JP2509500B2 - 光学的変位量測定装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、物体の相対的な変位量
や変位速度を光学的に測定するための光学的変位量測定
装置に係わる。ここで、物体の変位量とは物体の移動量
や変形量をいう。

【０００２】

【従来の技術】物体の変位量を光学的に測定する手段の
一つとして、スペックル法がある。スペックル法では、
物体にレーザ光等の可干渉な光を照射し、該照射光が該
物体の粗面等で拡散反射して形成する斑点状の模様（以
下、「スペックルパターン」という）を利用する。特開
昭５９−２１２７７３号公報に、スペックル法を採用し
た光学的速度検出装置の開示がある。この装置では、移
動する被測定物体に、ある時間間隔をおいて二回、可干
渉な光を照射する。該二回の照射により得られるスペッ
クルパターンを、それぞれ、複数の受光素子に受光さ
せ、光電変換する。各受光素子で採取したサンプル値
を、互いにシフトさせながら、その相関関係を演算す
る。かかる演算から、スペックルパターンの移動量を求
め、もって、被測定物体の移動量及び移動速度を求めて
いる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかして、このように
相関演算により移動量・移動速度を求める装置において
は、サンプル値の採取や相関演算に時間がかかり、実時
間測定性の点において十分でない。本発明は上記問題点
に鑑みてなされたものであり、その目的は、被測定対象
の相対的変位量や変位速度を短時間で測定でき、実時間
測定性に優れた光学的変位量測定装置を提供することに
ある。本発明はさらに、相対的変位量や変位速度の検出
誤差を少なくし、測定精度が高く、ダイナミックレンジ
も大きい光学的変位量測定装置を提供することを目的と
する。

【０００４】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明の光学的変位量測定装置は、被測定対象の像
を適当な時間間隔をおいて入力し、各入力時点における
該像を二重記録するための第一の記録手段と、該第一の
記録手段にコヒーレント光を照射して該二重記録像を読
みだすための第一のコヒーレント光投光手段と、該読み
出した二重記録像をフーリエ変換して第一のフーリエ変
換像を形成するための第一のフーリエ変換手段と、該第
一のフーリエ変換像を記録するための第二の記録手段
と、該第二の記録手段にコヒーレント光を照射して該第
一のフーリエ変換像を読みだすための第二のコヒーレン
ト光投光手段と、該読み出した第一のフーリエ変換像を
フーリエ変換して第二のフーリエ変換像を形成するため
の第二のフーリエ変換手段と、該第二のフーリエ変換像
を調整するための調整手段と、該調整された第二のフー
リエ変換像を受光するための第一の受光面を有し該第二
のフーリエ変換像の重心の位置を検出するための光重心
位置検出手段と、該調整された第二のフーリエ変換像を
受光するための第二の受光面であって該第一の受光面よ
り小さいものを有し該第二のフーリエ変換像を検出する
ための光検出手段と、該光重心位置検出手段と該光検出
手段の検出結果に基づいて該調整手段の調整状態を制御
するための制御手段と、該光検出手段の検出結果と該調
整手段の調整状態に基づいて該時間間隔における該被測
定対象と該第一の記録手段との相対的変位量を求めるた
めの演算手段と、から構成される。

【０００５】ここで、第二のフーリエ変換像は、該各入
力時点における被測定対象の像の相関に応じた二の回折
光点像からなる。そして、該光重心位置検出手段は、該
二の回折光点像の一の重心位置を検出するべく設けら
れ、該光検出手段は、該二の回折光点像の他の一の状態
を検出するべく設けられていることが好ましい。該光重
心位置検出手段は、第一の半導体位置検出素子からなる
ことが好ましい。また、該光検出手段は、少なくとも一
のフォトディテクタからなるフォトディテクタアレイで
あって、各フォトディテクタの受光面の面積が該第一の
半導体位置検出素子の受光面より小さいものからなるこ
とが好ましい。該光検出手段はまた、該第一の半導体位
置検出素子の受光面より小さい受光面を有する第二の半
導体位置検出素子からなることが好ましい。該第一の記
録手段は、コヒーレント光を照射するための光照射手段
と空間光変調手段から構成することができ、該光照射手
段が該被測定対象にコヒーレント光を照射して該各入力
時点におけるスペックルパターンを形成し、該空間光変
調手段が、該スペックルパターンを二重記録する。該調
整手段は、該各入力時点における被測定対象の像の位置
を相対的に調整する調整手段からなることが好ましい。
この場合、該調整手段は、該各入力時点において形成さ
れる被測定対象の像を偏向する偏向手段と、該偏向手段
による該各入力時点の像の偏向量を相対的に調整する偏
向量調整手段とからなることが好ましい。該調整手段
は、該各入力時点の時間間隔を調整する手段であっても
良い。さらに、該空間光変調手段は、強誘電性液晶空間
光変調素子であることが好ましい。また、該第二の記録
手段も、強誘電性液晶空間光変調素子であることが好ま
しい。

【０００６】

【作用】上記構成を有する本発明の光学的変位量測定装
置においては、該第一の記録手段が、該光学的変位量測
定装置に対して相対的に変位する被測定対象の像を適当
な時間間隔をおいて入力し、各入力時点における該像を
二重記録する。該第一のコヒーレント光投光手段が、該
第一の記録手段にコヒーレント光を照射して、該第一の
記録手段の該二重記録像を読み出す。該読みだした二重
記録像を、該第一のフーリエ変換手段がフーリエ変換
し、第一のフーリエ変換像を形成する。該第二の記録手
段が、該第一のフーリエ変換像を記録する。該第二のコ
ヒーレント光投光手段が、該第二の記録手段にコヒーレ
ント光を照射して、該第一の記録手段の該第一のフーリ
エ変換像を読み出す。該読みだした第一のフーリエ変換
像を、該第二のフーリエ変換手段がフーリエ変換し、第
二のフーリエ変換像を形成する。該調整手段が、該第二
のフーリエ変換像の状態を調整する。該光重心位置検出
手段が、該調整された該第二のフーリエ変換像の重心位
置を検出する。該光検出手段が、該調整された該第二の
フーリエ変換像の状態を検出する。該制御手段が、該光
重心位置検出手段と該光検出手段の検出結果に基づき、
該調整手段の調整状態を制御する。そして、該演算手段
が、該光検出手段の検出結果と該調整手段の調整状態に
基づき、該時間間隔における、該被測定対象の該光学的
変位量測定装置に対する相対的変位量を演算する。ここ
で、第二のフーリエ変換像は、該各入力時点における被
測定対象の像の相関に応じた二の回折光点像からなり、
該光重心位置検出手段は、該二の回折光点像の一の重心
位置を検出し、該光検出手段は、該二の回折光点像の他
の状態を検出する。該光検出手段が、少なくとも一のフ
ォトディテクタからなるフォトディテクタアレイである
場合には、該フォトディテクタアレイは、該フォトディ
テクタの検出結果に基づき、該二の回折光点像の該他の
一の重心位置を検出する。該第一の記録手段が、コヒー
レント光を照射するための光照射手段と空間光変調手段
から構成される場合には、該被測定対象の像として、ス
ペックルパターンが得られ、該スペックルパターンが空
間光変調手段に二重記録される。該調整手段が該各入力
時点における被測定対象の像の位置を相対的に調整する
調整手段からなる場合には、かかる被測定対象の像の相
対的位置調整により、該第二のフーリエ変換像の調整を
行う。特に、該調整手段が前記偏向手段と前記偏向量調
整手段とからなる場合には、該偏向手段は前記各入力時
点に得られる像を偏向し、該偏向量調整手段が該二の像
の偏向角度を相対的に調整して、該二の像の相対的位置
関係を調整することにより、該第二のフーリエ変換像の
調整を行う。また、該調整手段が該時間間隔を調整する
手段からなる場合には、該調整手段は、該各入力時点の
時間間隔を調整することにより、該第二のフーリエ変換
像を調整する。

