JP6427857B2 - Displacement measuring device, displacement measuring method, and image forming apparatus - Google Patents

Displacement measuring device, displacement measuring method, and image forming apparatus Download PDF

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Description

この発明は、変位測定装置および変位測定方法および画像形成装置に関する。   The present invention relates to a displacement measuring device, a displacement measuring method, and an image forming apparatus.

回転移動するベルトなどの表面の、移動速度や移動量を測定することは、種々の技術に
おいて行われている。
Measuring the speed and amount of movement of the surface of a rotating belt or the like is performed in various techniques.

例えば、電子写真プロセスを利用したカラー画像形成装置は、高速化への要求に応える
ため、所謂タンデム方式が主流となっている。
For example, so-called tandem systems are the mainstream in color image forming apparatuses using an electrophotographic process in order to meet the demand for higher speed.

タンデム方式のカラー画像形成装置では、4色(ブラック、シアン、マゼンタ、イエロ
ー)のトナーに対応した感光体が4つ「並列に配置」される。
In the tandem color image forming apparatus, four photoconductors corresponding to toners of four colors (black, cyan, magenta, and yellow) are “arranged in parallel”.

そして、各感光体上に形成された各色トナー画像を、最終的に紙等の記録媒体(定形の
用紙、葉書、厚紙、OHPシート等)上で重ね合わせてカラー画像を得る。
Each color toner image formed on each photoconductor is finally superimposed on a recording medium such as paper (standard paper, postcard, cardboard, OHP sheet, etc.) to obtain a color image.

その際、各色トナー画像を記録媒体上で直接重ね合わせる直接転写方式と、中間転写ベ
ルト方式がある。
At that time, there are a direct transfer system in which each color toner image is directly superimposed on a recording medium and an intermediate transfer belt system.

中間転写ベルト方式では、各感光体上の各色のトナー画像を、中間転写ベルト上に重ね
合わせて転写してカラー画像を形成したのち、記録媒体に一括して転写する。
In the intermediate transfer belt system, the toner images of the respective colors on the respective photoconductors are superimposed on the intermediate transfer belt and transferred to form a color image, and then transferred to a recording medium all at once.

このような転写に際し、直接転写方式では記録媒体を送る搬送ベルトを、中間転写ベル
ト方式では中間転写ベルトを、高精度に移動させなければ「色ずれ」が発生してしまう。
In such a transfer, “color shift” occurs unless the conveying belt for feeding the recording medium is moved with high accuracy and the intermediate transfer belt is moved with high accuracy in the direct transfer method.

また、カラー画像形成装置として、定方向へ移動する紙等の記録媒体に「複数色のイン
ク画像の合成によるカラー画像」を形成するインクジェット方式のものが知られている。
As a color image forming apparatus, there is known an ink jet type apparatus that forms a “color image by combining ink images of a plurality of colors” on a recording medium such as paper that moves in a fixed direction.

このようなインクジェット方式のカラー画像形成装置においても、記録媒体の移動を高
精度に制御しなければ、色ずれが発生する。
Even in such an ink-jet color image forming apparatus, color shift occurs unless the movement of the recording medium is controlled with high accuracy.

このように、画像形成装置においても、記録媒体や搬送ベルト、中間転写ベルトの移動
を高精度に制御するために、これらの移動量や移動速度を高精度に測定する必要がある。
As described above, also in the image forming apparatus, in order to control the movement of the recording medium, the conveyance belt, and the intermediate transfer belt with high accuracy, it is necessary to measure the movement amount and movement speed thereof with high accuracy.

画像形成装置において、記録媒体や搬送ベルト、中間転写ベルトや感光体の駆動制御に
、スペックルパターンを利用することが提案されている(特許文献1〜3)。
In an image forming apparatus, it has been proposed to use a speckle pattern for drive control of a recording medium, a conveyance belt, an intermediate transfer belt, and a photoreceptor (Patent Documents 1 to 3).

スペックルパターンは、微細な凹凸を有する面に、レーザ光のようなコヒーレントな光
を照射するとき、反射光や透過光に光の干渉により生じるランダムなパターンである。
The speckle pattern is a random pattern generated by interference of light with reflected light or transmitted light when a coherent light such as laser light is irradiated onto a surface having fine irregularities.

コヒーレントな光を照射される面が、面方向に移動するとき、スペックルパターンも移
動することが知られている。
It is known that when a surface irradiated with coherent light moves in the surface direction, the speckle pattern also moves.

従って、スペックルパターンの変位を測定することにより、面の変位(移動量や移動速
度)を測定することができる。
Therefore, by measuring the displacement of the speckle pattern, the displacement (movement amount and movement speed) of the surface can be measured.

この明細書において「スペックルパターンを利用して面方向の変位を測定される対象」
を「動的被検面」と呼ぶ。
In this specification, “objects whose surface direction displacement is measured using speckle patterns”
Is called “dynamic test surface”.

特許文献1〜3は何れも、スペックルパターンを利用した動的被検面の変位の測定を開
示しているが「測定環境温度の変動の影響」は考慮されていない。
Each of Patent Documents 1 to 3 discloses measurement of displacement of a dynamic test surface using a speckle pattern, but “influence of fluctuation in measurement environment temperature” is not considered.

測定環境温度は、動的被検面の変位の測定に関連する温度である。
測定環境温度の変動は、動的被検面の変位の測定に影響し、高精度の測定が要求される
場合には無視できない。
The measurement environment temperature is a temperature related to the measurement of the displacement of the dynamic test surface.
Variations in the measurement environment temperature affect the measurement of the displacement of the dynamic test surface and cannot be ignored when high-precision measurement is required.

この発明は、スペックルパターンを利用した動的被検面の変位測定において、測定環境
温度の変動の影響の軽減が容易な変位測定装置の実現を課題とする。
It is an object of the present invention to realize a displacement measuring apparatus that can easily reduce the influence of fluctuations in the measurement environment temperature in measuring the displacement of a dynamic test surface using a speckle pattern.

この発明の変位測定装置は、レーザ光源とカップリングレンズを有する照明光学系によるコヒーレント光を照射光として、動的被検面を所定の位置で照明し、前記動的被検面による検出光を、撮像光学系を介して撮像素子に導光し、所定のフレームレートで前記動的被検面によるスペックルパターンを取得し、所定の時間間隔で取得したスペックルパターン相互の相互相関演算を行い、その演算結果に基づき、前記動的被検面の、移動距離および移動速度の少なくとも一方を測定する変位測定装置において、前記撮像光学系は、動的被検面側から順に、正のパワーの第1群、開口絞り、正のパワーの第2群によって構成され、前記開口絞りは、前記第1群の像側焦点面で、且つ、前記第2群の物体側焦点面である位置に設けられてなり、前記撮像素子の受光面が、前記動的被検面の撮像光学系によるガウス面に合致させられ、動的被検面のボイリング面と、前記動的被検面の前記撮像光学系によるガウス面との距離:Db、前記ガウス面と前記撮像素子の受光面との間隔:Dが、測定環境温度の変化領域内における前記測定環境温度の変動に拘わらず、条件:
(1) D/Db≒0
を満足するように、前記照明光学系の前記撮像光学系を介しての前記動的被検面の照明態様が定められ、前記照明光学系は、前記レーザ光源からの光を前記カップリングレンズによりコヒーレントな平行光束とするものであり、前記撮像光学系の前記第1群および前記第2群が何れも、材料の異なる2枚以上のレンズで構成され、前記第1群を保持する第1鏡筒と、該第1鏡筒に対して摺り動き可能な第3鏡筒と、この第3鏡筒に対して摺り動き可能で、前記第2群を保持する第2鏡筒と、を有し、前記第1鏡筒および前記第3鏡筒は一端を前記撮像素子に固定されていることを特徴とする。
The displacement measuring apparatus of the present invention illuminates a dynamic test surface at a predetermined position using coherent light from an illumination optical system having a laser light source and a coupling lens as irradiation light, and detects detection light from the dynamic test surface. The light is guided to the image sensor through the imaging optical system, the speckle pattern by the dynamic test surface is acquired at a predetermined frame rate, and the cross-correlation between the speckle patterns acquired at a predetermined time interval is performed. based on the calculation result, the dynamic test surface, the displacement measuring device for measuring at least one of the moving distance and the moving speed, the imaging optical system includes, in order from the dynamic test surface side, the positive power of A first group, an aperture stop, and a second group having a positive power. The aperture stop is provided at a position that is the image side focal plane of the first group and the object side focal plane of the second group. is made, the said The light receiving surface of the image element is matched with a Gaussian surface by the imaging optical system of the dynamic test surface, a boiling surface of the dynamic test surface, and a Gaussian surface by the imaging optical system of the dynamic test surface; The distance: Db, the distance between the Gaussian surface and the light receiving surface of the image sensor: D , regardless of the variation of the measurement environment temperature in the measurement environment temperature change region , the condition:
(1) D / Db≈0
The illumination aspect of the dynamic test surface through the imaging optical system of the illumination optical system is defined so that the illumination optical system transmits light from the laser light source through the coupling lens. A first mirror that is a coherent parallel light beam, and each of the first group and the second group of the imaging optical system is composed of two or more lenses made of different materials, and holds the first group. A barrel, a third barrel that is slidable relative to the first barrel, and a second barrel that is slidable relative to the third barrel and holds the second group. One end of each of the first lens barrel and the third lens barrel is fixed to the image sensor .

この発明の変位測定装置は、条件(1)が満足されることにより、測定環境温度の変動
の影響の軽減が容易となる。
In the displacement measuring apparatus of the present invention, when the condition (1) is satisfied, it becomes easy to reduce the influence of the fluctuation of the measurement environment temperature.

実施の形態を説明するための図である。It is a figure for demonstrating embodiment. 変位測定装置の実施の1形態を説明するための図である。It is a figure for demonstrating one Embodiment of a displacement measuring device. 実施例を説明するための図である。It is a figure for demonstrating an Example. 実施例を説明するための図である。It is a figure for demonstrating an Example. スペックルパターンによる変位測定の原理を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the principle of the displacement measurement by a speckle pattern. 画像形成装置の実施の1形態を説明するための図である。It is a figure for demonstrating one Embodiment of an image forming apparatus. 変位測定装置の具体例を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the specific example of a displacement measuring device. 変位測定装置の別の具体例を説明するための図である。It is a figure for demonstrating another specific example of a displacement measuring device. 変位測定装置の他の具体例を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the other specific example of a displacement measuring device. 変位測定装置のさらに他の具体例を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the other specific example of a displacement measuring device. 変位測定装置のさらに他の具体例を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the other specific example of a displacement measuring device. 変位測定装置のさらに他の具体例を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the other specific example of a displacement measuring device. 変位測定装置のさらに他の具体例を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the other specific example of a displacement measuring device.

以下、実施の形態を説明する。
変位測定装置による測定対象は、動的被検面の「移動距離および移動速度の少なくとも
一方」である。以下の説明において動的被検面の移動距離を「検出長」と称する。
Hereinafter, embodiments will be described.
The object to be measured by the displacement measuring device is “at least one of the moving distance and the moving speed” of the dynamic test surface. In the following description, the moving distance of the dynamic test surface is referred to as “detection length”.

動的被検面の移動速度が測定されれば、「検出長」はその時間積分で与えられる関係に
ある。逆に、検出長が測定されれば、移動速度はその時間微分で与えられる。
If the moving speed of the dynamic test surface is measured, the “detection length” has a relationship given by its time integration. Conversely, if the detection length is measured, the moving speed is given by its time derivative.

なお、検出長は、動的被検面の1軸方向の移動距離に限らず、2軸方向の移動距離をも
言う。
The detection length is not limited to the movement distance in the uniaxial direction of the dynamic test surface, but also refers to the movement distance in the biaxial direction.

「検出長」の測定において、測定環境温度の変動の影響としては、以下の3要因:A〜
Cを挙げることができる。
In the measurement of “detection length”, the influence of fluctuations in the measurement environment temperature includes the following three factors: A to
C.

A.動的被検面の撮像光学系による結像の像面(ガウス面)と「撮像光学系の受光面」
との間隔の温度変化による変動。
A. Image plane (Gaussian plane) of image formation by imaging optical system on dynamic test surface and "photosensitive surface of imaging optical system"
Variation due to temperature change in the interval between

B.動的被検面の撮像光学系による結像の像面から、照明光学系のカップリングレンズ
と撮像光学系とによる「照明光学系の結像面」までの距離の、温度変化による変動。
B. Fluctuation due to temperature change in the distance from the image plane formed by the imaging optical system of the dynamic test surface to the “imaging plane of the illumination optical system” by the coupling lens of the illumination optical system and the imaging optical system.

C.撮像光学系の結像倍率:Mの温度変化による変動。   C. Imaging magnification of imaging optical system: Fluctuation due to temperature change of M.

従って、検出長の測定においては、これらの3要素:A〜Cを考慮する必要がある。   Therefore, in measuring the detection length, it is necessary to consider these three elements: A to C.

移動速度:V1で移動する動的被検面にコヒーレント光を照射し、撮像光学系により、
動的被検面の像を撮像素子の受光面に結像させた状態を考える。
Movement speed: Coherent light is applied to the dynamic test surface moving at V1, and the imaging optical system
Consider a state in which an image of a dynamic test surface is formed on a light receiving surface of an image sensor.

スペックルは動的被検面の極く近傍に発生するので、撮像素子の受光面には「スペック
ルパターン」が結像する。
Since speckles are generated very close to the dynamic test surface, a “speckle pattern” is imaged on the light receiving surface of the image sensor.

このとき、撮像素子が撮像するスペックルパターンの移動速度:V2は、撮像光学系の
結像倍率をMとして次式(a)で与えられることが知られている(非特許文献1)。
At this time, it is known that the movement speed V2 of the speckle pattern imaged by the image sensor is given by the following expression (a) where M is the imaging magnification of the imaging optical system (Non-patent Document 1).

(a) V2/V1=M{(D/Db)−1}
式(a)において、「D」は、動的被検面の表面の撮像光学系による像のガウス面(結
像面)と撮像素子の受光面との間隔である。
(A) V2 / V1 = M {(D / Db) -1}
In Expression (a), “D” is the distance between the Gaussian plane (imaging plane) of the image obtained by the imaging optical system on the surface of the dynamic test surface and the light receiving surface of the imaging device.

「Db」は、動的被検面のボイリング面と、動的被検面の撮像光学系によるガウス面と
の距離である。
“Db” is the distance between the boiling surface of the dynamic test surface and the Gaussian surface of the dynamic test surface by the imaging optical system.

「ボイリング面」の位置は、照明光学系の有するカップリングレンズと撮像光学系とを
介して得られる「レーザ光源の結像面」の位置である。
The position of the “boiling surface” is the position of the “imaging surface of the laser light source” obtained through the coupling lens of the illumination optical system and the imaging optical system.

式(a)において、測定環境温度に影響されるのは、「間隔:D(上記(A))」と、
「距離:Db(上記(B))」と「結像倍率:M」とである。
In the formula (a), what is affected by the measurement environment temperature is “interval: D (above (A))”,
“Distance: Db (above (B))” and “imaging magnification: M”.

発明の実施の形態を説明する前に、上に述べたところを、具体的な光学配置例に即して
説明する。
Prior to the description of the embodiments of the invention, the above description will be described with reference to a specific optical arrangement example.

図5を参照する。図5において、符号1はレーザ光源、符号2はカップリングレンズ、
符号3は照明光学系、符号Obは動的被検面、符号5は撮像光学系をそれぞれ示す。
Please refer to FIG. In FIG. 5, reference numeral 1 is a laser light source, reference numeral 2 is a coupling lens,
Reference numeral 3 denotes an illumination optical system, reference numeral Ob denotes a dynamic test surface, and reference numeral 5 denotes an imaging optical system.

また、符号7Aは撮像素子の受光面を示す。なお、以下において、レーザ光源1を単に
光源1とも言う。
Reference numeral 7A denotes a light receiving surface of the image sensor. Hereinafter, the laser light source 1 is also simply referred to as the light source 1.

図5において、照明光学系3の光源1を発光させると、「コヒーレント光であるレーザ
光」が放射され、カップリングレンズ2によりビーム形態を変更される。
In FIG. 5, when the light source 1 of the illumination optical system 3 emits light, “laser light that is coherent light” is emitted, and the beam form is changed by the coupling lens 2.

図5においては、カップリングレンズ2を通過したレーザ光は「平行光束」となる。   In FIG. 5, the laser beam that has passed through the coupling lens 2 becomes a “parallel beam”.

この平行光束は「照射光」となって、動的被検面Obを照明する。   This parallel light flux becomes “irradiation light” and illuminates the dynamic test surface Ob.

動的被検面Obで反射された光(検出光)は、撮像光学系5によりガウス面GMを結像
面として結像する。これにより動的被検面Obによるスペックルパターンが結像される。
Light (detection light) reflected by the dynamic test surface Ob is imaged by the imaging optical system 5 using the Gaussian surface GM as an imaging surface. Thereby, the speckle pattern by the dynamic test surface Ob is imaged.

図5において「点線」がこの結像の結像光線を示している。   In FIG. 5, “dotted lines” indicate the imaging light rays of this imaging.

一方、光源1からのレーザ光は、カップリングレンズ2と撮像光学系5とにより「光源
1の像」を結像する。この結像面がボイリング面BMである。
On the other hand, the laser light from the light source 1 forms an “image of the light source 1” by the coupling lens 2 and the imaging optical system 5. This imaging surface is the boiling surface BM.

