WO2023228493A1 - 速度測定装置及び速度測定方法 - Google Patents

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WO2023228493A1
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distance
measuring device
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Inventor
雅 古谷
Original Assignee
アズビル株式会社
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01P—MEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
    • G01P3/00—Measuring linear or angular speed; Measuring differences of linear or angular speeds
    • G01P3/36—Devices characterised by the use of optical means, e.g. using infrared, visible, or ultraviolet light

Definitions

  • the present invention relates to a speed measuring device and a speed measuring method.
  • Patent Document 1 A method for measuring the moving speed of an object without contact has been proposed.
  • two spatial filters are arranged at positions where the optical path lengths from the target object are different from each other, and the reflected light from the target object is imaged on both of the two spatial filters. It is described that the moving speed of an object is calculated using both frequencies of two signals.
  • one of the objects of the present invention is to provide a speed measuring device and a speed measuring method that can accurately measure the speed of an object even if the distance between the object and the speed measuring device changes. .
  • a speed measuring device includes a splitter that splits reflected light from a moving object to be measured into first light and second light, and an object-side telecentric lens or both-side telecentric lens that receives the reflected light.
  • a moving speed calculation section that calculates the moving speed of the measurement target based on the signal with a larger amplitude between the first signal and the second signal.
  • the speed measurement device includes a first spatial filter for spatially filtering the first light at a first distance from the splitter, and a second spatial filter for spatially filtering the second light at a second distance from the splitter. It may further include a spatial filter.
  • each of the first spatial filter and the second spatial filter may include photodetectors arranged in stripes at a predetermined pitch.
  • each of the first spatial filter and the second spatial filter includes a grating including light shielding parts arranged in a striped manner at a predetermined pitch, and a photodetector that receives light passing through the grating. It may also have the following.
  • the speed measuring device described above includes a first image sensor that images the first light at a first distance from the splitter, a second image sensor that images the second light at a second distance from the splitter, and a second image sensor that images the second light at a second distance from the splitter.
  • the image processing apparatus may further include an image processing section that spatially filters the images captured by each of the first and second image sensors.
  • an object side telecentric lens or both side telecentric lenses may be arranged in front of the splitter in the traveling direction of the reflected light.
  • an object side telecentric lens or both side telecentric lenses may be arranged after the splitter in the traveling direction of the reflected light.
  • the speed measuring device described above may further include a light source that irradiates the measurement target with light.
  • a speed measuring method includes splitting reflected light from a moving object to be measured into first light and second light using a splitter, and transmitting the reflected light using an object-side telecentric lens or both-side telecentric lenses. the amplitude of a first signal obtained by spatially filtering the first light at a first distance from the splitter; and the amplitude of a second signal obtained by spatially filtering the second light at a second distance from the splitter. and calculating the moving speed of the object to be measured based on the signal with the larger amplitude between the first signal and the second signal.
  • each of the first signal obtained by spatially filtering the first light and the second signal obtained by spatially filtering the second light is arranged in a striped pattern at a predetermined pitch. may be obtained by a photodetector.
  • each of the first signal obtained by spatially filtering the first light and the second signal obtained by spatially filtering the second light is arranged in a striped pattern at a predetermined pitch.
  • the light may be obtained by a grating including a light shielding part and a photodetector that receives the light that has passed through the grating.
  • the speed measuring method described above includes imaging the first light at a first distance from the splitter, imaging the second light at a second distance from the splitter, and imaging the first and second imaging elements.
  • the method may further include spatially filtering the respective captured images.
  • an object side telecentric lens or both side telecentric lenses may be arranged in front of the splitter in the traveling direction of the reflected light.