【０００７】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照しながら
説明する。該実施例は、移動している被測定物体の移動
速度を測定するための光学的移動速度測定装置に係わ
る。

【０００８】図１は、本実施例に係る光学的移動速度測
定装置（以下、「測定装置」という）１の概略構成を示
す光学系統上面図である。該測定装置１は、スペックル
パターン形成部１Ａと；該形成したスペックルパターン
を二重記録するための第一の強誘電性液晶空間光変調素
子（以下、「第一のＦＬＣＳＬＭ」という）５と；Ｈｅ
−Ｎｅレーザ装置７と；該Ｈｅ−Ｎｅレーザ装置からの
レーザ光を該第一のＦＬＣＳＬＭ５で位相変調しさらに
空間的にフーリエ変換して、ヤングの干渉縞を形成する
ための干渉縞形成部１Ｂと；該形成したヤングの干渉縞
を記録するための第二の強誘電性液晶空間光変調素子
（以下、「第二のＦＬＣＳＬＭ」という）１３と；該Ｈ
ｅ−Ｎｅレーザ装置からのレーザ光を該第二のＦＬＣＳ
ＬＭ１３で位相変調しさらに空間的にフーリエ変換し
て、複数の回折光光点を形成するための回折光形成部１
Ｃと；該形成した回折光光点を測定するための測定部１
Ｄと；該測定部１Ｄの測定結果に従い該スペックルパタ
ーン形成部１Ａと該第一及び第二のＦＬＣＳＬＭを制御
すると共に、該測定結果に基づき演算を行うための、制
御・演算部１Ｅとを備えている。

【０００９】該スペックルパターン形成部１Ａでは、直
方体状の被測定物体２４が、ベルトコンベア状の搬送装
置２５により、図１の矢印Ｖの方向（図の紙面に沿う方
向）に搬送移動されている。なお、該直方体状の被測定
物体２４は、図の紙面に対し垂直な方向に延びる平面状
粗面２４Ａを有している。レーザダイオード（以下、
「ＬＤ」という）２が、スポット状のレーザパルス光を
所定方向に照射するように、固定配置されている。該Ｌ
Ｄ２は、所定時間間隔をおいて二度、レーザパルス光を
該搬送装置２５上の固定領域Ｒに照射するよう機能す
る。（以下、該二度の照射時刻を、それぞれ、「第一の
照射時刻ｔ₁及び第二の照射時刻ｔ₂」といい、該所定時
間間隔を「照射時刻間隔△ｔ（＝ｔ₂−ｔ₁）」という。
また、該照射時間間隔△ｔにおける該被測定物体２４の
移動距離を｜Ｓ（△ｔ）｜とする。）該二度の照射光
は、それぞれ、被測定物体２４の粗面２４Ａのうち照射
時刻ｔ₁及びｔ₂にそれぞれ該固定領域Ｒ内に達した領域
２４Ｒ₁及び２４Ｒ₂で散乱反射され、二の反射光を形成
する。（以下、それぞれ、「第一及び第二の反射光」と
いう。）該第一及び第二の反射光は、該領域２４Ｒ₁及
び２４Ｒ₂の粗面形状に固有なスペックルパターンを有
する。つまり、該第一及び第二の反射光は、互いに同一
のスペックル分布が該移動方向Ｖに全体的に該移動距離
｜Ｓ（△ｔ）｜だけずれたようなパターン（以下、それ
ぞれ、「第一及び第二のスペックルパターン」という）
を、それぞれ、有する。

【００１０】該スペックルパターン形成部１Ａには、図
１の紙面に対し垂直な方向に延びる回転軸３Ａと該回転
軸３Ａに対し回動可能に設けられ図の紙面に対しやはり
垂直に延びる平板ミラー３Ｂとからなるガルバノミラー
３が設けられている。該回転軸３Ａは、結像レンズ４の
光軸４Ａに対し、直角に交差している。（なお、該光軸
４Ａは、図の紙面に沿って延びている。）該平板ミラー
３Ｂの回転角度位置として該光軸４Ａから時計回り方向
に測った角度θを考える。該平板ミラー３Ｂは、該第一
の測定時刻ｔ₁には第一の回転角度位置θ₁に、該第二の
測定時刻ｔ₂には第二の回転角度位置θ₂にあるように駆
動される。したがって、該ガルバノミラー３は、該第一
及び第二の反射光を、該回転角度位置θ₁及びθ₂に応じ
た偏向量でそれぞれ偏向する。偏向された第一及び第二
の反射光は、結像レンズ４により、第一のＦＬＣＳＬＭ
５の書き込み側光入射面５Ｓ_w上に、第一及び第二のス
ペックルパターンを結像する。

【００１１】ガルバノミラー３と結像レンズ４の作用に
より該光入射面５Ｓ_wに結像された第一及び第二のスペ
ックルパターンは、互いに同一のスペックル分布が、全
体的に、一のシフト方向Ｘ’に、一のシフト距離（以
下、「シフト距離｜Ｍ（△ｔ、Δθ）｜」という；Δθ
＝θ₁−θ₂）だけずれたようなパターンとなる。ここ
で、該シフト方向Ｘ’は、被測定物体の移動方向（図１
の矢印Ｖ）と一定の関係を有しており、本実施例の場合
には、該シフト方向Ｘ’も図の紙面に沿う方向に平行で
ある。また、該シフト距離｜Ｍ（△ｔ、Δθ）｜は、被
測定物体移動距離｜Ｓ（△ｔ）｜との間に、該結像レン
ズ４の結像倍率と該第一及び第二の回転角度位置θ₁、
θ₂で決まる以下の数式１の関係を有する。

【数１】 ｜Ｍ（△ｔ、△θ）｜＝α（△θ）・｜Ｓ（△ｔ）｜ ここで、変数α（△θ）は、該ミラー３の第一及び第二
の回転角度差△θ（＝θ₁−θ₂）と該レンズ４の結像倍
率に依存する正の変数で、その値は、△θが大きいほど
小さくなる。したがって、該移動距離｜Ｓ（△ｔ）｜が
一定であっても、該シフト距離｜Ｍ（△ｔ、△θ）｜
は、△θが大きいほど小さくなり、また、△θが小さい
ほど（△θ＜０の場合には、絶対値｜△θ｜が大きくな
るほど）大きくなる。

【００１２】該第一のＦＬＣＳＬＭ５は、その書き込み
側光入射面５Ｓ_wに結像された該第一及び第二のスペッ
クルパターンを二重記録するべく、駆動される。

【００１３】Ｈｅ−Ｎｅレーザ装置７から出射した直線
偏光状態の平行レーザビームは、第一のコリメータレン
ズ８Ａとスペイシャルフィルター８Ｂ及び第二のコリメ
ータレンズ８Ｃからなるビーム径変換光学系８により、
所望のビーム径の平行レーザビームに変換される。該平
行レーザビームは、ハーフミラー９により二の平行レー
ザビームに分離される。

【００１４】該干渉縞形成部１Ｂには、該ハーフミラー
９で反射されたレーザビームをＦＬＣＳＬＭ５の読みだ
し側光入射面５Ｓ_rに導くための第一の読みだし光学系
１０が設けられている。該第一の読みだし光学系１０
は、該レーザビームを可変アパーチャ１０Ａでさらに所
望のビーム径に変換した後、これをハーフミラー１０Ｂ
で該光入射面５Ｓ_rに照射する。該照射されたレーザビ
ームは、ＦＬＣＳＬＭ５内で、該第一及び第二のスペッ
クルパターンの位置（該シフト距離｜Ｍ（△ｔ）｜と該
シフト方向）に対応した位相変調を受けた後、該光入射
面５Ｓ_rより出射する。こうして、該二重記録されたス
ペックルパターンの読みだしが行われる。該ＦＬＣＳＬ
Ｍ５から出射したレーザビームは、前記ハーフミラー１
０Ｂを透過した後、第一のフーリエ変換レンズ１２によ
り空間的にフーリエ変換される。その結果、該レンズ１
２の像側焦点面に、ヤングの干渉縞が結像される。該ヤ
ングの干渉縞の縞の並ぶ方向（各縞の延びる方向に対し
垂直な方向）は前記第一のＦＬＣＳＬＭ５に記録された
スペックル分布のシフト方向Ｘ’に平行であるため、図
の紙面に沿う方向に平行となる。また、該ヤングの干渉
縞の縞間隔｜Ｋ（△ｔ、△θ）｜と前記シフト距離｜Ｍ
（△ｔ、△θ）｜の逆数とは、読みだし光（Ｈｅ−Ｎｅ
レーザ光）の波長と該フーリエ変換レンズ１２の焦点距
離で決まる比例関係にある。