図5に示す如く、ガウス面GMと撮像素子の受光面7Aとの間隔が「D」、ガウス面G
Mとボイリング面BMとの距離が「Db」である。
As shown in FIG. 5, the distance between the Gaussian surface GM and the light receiving surface 7A of the image sensor is “D”, and the Gaussian surface G
The distance between M and the boiling surface BM is “Db”.

図5においては、ガウス面GMと受光面7Aとを離隔させて描いてあるが、設計上のガ
ウス面GMは受光面7Aと一致させられる。即ち、設計上の「D」は0である。
In FIG. 5, the Gaussian surface GM and the light receiving surface 7A are drawn apart from each other, but the designed Gaussian surface GM is made to coincide with the light receiving surface 7A. That is, “D” in design is 0.

実際には、変位測定装置の各部の組み付け誤差や、経時的な変化で「D」の値は変動す
る。また、後述のように、測定環境温度の変化によっても「D」の値は変動する。
Actually, the value of “D” fluctuates due to an assembly error of each part of the displacement measuring device or a change with time. Further, as will be described later, the value of “D” also fluctuates due to a change in the measurement environment temperature.

しかし、このように変動しても「D」の値の変動範囲は、高々100μm程度と極めて
小さい。
However, even if it fluctuates in this way, the fluctuation range of the value of “D” is as small as about 100 μm at most.

上記間隔:Dと距離:Dbとの比:D/Dbを考えると、上述の如く、設計上は「D=
0」が満足される。
Considering the ratio of the distance: D to the distance: Db: D / Db, as described above, “D =
“0” is satisfied.

従って、距離:Dbが「有限の値」となるように設定されていれば「D/Db≒0」が
正立する。
Therefore, if the distance: Db is set to be “finite”, “D / Db≈0” stands upright.

「D/Db≒0」が成り立てば、上記式(a)は、
(b) V2/V1=−M
となる。
If “D / Db≈0” holds, the above formula (a) is
(B) V2 / V1 = −M
It becomes.

即ち、測定環境温度の変動は、撮像光学系5の結像倍率:Mのみに影響する。
従って、検出長に影響する「光源1、カップリングレンズ2、撮像光学系5、撮像素子
7」の4部分のうち、撮像光学系5に対する温度変動の影響のみを考慮すればよい。
That is, the change in the measurement environment temperature affects only the imaging magnification M of the imaging optical system 5.
Therefore, it is only necessary to consider the influence of temperature fluctuations on the imaging optical system 5 among the four parts “light source 1, coupling lens 2, imaging optical system 5, imaging element 7” that affect the detection length.

即ち、撮像光学系5による結像倍率:Mの「測定環境温度の変動による変動」を小さく
すれば、動的被検面Obの移動速度:V1を精度良く測定できる。
That is, if the “magnification due to variation in the measurement environment temperature” of the imaging magnification M by the imaging optical system 5 is reduced, the moving speed Ob of the dynamic test surface Ob can be accurately measured.

即ち、光源1、カップリングレンズ2、撮像光学系5、撮像素子7の4部分のうち、撮
像光学系5による検出長の誤差のみを問題とすればよい。
That is, among the four parts of the light source 1, the coupling lens 2, the imaging optical system 5, and the imaging element 7, only the error in the detection length by the imaging optical system 5 needs to be considered.

従って、変位測定装置の設計は極めて簡単化される。   Therefore, the design of the displacement measuring device is greatly simplified.

上記の如く「D」の値は、設計上は0であり、測定環境温度や経時的な変化を考慮して
も100μm程度以下である。
As described above, the value of “D” is 0 by design, and is about 100 μm or less even in consideration of the measurement environment temperature and changes with time.

一方において、距離:Dbは、種々の条件で変化する。   On the other hand, the distance: Db changes under various conditions.

例えば、照明光学系3から射出する照射光が発散性になると、ボイリング面BMはガウ
ス面GM側へ移動し、距離:Dbは小さくなる。
For example, when the irradiation light emitted from the illumination optical system 3 becomes divergent, the boiling surface BM moves to the Gaussian surface GM side, and the distance: Db decreases.

上記式(b)が式(a)の良好な近似として成り立つためには、「距離:Db」が大き
いほどよい。
In order for the above formula (b) to hold as a good approximation of the formula (a), it is better that “distance: Db” is larger.

照明光学系3のカップリングレンズ2は正のパワーを持つ。撮像光学系5も正のパワー
を持つ。
The coupling lens 2 of the illumination optical system 3 has a positive power. The imaging optical system 5 also has positive power.

従って、カップリングレンズ2と撮像光学系5との合成の正のパワーを調整して、測定
環境温度の変動による「ボイリング面の変動領域」の最小値を、例えば「1m」とする。
Therefore, the positive power of the combination of the coupling lens 2 and the imaging optical system 5 is adjusted, and the minimum value of “the fluctuation area of the boiling surface” due to the fluctuation of the measurement environment temperature is set to, for example, “1 m”.

この場合、測定環境温度の変動等により間隔:Dが100μmとなっても「D/Db」
の変動の最大値は「1/10000」で、式(a)において無視可能と考えられる。
In this case, “D / Db” even if the interval D is 100 μm due to a change in the measurement environment temperature or the like.
The maximum value of fluctuation of “1/10000” is considered to be negligible in the equation (a).

しかし、変位測定に要求される精度が極めて高くなると上記「1/10000」でも、
式(a)において無視できない場合も考えられる。
However, when the accuracy required for displacement measurement becomes extremely high, even the above “1/10000”
A case where it cannot be ignored in equation (a) is also conceivable.

このような場合でも、測定環境温度の変動による「距離:Dbの変動の最小値」を数m
程度、好ましくは10m程度とすれば、十分な測定精度を確保できる。
Even in such a case, “distance: minimum value of Db fluctuation” due to fluctuation of the measurement environment temperature is several m.
If it is about, preferably about 10 m, sufficient measurement accuracy can be secured.

この発明は、撮像光学系の構成に特徴の一端がある。   The present invention has a characteristic feature in the configuration of the imaging optical system.

即ち、撮像光学系は、動的被検面側から順に、正のパワーの第1群、開口絞り、正のパ
ワーの第2群によって構成される。
That is, the imaging optical system includes, in order from the dynamic test surface side, a first group of positive power, an aperture stop, and a second group of positive power.

開口絞りは、第1群の像側焦点面で、且つ、第2群の物体側焦点面である位置に設けら
れてなる。
The aperture stop is provided at a position that is the image side focal plane of the first group and the object side focal plane of the second group.

そして、撮像素子の受光面が、動的被検面の「撮像光学系によるガウス面」に合致させ
られる。
Then, the light receiving surface of the image sensor is matched with the “Gaussian surface by the imaging optical system” of the dynamic test surface.

図1(a)は、この場合の1例を、図5に倣って示している。繁雑を避けるため、混同
の恐れが無いと思われるものについては符号を共通化する。
FIG. 1A shows an example of this case following FIG. In order to avoid complications, common signs are used for those that are not likely to be confused.

図1(a)に示す例において、撮像光学系は2群構成である。即ち、撮像光学系は、第
1群51と第2群52と開口絞りSにより構成されている。
第1群51、第2群52は共に、正のパワーを有する。
In the example shown in FIG. 1A, the imaging optical system has a two-group configuration. In other words, the imaging optical system includes a first group 51, a second group 52, and an aperture stop S.
Both the first group 51 and the second group 52 have positive power.

図1(a)においては、照明光学系3から射出する照射光は平行光束である。
また、動的被検面Obは第1群51の物体側焦点面に合致している。
In FIG. 1A, the irradiation light emitted from the illumination optical system 3 is a parallel light flux.
The dynamic test surface Ob matches the object side focal plane of the first group 51.

照射光により動的被検面Obを照明すると、動的被検面Obからの検出光は、第1群5
1により第2群52の物体側焦点位置に集光する。
When the dynamic test surface Ob is illuminated by the irradiation light, the detection light from the dynamic test surface Ob is the first group 5
1 converges on the object side focal position of the second group 52.

そして、発散光となって第2群52を透過して平行光束となる。   Then, it becomes divergent light and passes through the second group 52 to become a parallel light flux.

即ち、図1(a)の実施の形態では、光源1とカップリングレンズ2を有する照明光学
系3によるコヒーレント光を照射光として、動的被検面Obを所定の位置で照明する。
That is, in the embodiment shown in FIG. 1A, the dynamic test surface Ob is illuminated at a predetermined position using coherent light from the illumination optical system 3 having the light source 1 and the coupling lens 2 as irradiation light.

「所定の位置」は、設計上は、撮像光学系により「撮像素子7の受光面7Aの共役とな
る位置」である。
The “predetermined position” is, by design, “a position that is conjugate with the light receiving surface 7A of the image sensor 7” by the imaging optical system.

そして動的被検面Obによる反射光を検出光として、撮像光学系を介して撮像素子7に
導光し、受光面7Aに結像させる。
Then, the reflected light from the dynamic test surface Ob is guided as detection light to the image sensor 7 through the imaging optical system, and imaged on the light receiving surface 7A.

照明光学系3は、レーザ光源1からのコヒーレントな光を、カップリングレンズ2によ
り平行光束化する。
The illumination optical system 3 converts the coherent light from the laser light source 1 into a parallel beam by the coupling lens 2.

撮像光学系は、動的被検面Ob側から順に、正のパワーの第1群51、開口絞りS、正
のパワーの第2群52によって構成されている。
The imaging optical system includes a first group 51 having a positive power, an aperture stop S, and a second group 52 having a positive power in order from the dynamic test surface Ob side.

そして、開口絞りSは、第1群51の像側焦点面で、且つ、第2群52の物体側焦点面
である位置に設けられたものである。
The aperture stop S is provided at a position that is the image side focal plane of the first group 51 and the object side focal plane of the second group 52.

撮像素子7の受光面7Aは、動的被検面Obの「撮像光学系によるガウス面GM」に合
致させられている。
The light receiving surface 7A of the image sensor 7 is matched with the “Gaussian surface GM by the imaging optical system” of the dynamic test surface Ob.

即ち、図1(a)に実施の形態を示す変位測定装置は、レーザ光源1とカップリングレ
ンズ2を有する照明光学系3によるコヒーレント光を照射光とする。
That is, the displacement measuring apparatus shown in FIG. 1A uses coherent light from an illumination optical system 3 having a laser light source 1 and a coupling lens 2 as irradiation light.

そして、この照射光により動的被検面Obを所定の位置で照明し、動的被検面Obによ
る検出光を、撮像光学系を介して撮像素子に導光する。
Then, the dynamic test surface Ob is illuminated at a predetermined position by the irradiation light, and the detection light from the dynamic test surface Ob is guided to the image sensor via the imaging optical system.

所定のフレームレートで動的被検面Obによるスペックルパターンを取得し、所定の時
間間隔で取得したスペックルパターン相互の相互相関演算を行う。
A speckle pattern by the dynamic test surface Ob is acquired at a predetermined frame rate, and a cross-correlation operation between the speckle patterns acquired at a predetermined time interval is performed.

演算結果に基づき、動的被検面Obの移動距離(検出長)および移動速度:V1を測定
する。
Based on the calculation result, the moving distance (detection length) and moving speed: V1 of the dynamic test surface Ob are measured.

「撮像光学系」は、動的被検面Ob側から順に、正のパワーの第1群51、開口絞りS
、正のパワーの第2群52によって構成されている。
The “imaging optical system” includes, in order from the dynamic test surface Ob side, the first group 51 having a positive power and the aperture stop S.
The second group 52 of positive power is constituted.

そして、開口絞りSは、第1群51の像側焦点面で、且つ、第2群52の物体側焦点面
である位置に設けられている。
The aperture stop S is provided at a position that is the image side focal plane of the first group 51 and the object side focal plane of the second group 52.

撮像素子7の受光面7Aは、動的被検面Obの「撮像光学系によるガウス面GM」に合
致させられている。
The light receiving surface 7A of the image sensor 7 is matched with the “Gaussian surface GM by the imaging optical system” of the dynamic test surface Ob.

勿論、受光面7Aとガウス面GMの合致は「設計上」の話であり、実際には、製造等の
各種公差により厳密な合致とはならないが、両者の乖離量は高々100μm程度である。
Of course, the coincidence between the light-receiving surface 7A and the Gaussian surface GM is a “design” story, and in reality, it is not a precise coincidence due to various tolerances such as manufacturing, but the divergence amount between them is at most about 100 μm.

即ち、図1(a)の実施の形態でも「D」の値は実質的に0とすることができる。   That is, the value of “D” can be substantially 0 even in the embodiment of FIG.

図1(a)において「点線」が結像の結像光線を示している。   In FIG. 1A, a “dotted line” indicates an imaging light ray for imaging.

光源1からのレーザ光は、カップリングレンズ2と撮像光学系とにより結像するが、こ
の場合の結像光は撮像光学系の第2群52から「光軸に平行」に射出する。
The laser light from the light source 1 forms an image by the coupling lens 2 and the imaging optical system. In this case, the imaging light is emitted from the second group 52 of the imaging optical system “parallel to the optical axis”.

このため、結像面であるボイリング面BMの位置は、設計上は無限遠である。従って、
「Db」の値は無限大となる。
For this reason, the position of the boiling surface BM, which is the image formation plane, is infinitely designed. Therefore,
The value of “Db” is infinite.

「Db」の値は、極めて大きく、「D」の値は、製造誤差等を考慮しても前述の如く、
高々100μm程度以下である。
The value of “Db” is extremely large, and the value of “D” is as described above even when manufacturing errors are taken into consideration.
It is at most about 100 μm or less.

すなわち、「D/Db」は実質的に0である。   That is, “D / Db” is substantially zero.

従って、検出長の変動要因は結像倍率:Mの変動のみとなる。
即ち、検出長に影響する「光源、カップリングレンズ、撮像光学系、撮像素子」の4部
分のうち「撮像光学系に対する測定環境温度の変動の影響」のみを考慮すればよい。
Therefore, the variation factor of the detection length is only the variation of the imaging magnification: M.
That is, it is only necessary to consider “the influence of fluctuations in the measurement environment temperature on the imaging optical system” among the four parts of “light source, coupling lens, imaging optical system, imaging device” that affect the detection length.

即ち、「測定環境温度」としては、撮像光学系を含む、撮像光学系近傍の温度を考慮す
れば良い。
That is, as the “measurement environment temperature”, a temperature in the vicinity of the imaging optical system including the imaging optical system may be considered.

光源、カップリングレンズ、撮像光学系、撮像素子の4部分のうち、撮像光学系による
検出長誤差のみを問題とすればよいから、変位測定装置の設計が極めて簡単化される。
Of the four parts of the light source, the coupling lens, the imaging optical system, and the imaging device, only the detection length error due to the imaging optical system needs to be taken into account, so that the design of the displacement measuring apparatus is greatly simplified.

「D/Db=0」と看做せるなら、スペックルパターンの移動速度:V2が相互相関演
算で求まれば、動的被検面Obの移動速度:V1は「―V2/M」として求まる。
If it can be considered that “D / Db = 0”, if the moving speed of speckle pattern: V2 is obtained by cross-correlation calculation, the moving speed of dynamic test surface Ob: V1 is obtained as “−V2 / M”. .

検出長である移動距離は、移動速度:V1に「時間による積分」の演算を行って得るこ
とができる。
The movement distance, which is the detection length, can be obtained by calculating “integration over time” on the movement speed: V1.

図1(a)の撮像光学系は「物体側・像側ともにテレセントリック」で、動的被検面O
bや受光面7Aの「デフォーカスによる結像倍率:Mの変動」が小さい。
The imaging optical system in FIG. 1A is “telecentric on both the object side and the image side”, and the dynamic test surface O
b and the “imaging magnification due to defocus: variation in M” of the light receiving surface 7A are small.

従って、検出長の測定に対するデフォーカスの影響も小さい。   Accordingly, the influence of defocus on the detection length measurement is small.

前述の如く、間隔:Dの値は、設計上は0であり、実機の寸法公差を含めてもたかだか
100μmより小さい値にできる。
As described above, the value of the distance: D is 0 in design, and can be set to a value smaller than 100 μm even if the dimensional tolerance of the actual machine is included.

また、照明光学系3における光源1とカップリングレンズ2の位置関係が、部品公差レ
ベルで変動しても、距離:Dbの変動は数m〜数100mのオーダーにできる。
Even if the positional relationship between the light source 1 and the coupling lens 2 in the illumination optical system 3 fluctuates at the component tolerance level, the variation of the distance: Db can be on the order of several meters to several hundred meters.

仮に、D=100μm、Db=10mとしても、D/Dbは1/100000であり、
検出長誤差に及ぼす影響はパーセンテージ換算で0.001%以下と低い。
Even if D = 100 μm and Db = 10 m, D / Db is 1/100000,
The influence on the detection length error is as low as 0.001% or less in terms of percentage.

従って、照明光学系3における「光源1とカップリングレンズ2の位置関係の変動」に
よる照明光の光束形態の変動の影響を抑制し「検出長」の変動を抑制できる。
Accordingly, it is possible to suppress the influence of the fluctuation of the luminous flux form of the illumination light due to “the fluctuation of the positional relationship between the light source 1 and the coupling lens 2” in the illumination optical system 3 and to suppress the fluctuation of the “detection length”.

この発明の変位測定装置では、撮像光学系に「物体側空間と像側空間の双方」のテレセ
ントリック性が与えられている。
In the displacement measuring apparatus according to the present invention, the imaging optical system is provided with “both object side space and image side space” telecentricity.

このため、動的被検面Obが撮像光学系の光軸方向にデフォーカスしても、撮像光学系
の結像倍率:Mの変動は殆ど生じない。
For this reason, even if the dynamic test surface Ob is defocused in the optical axis direction of the imaging optical system, the imaging magnification: M of the imaging optical system hardly varies.

