とに基づく第２ビート周波数を検出する周波数解析部と、
   基準位置で前記被測定対象物が相対的に静止、又は、基準速度で移動しているときに検出した前記第１ビート周波数と、前記被測定対象物が前記基準速度以外で相対的に移動しているときに検出した前記第１ビート周波数との周波数差である第１周波数差を算出し、前記基準位置で前記被測定対象物が相対的に静止、又は、前記基準速度で移動しているときに検出した前記第２ビート周波数と、前記被測定対象物が前記基準速度以外で相対的に移動しているときに検出した前記第２ビート周波数との周波数差である第２周波数差を算出する周波数差算出部と、
   速度算出部と、
   を有し、
   前記速度算出部は、
   前記レーザ光の波長と、
   前記被測定対象物の相対的な移動方向と前記第１測定ヘッドの光軸とがなす面において、前記移動方向に垂直な方向と、前記第１測定ヘッドの光軸とがなす第１光軸角度と、
   前記被測定対象物の相対的な移動方向と前記第２測定ヘッドの光軸とがなす面において、前記移動方向に垂直な方向と、前記第２測定ヘッドの光軸とがなす第２光軸角度と、
   前記第１周波数差と、
   前記第２周波数差と、
   に基づいて、前記第１測定ヘッド及び前記第２測定ヘッドに対する前記被測定対象物の相対的な速度を測定する速度測定装置。
9. 距離変化量算出部を有し、
   前記距離変化量算出部は、
   前記レーザ光の波長と、
   前記周波数変調速度と、
   前記第１光軸角度と、
   前記第２光軸角度と、
   前記第１周波数差と、
   前記第２周波数差と、
   に基づいて、前記基準位置から前記被測定対象物までの距離を測定する、請求項８に記載の速度測定装置。
10. 距離変化量算出部を有し、
    前記距離変化量算出部は、
    前記レーザ光の波長と、
    前記被測定対象物を所定の距離変化量で変えたときに各位置で検出される前記反射光の周波数差△ｆ_１１と、位置を変えたときの前記被測定対象物の前記距離変化量ｄと、の関係を示した、ｋ＝△ｆ_１１／ｄの式で求められる、定数ｋと、
    前記第１光軸角度と、
    前記第２光軸角度と、
    前記第１周波数差と、
    前記第２周波数差と、
    に基づいて、前記基準位置から前記被測定対象物までの距離を測定する、請求項８に記載の速度測定装置。
11. 被測定対象物の相対的な速度を測定する速度測定装置において、
    時間に対して所定の周波数変調速度で変調されたレーザ光を発振するレーザ発振部と、
    前記レーザ光を、参照光と測定光とに分ける分岐器と、
    前記測定光の一部を、前記被測定対象物に照射し、前記被測定対象物表面で反射した反射光を受光する第１測定ヘッドと、
    前記測定光の一部を、前記被測定対象物に照射し、前記被測定対象物表面で反射した反射光を受光する第２測定ヘッドと、
    前記測定光の一部を、前記被測定対象物に照射し、前記被測定対象物表面で反射した反射光を受光する第３測定ヘッドと、
    前記第１測定ヘッドで受光した反射光と前記参照光とに基づく第１ビート周波数を検出し、前記第２測定ヘッドで受光した反射光と前記参照光とに基づく第２ビート周波数を検出し、前記第３測定ヘッドで受光した反射光と前記参照光とに基づく第３ビート周波数を検出する周波数解析部と、
    基準位置で前記被測定対象物が相対的に静止、又は、基準速度で移動しているときに検出した前記第１ビート周波数と、前記被測定対象物が前記基準速度以外で相対的に移動しているときに検出した前記第１ビート周波数との周波数差である第１周波数差を算出し、
    前記基準位置で前記被測定対象物が相対的に静止、又は、前記基準速度で移動しているときに検出した前記第２ビート周波数と、前記被測定対象物が前記基準速度以外で相対的に移動しているときに検出した前記第２ビート周波数との周波数差である第２周波数差を算出し、
    前記基準位置で前記被測定対象物が相対的に静止、又は、前記基準速度で移動しているときに検出した前記第３ビート周波数と、前記被測定対象物が前記基準速度以外で相対的に移動しているときに検出した前記第３ビート周波数との周波数差である第３周波数差を算出する周波数差算出部と、
    速度算出ステップと、
    を有し、
    前記速度算出部は、
    前記レーザ光の波長と、
    前記被測定対象物表面の面法線と、前記第１測定ヘッドの光軸とがなす第１光軸角度と、
    前記面法線と前記第２測定ヘッドの光軸とがなす第２光軸角度と、
    前記面法線と前記第３測定ヘッドの光軸とがなす第３光軸角度と、
    前記被測定対象物表面への前記第１測定ヘッドの光軸の射影と、前記被測定対象物表面に沿った面方向に延びる基準線とが、前記被測定対象物表面上でなす第１射影角度と、
    前記被測定対象物表面への前記第２測定ヘッドの光軸の射影と、前記基準線とが、前記被測定対象物表面上でなす第２射影角度と、
    前記被測定対象物表面への前記第３測定ヘッドの光軸の射影と、前記基準線とが、前記被測定対象物表面上でなす第３射影角度と、
    前記第１周波数差と、
    前記第２周波数差と、
    前記第３周波数差と、
    前記第１測定ヘッド、前記第２測定ヘッド及び前記第３測定ヘッドに対する前記被測定対象物の距離の変化と前記レーザ光の周波数の変化との関係を示した定数ｋと、
    に基づいて、前記面方向に沿った第１移動方向と、前記面方向で前記第１移動方向と垂直な第２移動方向とにおける、前記第１測定ヘッド、前記第２測定ヘッド及び前記第３測定ヘッドに対する前記被測定対象物の相対的な速度を測定する、速度測定装置。
12. 距離変化量算出部を有し、
    前記距離変化量算出部は、
    前記レーザ光の波長と、
    前記第１光軸角度と、
    前記第２光軸角度と、
    前記第３光軸角度と、
    前記第１射影角度と、
    前記第２射影角度と、
    前記第３射影角度と、
    前記第１周波数差と、
    前記第２周波数差と、
    前記第３周波数差と、
    前記定数ｋと、
    に基づいて、前記基準位置から前記被測定対象物までの距離を測定する、請求項１１に記載の速度測定装置。

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