【００１５】該第二のＦＬＣＳＬＭ１３は、その書き込
み側光入射面１３Ｓ_wが該レンズ１２の像側焦点面上に
位置するように配置されているため、該ヤングの干渉縞
が該光入射面１３Ｓ_wに結像される。該第二のＦＬＣＳ
ＬＭ１３は、該ヤングの干渉縞を記録するように、駆動
される。

【００１６】回折光形成部１Ｃには、ハーフミラー９を
透過したＨｅ−Ｎｅレーザ光を第二のＦＬＣＳＬＭ１３
の読みだし側光入射面１３Ｓ_rに導くための第二の読み
だし光学系１１が設けられている。該第二の読みだし光
学系１１では、ミラー１１Ａとハーフミラー１１Ｂが、
レーザ光を、該光入射面１３Ｓ_rに照射させる。該照射
されたレーザビームは、該ＦＬＣＳＬＭ１３内で、該ヤ
ングの干渉縞の位置（縞方向と縞間隔｜Ｋ（△ｔ、△
θ）｜）に対応した位相変調を受けた後、該光入射面１
３Ｓ_rより出射する。こうして、該記録されたヤングの
干渉縞の読みだしが行われる。該第二のＦＬＣＳＬＭ１
３から出射したレーザビームは、該ハーフミラー１１Ｂ
を透過し、第二のフーリエ変換レンズ１５により空間的
にフーリエ変換される。この結果、該レンズ１５の像側
焦点面１５Ｆ上には、０次回折光光点と、該第一及び第
二のスペックルパターンの相関に応じた複数の回折光光
点（ｎ次回折光；ｎ＝±１，±２，・・・）が結像され
る。該複数の回折光光点は、該ヤングの干渉縞の縞の並
ぶ方向に対して平行に並ぶため、図１の紙面に沿う方向
（Ｘ方向）に並ぶことになる。より詳しくは、０次回折
光は、レンズ１５の光軸１５Ａが該像側焦点面１５Ｆと
交差する中心点１５Ｏ上に結像する。＋１次、＋２次、
・・の回折光は、該中心点１５ＯからＸ方向にこの順に
並ぶ。−１次、−２次、・・の回折光は、それぞれ、該
＋１次、＋２次、・・の回折光と、該中心点１５Ｏに対
して点対称となる位置に並ぶ。これら回折光光点の隣あ
う光点間の距離｜Ｎ（△ｔ、△θ）｜は互いに等しく、
その値と該ヤングの干渉縞の縞間隔｜Ｍ（△ｔ、△θ）
｜の値の逆数とは、読みだし光の波長と該フーリエ変換
レンズ１５の焦点距離で決まる一定の比例関係にある。
したがって、該光点間距離｜Ｎ（△ｔ、△θ）｜は、該
スペックル分布のシフト距離｜Ｍ（△ｔ、△θ）｜と以
下の数式２の関係にある。

【数２】 ｜Ｎ（△ｔ、△θ）｜＝β｜Ｍ（△ｔ、△θ）｜ ここでβは正の定数であり、読みだし光（Ｈｅ−Ｎｅレ
ーザ光）の波長と、該レンズ１２及び１５の焦点距離で
定まる。

【００１７】該回折光測定部１Ｄは、該フーリエ変換レ
ンズ１５の後段に設けられた一次元位置検出用半導体位
置検出素子（以下、「ＰＳＤ」という）１６とフォトデ
ィテクタアレイ１７からなる。該ＰＳＤ１６は、その受
光面１６Ｓが該像側焦点面１５Ｆ上に位置するように配
置されている。図２Ａ及び２Ｂに示すように、ＰＳＤ１
６は、その検出しうる一次元方向（Ｘ方向）が図１の紙
面に沿う方向に平行になるように、配置されている。そ
して、その受光面１６Ｓの原点１６Ｓ_x0が、該中心点１
５Ｏから、該Ｘ方向に所定距離ｄだけ離間するように、
配置されている。なお、該受光面１６Ｓの該Ｘ方向の長
さは、Ｌである。該ＰＳＤ１６は、その受光面１６Ｓに
複数の回折光光点（ｎ次光：ｎ＝＋１、＋２、・・・）
が結像された場合、これら回折光光点全体の重心位置
の、原点１６Ｓ_x0からの距離Ｘを出力する。また、＋１
次回折光光点のみが該受光面１６Ｓに結像された場合に
は、その重心位置（すなわち、そのピーク位置）の、原
点１６Ｓ_x0からの距離Ｘを出力する。一方、該フォトデ
ィテクタアレイ１７は、該Ｘ方向に並ぶ三個のフォトデ
ィテクタ１７１、１７２、１７３からなり、その受光面
１７１Ｓ，１７２Ｓ、１７３Ｓが、該像側焦点面１５Ｆ
上に位置するように、配置されている。該フォトディテ
クタアレイ１７は、該中心点１５Ｏに対して、該ＰＳＤ
１６の反対側に設けられている。該フォトディテクタア
レイ１７は、その中心に位置するフォトディテクタ１７
２が、該中心点１５Ｏから該ＰＳＤ１６と反対の側に距
離（Ｌ／２＋ｄ）だけ離間するように、配置されてい
る。該フォトディテクタアレイ１７は、後述するよう
に、−１次回折光の位置を検出するべく機能する。

【００１８】該制御・演算部１Ｅでは、ＰＳＤ１６に接
続された比較器１８が、後述するある回（ｉ回目）の回
折光形成動作Ｆ_iにおけるＰＳＤの検出値（Ｘ_i）を、前
回（ｉ−１回目）の回折光形成動作Ｆ_i-1のにおけるＰ
ＳＤの検出値（Ｘ_i-1）と比較し、Ｘ_i＞Ｘ_i-1ならばプ
ラスの比較信号Ｒ_iを、Ｘ_i＝Ｘ_i-1ならばゼロの比較信
号Ｒ_iを、Ｘ_i＜Ｘ_i-1ならばマイナスの比較信号Ｒ_iを出
力する。該制御・演算部１Ｅではまた、演算・制御装置
１９が、ＬＤコントローラ２２を介してＬＤ２の照射時
間間隔△ｔを調整し、ミラーコントローラ２３を介して
ガルバノミラー３の角度位置θ₁、θ₂を調整し、ＳＬＭ
コントローラ２１を介して第一及び第二のＦＬＣＳＬＭ
５、１３を駆動する。より具体的には、演算・制御装置
１９は、後述する回折光形成動作Ｆ_iを繰り返し行うよ
う、ＬＤ２、ガルバノミラー３、及び、ＦＬＣＳＬＭ
５、１３を制御する。この際、演算・制御装置１９は、
すでに行った回折光形成動作におけるＰＳＤ１６、フォ
トディテクタアレイ１７、及び、比較器１８の出力結果
にしたがい、照射時間間隔△ｔまたは角度位置θ₁、θ₂
をフィードバック制御しながら、回折光形成動作を行
う。そして、ある回（ｐ回目）の回折光形成動作Ｆ^pで
−１次回折光がフォトディテクタ１７２上に結像される
と、演算・制御装置１９は、回折光形成動作を繰り返す
のを停止する。このように−１次回折光がフォトディテ
クタ１７２に入射した場合の回折光光点間隔｜Ｎ（△
ｔ、△θ）｜は、以下の数式３で与えられる。