同様に、撮像素子7が撮像光学系の光軸方向にデフォーカスしても、撮像倍率:Mの変
動は殆ど生じない。
Similarly, even when the image pickup device 7 is defocused in the optical axis direction of the image pickup optical system, the change in the image pickup magnification: M hardly occurs.

これらの効果が相乗的に得られるため、図5に即して説明した「1群構成の撮像光学系
を用いる場合」よりもさらに「検出長の変動」を小さくできる。
Since these effects can be obtained synergistically, the “variation in detection length” can be further reduced as compared to “when using an imaging optical system having a one-group configuration” described with reference to FIG.

図2は、変位測定装置の実施の1形態を説明するための図である。   FIG. 2 is a diagram for explaining one embodiment of the displacement measuring apparatus.

図2において、符号0は移動体、符号1はレーザ光源、符号2はカップリングレンズ、
符号L51、L52はレンズ、符号6は鏡筒を示す。
In FIG. 2, reference numeral 0 is a moving body, reference numeral 1 is a laser light source, reference numeral 2 is a coupling lens,
Reference numerals L51 and L52 denote lenses, and reference numeral 6 denotes a lens barrel.

レンズL51は前述の第1群51を、レンズL52は第2群52をそれぞれ構成する。   The lens L51 constitutes the first group 51, and the lens L52 constitutes the second group 52.

また、符号7は撮像素子、符号71は撮像素子7のカバーガラス、符号7Aは撮像素子
7の受光面を示す。
Reference numeral 7 denotes an image sensor, reference numeral 71 denotes a cover glass of the image sensor 7, and reference numeral 7 </ b> A denotes a light receiving surface of the image sensor 7.

さらに、符号81、82はハウジング、符号83は底板、符号9は演算部、符号10は
光源駆動部を示す。
Further, reference numerals 81 and 82 denote housings, reference numeral 83 denotes a bottom plate, reference numeral 9 denotes a calculation unit, and reference numeral 10 denotes a light source driving unit.

レーザ光源1(単に光源1とも言う。)は半導体レーザ(以下、LDとも言う。)であり、発散性のレーザ光(コヒーレント光である。)を放射する。   A laser light source 1 (also simply referred to as a light source 1) is a semiconductor laser (hereinafter also referred to as an LD), and emits a divergent laser beam (which is coherent light).

放射された発散性のレーザ光は、カップリングレンズ2により発散性を弱められる。   The emitted divergent laser light is weakened by the coupling lens 2.

この実施の形態では、発散性のレーザ光は、設計上はカップリングレンズ2により平行
光束に変換されて照射光となる。
カップリングレンズ2と光源1とは「照明光学系3の要部」を構成する。即ち、照明光
学系は光源1とカップリングレンズ2とを有する。
In this embodiment, the divergent laser light is converted into a parallel light beam by the coupling lens 2 by design, and becomes irradiation light.
The coupling lens 2 and the light source 1 constitute “an essential part of the illumination optical system 3”. That is, the illumination optical system has a light source 1 and a coupling lens 2.

照射光は、図2に示すように、移動体0の表面を照明する。   The irradiation light illuminates the surface of the moving body 0 as shown in FIG.

移動体0は、例えば前述した「中間転写ベルト」であり、矢印方向へ所定の速度:V1
で移動するようになっている。
The moving body 0 is, for example, the “intermediate transfer belt” described above, and has a predetermined speed V1 in the direction of the arrow.
It is supposed to move in.

移動体0の「照射光で照明される面」が動的被検面Obであり、その移動量が前記「検
出長」である。
The “surface illuminated by the irradiation light” of the moving body 0 is the dynamic test surface Ob, and the amount of movement is the “detection length”.

説明中の例では、照明光学系3による動的被検面の照明態様は、上記の如く「平行光束
による照明」である。
In the example in the description, the illumination aspect of the dynamic test surface by the illumination optical system 3 is “illumination with a parallel light beam” as described above.

レンズL51、L52は開口絞りSとともに「撮像光学系」を構成し、鏡筒6に組み付
けられている。
The lenses L51 and L52 together with the aperture stop S constitute an “imaging optical system” and are assembled to the lens barrel 6.

鏡筒6は、ハウジング81、82により保持されて、照明光学系3をなす光源1、カッ
プリングレンズ2と共に一体化されている。
The lens barrel 6 is held by housings 81 and 82 and is integrated with the light source 1 and the coupling lens 2 forming the illumination optical system 3.

鏡筒6の、図で下方の端部の位置には、撮像素子7が固定的に設けられている。   An imaging element 7 is fixedly provided at the position of the lower end of the lens barrel 6 in the drawing.

ハウジング81、82に保持された状態において、照明光学系3、撮像光学系であるレ
ンズL51、L52、開口絞りS、撮像素子7は所定の位置関係となる。
The illumination optical system 3, the lenses L51 and L52, which are the imaging optical system, the aperture stop S, and the imaging element 7 are in a predetermined positional relationship while being held in the housings 81 and 82.

底板83は、ハウジング81、82と一体化され、その外側の面に演算部9と光源駆動
部10を取り付けられている。
底板83としては「PCB基板」を好適に用いることができる。
The bottom plate 83 is integrated with the housings 81 and 82, and the arithmetic unit 9 and the light source driving unit 10 are attached to the outer surface thereof.
As the bottom plate 83, a “PCB substrate” can be preferably used.

このように、ハウジング81、82により、照明光学系3、撮像光学系、撮像素子7の
位置関係が定められ、底板83と一体化されて変位測定装置がパッケージ化される。
Thus, the housings 81 and 82 define the positional relationship between the illumination optical system 3, the imaging optical system, and the imaging element 7, and are integrated with the bottom plate 83 to package the displacement measuring device.

なお、パッケージ化された変位測定装置と動的被検面Obとの距離は「スペーサ」等に
より所定の大きさに管理されている。
The distance between the packaged displacement measuring device and the dynamic test surface Ob is controlled to a predetermined size by a “spacer” or the like.

演算部9は、撮像素子7の出力に基づき、所定の演算、即ち、周知の「相互相関演算」
を行い、前記検出長を演算により算出する。
The calculation unit 9 performs a predetermined calculation based on the output of the image sensor 7, that is, a well-known “cross-correlation calculation”.
And the detection length is calculated by calculation.

演算部9としては、プログラム内容を適宜に書き換えることができる「FPGA」を用
いることが好ましく、説明中の実施の形態においてもFPGAが想定されている。
As the arithmetic unit 9, it is preferable to use “FPGA” that can appropriately rewrite the program contents, and FPGA is also assumed in the embodiment being described.

光源駆動部10としては光源1であるLDを駆動する「LD駆動用ドライバIC」を用
いることができる。なお、光源駆動部10による駆動も演算部9により制御される。
As the light source driving unit 10, a “LD driving driver IC” that drives the LD that is the light source 1 can be used. The driving by the light source driving unit 10 is also controlled by the calculation unit 9.

図2において、光源1は、電気的に接続された光源駆動部10により駆動点滅されるよ
うになっている。変位測定は以下のように行なわれる。
In FIG. 2, the light source 1 is driven and blinked by a light source driving unit 10 that is electrically connected. The displacement measurement is performed as follows.

光源1を点灯させて照明光学系3から照射光を射出させ、動的被検面Obを所定の位置
で照明する。
The light source 1 is turned on to emit irradiation light from the illumination optical system 3, and the dynamic test surface Ob is illuminated at a predetermined position.

「所定の位置」は、前述の如く、撮像光学系により「撮像素子7の受光面7Aの共役と
なる位置」である。
As described above, the “predetermined position” is a “position that is conjugate with the light receiving surface 7A of the image sensor 7” by the imaging optical system.

そして、動的被検面Obによる反射光を検出光として、レンズL51、L52、開口絞
りSによる撮像光学系により撮像素子7の受光面7Aに導光して結像させる。
Then, the reflected light from the dynamic test surface Ob is detected as light and guided to the light receiving surface 7A of the image sensor 7 by the imaging optical system using the lenses L51 and L52 and the aperture stop S to form an image.

この結像により、動的被検面Obによるスペックルパターンが受光面7Aに結像し、動
的被検面Obの移動速度:V1に応じた移動速度:V2で移動する。
By this imaging, a speckle pattern formed by the dynamic test surface Ob is imaged on the light receiving surface 7A, and the dynamic test surface Ob moves at a moving speed V2 corresponding to the moving speed V1.

撮像素子7は「所定のフレームレート」で、動的被検面Obによるスペックルパターン
を取得する。
The image sensor 7 acquires a speckle pattern by the dynamic test surface Ob at a “predetermined frame rate”.

「所定のフレームレート」は、例えば、数10ないし数1000の範囲で、適宜に選択
できる。
The “predetermined frame rate” can be appropriately selected within a range of several tens to several thousand, for example.

そして、所定の時間間隔(1/フレームレート)で取得したスペックルパターン相互の
相互相関演算を演算部9において行う。
この演算結果に基づき、動的被検面Obの移動速度:V1を測定する。
Then, the calculation unit 9 performs a cross-correlation calculation between speckle patterns acquired at a predetermined time interval (1 / frame rate).
Based on this calculation result, the moving speed Ob of the dynamic test surface Ob is measured.

実際には、スペックルパターンの移動速度:V2が決定され、この移動速度に基づき、
動的平面面Obの移動速度:V1が決定される。
Actually, the movement speed: V2 of the speckle pattern is determined, and based on this movement speed,
The moving speed V1 of the dynamic plane surface Ob is determined.

このように決定された移動速度:V1を時間積分することにより、移動距離である「検
出長」を得ることができる。
The “detection length” that is the movement distance can be obtained by time integration of the movement speed V1 determined in this way.

上記「相互相関演算」は、例えば、非特許文献1等により既に良く知られている演算で
ある。この演算による「相関ピーク」の移動量をもとに検出長を算出できる。
The “cross-correlation calculation” is a calculation that is already well known by Non-Patent Document 1, for example. The detection length can be calculated based on the movement amount of the “correlation peak” by this calculation.

相互相関演算としては、1例として、次のものが良く知られている。   As an example of the cross-correlation calculation, the following is well known.

即ち、所定のフレームレートで撮像された2つのスペックルパターンを「f1」および
「f2」とする。
That is, two speckle patterns imaged at a predetermined frame rate are “f1” and “f2”.

スペックルパターン:f1、f2に対するフーリエ変換演算をF[f1]とF[f2]
で表し、相互相関演算を「★」で表す。
Speckle pattern: F [f1] and F [f2] are Fourier transform operations for f1 and f2.
And the cross-correlation calculation is represented by “★”.

このとき、スペックルパターン:f1、f2の相互相関演算は、以下の演算式で与えら
れる。
At this time, the cross-correlation calculation of the speckle patterns: f1 and f2 is given by the following calculation expression.

f1★f2=F−1[F[f1]・F[f2]
「*」は複素共役を表す。
f1 * f2 * = F− 1 [F [f1] · F [f2] * ]
“*” Represents a complex conjugate.

図2に示す変位測定装置は、演算部9や光源駆動部10を同一の底板83に実装し、ハ
ウジング81、82と一体化して小型化を実現している。
In the displacement measuring apparatus shown in FIG. 2, the arithmetic unit 9 and the light source driving unit 10 are mounted on the same bottom plate 83 and integrated with the housings 81 and 82 to realize miniaturization.

このように小型化された変位測定装置は、その構成要素として複数の発熱部を含む。   Thus, the miniaturized displacement measuring apparatus includes a plurality of heat generating parts as its constituent elements.

即ち、撮像素子7やLD駆動用ドライバIC(光源駆動部10)や、FPGA(演算部
9)、LD(光源1)等での発熱が「測定環境温度」の上昇の原因として考えられる。
In other words, heat generated by the image sensor 7, the LD driving driver IC (light source driving unit 10), the FPGA (calculating unit 9), the LD (light source 1), and the like can be considered as the cause of the rise of the “measurement environment temperature”.

しかし前述のように、距離:Dbと間隔:Dが、条件(1)即ち「D/Db≒0」を満
足すれば、測定環境温度の変化の影響は、撮像光学系の結像倍率:Mの変動のみである。
However, as described above, if the distance: Db and the interval: D satisfy the condition (1), that is, “D / Db≈0”, the influence of the change in the measurement environment temperature is the imaging magnification of the imaging optical system: M It is only the fluctuation of.

距離:Db、間隔:Dが、条件(1)を満足するようにすることは「照明光学系が、撮
像光学系を介して動的被検面を照明する照明態様」の設定により可能である。
The distance: Db and the interval: D can satisfy the condition (1) by setting “illumination mode in which the illumination optical system illuminates the dynamic test surface via the imaging optical system”. .

そして、例えば、上に説明した実施の形態にように、距離:Dbと間隔:Dが「測定環
境温度の変動」に拘わらず、条件(1)を満足するようにすることもできる。
For example, as in the embodiment described above, the distance (Db) and the interval (D) can satisfy the condition (1) regardless of the “change in the measurement environment temperature”.

従って、撮像光学系の結像倍率:Mの「測定環境温度の変化による変動量」を小さくす
ることにより、測定環境温度の変動による変位測定の精度の変動も小さくできる。
Therefore, by reducing the “variation amount due to the change in the measurement environment temperature” of the imaging magnification: M of the image pickup optical system, the variation in the accuracy of the displacement measurement due to the change in the measurement environment temperature can be reduced.

撮像光学系の結像倍率:Mが「温度変化に対して鈍感(変化し難い)となる」ように、
撮像光学系を構成することは可能である。
Imaging magnification of the imaging optical system: M is “insensitive to temperature change (not easily changed)”
It is possible to configure an imaging optical system.

例えば、第1群51、第2群52を構成するレンズL51、L52を「屈折率の温度に
よる変動」や「体積の温度による変動」が小さい硝材で構成する。
For example, the lenses L51 and L52 constituting the first group 51 and the second group 52 are made of a glass material having a small “refractive index temperature variation” and “volume temperature variation”.

そして、鏡筒6も、体積膨張係数が十分に小さい材料で形成する。   The lens barrel 6 is also formed of a material having a sufficiently small volume expansion coefficient.

このようにすれば、測定環境温度の変動に対し結像倍率:Mの変動量が小さい撮像光学
系を実現できる。
In this way, it is possible to realize an imaging optical system in which the variation amount of the imaging magnification: M is small with respect to the variation of the measurement environment temperature.

しかし、変位測定に高い精度が要求される場合には、このような「結像倍率:Mの変動
量が小さい撮像光学系」でも不十分であることも考えられる。
However, when high accuracy is required for displacement measurement, it is conceivable that such an “imaging optical system with a small variation amount of M: M” is insufficient.

以下に説明する実施の形態では、この点を考慮して「群間隔調整機構」を設ける。   In the embodiment described below, in consideration of this point, a “group interval adjusting mechanism” is provided.

群間隔調整機構は、撮像光学系を構成する第1群と第2群の各焦点距離の、測定環境温
度の変動による変動量に応じて、第1群と第2群の群間隔を調整する。
The group interval adjustment mechanism adjusts the group interval between the first group and the second group in accordance with the amount of variation of the focal lengths of the first group and the second group constituting the imaging optical system due to the variation in the measurement environment temperature. .

第1群と第2群の群間隔調整は、結像倍率:Mの「測定環境温度の変化に伴う変化」が抑制されるように行われる。   The group interval adjustment between the first group and the second group is performed so that the “magnification due to the change in the measurement environment temperature” of the imaging magnification M is suppressed.

撮像光学系の結像倍率は、近軸光線の領域では一定であるが、実際の撮像光学系では、
実像の像高(「実像高」と言う。)により僅かながら変化する。
The imaging magnification of the imaging optical system is constant in the paraxial region, but in the actual imaging optical system,
It varies slightly depending on the height of the real image (referred to as “real image height”).

以下の実施例では、5つの物体高を取り、これら5点の物体高に対する5点の実像高に
おける倍率の平均値が、測定環境温度によりどのように変化するかを調べている。
In the following examples, five object heights are taken, and it is examined how the average value of the magnifications at the five real image heights with respect to these five object heights changes depending on the measurement environment temperature.

以下、実施例を説明する。   Examples will be described below.

図1(b)に示すように、撮像光学系の第1群51を2枚のレンズL1、L2で構成し
、第2群52を2枚のレンズL3、L4で構成した。
As shown in FIG. 1B, the first group 51 of the imaging optical system is composed of two lenses L1 and L2, and the second group 52 is composed of two lenses L3 and L4.

レンズL1、L2を張り合わせて第1群51とし、レンズL3、L4を張り合わせて第
2群52とした。
The lenses L1 and L2 are bonded together to form the first group 51, and the lenses L3 and L4 are bonded together to form the second group 52.

第1群51の物体側のレンズL1は焦点距離:5.991mmとし、硝材はHOYA製
「E−C8」とした。
第1群51の開口絞りS側のレンズL2は焦点距離:−11.838mmとし、硝材は
HOYA製「PCD4」とした。
The lens L1 on the object side of the first group 51 has a focal length of 5.991 mm, and the glass material is “E-C8” manufactured by HOYA.
The lens L2 on the aperture stop S side of the first group 51 has a focal length of −11.838 mm, and the glass material is “PCD4” manufactured by HOYA.

第2群52の開口絞りS側のレンズL3は焦点距離:−9.471mmとし、硝材はH
OYA製「PCD4」とした。
The lens L3 on the aperture stop S side of the second group 52 has a focal length of −9.471 mm, and the glass material is H.
The product was “PCD4” manufactured by OYA.