【数３】｜Ｎ（△ｔ、△θ）｜＝Ｌ／２＋ｄ そこで、演算・制御装置１９は、その回（ｐ回）の回折
光形成動作Ｆ^pで用いた照射時間間隔△ｔ及び角度位置
θ₁、θ₂を上記数式１乃至３に代入して、被測定物体の
移動距離｜Ｓ（△ｔ）｜を演算する。演算・制御装置１
９は、さらに、以下の数式４を用いて、被測定物体の移
動速度｜Ｖ（△ｔ）｜を演算する。

【数４】 ｜Ｖ（△ｔ）｜＝｜Ｓ（△ｔ）｜／（△ｔ） なお、該演算・制御装置１９には、速度表示装置２０が
接続されており、該速度表示装置２０は、該移動速度値
｜Ｖ（△ｔ）｜を表示する。

【００１９】上記構成の測定装置１に採用されている第
一のＦＬＣＳＬＭ５について、以下、説明する。該第一
のＦＬＣＳＬＭ５では、図３に示すように、強誘電性液
晶層（以下、「液晶層」という）５Ｆが、一対の配向層
５Ｅと５Ｇとの間に設けられている。該配向層５Ｅの該
液晶層５Ｆと反対の側には、誘電体ミラー５Ｄと、アモ
ルファスシリコン層（以下、「α−Ｓｉ層」という）５
Ｃと、書き込み側透明電極（以下、「電極」という）５
Ｂと、ガラス層５Ａが設けられている。また、該配向層
５Ｇの該液晶層５Ｆと反対の側には、読み出し側透明電
極（以下、「電極」という）５Ｈと、ガラス層５Ｉと、
反射防止膜５Ｊとが設けられている。該液晶層５Ｆはカ
イラルスメクチックＣ（Ｓ_c ^*）液晶である。該α−Ｓｉ
層５Ｃは光伝導体層であり、アドレス材料として機能す
る。該ガラス層５Ａが、前記書き込み側光入射面５Ｓ_w
を、また該反射防止膜５Ｊが、読み出し側光入射面５Ｓ
_rを規定する。該一対の電極５Ｂと５Ｈとの間には、後
述するように、ＳＬＭコントローラ２１が、書き込み用
及び消去用の駆動電圧Ｖ_w，Ｖ_eと補償電圧Ｖ_wc，Ｖ_ecを
パルス状に印加する。また、図１に示すように、発光ダ
イオード（ＬＥＤ）６が書き込み側光入射面５Ｓ_wの全
面を照射するように設けられており、液晶層５Ｆに既に
記録されている像を消去するのに用いられる。以上、第
一のＦＬＣＳＬＭ５の構成について説明したが、第二の
ＦＬＣＳＬＭ１３も該第一のＦＬＣＳＬＭ５と同様の構
成をしており、該ＳＬＭコントローラ２１が、その電極
１３Ｂ・１３Ｈ間の印加電圧を制御する。また、図１に
示すように、記録消去用の発光ダイオード（ＬＥＤ）１
４も備えられている。以上説明したＦＬＣＳＬＭ５及び
１３は、書き込み速度が極めて早く実時間測定性におい
て極めて優れている。また、二値記録デバイスであるた
め、スペックルパターンやヤングの干渉縞を記録するの
に適している。なお、上記ＦＬＣＳＬＭの構造及び動作
の詳細は、特開平２−２８９８２７号公報に説明されて
いる。

【００２０】上記構成の測定装置１の動作について、以
下、説明する。該測定装置１では、照射時間間隔△ｔま
たは角度位置θ₁、θ₂を変化させながら後述の回折光形
成動作Ｆを繰り返し行い、回折光光点を像側焦点面１５
Ｆ上に繰り返し形成させることにより、−１次回折光光
点がフォトディテクタ１７２に入射するのに適した照射
時間間隔値△ｔまたは角度位置θ₁、θ₂を探す。つま
り、回折光形成動作Ｆを繰り返し行うことにより、被測
定物体の移動距離｜Ｓ（△ｔ）｜に対し、回折光光点間
距離｜Ｎ（△ｔ、△θ）｜が所望の値（Ｌ／２＋ｄ）に
なるのに適した照射時間間隔値△ｔ及び角度位置θ₁、
θ₂を探すのである。そして、求められた値△ｔとθ₁、
θ₂を、数式１乃至４に代入することにより、移動距離
｜Ｓ（△ｔ）｜と移動速度｜Ｖ（△ｔ）｜を演算する。

【００２１】図４は、該測定装置１の行う回折光形成動
作Ｆの動作タイミングチャートである。まず、発光ダイ
オード６が第一のＦＬＣＳＬＭ５の該光入射面５Ｓ_wに
一様な光を照射している間、演算・制御装置１９が、Ｓ
ＬＭコントローラ２１を介して、該第一のＦＬＣＳＬＭ
５の電極５Ｂ・５Ｈ間に、消去用補償電圧Ｖ_ecと消去用
駆動電圧Ｖ_eを、互いに等しい時間だけこの順に印加
し、前回の測定の際ＦＬＣＳＬＭ５に記録された像を消
去する。なお、該補償電圧Ｖ_ecと該駆動電圧Ｖ_eは、互
いに極性が逆で、その絶対値が等しい。演算・制御装置
１９は、次に、該電極５Ｂ・５Ｈ間に、書き込み用補償
電圧Ｖ_wcと書き込み用駆動電圧Ｖ_wを、やはり互いに等
しい時間だけこの順で加える。（なお、該書き込み用駆
動電圧Ｖ_wの極性は、該消去用駆動電圧Ｖ_eのそれと逆で
ある。また、該補償電圧Ｖ_wcと該駆動電圧Ｖ_wとは、互
いに極性が逆で、その絶対値が等しい。）演算・制御装
置１９は、この書き込み駆動電圧Ｖ_wの印加中、ＬＤコ
ントローラ２２を介してＬＤ２を制御し、照射時刻間隔
Δｔをおいて２回レーザ光を被測定物体２４に照射させ
る。演算・制御装置１９はまた、ミラーコントローラ２
３を介してガルバノミラー３を制御することにより、該
２回のレーザ光の照射の時に、平板ミラー３ｂがそれぞ
れ角度位置θ₁及びθ₂になるように調整する。具体的に
は、△θ＝θ₁−θ₂＜０の場合には、少なくとも該２回
の照射時刻を含む期間、平板ミラー３ｂを時計回りの方
向に等角速度ω＝（θ₂−θ₁）／△ｔで回転させる。ま
た、△θ＝θ₁−θ₂＞０の場合には、少なくとも該２回
の照射時刻を含む期間、反時計回りの方向に等角速度ω
＝（θ₁−θ₂）／△ｔで回転させる。このようにして、
該ＦＬＣＳＬＭ５に該第一及び第二のスペックルパター
ンを二重記録する。なお、二重記録が終了した際には、
ミラー３を逆方向に回転させて、もとの位置に戻してお
く。演算・制御装置１９は、該第一のＦＬＣＳＬＭ５に
該電圧Ｖ_wc・Ｖ_wを印加するのと同時に、該第二のＦＬ
ＣＳＬＭ１３に消去用の補償電圧Ｖ_ecと駆動電圧Ｖ_eを
加える。これと同時に、発光ダイオード１４が該ＦＬＣ
ＳＬＭ１３に一様な光を照射することにより、前回の測
定の際記録された像を消去する。演算・制御装置１９
は、ＦＬＣＳＬＭ５へのスペックルパターンの書き込み
の終了と同時に、該ＦＬＣＳＬＭ１３の電圧１３Ｂ・１
３Ｈ間に、書き込み補償電圧Ｖ_wcと書き込み駆動電圧Ｖ
_wを順に印加して、ＦＬＣＳＬＭ５から出射した読み出
し光パターン（ヤングの干渉縞）をＦＬＣＳＬＭ１３に
記録する。この記録と同時に、該ヤングの干渉縞の読み
出しを行い、該第一及び第二のスペックルパターンの相
関を示す回折光光点を形成させるのである。こうして、
一の回折光形成動作Ｆが終了する。

【００２２】測定装置１では、図５に示すように、上記
回折光形成動作Ｆを以下のように繰り返しおこなうこと
により、被測定物体２４の移動距離｜Ｓ（△ｔ）｜及び
移動速度｜Ｖ（△ｔ）｜を求める。まず、照射時間間隔
値△ｔを適当な値にとり、かつ、角度位置θ₁、θ₂も適
当な値θ₁ ¹、θ₂ ¹（θ₂ ¹＝θ₁ ¹；つまり、△θ¹＝０）
にとって、第１回目の回折光形成動作Ｆ¹を行う（ステ
ップＳ１）。該照射時間間隔△ｔにおける被測定物体の
移動距離｜Ｓ（△ｔ）｜とθ₁ ¹、θ₂ ¹の関係から、｜Ｎ
（△ｔ、△θ¹）｜＞Ｌ＋ｄとなる場合には、図６Ａの
最上段に示すように、ＰＳＤ入射面１６Ｓには回折光光
点が一つも結像されず、ＰＳＤ１６の検出値Ｘ¹は０と
なる（ステップＳ２）。この場合、演算・制御装置１９
は、第２回目の回折光形成動作Ｆ²を、角度差△θ²（＝
θ₁ ²−θ₂ ²）がある正の値になるように調整して実行す
る（ステップＳ３）。なお、照射時間間隔値△ｔは変え
ない。このようにして、回折光形成動作Ｆ^m（ｍ＝２、
３、・・）を、そのミラー角度差△θ^m＝θ₁ ^m−θ₂ ^m＞
０（ｍ＝２、３、・・）を少しずつ大きくしながら（す
なわち、△θ^m＞△θ^m-1＞０となるように調整しなが
ら）、繰り返し実行していく（ステップＳ３、４）。
（なお、△ｔは一定に保っておく。）この結果、数式
１、２より明かなように、回折光光点間距離｜Ｎ（△
ｔ、△θ^m）｜は、回折光形成動作毎に、少しずつ小さ
くなっていく。図６Ａに示すように、＋１次回折光がＰ
ＳＤ入射面１６Ｓに入射しない間は、ＰＳＤ１６の検出
値Ｘは０のままであり、比較器１８は、０の比較信号Ｒ
を出力し続ける（図の期間）。ある回（Ｍ回）の回折
光形成動作Ｆ^Mで、＋１次回折光が初めてＰＳＤ入射面
１６Ｓに入射すると、ＰＳＤ１６が、正の検出値Ｘ^Mを
出力し、比較器１８がプラスの比較信号Ｒ^Mを出力する
（図の時点）。この結果、＋１次回折光のみが、ＰＳ
Ｄ入射面１６Ｓに入射することになる。演算・制御装置
１９が、△θ^mを大きくしながら回折光形成動作Ｆ^m（ｍ
＝２、３、・・）をさらに繰り返し実行していくと、Ｘ
^m値は少しずつ小さくなっていき、比較器１８はマイナ
スの比較信号Ｒ^mを出力し続ける（図の期間）。この
ようにして、ある回（Ｎ回）の回折光形成動作Ｆ^Nで、
ＰＳＤ１６が検出値Ｘ^N＝Ｌ／２を出力するまで、（す
なわち、ＰＳＤ１６が、回折光光点間距離｜Ｎ（△ｔ、
△θ^N）｜＝Ｌ／２＋ｄを検出するまで）、回折光形成
動作を繰り返し実行していく（ステップＳ３、４）。し
かして、ＰＳＤ１６の受光面１６Ｓは広い。このため、
該受光面１６Ｓは、＋１次回折光のみならず、０次光や
回折光の散乱等による迷光を受光していると考えられ
る。したがって、ＰＳＤ１６の検出精度は十分ではな
い。そこで、本発明では、回折光光点間距離｜Ｎ（△
ｔ、△θ）｜（＝Ｌ／２＋ｄ）をＰＳＤ１６で大まかに
検出した後、これをフォトディテクタアレイ１７により
高精度で検出する。より詳しくは、ＰＳＤ１６が＋１次
回折光のピーク位置Ｘ＝Ｌ／２を粗く検出したところ
で、フォトディテクタアレイ１７が、−１次回折光のピ
ーク位置をより高い精度で検出する。各フォトディテク
タ１７１〜１７３の受光面１７１Ｓ〜１７３Ｓの面積は
ＰＳＤ受光面１６Ｓのそれより小さいため、迷光の影響
を受けにくく、高精度の検出をおこなえるからである。
具体的には、ＰＳＤ１６がＸ＝Ｌ／２（すなわち、｜Ｎ
（△ｔ、△θ）｜＝Ｌ／２＋ｄ）を検出したところで
（図６Ａの時点；図５のステップＳ４）、演算・制御
装置１９は、フォトディテクタ１７１、１７２、１７３
の検出光強度Ｉ_{17 1}、Ｉ₁₇₂、Ｉ₁₇₃の大小を比較する
（ステップＳ７）。光強度Ｉ₁₇₃が最大の場合には、図
２Ａ、２Ｂより明かなように、｜Ｎ（△ｔ、△θ^N）｜
＞Ｌ／２＋ｄと考えられるため（ステップＳ８）、回折
光形成動作Ｆ^mを△θ^mを大きくしながらさらに繰り返し
実行していく（ステップＳ９）。一方、光強度Ｉ₁₇₁が
最大の場合には、｜Ｎ（△ｔ、△θ^N）｜＜Ｌ／２＋ｄ
と考えられるため、回折光形成動作Ｆ^mを△θ^mを小さく
なるように戻しながらさらに実行していく（ステップＳ
１０）。ある回（Ｐ回）の回折光形成動作Ｆ^Pで光強度
Ｉ₁₇₂が最大になったところで（ステップＳ７）、回折
光形成動作を実行するのを停止する。すなわち、フォト
ディテクタアレイ１７が、回折光光点間距離｜Ｎ（△
ｔ、△θ^P）｜＝Ｌ／２＋ｄを高精度で測定したところ
で、回折光形成動作の実行を停止する。演算・制御装置
１９は、該Ｐ回目の回折光形成動作Ｆ^Pにおいて採用し
た角度値θ₁ ^P、θ₂ ^Pと、照射時間間隔△ｔを、数式１乃
至４に代入して、被測定物体２４の移動距離｜Ｓ（△
ｔ）｜と移動速度｜Ｖ（△ｔ）｜を演算する（ステップ
Ｓ１１）。