第2群52の像側のレンズL4は焦点距離:4.793mmとし、硝材はHOYA製「
E−C8」とした。
第1群51の焦点距離:f1は12.5mm、第2群の焦点距離:f2は10.0mm
である。これらは測定環境温度:20℃における値である。
The lens L4 on the image side of the second group 52 has a focal length of 4.793 mm, and the glass material is made by HOYA.
E-C8 ".
Focal length of the first group 51: f1 is 12.5 mm, focal length of the second group: f2 is 10.0 mm
It is. These are values at a measurement environment temperature: 20 ° C.

第1群51の像側焦点位置と第2群52の物体側焦点位置は合致させられ、これら各焦
点の合致位置に、開口絞りSが配置されている。
The image-side focal position of the first group 51 and the object-side focal position of the second group 52 are matched, and an aperture stop S is disposed at the matching position of these focal points.

仮に、この撮像素子を図1(a)のように用い、動的被検面Obを第1群51の物体側
焦点位置に位置させ、受光面7Aをガウス面に合致させれば、結像倍率は0.8である。
If this imaging device is used as shown in FIG. 1A, the dynamic test surface Ob is positioned at the object-side focal position of the first group 51, and the light receiving surface 7A is matched with the Gaussian surface, the image is formed. The magnification is 0.8.

実施例においては、動的被検面Obから受光面7Aに到る距離関係を、図1(b)に示
す如くに定めた。
In the embodiment, the distance relationship from the dynamic test surface Ob to the light receiving surface 7A is determined as shown in FIG.

また、測定環境温度の変化範囲は以下のように定めた。   Moreover, the change range of the measurement environment temperature was determined as follows.

即ち、室温:20℃において、変位測定装置の電流を投入した直後は、熱源による変位
測定装置の温度上昇がほぼゼロであると見做し、撮像光学系の温度も20℃とする。
室温:20℃の環境温度において、電流を投入して、熱源による変位測定装置の温度上
昇が飽和したときの、撮像光学系の温度は85℃であった。
That is, at room temperature: 20 ° C., immediately after the current of the displacement measuring device is input, it is considered that the temperature rise of the displacement measuring device by the heat source is almost zero, and the temperature of the imaging optical system is also 20 ° C.
Room temperature: At an ambient temperature of 20 ° C., the temperature of the imaging optical system was 85 ° C. when an electric current was applied and the temperature rise of the displacement measuring device by the heat source was saturated.

この実施例における撮像光学系の温度(測定環境温度)が、20℃から85℃に変化し
たときの、第1群51、第2群52の各焦点距離の変化は以下のとおりとなった。
Changes in the focal lengths of the first group 51 and the second group 52 when the temperature of the imaging optical system (measurement environment temperature) in this example was changed from 20 ° C. to 85 ° C. were as follows.

即ち、焦点距離:f1の変動量は−2×10−2(μm)、焦点距離:f2の変動量は
−2×10−2(μm)である。
That is, the variation amount of the focal length: f1 is −2 × 10 −2 (μm), and the variation amount of the focal length: f2 is −2 × 10 −2 (μm).

即ち、第1群51、第2群52の各焦点距離の変化量は、極めて小さく、実質上「0」
と看做しうる程度である。
That is, the amount of change in the focal lengths of the first group 51 and the second group 52 is extremely small, and is substantially “0”.
It can be regarded as.

なお、測定環境温度の変化により第1群51、第2群52の焦点距離が変動する原因と
しては「光源1における発光波長が温度により変化する」ことを挙げられる。
Note that the cause that the focal lengths of the first group 51 and the second group 52 fluctuate due to the change of the measurement environment temperature is that “the emission wavelength of the light source 1 changes with temperature”.

説明中の実施例では、測定環境温度の変化領域における光源1の発光波長の変動範囲と
して「波長:649.9nm〜668.532nm」を想定している。
In the example in the description, “wavelength: 649.9 nm to 668.532 nm” is assumed as the variation range of the emission wavelength of the light source 1 in the change region of the measurement environment temperature.

実施例の第1群51、第2群52の「上記範囲の波長変動に対しする焦点距離の変化」
は無視できるほどに小さく、以下ではこれを無視して説明する。
“Change in focal length with respect to wavelength fluctuation in the above range” of the first group 51 and the second group 52 of the embodiment
Is so small that it can be ignored.

上記の如き「極めて微小な焦点距離変化」であっても、僅かながら撮像光学系の倍率が
変化する。
Even with the “very small change in focal length” as described above, the magnification of the imaging optical system slightly changes.

そして、このような僅かな倍率変化が「検出長に与える誤差」が問題となるほどに、高
い測定精度が要求されることもある。
In addition, high measurement accuracy may be required to such an extent that such a slight change in magnification causes an “error given to the detection length”.

発明者らは、測定環境温度の変化に応じて、撮像光学系における第1群51と第2群5
2との群間隔を調整することにより、倍率変化を抑制できることを見出した。
The inventors have changed the first group 51 and the second group 5 in the imaging optical system in accordance with changes in the measurement environment temperature.
It was found that a change in magnification can be suppressed by adjusting the group interval with 2.

即ち、物体高の最大に対応する実像高を1.0と規格化し、他の実像高を像高比:0.
2、0.4、0.6、0.8とし、これらの5点の像高比における倍率の平均を求めた。
That is, the real image height corresponding to the maximum of the object height is normalized to 1.0, and other real image heights are compared with the image height ratio: 0.
The average of the magnifications at the image height ratios at these five points was determined as 2, 0.4, 0.6, and 0.8.

そして、これら像高比における基準温度:20度での倍率と測定環境温度:85℃にお
ける倍率の平均の変化率(%)を求めた。
Then, the reference temperature at these image height ratios: the magnification at 20 degrees and the measurement environment temperature: the average change rate (%) of the magnification at 85 ° C. were obtained.

測定環境温度:85℃において、第1群51と第2群52との群間隔を「設計基準を0
」として0.005mm刻みで変化させた。
At the measurement environment temperature: 85 ° C., the group interval between the first group 51 and the second group 52 is set to “design standard 0”.
”In increments of 0.005 mm.

このとき、群間隔と倍率の変化量(前記平均値の変化量)と、群間隔とは、図3に示す
如く「直線的な関係をもって変化する」ことが見出された。
At this time, it was found that the group interval, the change amount of the magnification (the change amount of the average value), and the group interval “change in a linear relationship” as shown in FIG.

図3において、縦軸の「倍率の変化量」は、基準温度:20度と測定環境温度:85℃
における倍率(前記5つの像高比における倍率の平均値)の変化率(%)である。
In FIG. 3, the “change amount of magnification” on the vertical axis indicates the reference temperature: 20 ° C. and the measurement environment temperature: 85 ° C.
The change rate (%) of the magnification at (the average value of the magnification at the five image height ratios).

図3の横軸は、撮像光学系の第1群51と第2群52の群間隔の変化量である。   The horizontal axis in FIG. 3 represents the amount of change in the group interval between the first group 51 and the second group 52 of the imaging optical system.

縦軸量をy、横軸量をxとすると、図3の直線は、良い近似で、
y=5.5016x−0.1139
と表される。
If the vertical axis amount is y and the horizontal axis amount is x, the straight line in FIG.
y = 5.5016x-0.1139
It is expressed.

図3を見ると、yが0となるxの値は「約+20.71μm」である。   Referring to FIG. 3, the value of x at which y becomes 0 is “about +20.71 μm”.

従って、測定環境温度が85℃になるときに、上記群間隔が20.71μmだけ、設計
値よりも長くなれば、倍率平均の変化量を極めて0に近くできる。
Therefore, when the measurement environment temperature is 85 ° C., if the group interval is longer than the design value by 20.71 μm, the change in the average magnification can be made extremely close to zero.

このとき、変位測定装置の測定環境温度の変動により生じる撮像光学系の「実像高の倍
率平均の変動」を0.01%以下にできることが確認された。
At this time, it was confirmed that the “magnification average fluctuation of the real image height” of the imaging optical system caused by the fluctuation of the measurement environment temperature of the displacement measuring apparatus can be 0.01% or less.

既述の如く、この発明の変位測定装置では、条件(1)のパラメータ:D/Db=0で
あるので「倍率の変化率と検出長の変化率」の絶対値が等しいことになる。
As described above, in the displacement measuring apparatus according to the present invention, since the parameter (1): D / Db = 0, the absolute values of “magnification change rate and detection length change rate” are equal.

従って、検出長の変動を0.01%以下にすることができることになる。   Therefore, the variation in detection length can be made 0.01% or less.

実施例を説明中の変位測定装置は「群間隔調整機構」を有している。   The displacement measuring apparatus in the embodiment has a “group interval adjusting mechanism”.

「群間隔調整機構」は、撮像光学系を構成する第1群51と第2群52の各焦点距離の
、測定環境温度の変動による変動量に応じて、第1、第2群間の群間隔を調整する。
The “group interval adjusting mechanism” is a group between the first and second groups in accordance with the variation amount of the focal lengths of the first group 51 and the second group 52 constituting the imaging optical system due to the variation of the measurement environment temperature. Adjust the interval.

群間隔調整機構による群間隔の調整は、測定環境温度の変動によるスペックルパターン
の複数の実像高における倍率の平均の変動を抑制するように行われる。
The adjustment of the group interval by the group interval adjustment mechanism is performed so as to suppress the average fluctuation of the magnification at a plurality of real image heights of the speckle pattern due to the fluctuation of the measurement environment temperature.

説明中の実施例においては、測定環境温度が20℃から85℃に変化したときに、第1
、第2群の群間隔が上述の+20.71μmだけ増加するように群間隔の調整を行う。
In the embodiment being described, when the measurement environmental temperature changes from 20 ° C. to 85 ° C., the first
The group interval is adjusted so that the group interval of the second group is increased by +20.71 μm.

図4は、群間隔調整機構の実施の1形態を示す。実施例の群間隔調整機構は、以下のよ
うにして上記群間隔の調整を行う。
FIG. 4 shows an embodiment of the group interval adjusting mechanism. The group interval adjusting mechanism of the embodiment adjusts the group interval as follows.

図4に示すのは、撮像光学系を保持する保持機構を示す。   FIG. 4 shows a holding mechanism that holds the imaging optical system.

この保持機構は、鏡筒の組み合わせにより構成されている。   This holding mechanism is configured by a combination of lens barrels.

図4において、符号51、52、Sは、これまでの説明どおり第1群、第2群、開口絞
りを示している。
In FIG. 4, reference numerals 51, 52, and S denote the first group, the second group, and the aperture stop as described above.

第1群51、第2群52は図示の簡単のため、それぞれ1枚のレンズとして描いている
が、説明中の実施例では上記のように何れも2枚のレンズを張り合わせた構成である。
Each of the first group 51 and the second group 52 is depicted as a single lens for the sake of simplicity of illustration, but in the embodiment being described, each has a configuration in which two lenses are bonded together as described above.

測定環境温度が基準温度:20℃のとき、第1群51の焦点距離:f1は12.5mm
、第2群の焦点距離:f2は10.0mmである。
When the measurement ambient temperature is 20 ° C., the focal length of the first group 51: f1 is 12.5 mm.
The focal length of the second group: f2 is 10.0 mm.

測定環境温度が基準温度のときの、動的被検面Ob、受光素子の受光面7Aと、第1群
51、第2群52、開口絞りSの位置関係は図1(b)に示す通りである。
The positional relationship among the dynamic test surface Ob, the light receiving surface 7A of the light receiving element, the first group 51, the second group 52, and the aperture stop S when the measurement environment temperature is the reference temperature is as shown in FIG. It is.

第1群51、第2群52の焦点距離は、測定環境温度が85℃になると、上記の如く、
それぞれ−2×10−2μmだけ変化する。
The focal lengths of the first group 51 and the second group 52 are as follows when the measurement environmental temperature is 85 ° C.
Each changes by −2 × 10 −2 μm.

図4において、符号61は第1鏡筒、符号62は第2鏡筒、符号63は第3鏡筒を示し
ている。
In FIG. 4, reference numeral 61 denotes a first lens barrel, reference numeral 62 denotes a second lens barrel, and reference numeral 63 denotes a third lens barrel.

第1鏡筒61は第1群51を保持し、第2鏡筒62は第2群52を保持している。第3
鏡筒63は、第1鏡筒61と第2鏡筒62との間に設けられている。
The first lens barrel 61 holds the first group 51, and the second lens barrel 62 holds the second group 52. Third
The lens barrel 63 is provided between the first lens barrel 61 and the second lens barrel 62.

第1鏡筒61は、図2に示すハウジング81、82により保持されている。
第1鏡筒61は、ハウジング81、82に対して摺り動きできるが、軸方向の「第1群
51を保持する位置FXの部分」で、ハウジング81、82に固定されている。
The first lens barrel 61 is held by housings 81 and 82 shown in FIG.
The first lens barrel 61 can slide relative to the housings 81 and 82, but is fixed to the housings 81 and 82 in the “direction of the position FX holding the first group 51” in the axial direction.

従って、第1鏡筒61は、測定環境温度の変化により熱的に伸縮し、ハウジング81、
82に対し軸方向に摺り動くが、第1群51は変位しない。
開放絞りSも第1鏡筒61に固定的に保持されている。
Accordingly, the first lens barrel 61 is thermally expanded and contracted by a change in the measurement environment temperature, and the housing 81,
Although it slides in the axial direction with respect to 82, the first group 51 is not displaced.
The open aperture stop S is also fixedly held by the first lens barrel 61.

第3鏡筒63は、第1鏡筒61の内周に嵌め合わされている。
第2鏡筒62は、第3鏡筒63の内周に嵌め合わされている。第2鏡筒62は、第3鏡
筒63に対して摺り動くことができる。
The third lens barrel 63 is fitted on the inner periphery of the first lens barrel 61.
The second lens barrel 62 is fitted on the inner periphery of the third lens barrel 63. The second lens barrel 62 can slide with respect to the third lens barrel 63.

しかし、第2鏡筒62の図で上端部は、第3鏡筒63の上端部に固定されている。   However, the upper end portion of the second barrel 62 is fixed to the upper end portion of the third barrel 63.

第1鏡筒61と第3鏡筒63は共に、図における下端部を、撮像素子7に固定されてい
る。
In both the first lens barrel 61 and the third lens barrel 63, the lower end portion in the figure is fixed to the image sensor 7.

図4に示す如く、第1鏡筒61、第3鏡筒63と撮像素子7の当接部を基準として、距
離:Z1、Z2、Z3設定する。
距離:Z1は上記当接部から第1群51までの距離、距離:Z2は第3鏡筒63の上端
部から第2群52までの距離である。
As shown in FIG. 4, the distances Z1, Z2, and Z3 are set with reference to the contact portions of the first lens barrel 61, the third lens barrel 63, and the image sensor 7.
A distance: Z1 is a distance from the contact portion to the first group 51, and a distance: Z2 is a distance from the upper end of the third lens barrel 63 to the second group 52.

距離:Z3は上記当接部から第3鏡筒63の上端部までの距離である。   Distance: Z3 is a distance from the contact portion to the upper end portion of the third barrel 63.

第1鏡筒61、第2鏡筒62、第3鏡筒63を構成する各材料の線膨張係数をそれぞれ
、α1、α2、α3とする。
The linear expansion coefficients of the respective materials constituting the first lens barrel 61, the second lens barrel 62, and the third lens barrel 63 are α1, α2, and α3, respectively.

すると、測定環境温度が20℃から85℃に昇温すると、距離:Z1、Z2、Z3の線
膨張量は、65・α1・Z1、65・α2・Z2、65・α3・Z3となる。
Then, when the measurement environment temperature is raised from 20 ° C. to 85 ° C., the linear expansion amounts of the distances Z1, Z2, and Z3 are 65 · α1 · Z1, 65 · α2 · Z2, 65 · α3 · Z3.

基準の測定環境温度:20℃において、第1群51と第2群52の群間隔は、
Z1−(Z3−Z2)=Z1+Z2−Z3
である。
Reference measurement environment temperature: At 20 ° C., the group interval between the first group 51 and the second group 52 is
Z1- (Z3-Z2) = Z1 + Z2-Z3
It is.

従って、測定環境温度が85℃であるときの、群間隔は、
Z1(1+65・α1)+Z2(1+65・α2)−Z3(1+65・α3)
である。
Therefore, when the measurement environment temperature is 85 ° C., the group interval is
Z1 (1 + 65 · α1) + Z2 (1 + 65 · α2) −Z3 (1 + 65 · α3)
It is.

従って、群間隔の変化量:ΔLは
ΔL=65(α1・Z1+α2・Z2−α3・Z3)
となる。
Therefore, the change in group spacing: ΔL is
ΔL = 65 (α1 · Z1 + α2 · Z2−α3 · Z3)
It becomes.

65・α1・Z1=ΔZ1、65・α2・Z2=ΔZ2、65・α3・Z3=ΔZ3と
すると、
ΔL=ΔZ1+ΔZ2−ΔZ3
である。
65 · α1 · Z1 = ΔZ1, 65 · α2 · Z2 = ΔZ2, 65 · α3 · Z3 = ΔZ3,
ΔL = ΔZ1 + ΔZ2−ΔZ3
It is.

説明中の実施例においては、この変化量:ΔLが+20.71μmとなるようにした。   In the example being described, this change amount: ΔL was set to +20.71 μm.

即ち、第1鏡筒61と第3鏡筒63とを共に「SUS430」で形成し、第2鏡筒62
を「ポリアミドイミド」により形成した。
That is, the first lens barrel 61 and the third lens barrel 63 are both formed of “SUS430”, and the second lens barrel 62 is formed.
Was formed from “polyamideimide”.