【００２３】一方、前記第１回目の回折光形成動作Ｆ¹
において、ＰＳＤ１６が、０でない正の値をＸ¹として
出力した場合には（ステップＳ２）、ＰＳＤ入射面１６
Ｓには、＋１次回折光のみが入射しているのか、＋２
次、＋３次、・・・の回折光等、高次の回折光も入射し
ているのか否か、不明である。そこで、かかる場合に
は、演算・制御装置１９は、第２回目の回折光形成動作
Ｆ²を、ミラー角度差△θ²（＝θ₁ ²−θ₂ ²）がある負の
値になるように調整して実行する（ステップＳ５）。な
お、照射時間間隔値△ｔは変えない。このようにして、
回折光形成動作Ｆ^m（ｍ＝２、３、・・）を、そのミラ
ー角度差△θ^m＝θ₁ ^m−θ₂ ^m＜０（ｍ＝２、３、・・）
を少しずつ小さくしながら（すなわち、△θ^m＜△θ^m-1
＜０となるように調整しながら）、繰り返し実行してい
く（ステップＳ２、５、６）。（なお、△ｔは一定に保
っている。）すると、数式１、２より明かなように、｜
Ｎ（△ｔ、△θ^m）｜は、回折光形成動作毎に、少しず
つ大きくなっていく。したがって、図６Ｂに示すよう
に、ＰＳＤ１６の検出値Ｘ^mは徐々に大きくなり比較器
１８はプラスの比較信号Ｒ^mを出力する。そして、最高
次の回折光がＰＳＤ入射面１６Ｓからそれる度に、ＰＳ
Ｄ１６の検出値Ｘ^mは急に小さくなり、比較器１８はマ
イナスの比較信号Ｒ^mを出力する（図の期間）。そし
て、Ｍ回目の回折光形成動作Ｆ^Mにおいて、ＰＳＤ１６
がＸ^M＝（Ｌ−ｄ）／２を出力し、かつ、比較器１８が
マイナスの比較信号Ｒ^Mを出力した（図の時点）後
は、＋１次回折光のみがＰＳＤ入射面１６Ｓに入射する
ことになる。Ｎ回目の回折光形成動作Ｆ^Nにおいて、Ｐ
ＳＤ１６がＸ^N＝Ｌ／２を出力し、比較器１８がプラス
の比較信号Ｒ^Nを出力したところで、すなわち、ＰＳＤ
１６が、｜Ｎ（△ｔ、△θ^N）｜＝Ｌ／２＋ｄを検出し
たところで（図６Ｂの時点；図５のステップＳ６）、
演算・制御装置１９は、上述の場合と同様に、フォトデ
ィテクタアレイ１７が｜Ｎ（△ｔ、△θ^N）｜＝Ｌ／２
＋ｄを高精度で検出するまで、さらに、回折光形成動作
を繰り返し実行する（ステップＳ７〜１０）。そして、
フォトディテクタアレイが｜Ｎ（△ｔ、△θ^N）｜＝Ｌ
／２＋ｄを検出した回折光形成動作Ｆ^P（Ｐ回目の動
作）の角度値θ₁ ^P、θ₂ ^Pと、照射時間間隔△ｔから、被
測定物体２４の移動距離｜Ｓ（△ｔ）｜と移動速度｜Ｖ
（△ｔ）｜を演算する（ステップＳ１１）。なお、前記
第１回目の回折光形成動作Ｆ¹において、既に、＋１次
回折光のみがＰＳＤ受光面１６Ｓに入射している場合
に、△θ^mを徐々に小さくしながら回折光形成動作Ｆ^mを
繰り返し実行していくと（ステップＳ２、５、６）、図
６Ｂの点線に示すように、ＰＳＤ１６の検出値Ｘは徐々
に大きくなった後（図の期間）、ある回（Ｑ回）の回
折光形成動作Ｆ^Q（図の時点）でＸ＝Ｌとなり、その
次の回（Ｑ＋１回）の回折光形成動作Ｆ^Q+1（図の時点
）で、Ｘ＝０となる。そこで、この後は、ＰＳＤがＸ
＝Ｌ／２が出力するまで、△θ^mを徐々に大きくするよ
うに戻しながら回折光形成動作Ｆ^mを繰り返し行えば良
い（ステップＳ２、３、４）。

【００２４】以上のようにして、移動速度｜Ｖ（△ｔ）
｜を求めた後、移動速度を再び測定する場合には、角度
値θ₁、θ₂を前記求められた角度値θ₁ ^P、θ₂ ^Pに保った
まま、今度は、照射時間間隔△ｔを調整しながら回折光
形成動作を繰り返し行う。具体的には、ある回の回折光
形成動作で検出された｜Ｎ（△ｔ、△θ）｜がＬ／２＋
ｄより大きい場合には、△ｔを小さくして再度回折光形
成動作を実行し、また、｜Ｎ（△ｔ、△θ）｜がＬ／２
＋ｄより小さい場合には、△ｔを大きして回折光形成動
作を実行すれば良い。このようにして回折光形成動作を
繰り返し実行し、ある回の回折光形成動作において、フ
ォトディテクタアレイ１７が｜Ｎ（△ｔ、△θ）｜＝Ｌ
／２＋ｄを検出したら、回折光形成動作を実行するのを
停止し、演算・制御装置１９は、その際使用した値△ｔ
と、該角度値θ₁ ^P、θ₂ ^Pから、｜Ｓ（△ｔ）｜及び｜Ｖ
（△ｔ）｜を演算する。

【００２５】測定装置１により、移動速度｜Ｖ（△ｔ）
｜を繰り返し測定してその時間的変化状態を調べる場合
には、被測定物体２４の速度の変化にあわせて該照射時
刻間隔△ｔを変化させれば、−１次回折光を常に該フォ
トディテクタ１７２に入射させ続けることができる。す
なわち、速度が大きくなってきた場合には、△ｔを小さ
くすれば良く、逆に速度が小さくなってきた場合には、
△ｔを大きくすれば良いのである。（なお、ミラーは、
前記角度値θ₁ ^P、θ₂ ^Pで制御し続ける。）具体的には、
一連の速度測定の各速度測定において、該演算・制御装
置１９は、それまでに行った速度測定の結果に基づい
て、次回の測定における照射時刻間隔Δｔをフィードバ
ック制御し、−１次回折光を常に該フォトディテクタ１
７２に入射させる。より詳しくは、演算・制御装置１９
は、今回までの測定で得られた測定結果Ｖに基づいて速
度の時間的変化の状態を求め、次回の測定における速度
Ｖ’の値を予測する。この値Ｖ’が今回の速度Ｖより大
きいと予測される場合には、次回の照射時刻間隔Δｔ’
を前回における時刻間隔Δｔに対して適当な量だけ小さ
くする。逆に、Ｖ’がＶより小さいと予測される場合に
は、Δｔ’をΔｔより適当な量だけ大きくする。こうし
て、光点間距離｜Ｎ（Δｔ、△θ）｜を調整し、−１次
回折光を常にフォトディテクタ１７２に結像させる。こ
の場合には、フォトディテクタアレイ１７が常に｜Ｎ
（Δｔ、△θ）｜＝Ｌ／２＋ｄを検出するので、演算・
制御装置は、用いたΔｔ、Δｔ’、・・の値と、該角度
値θ₁ ^P、θ₂ ^Pから、数式１乃至４より、移動速度｜Ｖ
（△ｔ）｜、｜Ｖ（△ｔ’）｜、・・を求めることがで
きる。

【００２６】以上説明したように、本測定装置１の測定
動作によれば、回折光形成動作を繰り返し実行しなが
ら、ＰＳＤ１６で＋１次回折光の位置の粗調整を行い、
さらに、フォトディテクタアレイ１７で−１次回折光の
位置の微調整を行う。換言すれば、回折光光点間距離｜
Ｎ（△ｔ、△θ）｜を、ＰＳＤ１６で大まかに調整し、
さらに、フォトディテクタアレイ１７で細かく調整す
る。該微調整により得られた回折光光点間距離｜Ｎ（△
ｔ、△θ）｜＝Ｌ／２＋ｄと、該微調整に利用された照
射時間間隔値△ｔ及び角度値θ₁、θ₂を、数式１乃至４
に代入して、移動速度｜Ｖ（△ｔ）｜を求める。このよ
うに、本発明では、受光面積の小さいフォトディテクタ
アレイにより、回折光光点間距離の最終的な調整を行っ
ている。したがって、０次光や回折光の散乱等による迷
光の影響を除去した精度の高い測定を行うことができ
る。本実施例で用いている半導体位置検出素子（ＰＳ
Ｄ）１６は、光束の重心（強度中心）の位置を直接検出
できる。かかるＰＳＤによれば、強度分布の走査や比較
演算等を行うことなく回折光のピーク位置を直接検出す
ることができるため、応答速度の早いＦＬＣＳＬＭ５、
１３の動作に追随した動作を行うことができる。また、
フォトディテクタアレイ１７は、３個のフォトディテク
タ１７１乃至１７３からなっており、演算・制御装置１
９は、その３個のフォトディテクタの検出光強度を互い
に比較するだけで、−１次回折光の位置を検出する。し
たがって、−１次回折光の位置の微調整も、複雑な走査
や演算を必要とせず極めて短い時間で行うことができ
る。したがって、速度の時間的変化状態を調べるべく一
連の測定を行う場合、各測定を極めて短い時間で行うこ
とができるため、被測定物体の速度の時間変化の状態
を、極めて短い時間間隔で測定することができる。ま
た、被測定物体の速度がどのように変化しても、照射時
間間隔△ｔを調整することで、常に−１次回折光をフォ
トディテクタ１７２に照射させることができる。したが
って、被測定物体の速度の大小に係わらず常にその測定
を行うことができ、ダイナミックレンジを高めることが
できる。

【００２７】以上説明した測定装置１では、被測定物体
２４の移動方向Ｖがわかっており、移動速度のみを測定
している。しかし、移動方向もわからない場合には、図
７Ａ及び７Ｂに示すように、１次元位置検出用ＰＳＤ１
６とフォトディテクタアレイ１７の代わりに、２次元位
置検出用ＰＳＤ１６’と同心半円状フォトデクテクタア
レイ１７’を設ければよい。なお、該同心半円状フォト
ディテクタアレイ１７’は、三個の円弧状フォトディテ
クタ１７１’乃至１７３’からなるものである。この場
合には、ＰＳＤ１６’によって、＋１次回折光の位置の
粗調整と被測定物体の移動方向の測定を行う。そして、
−１次回折光がフォトディテクタアレイ１７’のうち中
心のフォトディテクタ１７２’に入射するように、すな
わち、回折光光点間距離｜Ｎ（△ｔ、△θ）｜がＬ／２
＋ｄになるように微調整して、被測定物体２４の移動速
度量｜Ｖ（△ｔ）｜を求める。

【００２８】本発明は、上述した実施例の光学的移動速
度測定装置に限定されることなく、本発明の主旨から逸
脱することなく、種々の変更が可能となる。

【００２９】上記実施例の光学的移動速度測定装置１で
は、回折光光点間距離の微調整を行うために、フォトデ
ィテクタアレイ１７を利用している。しかしながら、本
発明においては、フォトディテクタアレイ１７の代わり
に、ＰＳＤ１６の受光面１６Ｓより小さい受光面１６０
Ｓを有する一次元検出用半導体位置検出素子（ＰＳＤ）
１６０を利用しても良い。具体的には、図８Ａ及び８Ｂ
に示すように、ＰＳＤ１６とＰＳＤ１６０を、その受光
面１６Ｓ及び１６０Ｓがフーリエ変換レンズ１５の像側
焦点面１５Ｆ上に位置するように、配置する。ここで、
ＰＳＤ１６０の受光面１６０Ｓの１次元検出方向（Ｘ方
向）の長さＬ’はＰＳＤ１６の長さＬより小さく、その
中心点（Ｘ’＝Ｌ’／２）は、該中心点１５Ｏから距離
Ｌ／２＋ｄだけ離れている。速度測定を行う際には、Ｐ
ＳＤ１６がＸ＝Ｌ／２を出力したところで、（すなわ
ち、ＰＳＤ１６が、｜Ｎ（△ｔ、△θ）｜＝Ｌ／２＋ｄ
を大まかに検出したところで）、演算・制御装置１９
は、ＰＳＤ１６０がＸ’＝Ｌ’／２を出力するまで、す
なわち、−１次回折光が、ＰＳＤ１６０Ｓの中心に結像
するまで、回折光形成動作をさらに繰り返し実行する。
ＰＳＤ１６０がＸ’＝Ｌ’／２を出力した場合には、Ｐ
ＳＤ１６０が｜Ｎ（△ｔ、△θ）｜＝Ｌ／２＋ｄを高精
度で検出したことになるので、その際に採用されていた
△ｔ及び角度値θ₁、θ₂から、数式１乃至４より、移動
速度｜Ｖ（△ｔ）｜を演算する。上記測定方法によれ
ば、−１次回折光の位置を、ＰＳＤ１６の受光面より小
さい受光面を有するＰＳＤ１６０によって微調整したう
えで、演算を行っている。したがって、迷光の影響を除
去した精度の高い測定を行うことができる。

【００３０】上記実施例の測定装置１においては、３個
のフォトディテクタからなるフォトディテクタアレイ１
７を利用している。しかし、３個には限られず、１個で
も複数個でも良い。

【００３１】上記実施例の測定装置１では、フォトディ
テクタ１７１乃至１７３の出力を比較することにより、
−１次回折光のピーク位置を決定し、その微調整を行っ
ている。しかし、出力の比較の他、出力の比や差の値を
求めて−１次回折光のピーク位置を決定しても良く、ま
た、出力値から内挿法を利用して−１次回折光のピーク
位置を決定しても良い。

【００３２】上記実施例の測定装置１では、回折光光点
間距離の調整を行うために、最初の速度測定においては
ミラー角度△θを制御し、それ以後の速度測定において
は照射時間間隔△ｔを制御している。しかし、この逆
に、最初の速度測定においては照射時間間隔を制御し、
それ以降はミラー角度を制御するのでも良い。また、全
速度測定において、ミラー角度のみを制御するのでも良
く、照射時間間隔のみを制御するのでも良い。なお、照
射時間間隔のみを制御する場合には、測定装置１からガ
ルバノミラー３を除いてもよい。また、各速度測定にお
いて、照射時間間隔とミラー角度を両方とも制御しても
良い。

【００３３】フォトディテクタ１７２と中心点１５Ｏの
距離は、Ｌ／２＋ｄには限られない。また、ＰＳＤ１６
による＋１次回折光の位置調整方法も、図５に示した方
法には限られない。ＰＳＤ１６に、＋１次回折光のみを
入射させ、さらに、＋１次回折光をＰＳＤ１６上の所望
の位置に調整する方法であれば良い。

【００３４】また、ガルバノミラー３の代わりに、音響
光学偏向器や、電気光学偏向器、ポリゴンミラー等を設
け、これらの偏向角度を調整しつつ回折光形成動作を繰
り返し行うことにより、回折光光点間距離を所望の値に
調整するのでも良い。また、ガルバノミラー３と結像レ
ンズ４の代わりに、ズームレンズ系や可変焦点レンズを
設け、倍率や焦点距離を調整しつつ回折光形成動作を繰
り返し行って、回折光光点間距離を所望の値に調整する
のでも良い。さらに、フーリエ変換レンズ１２及び／ま
たは１５の焦点距離を調整しつつ、回折光形成動作を繰
り返し行うのでも良い。

【００３５】上述の実施例では、測定装置は固定されて
おり、被測定物体が移動していたが、この逆に、測定装
置が移動しており、被測定物体が固定されていてもよ
い。この場合には、固定されている被測定物体の、測定
装置に対する相対的な移動量及び速度を測定することに
よって、速度測定装置の、絶対的移動量及び速度が求め
られる。たとえば、測定装置を自動車等移動する物体に
載置することにより、この移動物体の移動量及び速度を
求めることができる。上述の実施例は、光学的移動速度
測定装置に関するものであったが、本発明はこれに限ら
れない。被測定物体の歪み状態を測定し応力分布を調べ
るようなものでも良い。物体の移動量や歪み量等、物体
の変位量を測定できれば良い。さらに、被測定物体に
は、レーザ光のようなコヒーレント光でなく、インコヒ
ーレント光を照射しても良い。この場合には、スペック
ルパターンでなく、被測定物体の像を第一のＦＬＣＳＬ
Ｍに記録する。第一及び第二の照射時刻における被測定
物体の像を第一のＦＬＣＳＬＭに二重記録し、該二重記
録像を読み出しフーリエ変換すれば、ヤングの干渉縞が
得られる。これを第二のＦＬＣＳＬＭに記録し、さら
に、該記録されたヤングの干渉縞を読みだしフーリエ変
換すれば、該回折光が得られるからである。