これらの材料の線膨張係数(単位:1/K Kはケルビン温度)は、SUS430につ
いて「1.04×10−5」、ポリアミドイミドについて「3.8×10−5」である。
The linear expansion coefficient (unit: 1 / K K is Kelvin temperature) of these materials is “1.04 × 10 −5 ” for SUS430 and “3.8 × 10 −5 ” for polyamideimide.

即ち、α1=α3=1.04×10−5(1/K)、α2=3.8×10−5(1/K)であ
る。
That is, α1 = α3 = 1.04 × 10 −5 (1 / K) and α2 = 3.8 × 10 −5 (1 / K).

これを踏まえて、距離:Z1〜Z3を以下のように設定した。   Based on this, the distances: Z1 to Z3 were set as follows.

Z1=27.060mm、Z2=0.419mm、Z3=21.78mm
これにより、20℃から85℃への測定環境温度の変化に対し、ΔZ1=18.29μ
m、ΔZ2=7.805μm、ΔZ3=5.381μmが得られた。
Z1 = 27.060mm, Z2 = 0.419mm, Z3 = 21.78mm
As a result, ΔZ1 = 18.29 μm with respect to the change in the measurement environment temperature from 20 ° C. to 85 ° C.
m, ΔZ2 = 7.805 μm, and ΔZ3 = 5.381 μm were obtained.

即ち、ΔZ1+ΔZ2−ΔZ3=+20.71μm
を実現することができた。
That is, ΔZ1 + ΔZ2−ΔZ3 = + 20.71 μm
Was able to be realized.

その結果、前記「5つの実像高における倍率の平均の変動率」を「−1.54×10
(%)」に最小化することができた。
As a result, the “average rate of change in magnification at the five real image heights” is set to “−1.54 × 10
6 (%) ”.

既に説明したように、実施例において「D/Db=0」が満足されているので、倍率:
Mの変化率と検出長の変化率は等しい。
As already explained, since “D / Db = 0” is satisfied in the embodiment, the magnification is:
The change rate of M is equal to the change rate of the detection length.

従って、検出長の変動を−1.54×10−6(%)にすることができた。
これは、実質的に「検出長の変動をゼロにできた」と見ることができる。
Therefore, the variation of the detection length could be −1.54 × 10 −6 (%).
This can be regarded as substantially “the variation in the detection length was zero”.

実施例の変位測定装置を実際に製造する場合「製造可能な鏡筒部品とレンズ部品の寸法
公差による検出長の誤差」は上記の設計中央値よりは大きい。
When the displacement measuring apparatus of the embodiment is actually manufactured, the “detection length error due to the dimensional tolerance between the manufacturable lens barrel part and the lens part” is larger than the above-mentioned design median value.

しかし、この寸法誤差による検出長の誤差は「+0.008%〜−0.005%程度」
であり、製造可能な公差レベルでの実機性能においても優れているといえる。
寸法公差は10μm、レンズ部品の「ニュートン本数」は3本以下、硝材のグレードは
「2級」で見積もっているので、十分に製造可能な公差となっている。
However, the detection length error due to this dimensional error is "about + 0.008% to -0.005%"
Therefore, it can be said that the actual machine performance at a manufacturable tolerance level is also excellent.
Since the dimensional tolerance is 10 μm, the “Newton number” of lens parts is 3 or less, and the grade of glass material is “Class 2”, it is a sufficiently manufacturable tolerance.

上に実施の形態を説明した変位測定装置は、レーザ光源1とカップリングレンズ2を有
する照明光学系3によるコヒーレント光を照射光とする。
The displacement measuring apparatus described in the above embodiment uses coherent light from the illumination optical system 3 having the laser light source 1 and the coupling lens 2 as irradiation light.

そして、この照明光により、動的被検面Obを所定の位置で照明し、動的被検面Obに
よる検出光を、撮像光学系を介して撮像素子7に導光する。
The illumination light illuminates the dynamic test surface Ob at a predetermined position, and guides the detection light from the dynamic test surface Ob to the image sensor 7 via the imaging optical system.

撮像素子7により、所定のフレームレートで動的被検面Obによるスペックルパターン
を取得し、所定の時間間隔で取得したスペックルパターン相互の相互相関演算を行う。
The image sensor 7 acquires a speckle pattern by the dynamic test surface Ob at a predetermined frame rate, and performs a cross-correlation calculation between the speckle patterns acquired at a predetermined time interval.

その演算結果に基づき、動的被検面Obの、移動距離および移動速度の少なくとも一方
を測定する。
Based on the calculation result, at least one of the moving distance and the moving speed of the dynamic test surface Ob is measured.

撮像光学系は、動的被検面Ob側から順に、正のパワーの第1群51、開口絞りS、正
のパワーの第2群52によって構成される。
The imaging optical system includes a first group 51 having a positive power, an aperture stop S, and a second group 52 having a positive power in order from the dynamic test surface Ob side.

開口絞りSは、第1群51の像側焦点面で、且つ、第2群52の物体側焦点面である位
置に設けられる。
The aperture stop S is provided at a position that is the image-side focal plane of the first group 51 and the object-side focal plane of the second group 52.

撮像素子7の受光面7Aが、動的被検面Obの撮像光学系によるガウス面GMに合致さ
せられる。
The light receiving surface 7A of the image sensor 7 is matched with the Gaussian surface GM by the imaging optical system of the dynamic test surface Ob.

動的被検面Obのボイリング面BMと、動的被検面の撮像光学系によるガウス面GMと
の距離:Db、ガウス面GMと撮像素子の受光面7Aとの間隔:Dは、条件(1)を満足
するように「撮像光学系を介しての動的被検面の照明態様」が定められている。
The distance between the boiling surface BM of the dynamic test surface Ob and the Gaussian surface GM of the dynamic test surface by the imaging optical system: Db, the distance between the Gaussian surface GM and the light receiving surface 7A of the image sensor: D is a condition ( The “illumination mode of the dynamic test surface through the imaging optical system” is defined so as to satisfy 1).

また、上に説明した変位測定装置の実施例では、撮像光学系の第1群51と第2群52
が何れも、材料の異なる2枚以上のレンズL1、L2、L3、L4で構成されている。
In the embodiment of the displacement measuring apparatus described above, the first group 51 and the second group 52 of the imaging optical system are used.
Are composed of two or more lenses L1, L2, L3, and L4 made of different materials.

そして、距離:Db、間隔:Dが、測定環境温度の変動に拘わらず、条件:
(1) D/Db≒0
を満足する。
The distance: Db and the interval: D are the conditions:
(1) D / Db≈0
Satisfied.

上記実施例は、撮像光学系を構成する第1群51と第2群52の各焦点距離の、測定環
境温度の変動による変動量に応じ、第1、第2群の群間隔を群間隔調整機構で調整する。
In the above embodiment, the group spacing of the first and second groups is adjusted according to the amount of fluctuation due to the variation in the measurement environment temperature of the focal lengths of the first group 51 and the second group 52 constituting the imaging optical system. Adjust with the mechanism.

群間隔調整機構は、測定環境温度の変動によるスペックルパターンの「複数の実像高に
おける倍率の平均」の変動を抑制する。
The group interval adjustment mechanism suppresses fluctuations in the “average magnification at a plurality of real image heights” of the speckle pattern due to fluctuations in the measurement environment temperature.

実施例の群間隔調整機構は、第1群51を保持する第1鏡筒61と、第2群52を保持
する第2鏡筒62を少なくとも含む複数の鏡筒を有する。
The group interval adjusting mechanism of the embodiment has a plurality of lens barrels including at least a first lens barrel 61 that holds the first group 51 and a second lens barrel 62 that holds the second group 52.

第1鏡筒61と第2鏡筒62とは互いに線膨張係数が異なり、これら第1鏡筒61およ
び第2鏡筒62の一方は、一端を撮像素子7に固定されている。
The first lens barrel 61 and the second lens barrel 62 have different linear expansion coefficients, and one end of each of the first lens barrel 61 and the second lens barrel 62 is fixed to the image sensor 7.

そして、測定環境温度の変動に伴う複数の鏡筒の伸縮により、測定環境温度の変動によ
るスペックルパターンの複数の実像高における倍率の平均の変動を抑制する。
And by the expansion and contraction of the plurality of lens barrels accompanying the change in the measurement environment temperature, the average change in magnification at the plurality of real image heights of the speckle pattern due to the change in the measurement environment temperature is suppressed.

実施例の変位測定装置では、群間隔調整機構は、第1群51を保持する第1鏡筒61と
、第1鏡筒61に対して摺り動き可能な第3鏡筒63と、第3鏡筒63に対して摺り動き
可能で、第2群52を保持する第2鏡筒62を有する。
In the displacement measuring apparatus of the embodiment, the group interval adjusting mechanism includes a first lens barrel 61 that holds the first lens group 51, a third lens barrel 63 that can slide with respect to the first lens barrel 61, and a third mirror. A second lens barrel 62 that holds the second group 52 and that can slide with respect to the tube 63 is provided.

第1鏡筒61および第3鏡筒63は一端を撮像素子7に固定されている。   One end of the first lens barrel 61 and the third lens barrel 63 is fixed to the image sensor 7.

測定環境温度の変動に伴う第1鏡筒61ないし第3鏡筒63の伸縮により、測定環境温
度の変動によるスペックルパターンの複数の実像高の倍率の平均の変動を最小化する。
By the expansion and contraction of the first lens barrel 61 to the third lens barrel 63 accompanying the variation in the measurement environment temperature, the average variation of the magnifications of the plurality of real image heights of the speckle pattern due to the variation in the measurement environment temperature is minimized.

変位測定装置の上記実施例に用いられる撮像素子を構成する第1群51および第2群5
2の、測定環境温度の最大変化に対する焦点距離の変化は、焦点距離の0.001%以下
である。
1st group 51 and 2nd group 5 which comprise the image sensor used for the above-mentioned example of a displacement measuring device.
2, the change of the focal length with respect to the maximum change of the measurement environment temperature is 0.001% or less of the focal length.

上の説明から明らかなように、実施例に用いられている第1鏡筒61と第3鏡筒63と
は同一材料で形成されている。
As is clear from the above description, the first lens barrel 61 and the third lens barrel 63 used in the embodiment are formed of the same material.

従って、これらは別部材とせずに一体として構成しても良い。
第1群、第2群を保持するのに用いる鏡筒の数をさらに4以上に増やしても良い。この
ようにすると、線膨張率の異なる材料の組み合わせの自由度が増大する。
Therefore, these may be integrated as one unit without being separated.
The number of lens barrels used to hold the first group and the second group may be further increased to 4 or more. If it does in this way, the freedom degree of the combination of the material from which a linear expansion coefficient differs will increase.

その結果、群間隔の調整が容易となる。
以上、変位測定装置の実施例を説明したが、以下には、第1〜第3鏡筒の具体的な構成例を具体例として、図7以下を参照して説明する。
As a result, the group interval can be easily adjusted.
Although the embodiment of the displacement measuring apparatus has been described above, a specific configuration example of the first to third lens barrels will be described below with reference to FIG.

図7において、符号61Aは第1鏡筒、符号62Aは第2鏡筒、符号63Aは第3鏡筒を示し、符号Sは開口絞り、符号7は撮像素子を示す。   In FIG. 7, reference numeral 61A denotes a first lens barrel, reference numeral 62A denotes a second lens barrel, reference numeral 63A denotes a third lens barrel, reference numeral S denotes an aperture stop, and reference numeral 7 denotes an image sensor.

また、符号51は撮像光学系の第1群、符号52は撮像光学系の第2群を示す。
第1鏡筒61A、第2鏡筒62A、第3鏡筒63Aは何れも、軸AXに関して回転対称である。
Reference numeral 51 denotes a first group of the imaging optical system, and reference numeral 52 denotes a second group of the imaging optical system.
The first lens barrel 61A, the second lens barrel 62A, and the third lens barrel 63A are all rotationally symmetric with respect to the axis AX.

第1鏡筒61Aは第1群51を保持し、第2鏡筒62Aは第2群52を保持している。
軸AXは、第1鏡筒61A、第2鏡筒62Aに保持された第1群51、第2群52の共通の光軸、即ち、撮像光学系の光軸である。
The first lens barrel 61A holds the first group 51, and the second lens barrel 62A holds the second group 52.
The axis AX is a common optical axis of the first group 51 and the second group 52 held by the first lens barrel 61A and the second lens barrel 62A, that is, an optical axis of the imaging optical system.

軸AXは上述の如く、第1〜第3鏡筒61A〜63Aの「回転対称軸」でもある。
そこで、鏡筒との関係においては軸AXを「鏡筒軸」と呼び、撮像光学系との関係では「光軸」と呼ぶ。これらを区別しないときは単に「軸AX」と言う。
As described above, the axis AX is also the “rotary symmetry axis” of the first to third lens barrels 61A to 63A.
Therefore, the axis AX is called a “lens barrel axis” in the relationship with the lens barrel, and is called the “optical axis” in the relationship with the imaging optical system. When these are not distinguished, they are simply referred to as “axis AX”.

第1〜第3鏡筒61A〜63Aは、図の如く互いに鏡筒軸AX方向へ「摺り動き」できるように嵌りあっている。
そして、第1鏡筒61Aと第3鏡筒63Aの「図で下方の端部」は、撮像素子7の上面7aに突き当てられて固定されている。
The first to third lens barrels 61 </ b> A to 63 </ b> A are fitted to each other so as to be able to “slid” in the direction of the lens barrel axis AX as shown in the figure.
The “lower end portion in the drawing” of the first lens barrel 61A and the third lens barrel 63A is abutted against and fixed to the upper surface 7a of the image sensor 7.

第1鏡筒61Aは、その内部構造において、軸AXに直交する平面部分61aを形成されている。
第2鏡筒62Aは、軸AXに直交する平面部分62a、62b、62cを有する。
The first lens barrel 61A has a planar portion 61a that is orthogonal to the axis AX in its internal structure.
The second lens barrel 62A has planar portions 62a, 62b, and 62c that are orthogonal to the axis AX.

平面部分62aと62bとは、第1群51側において軸AX方向に段差をなし、開口絞りSは平面部分62bに設けられている。   The planar portions 62a and 62b form a step in the axis AX direction on the first group 51 side, and the aperture stop S is provided in the planar portion 62b.

また、平面部分62aは、第1鏡筒61Aの平面部分61aとの間に「間隙」を持っている。この間隙を便宜上「間隙a」と呼ぶ。   Further, the flat portion 62a has a “gap” between the flat portion 61a of the first lens barrel 61A. This gap is referred to as “gap a” for convenience.

第2鏡筒62Aの図で下方の端部をなす平面部分62cは、撮像素子7の上面7aとの間に「間隔」をもっている。この間隔を便宜上「間隔a」と呼ぶ。   The planar portion 62c that forms the lower end in the drawing of the second lens barrel 62A has an “interval” between the upper surface 7a of the image sensor 7. This interval is referred to as “interval a” for convenience.

また、第1鏡筒61Aの平面部分61aと、第2鏡筒62Aの平面部分62bとの間は「空隙部」となっている。この空隙部を便宜上「空隙部a」と呼ぶ。   In addition, a space is formed between the flat portion 61a of the first lens barrel 61A and the flat portion 62b of the second lens barrel 62A. This void portion is referred to as “void portion a” for convenience.

先ず、間隔aについてみると、第2鏡筒62Aは、第3鏡筒63Aとの関係では、図7において、下方へ熱膨張する。   First, regarding the distance a, the second lens barrel 62A thermally expands downward in FIG. 7 in relation to the third lens barrel 63A.

この熱膨張により間隔aが縮小し、第2鏡筒62Aの平面部分62bが、撮像素子7の上面7aに当接すると、第2鏡筒62aの熱膨張による伸び量が規制される。   When the interval a is reduced by this thermal expansion and the flat portion 62b of the second lens barrel 62A comes into contact with the upper surface 7a of the image pickup device 7, the amount of elongation due to the thermal expansion of the second lens barrel 62a is restricted.

その結果、第2群52の軸AX方向の所望の変位量が得られなくなる。
従って、間隔aは、第2鏡筒62Aと撮像素子7が、測定環境温度の変動に拘わらず、相互に接触しないような大きさに設定する。
このようにすれば、第2鏡筒62Aの鏡筒軸AX方向における第1群51側の最端面部である平面部62aが、測定環境温度の変動に拘わらず、第1鏡筒61Aの上記最端面部に対向する面である平面部61aに接触しない。
As a result, a desired amount of displacement of the second group 52 in the axis AX direction cannot be obtained.
Accordingly, the interval a is set to a size such that the second lens barrel 62A and the image sensor 7 do not contact each other regardless of fluctuations in the measurement environment temperature.
In this way, the flat surface portion 62a, which is the outermost surface portion on the first group 51 side in the lens barrel axis AX direction of the second lens barrel 62A, has the above-described configuration of the first lens barrel 61A regardless of the variation in the measurement environment temperature. It does not contact the flat surface portion 61a which is the surface facing the endmost surface portion.

次に、間隙aについてみると、測定環境温度が上昇すると、第2鏡筒62A、第3鏡筒63Aは共に熱膨張する。   Next, regarding the gap a, when the measurement environment temperature rises, both the second lens barrel 62A and the third lens barrel 63A thermally expand.

このとき、第2鏡筒62Aの平面部分62aは、第1鏡筒61Aの平面部分61aに向かって伸びる。   At this time, the planar portion 62a of the second lens barrel 62A extends toward the planar portion 61a of the first lens barrel 61A.

この伸びによって、平面部分62aが平面部分61aに当接すると、第2鏡筒62Aの熱による伸び量が規制されて所望の変位量が得られなくなる。
その結果、所望の郡間隔変位量も得られなくなる。
When the flat portion 62a comes into contact with the flat portion 61a due to this elongation, the amount of elongation caused by the heat of the second lens barrel 62A is restricted, and a desired displacement amount cannot be obtained.
As a result, a desired group interval displacement amount cannot be obtained.

従って、間隔aの大きさは、第2鏡筒62Aの第1群51側の平面部分62aが、測定環境温度の変動に拘わらず、平面部分61aに接触しないような大きさに設定する。   Therefore, the size of the interval a is set such that the flat surface portion 62a on the first group 51 side of the second lens barrel 62A does not come into contact with the flat surface portion 61a regardless of the variation of the measurement environment temperature.

図8は、図7の変形例である。繁雑をさけるため、混同の恐れがないと思われるものについては、図7におけると符号を共通化する。   FIG. 8 is a modification of FIG. In order to avoid complications, the same symbols are used in FIG.

第1鏡筒61Aの平面部分61aと第2鏡筒2Aの平面部分62bとの間の空隙部aに、圧縮性の弾性部材であるバネ部材SP1を配置した。   A spring member SP1, which is a compressible elastic member, is disposed in the space a between the flat portion 61a of the first lens barrel 61A and the flat portion 62b of the second lens barrel 2A.

即ち、第1鏡筒61Aと第2鏡筒62Aの間に、第2鏡筒62Aを第3鏡筒63Aに押圧させる弾性力を作用させる反発性の弾性部材SP1を有する。   In other words, a repulsive elastic member SP1 is provided between the first lens barrel 61A and the second lens barrel 62A to apply an elastic force that presses the second lens barrel 62A against the third lens barrel 63A.

バネ部材SP1は「反発性」であり、その弾性力は、第2鏡筒62Aを、図で下方へ押圧するように作用する。   The spring member SP1 is “repulsive”, and its elastic force acts to press the second lens barrel 62A downward in the drawing.

この凹圧力は、第2鏡筒62Aを第3鏡筒63Aに押圧して第2鏡筒62Aと第3鏡筒63Aとの接触を確保するとともに、第3鏡筒63Aの撮像素子7への当接を保証する。   This concave pressure presses the second lens barrel 62A against the third lens barrel 63A to ensure contact between the second lens barrel 62A and the third lens barrel 63A, and also applies the third lens barrel 63A to the image sensor 7. Guarantees contact.

変位測定時に、振動等の外乱によって第3鏡筒63Aが撮像素子7から離間すると、所望の群間隔の熱変位量からずれてしまう恐れがある。   At the time of displacement measurement, if the third lens barrel 63A is separated from the image sensor 7 due to disturbances such as vibration, there is a risk that it will deviate from the thermal displacement amount of the desired group interval.

バネ部材SP1が第2鏡筒62Aを撮像素子7側に押圧することによって、第3鏡筒63Aが撮像素子7から離間しないようにする効果が得られる。   The spring member SP <b> 1 presses the second lens barrel 62 </ b> A toward the image sensor 7, thereby obtaining an effect of preventing the third lens barrel 63 </ b> A from being separated from the image sensor 7.

図9は、図8に具体例を示した部分を、ハウジング81A、81Bに配置した状態を示している。符号83Aは、底板を示す。   FIG. 9 shows a state where the specific example shown in FIG. 8 is arranged in the housings 81A and 81B. Reference numeral 83A denotes a bottom plate.

この例では、撮像素子7およびハウジング81Aは、図の下方の部分で底板83Aに固定され、第1鏡筒63A、第3鏡筒63Aは撮像素子7に固定されている。   In this example, the image sensor 7 and the housing 81A are fixed to the bottom plate 83A in the lower part of the figure, and the first lens barrel 63A and the third lens barrel 63A are fixed to the image sensor 7.

従って、第1鏡筒61A、第3鏡筒63Aは、撮像素子7の上面を基準として、熱膨張し、その際、ハウジング81A、82Aに対して、また相互に摺り動く。   Therefore, the first lens barrel 61A and the third lens barrel 63A are thermally expanded with reference to the upper surface of the image sensor 7, and at that time, slide relative to the housings 81A and 82A.

図9の具体例では、軸AXの上方の部分で、ハウジング81A、82Aと第1鏡筒61Aとの間にスペースSPが設けられている。   In the specific example of FIG. 9, a space SP is provided between the housings 81 </ b> A and 82 </ b> A and the first lens barrel 61 </ b> A in the portion above the axis AX.

従って、第1鏡筒61Aの熱膨張に伴う伸びは、ハウジング81A、82Aに妨げられない。   Therefore, the elongation accompanying the thermal expansion of the first lens barrel 61A is not hindered by the housings 81A and 82A.

従って、ハウジング81A、82Aにより第1鏡筒63Aの「熱による変位量」が規制されることにより「所望の群間隔の変位量」が得られなくなるという問題が回避される。   Therefore, the problem that the “displacement amount of a desired group interval” cannot be obtained by restricting the “displacement amount due to heat” of the first lens barrel 63A by the housings 81A and 82A is avoided.

即ち、スペースSPは「ハウジング81A、81Aと、第1鏡筒61Aとが、測定環境温度の変動に拘わらず、鏡筒軸AX方向において接触しない程度」の大きさに設定する。   In other words, the space SP is set to a size such that “the housings 81A and 81A and the first lens barrel 61A are not in contact with each other in the direction of the lens barrel axis AX regardless of variations in the measurement environment temperature”.

図10の具体例は、図9の具体例の変形例であり、図9に示したスペースSPの部分に、圧縮性の弾性部材であるバネ部材SP2が配置されている。
即ち、バネ部材SP2は、第1鏡筒61Aを保持するハウジング81A、82Aと、第1鏡筒61Aの互いに対向する対向面間に配置されている。
The specific example of FIG. 10 is a modification of the specific example of FIG. 9, and a spring member SP2 that is a compressible elastic member is arranged in the space SP shown in FIG.
That is, the spring member SP2 is disposed between the housings 81A and 82A that hold the first lens barrel 61A and the opposed surfaces of the first lens barrel 61A.

バネ部材SP2は「圧縮性」であるので、第1鏡筒61Aを軸AX方向の下向きに押圧する弾性力を作用させる。   Since the spring member SP2 is “compressible”, an elastic force is applied to press the first lens barrel 61A downward in the axis AX direction.

第1鏡筒61Aは、バネ部材SP2による「図の下向きの弾性力」と、バネ部材SP1による「上向きの弾性力」の合力により撮像素子7に押し当てられる。   The first lens barrel 61A is pressed against the image sensor 7 by the resultant force of “downward elastic force” by the spring member SP2 and “upward elastic force” by the spring member SP1.

第3鏡筒63Aは、バネ部材SP1、SP2による図の下向きの弾性力の合力により、撮像素子7に押し当てられる。   The third lens barrel 63A is pressed against the image pickup device 7 by the resultant force of the downward elastic force of the drawing by the spring members SP1 and SP2.

従って、図10の例では、第1鏡筒61A、第3鏡筒63Aの「図で下方の端部」を撮像素子7に固定する必要はない。   Accordingly, in the example of FIG. 10, it is not necessary to fix the “lower end portion in the drawing” of the first lens barrel 61 </ b> A and the third lens barrel 63 </ b> A to the image sensor 7.

図10の具体例の場合も、振動等の外乱によって第1鏡筒61Aが撮像素子7から離間することによる「所望の群間隔の熱変位量からずれる問題」を回避することができる。   Also in the specific example of FIG. 10, it is possible to avoid the “problem deviating from the amount of thermal displacement at a desired group interval” due to the first lens barrel 61 </ b> A being separated from the image sensor 7 due to disturbance such as vibration.

図10に示す具体例のように、2つのバネ部材SP1、SP2を用いると、上記の如く、第1鏡筒61A、第3鏡筒63Aは、撮像素子7に押し当てるのみでよい。   If two spring members SP1 and SP2 are used as in the specific example shown in FIG. 10, the first lens barrel 61A and the third lens barrel 63A need only be pressed against the image sensor 7 as described above.

この場合、バネ部材SP1、SP2のバネの強さを適正に設定することにより、重力の作用のもとでの「第1鏡筒61A、第3鏡筒63Aと撮像素子7の当接」を確保できる。
なお、請求項13、14との関連で言えば、バネ部材SP1は「バネ部材A」、バネ部材SP2は「バネ部材B」である。
In this case, by appropriately setting the spring strengths of the spring members SP1 and SP2, the “contact between the first lens barrel 61A and the third lens barrel 63A and the image sensor 7” under the action of gravity is performed. It can be secured.
In relation to claims 13 and 14, the spring member SP1 is "spring member A" and the spring member SP2 is "spring member B".

図10に即して説明した例は「変位測定装置が動的被検面の下方に配置される場合」である。以下、重力の加速度を「G」とする。   The example described with reference to FIG. 10 is “when the displacement measuring device is arranged below the dynamic test surface”. Hereinafter, the acceleration of gravity is assumed to be “G”.

第1鏡筒61A、第2鏡筒62A、第3鏡筒63Aの質量を、それぞれM1、M2、M3とする。   The masses of the first lens barrel 61A, the second lens barrel 62A, and the third lens barrel 63A are M1, M2, and M3, respectively.

そうすると、上に説明した各具体例では、第1鏡筒61A、第2鏡筒62A、第3鏡筒63Aに、図で下向きの重力:M1G、M2G、M3Gが作用する。   Then, in each of the specific examples described above, downward gravity (M1G, M2G, M3G) acts on the first lens barrel 61A, the second lens barrel 62A, and the third lens barrel 63A.

バネ部材SP1のバネ定数をK1、撓み量をn1とし、バネ部材SP2のバネ定数をK2、撓み量をn2とする。
このようにすると、第1鏡筒61Aに作用する力は「各図の上向き正」として、
K1・n1−K2・n2−M1・G
となる。
The spring constant of the spring member SP1 is K1, the deflection amount is n1, the spring constant of the spring member SP2 is K2, and the deflection amount is n2.
In this way, the force acting on the first lens barrel 61A is “upward positive in each figure”
K1, n1-K2, n2-M1, G
It becomes.

また、第3鏡筒63Aに作用する力は、
−K1・n1−K2・n2−M2・G−M3・G
となる。
The force acting on the third lens barrel 63A is
-K1, n1-K2, n2-M2, G-M3, G
It becomes.

このとき、第1鏡筒61Aが、撮像素子7から離隔しないためには、
K1・n1−K2・n2−M1・G<0 (1)
であればよい。第1鏡筒61Aに作用する合力は、各図で下方に向かうからである。
At this time, in order for the first lens barrel 61A not to be separated from the image sensor 7,
K1, n1-K2, n2-M1, G <0 (1)
If it is. This is because the resultant force acting on the first lens barrel 61A is directed downward in each figure.

また、第3鏡筒63Aが、撮像素子7から離隔しないためには、
−K1・n1−K2・n2−M2・G−M3・G<0 (2)
であれば良いことになる。
In order for the third lens barrel 63A not to be separated from the image sensor 7,
-K1, n1-K2, n2-M2, G-M3, G <0 (2)
If it is good.

従って、第1〜第3鏡筒の質量:M1〜M3に応じて、上記式(1)、(2)が同時に満足されるように、バネ部材SP1、SP2のバネ定数・撓み量を設定すればよい。   Therefore, according to the masses of the first to third lens barrels: M1 to M3, the spring constants and deflection amounts of the spring members SP1 and SP2 are set so that the above expressions (1) and (2) are satisfied at the same time. That's fine.

逆に、変位測定装置が「動的被検面よりも上位」に配置される場合には、撮像素子7が、一番上になる。   On the contrary, when the displacement measuring device is arranged “above the dynamic test surface”, the image sensor 7 is at the top.

このとき、第1鏡筒61Aが、撮像素子7から離隔しないためには、
−K1・n1+K2・n2−M1・G>0 (3)
であればよい。
At this time, in order for the first lens barrel 61A not to be separated from the image sensor 7,
-K1 · n1 + K2 · n2-M1 · G> 0 (3)
If it is.

また、第3鏡筒63Aが、撮像素子7から離隔しないためには、
K1・n1−M3・G>0 (4)
であれば良いことになる。
In order for the third lens barrel 63A not to be separated from the image sensor 7,
K1, n1-M3, G> 0 (4)
If it is good.

従って、この場合には第1〜第3鏡筒の質量:M1〜M3に応じて式(3)、(4)が同時に満足されるように、バネ部材SP1、SP2のバネ定数・撓み量を設定する。   Therefore, in this case, the spring constants and deflection amounts of the spring members SP1 and SP2 are set so that the expressions (3) and (4) are satisfied simultaneously according to the masses M1 to M3 of the first to third lens barrels. Set.

図11は、別の具体例を要部のみ示している。図11の具体例は、上に説明した図4、図7〜図10に即して説明した例に対しても、その特徴部分を適用することができる。   FIG. 11 shows only the main part of another specific example. The specific example of FIG. 11 can be applied to the features described above with reference to FIGS. 4 and 7 to 10 described above.

図7〜図10におけると同一の符号の部分は、これらの図におけると同じものを示す。
図11において、符号11Pで示す「破線の円で囲んだ部分」が特徴部分である。
7 to 10 denote the same parts as those in these drawings.
In FIG. 11, a “portion surrounded by a broken circle” indicated by reference numeral 11 </ b> P is a characteristic portion.

即ち、図11に示す具体例の特徴とするところは、第2鏡筒62Bと第3鏡筒63Bとの当接面SFが、鏡筒軸AXに対して傾いた面(円錐面)となっている点にある。   That is, the feature of the specific example shown in FIG. 11 is that the contact surface SF between the second lens barrel 62B and the third lens barrel 63B is a surface (conical surface) inclined with respect to the lens barrel axis AX. There is in point.

例えば、図10に示す具体例では、第2鏡筒62Aと第3鏡筒63Aが、軸AX方向において当接しあう面は平面である。   For example, in the specific example shown in FIG. 10, the surface where the second lens barrel 62A and the third lens barrel 63A contact each other in the axis AX direction is a flat surface.

このため、第2鏡筒62Aと第3鏡筒63Aとに対して、この平面に平行な方向にずらすような「何らかの要因」が作用した場合に、ずれが発生する恐れがある。   For this reason, when a “some factor” is applied to the second lens barrel 62A and the third lens barrel 63A in a direction parallel to the plane, there is a possibility that a deviation occurs.

このような「ずれ」は、第1群51と第2群52との「光軸のずれ」を招来し、結像倍率が変化する原因となる。   Such “deviation” causes “optical axis deviation” between the first group 51 and the second group 52 and causes the imaging magnification to change.

図11のように、第2鏡筒62Bと第3鏡筒63Bが軸AX方向に当接しあう当接面SFを、軸AXに対して傾いた斜面にすると、この問題を解消できる。   As shown in FIG. 11, when the contact surface SF where the second lens barrel 62B and the third lens barrel 63B are in contact with each other in the axis AX direction is inclined to the axis AX, this problem can be solved.

即ち、斜面(円錐面)SFは、第2鏡筒62Bと第3鏡筒63Bの上記「軸AXの直交する方向へのずれ」を抑制する。   That is, the inclined surface (conical surface) SF suppresses the “shift in the direction in which the axis AX is orthogonal” of the second lens barrel 62B and the third lens barrel 63B.

第2鏡筒62Bと第3鏡筒63Bは、斜面SFにならって当接して押圧されることにより、第2鏡筒62Bと第3鏡筒63Bがアライメントされる効果が得られる。
なお、当接面SFの傾きは、軸AXから離れる側へ下がるようにしてもよい。
The second lens barrel 62B and the third lens barrel 63B are brought into contact with and pressed against the inclined surface SF, thereby obtaining an effect of aligning the second lens barrel 62B and the third lens barrel 63B.
Note that the inclination of the contact surface SF may be lowered toward the side away from the axis AX.

図12は、別の具体例の要部を示している。図12の具体例は、上に説明した図4、図7〜図11に即して説明した例に対しても、その特徴部分を適用することができる。
図12では、図11の具体例に適用した場合を示している。
FIG. 12 shows a main part of another specific example. The specific example of FIG. 12 can be applied to the features described above with reference to FIGS. 4 and 7 to 11 described above.
FIG. 12 shows a case where the present invention is applied to the specific example of FIG.

図12において、符号12Pで示す「破線の円で囲んだ部分」が特徴部分である。
即ち、第3鏡筒が、軸AX方向に2つの部分63c1、63c2に分けられている。
In FIG. 12, a “portion surrounded by a broken circle” indicated by reference numeral 12P is a characteristic portion.
That is, the third lens barrel is divided into two portions 63c1 and 63c2 in the axis AX direction.

上に説明したように、第1鏡筒、第2鏡筒、第3鏡筒は、それぞれ、所定の線膨張係数を有する材料によるものが組み合わせられる。   As described above, the first lens barrel, the second lens barrel, and the third lens barrel are combined with materials having a predetermined linear expansion coefficient.

しかし、常に所望の線膨張係数を有する適当な材料が存在するとは限らない。
このような場合、線膨張係数の異なる2種以上の材料で、鏡筒を複合的に構成することにより、条件を満足させることができる。
However, there is not always a suitable material with the desired coefficient of linear expansion.
In such a case, the condition can be satisfied by composing the lens barrel with two or more materials having different linear expansion coefficients.