【００３６】スペックルパターンを二重記録する手段と
しては、強誘電性液晶空間光変調素子に限られず、第一
の測定時刻における被測定物体の受光パターンを、少な
くとも第二の測定時刻まで蓄積でき、被測定物体の像を
二重記録することが可能な空間光変調素子であればよ
い。更に、上述の実施例では、光を被測定物体に照射
し、その反射光パターンで物体の変位量を測定していた
が、被測定物体の種類等によっては、透過光パターンで
測定を行ってもよい。すなわち、被測定物体の透過光に
形成された像やスペックルパターンを、空間光変調素子
に二重記録させるようにしてもよい。また、被測定物体
からの透過光または反射光に形成されたパターンの光強
度が小さい場合には、結像レンズ４と第一のＦＬＣＳＬ
Ｍ５との間に、公知のイメージインテンシファイアを設
け、パターンの光強度を高めた後、第一のＦＬＣＳＬＭ
５の書き込み入射面Ｓ_wに入射させるようにしてもよ
い。

【００３７】

【発明の効果】以上詳述したことから明らかなように、
本発明の光学的変位量測定装置においては、該第一の記
録手段が、該光学的変位量測定装置に対して相対的に変
位する被測定対象の像を適当な時間間隔をおいて入力
し、各入力時点における該像を二重記録する。第一のコ
ヒーレント光投光手段が、該第一の記録手段にコヒーレ
ント光を照射して、該第一の記録手段の該二重記録像を
読み出す。該読みだした二重記録像を、第一のフーリエ
変換手段がフーリエ変換し、第一のフーリエ変換像を形
成する。第二の記録手段が、該第一のフーリエ変換像を
記録する。第二のコヒーレント光投光手段が、該第二の
記録手段にコヒーレント光を照射して、該第一の記録手
段の該第一のフーリエ変換像を読み出す。該読みだした
第一のフーリエ変換像を、第二のフーリエ変換手段がフ
ーリエ変換し、第二のフーリエ変換像を形成する。調整
手段が、該第二のフーリエ変換像の状態を調整する。光
重心位置検出手段が、該調整された該第二のフーリエ変
換像の重心位置を検出する。光検出手段が、該調整され
た該第二のフーリエ変換像の状態を検出する。制御手段
が、該光重心位置検出手段と該光検出手段の検出結果に
基づき、該調整手段の調整状態を制御する。そして、演
算手段が、該光検出手段の検出結果と該調整手段の調整
状態に基づき、該時間間隔における、該被測定対象の該
光学的変位量測定装置に対する相対的変位量を演算す
る。このように本発明によれば、該第二のフーリエ変換
像の重心位置を検出するのに、複雑な走査や相関演算が
必要でなく、短時間で測定を行うことができる。このた
め、実時間測定性に優れている。本発明によれば、該調
整手段が、該第二のフーリエ変換像の位置を任意に調整
することができる。したがって、該時間間隔における被
測定対象の変位量の大小に係わらず、その変位量の測定
が可能となり、ダイナミックレンジを広くすることがで
きる。該演算手段は、該光重心位置検出手段と該光検出
手段のうち受光面面積が小さい該光検出手段の検出結果
に基づいて、演算を行う。したがって、本発明によれ
ば、迷光の影響を除去した高精度の測定を行うことがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例にかかる光学的移動速度測定装
置を示す光学系統上面図である。

【図２Ａ】図１のＰＳＤ１６とフォトディテクタアレイ
１７をレンズ１５の側から見た場合の配置状態を説明す
る正面説明図である。

【図２Ｂ】図１のＰＳＤ１６とフォトディテクタアレイ
１７とレンズ１５の位置関係を説明する上面説明図であ
る。

【図３】図１の強誘電性液晶空間光変調素子を拡大して
示す断面図である。

【図４】図１の光学的移動速度測定装置の回折光形成動
作の動作タイミングチャートである。

【図５】測定装置１のおこなう最初の移動速度測定動作
を説明するフローチャートである。

【図６Ａ】回折光光点間距離｜Ｎ（△ｔ、△θ）｜を小
さくしながら回折光形成動作を繰り返し行っていく場合
に、ＰＳＤ１６上に結像される回折光光点の位置とＰＳ
Ｄ１６の検出値Ｘの変化していく状態を示す。

【図６Ｂ】回折光光点間距離｜Ｎ（△ｔ、△θ）｜を大
きくしながら回折光形成動作を繰り返し行っていく場合
に、ＰＳＤ１６上に結像される回折光光点の位置とＰＳ
Ｄ１６の検出値Ｘの変化していく状態を示す。

【図７Ａ】２次元位置検出用ＰＳＤ１６’と同心半円状
フォトディテクタアレイ１７’を配置する場合における
配置状態を、レンズ１５の側から見た正面説明図であ
る。

【図７Ｂ】ＰＳＤ１６’とフォトディテクタアレイ１
７’とレンズ１５の位置関係を説明する上面説明図であ
る。

【図８Ａ】ＰＳＤ１６とＰＳＤ１６０を配置する場合に
おける配置状態を、レンズ１５の側から見た正面説明図
である。

【図８Ｂ】ＰＳＤ１６とＰＳＤ１６０とレンズ１５の位
置関係を説明する上面説明図である。

【符号の説明】 １ 光学的移動速度測定装置 ２ レーザダイオード ３ ガルバノミラー ５ 強誘電性液晶空間光変調素子 ７ Ｈｅ−Ｎｅレーザ装置 １２ フーリエ変換レンズ １３ 強誘電性液晶空間光変調素子 １５ フーリエ変換レンズ １６ 半導体位置検出素子 １７ フォトディテクタアレイ １９ 演算・制御装置

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭59−212773（ＪＰ，Ａ) 特開 昭57−187605（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−118816（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−289827（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−175303（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−204312（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−332722（ＪＰ，Ａ) 特公 平５−2924（ＪＰ，Ｂ２)

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】被測定対象の像を適当な時間間隔をおいて
   入力し、各入力時点における該像を二重記録するための
   第一の記録手段と、該第一の記録手段にコヒーレント光
   を照射して該二重記録像を読みだすための第一のコヒー
   レント光投光手段と、該読み出した二重記録像をフーリ
   エ変換して第一のフーリエ変換像を形成するための第一
   のフーリエ変換手段と、該第一のフーリエ変換像を記録
   するための第二の記録手段と、該第二の記録手段にコヒ
   ーレント光を照射して該第一のフーリエ変換像を読みだ
   すための第二のコヒーレント光投光手段と、該読み出し
   た第一のフーリエ変換像をフーリエ変換して第二のフー
   リエ変換像を形成するための第二のフーリエ変換手段
   と、該第二のフーリエ変換像を調整するための調整手段
   と、該調整された第二のフーリエ変換像を受光するため
   の第一の受光面を有し該第二のフーリエ変換像の重心の
   位置を検出するための光重心位置検出手段と、該調整さ
   れた第二のフーリエ変換像を受光するための第二の受光
   面であって該第一の受光面より小さいものを有し該第二
   のフーリエ変換像を検出するための光検出手段と、該光
   重心位置検出手段と該光検出手段の検出結果に基づいて
   該調整手段の調整状態を制御するための制御手段と、該
   光検出手段の検出結果と該調整手段の調整状態に基づい
   て該時間間隔における該被測定対象と該第一の記録手段
   との相対的変位量を求めるための演算手段とを備えたこ
   とを特徴とする光学的変位量測定装置。
2. 【請求項２】前記第一の記録手段は、コヒーレント光を
   照射するための光照射手段と空間光変調手段とからな
   り、該光照射手段が、コヒーレント光を前記被測定対象
   へ照射して、前記各入力時点におけるスペックルパター
   ンを形成し、該空間光変調手段が該スペックルパターン
   を二重記録することを特徴とする請求項１記載の光学的
   変位量測定装置。
3. 【請求項３】 前記光重心位置検出手段が半導体位置検
   出素子からなることを特徴とする請求項１記載の光学的
   変位量測定装置。
4. 【請求項４】 前記光検出手段が、該半導体位置検出素
   子の受光面より小さい面積の受光面を有する少なくとも
   一のフォトディテクタからなるフォトディテクタアレイ
   からなることを特徴とする請求項３記載の光学的変位量
   測定装置。