図12に示す具体例では、第3鏡筒は2つの鏡筒部分63c1、63c2により構成されており、これらの鏡筒部分を構成する材料の線膨張係数をそれぞれβ1、β2とする。   In the specific example shown in FIG. 12, the third lens barrel is composed of two lens barrel portions 63c1 and 63c2, and the linear expansion coefficients of the materials constituting these lens barrel portions are β1 and β2, respectively.

また、鏡筒部分63c1、63c2の長さをそれぞれ、Z31、Z32とし、測定環境温度の変化:ΔTに対して必要な、第3鏡筒の長さの変化量をΔ30とする。   The lengths of the lens barrel portions 63c1 and 63c2 are Z31 and Z32, respectively, and the amount of change in the length of the third lens barrel required for the change in measurement environment temperature: ΔT is Δ30.

この場合、線膨張係数:β1、β2に応じて、
Δ30=(β1・Z31+β2・Z32)ΔT
を満足するように、上記Z31、Z32を設定すればよい。
In this case, depending on the linear expansion coefficient: β1, β2,
Δ30 = (β1 · Z31 + β2 · Z32) ΔT
Z31 and Z32 may be set so as to satisfy the above.

第3鏡筒のみならず、第1鏡筒61Aや第2鏡筒62Aも、線膨張係数の異なる2種以上の鏡筒部材を鏡筒軸方向に連結させて構成できることは言うまでも無い。   It goes without saying that not only the third lens barrel but also the first lens barrel 61A and the second lens barrel 62A can be configured by connecting two or more types of lens barrel members having different linear expansion coefficients in the direction of the lens barrel axis.

撮像光学系は、前述の如く「開口絞り」を有している。   The imaging optical system has an “aperture stop” as described above.

動的被検面の変位測定に際して、動的被検面の「反射率や変位速度」が変動すると、取得するスペックルパターンのコントラストが変化する。   When measuring the displacement of the dynamic test surface, if the “reflectance or displacement speed” of the dynamic test surface varies, the contrast of the acquired speckle pattern changes.

このようなスペックルパターンのコントラストの変動は、測定精度に影響するので、取得するスペックルパターンは「コントラストの良いパターン」であることが好ましい。   Such a variation in the contrast of the speckle pattern affects the measurement accuracy. Therefore, the acquired speckle pattern is preferably a “pattern with good contrast”.

「コントラストの良いスペックルパターン」は、明部と暗部の比が概ね1:1程度である。   A “speckle pattern with good contrast” has a ratio of a bright part to a dark part of about 1: 1.

図13に示す具体例では、この問題に対処したものである。
即ち、この具体例は、絞り可変機構70を有する。
The specific example shown in FIG. 13 addresses this problem.
That is, this specific example includes the aperture variable mechanism 70.

絞り可変機構70は、撮像素子7の出力に基づき、取得したスペックルパターンの輝度信号を検知し、「輝度の変化」に応じて、開口絞りSの開口を調整する。   The aperture variable mechanism 70 detects the luminance signal of the acquired speckle pattern based on the output of the image sensor 7 and adjusts the aperture of the aperture aperture S according to “change in luminance”.

この調整は「輝度分布を検知して、輝度分布の変化を相殺するように開口を制御」するように行うのが好ましい。
このように調整を行うと、コントラストが安定する。
This adjustment is preferably performed so as to “detect the luminance distribution and control the aperture so as to cancel the change in the luminance distribution”.
When the adjustment is performed in this way, the contrast is stabilized.

しかし、これに限らず、輝度分布の変化量が所定の閾値を超えたところで絞りを一段変更するという制御を行うこともできる。   However, the present invention is not limited to this, and it is also possible to perform control such that the aperture is changed by one step when the change amount of the luminance distribution exceeds a predetermined threshold value.

開口絞りSの開口を変化させる機構は、従来から知られた種々のものを適用できる。   As a mechanism for changing the aperture of the aperture stop S, various conventionally known mechanisms can be applied.

しかし、鏡筒部の構成や撮像光学系のサイズを考慮すると、開口絞りSを液晶フィルタで構成し、開口の大きさを段階的に切り替えられるようにし、輝度分布の変化量に応じて、電気的に開口の大きさを切り替えるようにするのが好ましい。   However, in consideration of the configuration of the lens barrel and the size of the imaging optical system, the aperture stop S is configured with a liquid crystal filter so that the size of the aperture can be switched in stages, It is preferable to switch the size of the opening.

先に、実施例で説明した撮像光学系を用いた変位測定装置を用い、リニアステージに貼着した印刷用貼着用紙の表面を動的被検面として変位測定を行なった。   First, using the displacement measuring apparatus using the imaging optical system described in the examples, displacement measurement was performed using the surface of the printing adhesive sheet adhered to the linear stage as the dynamic test surface.

動的被検面は、線速:100mm/秒で、50mm移動させたときの移動量を「移動距離」即ち検出長として、測定を行なった。   The dynamic test surface was measured with the moving amount when moved 50 mm at a linear velocity of 100 mm / sec as the “moving distance”, that is, the detection length.

リニアステージ自体の位置決め精度は0.2μmであり、50mmの送り量に対する誤差は0.0004%である。   The positioning accuracy of the linear stage itself is 0.2 μm, and the error with respect to the feed amount of 50 mm is 0.0004%.

実施例の変位測定装置の誤差範囲は、前述の如く「+0.008%〜−0.005%程度」である。   As described above, the error range of the displacement measuring apparatus of the example is “about + 0.008% to −0.005%”.

連続測定を行なった結果、測定環境温度の変動に拘わらず、誤差範囲は上記範囲に収まり、測定環境温度の変動の影響が有効に抑制されていることが確認できた。   As a result of continuous measurement, it was confirmed that the error range was within the above range regardless of the fluctuation of the measurement environment temperature, and that the influence of the fluctuation of the measurement environment temperature was effectively suppressed.

上に実施の形態、実施例を説明した変位測定装置を用いることにより、以下の変位測定方法を実施できる。   By using the displacement measuring apparatus described in the above embodiment and examples, the following displacement measuring method can be implemented.

即ち、この変位測定方法では、レーザ光源とカップリングレンズを有する照明光学系に
よるコヒーレント光を照射光として、動的被検面を所定の位置で照明する。
That is, in this displacement measuring method, the dynamic test surface is illuminated at a predetermined position using coherent light from an illumination optical system having a laser light source and a coupling lens as irradiation light.

そして、動的被検面による反射光を、撮像光学系を介して撮像素子に導光し、所定のフ
レームレートで動的被検面によるスペックルパターンを取得する。
Then, the reflected light from the dynamic test surface is guided to the image sensor via the imaging optical system, and a speckle pattern from the dynamic test surface is acquired at a predetermined frame rate.

所定の時間間隔で取得したスペックルパターン相互の相互相関演算を行い、その演算結
果に基づき、動的被検面の、移動距離および移動速度の少なくとも一方を測定する。
A cross correlation calculation between speckle patterns acquired at a predetermined time interval is performed, and at least one of the moving distance and the moving speed of the dynamic test surface is measured based on the calculation result.

また、上に実施の形態および実施例を説明した変位測定装置は、定方向へ定速で移動す
る移動体の表面に画像を形成する画像形成装置において、移動体の表面を動的被検面とし
て、その移動距離及び移動速度の少なくとも一方の測定をするのに用いることできる。
In addition, the displacement measuring apparatus described above in the embodiment and examples is an image forming apparatus that forms an image on the surface of a moving body that moves at a constant speed in a fixed direction. As described above, it can be used to measure at least one of the moving distance and moving speed.

この画像形成装置としては、電子写真プロセスを用いて、光導電性の感光体に静電潜像
を形成し、該静電潜像をトナー画像として可視化し、得られたトナー画像を被転写体に転
写する方式の画像形成装置であることができる。
This image forming apparatus uses an electrophotographic process to form an electrostatic latent image on a photoconductive photoreceptor, visualize the electrostatic latent image as a toner image, and transfer the obtained toner image to a transfer target The image forming apparatus can be a transfer type image forming apparatus.

この場合において、変位測定装置により、被転写体を移動体として、その表面の移動距
離および移動速度の少なくとも一方の測定を行なう。
In this case, the displacement measuring device measures at least one of the moving distance and moving speed of the surface of the transfer object as a moving object.

以上に説明したように、この発明の変位測定装置は、測定環境温度の変化に対して、検
出長の変動が極めて小さく「安定した変位測定」を実現できる。
As described above, the displacement measuring apparatus of the present invention can realize “stable displacement measurement” with extremely small fluctuations in the detection length with respect to changes in the measurement environment temperature.

従って、この発明の変位測定装置は、インクジェット方式や電子写真方式のカラー画像
形成装置の紙搬送速度や中間転写ベルト等の速度の制御用のセンサとして用い得る。
Therefore, the displacement measuring device of the present invention can be used as a sensor for controlling the paper conveyance speed and the speed of the intermediate transfer belt of an ink jet type or electrophotographic type color image forming apparatus.

この発明の変位定装置は、スペックルパターンを用いて測定を行っているから、測定対
象である動的被検面に微細な凹凸があれば測定を実施できる。
Since the displacement measuring apparatus of the present invention performs the measurement using the speckle pattern, the measurement can be carried out if there are fine irregularities on the dynamic test surface that is the measurement target.

スペックルパターンが発生することが要件であるから、測定対象にエンコーダパターン
のマーキングを必要とせず、測定可能な対象物は広範である。
Since it is a requirement that a speckle pattern be generated, the measurement target does not need to be marked with an encoder pattern, and a wide variety of objects can be measured.

また、上に説明した実施の形態では、測定の対象を「長さの次元をもつ検出長」とした
が、測定長を時間微分することにより速度情報を得ることもできる。
また、スペックルパターンを取得するフレームレートを適切に選ぶことにより、微小時
間の速度変動をとらえることも可能である。
寸法構成が異なるモデルについても上記の実施の形態と同様の方法で最適化を行えば、
検出長の温度変動を小さくできる。
In the embodiment described above, the measurement target is the “detection length having a dimension of length”, but speed information can also be obtained by time-differentiating the measurement length.
It is also possible to capture minute time speed fluctuations by appropriately selecting a frame rate for acquiring speckle patterns.
For models with different dimensional configurations, if optimization is performed in the same manner as in the above embodiment,
The temperature fluctuation of the detection length can be reduced.

図6に、変位測定装置を用いるカラー画像形成装置の実施の1形態を示す。   FIG. 6 shows an embodiment of a color image forming apparatus using a displacement measuring device.

このカラー画像形成装置は、電子写真プロセスを利用したタンデム方式のものであり、
並列的に設けられた4つの感光体11Y、11M、11C、11Kを有する。
This color image forming apparatus is a tandem method using an electrophotographic process,
It has four photoconductors 11Y, 11M, 11C, and 11K provided in parallel.

符号11Y等におけるY、M、C、Kは、トナー画像を形成するトナーの色を表す。即
ち、Yはイエロー、Mはマゼンタ、Cはシアン、Kはブラックを表す。
Y, M, C, and K in reference numerals 11Y and the like represent the colors of toner that forms a toner image. That is, Y represents yellow, M represents magenta, C represents cyan, and K represents black.

感光体11Y〜11Kは光導電性であって、ドラム状である。   The photoconductors 11Y to 11K are photoconductive and have a drum shape.

感光体11Y〜11Kの周囲には、これらを囲繞して、帯電ローラTY〜TK、現像装
置GY〜GK、転写チャージャ15Y〜15K、クリーナBY〜BKが設けられている。
Around the photoreceptors 11Y to 11K, charging rollers TY to TK, developing devices GY to GK, transfer chargers 15Y to 15K, and cleaners BY to BK are provided so as to surround them.

また、符号17で示す中間転写ベルトは、感光体11Y〜11Kの下方に配されて、そ
の表面は、感光体11Y〜11Kに近接している。
An intermediate transfer belt denoted by reference numeral 17 is disposed below the photoconductors 11Y to 11K, and the surface thereof is close to the photoconductors 11Y to 11K.

図5において、符号13は光走査方式の画像書き込み装置、符号19はシートカセット
、符号21は転写ローラ、符号23は定着装置、符号25は排出ローラを示す。
In FIG. 5, reference numeral 13 denotes an optical scanning image writing apparatus, reference numeral 19 denotes a sheet cassette, reference numeral 21 denotes a transfer roller, reference numeral 23 denotes a fixing device, and reference numeral 25 denotes a discharge roller.

また、符号27は外装部、符号29はベルトクリーニング装置を示し、符号31は変位
測定装置を示す。
Reference numeral 27 denotes an exterior part, reference numeral 29 denotes a belt cleaning device, and reference numeral 31 denotes a displacement measuring device.

カラー画像の形成を簡単に説明する。   The formation of a color image will be briefly described.

画像形成が開始されると、感光体11Y〜11Kは、所定のタイミングで時計回りに等
速回転する。
When image formation is started, the photoconductors 11Y to 11K rotate at a constant speed clockwise at a predetermined timing.

感光体11Y〜11Kは、対応する帯電ローラTY〜KYにより均一帯電される。   The photoreceptors 11Y to 11K are uniformly charged by the corresponding charging rollers TY to KY.

均一帯電された各感光体は、画像書き込み装置13による光走査により、感光体ごとに
静電潜像を書き込まれ、現像されて、異なる色のトナー画像として可視化される。
Each of the uniformly charged photoconductors is written with an electrostatic latent image for each photoconductor by optical scanning by the image writing device 13, developed, and visualized as a toner image of a different color.

即ち、感光体11Yには「イエロー画像成分」の画像が書き込まれ、形成される静電潜
像は現像装置GYにより現像され、感光体11Y上にイエロートナー画像が形成される。
That is, an image of “yellow image component” is written on the photoreceptor 11Y, and the formed electrostatic latent image is developed by the developing device GY, so that a yellow toner image is formed on the photoreceptor 11Y.

感光体11Mには「マゼンタ画像成分」の画像が書き込まれ、形成される静電潜像は現
像装置GMにより現像され、感光体11M上にマゼンタトナー画像が形成される。
An image of “magenta image component” is written on the photoreceptor 11M, and the formed electrostatic latent image is developed by the developing device GM, so that a magenta toner image is formed on the photoreceptor 11M.

感光体11Cには「シアン画像成分」の画像が書き込まれ、形成される静電潜像は現像
装置GCにより現像され、感光体11C上にシアントナー画像が形成される。
An image of “cyan image component” is written on the photoconductor 11C, and the formed electrostatic latent image is developed by the developing device GC to form a cyan toner image on the photoconductor 11C.

感光体11Kには「ブラック画像成分」の画像が書き込まれ、形成される静電潜像は現
像装置GKにより現像され、感光体11K上にブラックトナー画像が形成される。
An image of “black image component” is written on the photoreceptor 11K, and the formed electrostatic latent image is developed by the developing device GK, and a black toner image is formed on the photoreceptor 11K.

このように感光体11Y〜11Kに形成された各色のトナー画像は、中間転写ベルト1
7上に転写される。
Thus, the toner images of the respective colors formed on the photoconductors 11Y to 11K are transferred to the intermediate transfer belt 1.
7 is transferred.

中間転写ベルト17は被転写体として、感光体11Y〜11Kの回転による表面速度に
合わせた速度で、定方向、即ち、図の左方へ定速で移動するように回転駆動される。
The intermediate transfer belt 17 is driven to rotate as a transfer target at a speed in accordance with the surface speed of the photoconductors 11Y to 11K according to the rotation of the photoreceptors 11Y to 11K.

そして、感光体11Yからイエロートナー画像を転写チャージャ15Yにより転写され
、感光体11Mからマゼンタトナー画像を転写チャージャ15Mにより転写される。
Then, the yellow toner image is transferred from the photoconductor 11Y by the transfer charger 15Y, and the magenta toner image is transferred from the photoconductor 11M by the transfer charger 15M.

同様に、感光体11Cからシアントナー画像を転写チャージャ15Cにより転写され、
感光体11Kからブラックトナー画像を転写チャージャ15Kにより転写される。
Similarly, a cyan toner image is transferred from the photoreceptor 11C by the transfer charger 15C, and
A black toner image is transferred from the photoreceptor 11K by the transfer charger 15K.

転写された各色のトナー画像は、中間転写ベルト17上で互いに重畳してカラートナー
画像となる。
The transferred toner images of the respective colors are superimposed on each other on the intermediate transfer belt 17 to form a color toner image.

このカラートナー画像を転写される転写紙Pは、中間転写ベルト17の下方のシートカ
セット19から配紙されて「転写部」へ向かう。
The transfer sheet P to which the color toner image is transferred is distributed from the sheet cassette 19 below the intermediate transfer belt 17 and heads toward the “transfer section”.

そして、転写部において、中間転写ベルト17と転写ローラ21とにより挟圧搬送され
て中間転写ベルト17上のカラートナー画像を転写され、定着装置23に向かう。
In the transfer portion, the color toner image on the intermediate transfer belt 17 is transferred by being nipped and conveyed by the intermediate transfer belt 17 and the transfer roller 21, and is directed to the fixing device 23.

転写紙Pは、定着装置23によりカラートナー画像を定着され、排出ローラ25により
外装部27の上部として形成されたトレイ上に排出される。
The transfer paper P is fixed with the color toner image by the fixing device 23, and is discharged onto a tray formed as an upper portion of the exterior portion 27 by the discharge roller 25.

カラートナー画像を転写紙Pに転写された中間転写ベルト17は、ベルトクリーニング
装置29により「転写残りトナーや紙粉」を除去される。
“Intermediate transfer toner and paper dust” is removed from the intermediate transfer belt 17 having the color toner image transferred onto the transfer paper P by the belt cleaning device 29.

中間転写ベルト17は、所定の速さとタイミングで、各色のトナー画像を転写される位
置を通過する必要があり、そのため、その移動速度は高精度に制御される必要がある。
The intermediate transfer belt 17 needs to pass through a position where the toner image of each color is transferred at a predetermined speed and timing. Therefore, the moving speed needs to be controlled with high accuracy.

変位測定装置31は、各感光体からのトナー画像を転写される位置へ向かう中間転写ベ
ルト17の表面の移動速度を高精度に測定する。
The displacement measuring device 31 measures the moving speed of the surface of the intermediate transfer belt 17 toward the position where the toner image from each photoconductor is transferred with high accuracy.

そして、測定された移動速度に基づき、図示されない制御駆動手段により、中間転写ベ
ルト17の移動速度を定速に制御する。
Based on the measured moving speed, the moving speed of the intermediate transfer belt 17 is controlled to a constant speed by a control driving unit (not shown).

変位測定手段31は、上に説明した実施の形態や実施例のもので、中間転写ベルト17
の表面を動的被検面として、移動速度の測定を高精度に行なう。
The displacement measuring means 31 is that of the embodiment or example described above, and the intermediate transfer belt 17.
The moving speed is measured with high accuracy using the surface of the surface as a dynamic test surface.

このようにして、各色トナー画像の適正な転写が行なわれ、色ずれの無いカラー画像が
形成される。
In this way, each color toner image is appropriately transferred, and a color image without color misregistration is formed.

実施例の場合のように、検出長の変動量が−1.54×10−6(%)のように極めて
小さい場合は、例えば、毎分60枚のカラー画像を得るような高速の画像形成装置でも「
色ずれ」のない良好なカラー画像を得ることが可能である。
As in the case of the embodiment, when the variation amount of the detection length is extremely small such as −1.54 × 10 −6 (%), for example, high-speed image formation that obtains 60 color images per minute Even in the device "
It is possible to obtain a good color image without “color shift”.

上には動的被検面として中間転写ベルトの表面を例として説明したが、上に説明した変
位測定装置により感光体表面の変位測定を行なうことができることは言うまでも無い。
In the above description, the surface of the intermediate transfer belt has been described as an example of the dynamic test surface. However, it goes without saying that the displacement of the surface of the photosensitive member can be measured by the displacement measuring apparatus described above.

また、動的被検面による反射光を検出光とする場合を説明したが、勿論、透過光を検出
光とすることもできる。
Moreover, although the case where the reflected light from the dynamic test surface is used as the detection light has been described, of course, the transmitted light can also be used as the detection light.

なお、付言すると、図1、図2、図4、図5は何れも、説明のための図であり、実際の
光学系におけるFナンバやその他の光学上の値を正確に表すものではない。
It should be noted that FIG. 1, FIG. 2, FIG. 4, and FIG. 5 are all diagrams for explanation, and do not accurately represent the F number and other optical values in the actual optical system.

1 レーザ光源(光源)
2 カップリングレンズ
3 照明光学系
Ob 動的被検面
51 撮像光学系の第1群
52 撮像光学系の第2群
S 撮像光学系の開口絞り
GM ガウス面
BM ボイリング面
7A 受光素子の受光面
1 Laser light source
2 Coupling lens
3 Illumination optics
Ob dynamic test surface
51 First group of imaging optical system
52 Second group of imaging optical system
S Aperture stop of the imaging optical system
GM Gaussian surface
BM Boiling surface
7A Light receiving surface of light receiving element

特開2003−267591号公報JP 2003-267591 A 特開2010− 55064号公報JP 2010-55064 A 特開2009− 15240号公報JP 2009-15240 A

レーザー研究 1980年 第8巻 第2号 45頁 「動的スペックルの特性と速度測定への応用(I)」Laser Research 1980, Vol. 8, No. 2, p. 45 “Dynamic Speckle Characteristics and Application to Speed Measurement (I)”

Claims (14)

レーザ光源とカップリングレンズを有する照明光学系によるコヒーレント光を照射光として、動的被検面を所定の位置で照明し、前記動的被検面による検出光を、撮像光学系を介して撮像素子に導光し、所定のフレームレートで前記動的被検面によるスペックルパターンを取得し、所定の時間間隔で取得したスペックルパターン相互の相互相関演算を行い、その演算結果に基づき、前記動的被検面の、移動距離および移動速度の少なくとも一方を測定する変位測定装置において、
前記撮像光学系は、動的被検面側から順に、正のパワーの第1群、開口絞り、正のパワーの第2群によって構成され、前記開口絞りは、前記第1群の像側焦点面で、且つ、前記第2群の物体側焦点面である位置に設けられてなり、
前記撮像素子の受光面が、前記動的被検面の撮像光学系によるガウス面に合致させられ、動的被検面のボイリング面と、前記動的被検面の前記撮像光学系によるガウス面との距離:Db、前記ガウス面と前記撮像素子の受光面との間隔:Dが、測定環境温度の変化領域内における前記測定環境温度の変動に拘わらず、条件:
(1) D/Db≒0
を満足するように、前記照明光学系の前記撮像光学系を介しての前記動的被検面の照明態様が定められ、
前記照明光学系は、前記レーザ光源からの光を前記カップリングレンズによりコヒーレントな平行光束とするものであり、
前記撮像光学系の前記第1群および前記第2群が何れも、材料の異なる2枚以上のレンズで構成され、
前記第1群を保持する第1鏡筒と、該第1鏡筒に対して摺り動き可能な第3鏡筒と、この第3鏡筒に対して摺り動き可能で、前記第2群を保持する第2鏡筒と、を有し、
前記第1鏡筒および前記第3鏡筒は一端を前記撮像素子に固定されていることを特徴とする変位測定装置。
The coherent light from the illumination optical system having a laser light source and a coupling lens is used as illumination light, the dynamic test surface is illuminated at a predetermined position, and the detection light from the dynamic test surface is imaged via the imaging optical system. Guide to the element, acquire a speckle pattern by the dynamic test surface at a predetermined frame rate, perform cross-correlation between the speckle patterns acquired at a predetermined time interval, based on the calculation results, In a displacement measuring apparatus for measuring at least one of a moving distance and a moving speed of a dynamic test surface,
The imaging optical system includes, in order from the dynamic test surface side, a first group having a positive power, an aperture stop, and a second group having a positive power. The aperture stop is an image-side focal point of the first group. And at a position that is the object-side focal plane of the second group,
Receiving surface of the imaging element, wherein the dynamic allowed to conform to a Gaussian surface by the test surface imaging optical system, the Gaussian surface by dynamic and Boiling surface of the test surface, the imaging optical system of the dynamic test surface The distance: Db, the distance between the Gaussian surface and the light receiving surface of the image sensor: D , regardless of the variation of the measurement environment temperature in the measurement environment temperature change region , the condition:
(1) D / Db≈0
The illumination aspect of the dynamic test surface through the imaging optical system of the illumination optical system is defined,
The illumination optical system is a system in which light from the laser light source is converted into a coherent parallel light beam by the coupling lens,
Each of the first group and the second group of the imaging optical system is composed of two or more lenses made of different materials,
A first lens barrel that holds the first group, a third lens barrel that can slide relative to the first lens barrel, and that can slide relative to the third lens barrel and hold the second lens group A second lens barrel,
One end of each of the first lens barrel and the third lens barrel is fixed to the image pickup device.
請求項1記載の変位測定装置において、
前記第2鏡筒と前記撮像素子が、前記測定環境温度の変動に拘わらず、相互に接触しないことを特徴とする変位測定装置。
The displacement measuring device according to claim 1,
The displacement measuring apparatus, wherein the second lens barrel and the image sensor do not contact each other regardless of fluctuations in the measurement environment temperature .
請求項1又は2記載の変位測定装置において、
前記第2鏡筒の、鏡筒軸方向における前記第1群側の最端面部が、測定環境温度の変動に拘わらず、前記第1鏡筒の上記最端面部に対向する面に接触しないことを特徴とする変位測定装置。
The displacement measuring apparatus according to claim 1 or 2 ,
The end surface of the second lens barrel on the first group side in the direction of the lens barrel axis does not come into contact with the surface facing the end surface of the first lens barrel, regardless of variations in the measurement environment temperature. Displacement measuring device characterized by.
請求項1乃至3の何れか1項に記載の変位測定装置において、
前記第1鏡筒と前記第2鏡筒の間に、前記第2鏡筒を前記第3鏡筒に押圧させる弾性力を作用させる反発性の弾性部材を有することを特徴とする変位測定装置。
The displacement measuring apparatus according to any one of claims 1 to 3 ,
A displacement measuring device having a repulsive elastic member for applying an elastic force that presses the second lens barrel against the third lens barrel between the first lens barrel and the second lens barrel .
請求項1乃至4の何れか1項に記載の変位測定装置において、
前記第1鏡筒を保持するハウジングと前記第1鏡筒とが、測定環境温度の変動に拘わらず、前記第1鏡筒の前記鏡筒軸方向において接触しないことを特徴とする変位測定装置。
In the displacement measuring device according to any one of claims 1 to 4 ,
A displacement measuring apparatus , wherein the housing that holds the first lens barrel and the first lens barrel do not contact each other in the direction of the lens barrel axis of the first lens barrel, regardless of a change in measurement environment temperature .
請求項5記載の変位測定装置において、
前記第1鏡筒を保持する前記ハウジングと前記第1鏡筒とは、前記第1鏡筒の前記鏡筒軸方向において、互いに対向する対向面を有し、
前記第1鏡筒の前記対向面と、前記ハウジングの前記対向面との間に、圧縮性の弾性部材を有することを特徴とする変位測定装置。
The displacement measuring device according to claim 5, wherein
The housing for holding the first lens barrel and the first lens barrel have opposing surfaces facing each other in the lens barrel axis direction of the first lens barrel,
A displacement measuring apparatus comprising a compressible elastic member between the facing surface of the first lens barrel and the facing surface of the housing .
請求項4記載の変位測定装置において、
前記第1鏡筒を保持するハウジングと前記第1鏡筒とは、前記第1鏡筒の前記鏡筒軸方向において、互いに対向する対向面を有し、前記第1鏡筒の前記対向面と、前記ハウジングの前記対向面との間に、圧縮性の弾性部材を有し、
前記第2鏡筒を前記第3鏡筒に押圧させる弾性力を作用させる反発性の前記弾性部材と、前記圧縮性の弾性部材は、共にバネ部材であり、
前記反発性の弾性部材をバネ部材A、前記圧縮性の弾性部材をバネ部材Bとするとき、
前記バネ部材Aの、バネ定数:K1、撓み量:n1、前記第1鏡筒の質量:M1、前記バネ部材Bの、バネ定数:K2、撓み量:n2、前記第2鏡筒の質量:M2、前記第3鏡筒の質量:M3、重力の加速度:Gが、条件:
K1・n1−K2・n2−M1・G<0 (1)
−K1・n1−K2・n2−M2・G−M3・G<0 (2)
を満足し、動的被検面の下方に配置されることを特徴とする変位測定装置。
The displacement measuring device according to claim 4 , wherein
The housing for holding the first lens barrel and the first lens barrel have opposing surfaces facing each other in the lens barrel axis direction of the first lens barrel, and the opposing surface of the first lens barrel. And having a compressible elastic member between the opposing surface of the housing,
The repulsive elastic member for applying an elastic force that presses the second barrel against the third barrel, and the compressible elastic member are both spring members,
When the repulsive elastic member is a spring member A and the compressive elastic member is a spring member B,
Spring constant of the spring member A: K1, deflection amount: n1, mass of the first lens barrel: M1, spring constant of the spring member B: K2, deflection amount: n2, mass of the second lens barrel: M2, mass of the third lens barrel: M3, acceleration of gravity: G, conditions:
K1, n1-K2, n2-M1, G <0 (1)
-K1, n1-K2, n2-M2, G-M3, G <0 (2)
Is satisfied, and is disposed below the dynamic test surface .
請求項4記載の変位測定装置において、
前記第1鏡筒を保持するハウジングと、第1鏡筒とは、前記第1鏡筒の鏡筒軸方向において、互いに対向する対向面を有し、前記第1鏡筒の前記対向面と、前記ハウジングの前記対向面との間に、圧縮性の弾性部材を有し、
第2鏡筒を第3鏡筒に押圧させる弾性力を作用させる反発性の弾性部材と、前記圧縮性の弾性部材は、共にバネ部材であり、
前記反発性の弾性部材をバネ部材A、前記圧縮性の弾性部材をバネ部材Bとするとき、
バネ部材Aの、バネ定数:K1、撓み量:n1、第1鏡筒の質量:M1、バネ部材Bの、バネ定数:K2、撓み量:n2、第3鏡筒の質量:M3、重力の加速度:Gが、条件:
−K1・n1+K2・n2−M1・G>0 (3)
K1・n1−M3・G>0 (4)
を満足し、動的被検面の上方に配置されることを特徴とする変位測定装置。
The displacement measuring device according to claim 4 , wherein
The housing for holding the first lens barrel and the first lens barrel have opposing surfaces facing each other in the lens barrel axis direction of the first lens barrel, and the opposing surface of the first lens barrel; A compressible elastic member between the opposing surface of the housing;
Both the repulsive elastic member that exerts an elastic force that presses the second barrel against the third barrel and the compressible elastic member are spring members,
When the repulsive elastic member is a spring member A and the compressive elastic member is a spring member B,
Spring constant of the spring member A: K1, deflection amount: n1, mass of the first lens barrel: M1, spring constant of the spring member B: K2, deflection amount: n2, mass of the third lens barrel: M3, gravity Acceleration: G, conditions:
-K1 · n1 + K2 · n2-M1 · G> 0 (3)
K1, n1-M3, G> 0 (4)
Is satisfied, and is disposed above the dynamic test surface .
請求項1乃至8の何れか1項に記載の変位測定装置において、
前記第1鏡筒ないし前記第3鏡筒の少なくとも1つが、線膨張係数の異なる2種以上の鏡筒部材を前記鏡筒軸方向に連結させて構成されていることを特徴とする変位測定装置。
In the displacement measuring device according to any one of claims 1 to 8 ,
At least one of the first to third lens barrels is configured by connecting two or more types of lens barrel members having different linear expansion coefficients in the direction of the lens barrel axis. .
請求項1乃至9の何れか1項に記載の変位測定装置において、
前記第2鏡筒と前記第3鏡筒が前記鏡筒軸方向において接触する面が、前記鏡筒軸に対して斜めに傾いていることを特徴とする変位測定装置。
In the displacement measuring device according to any one of claims 1 to 9 ,
A displacement measuring apparatus , wherein a surface of the second lens barrel and the third lens barrel contacting with each other in the lens barrel axis direction is inclined with respect to the lens barrel axis .
請求項1乃至10の何れか1項に記載の変位測定装置において、
前記撮像光学系の前記開口絞りの開口を可変する絞り可変機構を有することを特徴とする変位測定装置。
In the displacement measuring device according to any one of claims 1 to 10 ,
A displacement measuring device having a diaphragm variable mechanism that varies an aperture of the aperture diaphragm of the imaging optical system .
レーザ光源とカップリングレンズを有する照明光学系によるコヒーレント光を照射光として、動的被検面を所定の位置で照明し、前記動的被検面による反射光を、撮像光学系を介して撮像素子に導光し、所定のフレームレートで前記動的被検面によるスペックルパターンを取得し、所定の時間間隔で取得したスペックルパターン相互の相互相関演算を行い、その演算結果に基づき、前記動的被検面の、移動距離および移動速度の少なくとも一方を測定する変位測定方法において、
請求項1乃至11の何れか1項に記載の変位測定装置により行うことを特徴とする変位測定方法
Using coherent light from an illumination optical system having a laser light source and a coupling lens as illumination light, the dynamic test surface is illuminated at a predetermined position, and the reflected light from the dynamic test surface is imaged via the imaging optical system. Guide to the element, acquire a speckle pattern by the dynamic test surface at a predetermined frame rate, perform cross-correlation between the speckle patterns acquired at a predetermined time interval, based on the calculation results, In a displacement measuring method for measuring at least one of a moving distance and a moving speed of a dynamic test surface,
A displacement measuring method performed by the displacement measuring device according to claim 1 .
定方向へ定速で移動する移動体の表面に画像を形成する画像形成装置において、
前記移動体の表面を動的被検面として、その移動距離および移動速度の少なくとも一方の測定を行なう変位測定装置を有し、
該変位測定装置として、請求項1乃至11の何れか1項に記載の変位測定装置を用いることを特徴とする画像形成装置。
In an image forming apparatus that forms an image on the surface of a moving body that moves at a constant speed in a constant direction,
A displacement measuring device for measuring at least one of a moving distance and a moving speed of the moving body as a dynamic test surface;
An image forming apparatus using the displacement measuring apparatus according to claim 1 as the displacement measuring apparatus.
請求項13記載の画像形成装置において、
電子写真プロセスを用いて、光導電性の感光体に静電潜像を形成し、該静電潜像をトナー画像として可視化し、得られたトナー画像を被転写体に転写し、該被転写体を移動体として、その表面の移動距離および移動速度の少なくとも一方の測定を行なうことを特徴とする画像形成装置。
The image forming apparatus according to claim 13.
Using an electrophotographic process, an electrostatic latent image is formed on a photoconductive photosensitive member, the electrostatic latent image is visualized as a toner image, the obtained toner image is transferred to a transfer target, and the transfer target is transferred. An image forming apparatus , wherein a body is a moving body and at least one of a moving distance and a moving speed of the surface is measured .
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