  • an object side telecentric lens or both side telecentric lenses may be placed after the splitter in the traveling direction of the reflected light.
  • the speed measuring method described above may further include irradiating the measurement target with light.
  • the present invention it is possible to provide a speed measuring device and a speed measuring method that can accurately measure the speed of an object even if the distance between the object and the speed measuring device changes.
  • FIG. 1 is a schematic diagram showing a speed measuring device according to an embodiment.
  • FIG. 2 is a schematic diagram showing a photodetector according to an embodiment.
  • FIG. 3 is a schematic graph showing temporal changes in signal intensity according to the embodiment.
  • FIG. 4 is a schematic graph showing a frequency spectrum of a signal according to the embodiment.
  • FIG. 5 is a schematic diagram showing a speed measuring device according to an embodiment.
  • FIG. 6 is a schematic diagram showing a photodetector according to the embodiment.
  • FIG. 7 is a schematic graph showing temporal changes in the intensities of two signals according to the embodiment.
  • FIG. 8 is a schematic graph showing temporal changes in the difference between two intensities of signals according to the embodiment.
  • FIG. 9 is a schematic diagram showing a speed measuring device according to an embodiment.
  • FIG. 10 is a schematic diagram showing a speed measuring device according to an embodiment.
  • the speed measuring device includes a splitter 20 that splits reflected light from a moving measurement object 10 into first light and second light, and an object-side telecentric that receives the reflected light.
  • the amplitude of the first signal obtained by spatially filtering the first light at a first distance L from the splitter 20 and the second light at a second distance L+D from the splitter 20.
  • the comparison unit 301 compares the amplitude of the second signal obtained by spatial filtering, and determines the moving speed of the measurement object 10 based on the signal with the larger amplitude between the first signal and the second signal.
  • a moving speed calculation unit 302 that calculates the movement speed calculation unit 302 is provided.
  • the comparison unit 301 and the movement speed calculation unit 302 are included in the central processing unit (CPU) 300, for example.
  • the measurement object 10 moves in parallel.
  • the measuring object 10 moves relative to the speed measuring device.
  • the speed measuring device may be left still and the measuring object 10 may be moved, or the measuring object 10 may be left still and the speed measuring device is moving.
  • examples of the object to be measured 10 include a film, a nonwoven fabric, etc., but are not particularly limited.
  • an example of the measurement object 10 is a road surface, but is not particularly limited.
  • the speed measuring device may further include a light source 30 that irradiates the measurement object 10 with light.
  • a light source 30 that irradiates the measurement object 10 with light.
  • the light source 30 a laser and a light emitting diode (LED) can be used, but the light source 30 is not particularly limited.
  • the intensity of the light is, for example, constant.
  • the speed measuring device according to the embodiment may further include an irradiation lens 31 that converts the light emitted by the light source 30 into parallel light.
  • the light source 30 irradiates light, reflected light is generated from the measurement object 10 .
  • the light source 30 may not be provided.
  • the double-sided telecentric lens 4 includes a first lens 40 that collects reflected light, and a second lens 41 that converts the reflected light collected by the first lens 40 into parallel light.
  • the principal rays on the object side of the first lens 40 are parallel. Thereby, even if the distance between the first lens 40 and the object to be measured 10 changes, the imaging magnification remains constant.
  • the first lens 40 is arranged so that its optical axis is substantially perpendicular to the measurement object 10.
  • the second lens 41 is arranged so that its optical axis is substantially perpendicular to the measurement object 10. For example, the optical axis of the first lens 40 and the optical axis of the second lens 41 coincide.
  • a diaphragm 61 may be arranged between the first lens 40 and the second lens 41.
  • the first lens 40, the second lens 41, and the diaphragm 61 may be arranged within the lens barrel 71.
  • the double-sided telecentric lens 4 is arranged, for example, between the measurement object 10 and the splitter 20. Note that an object-side telecentric lens may be used instead of the double-sided telecentric lens 4.
  • the splitter 20 splits the reflected light into first light and second light. Each of the first light and the second light is still reflected light from the measurement object 10.
  • the speed measuring device includes a first spatial filter 50 for spatially filtering the first light at a first distance L from the splitter 20, and a first spatial filter 50 for spatially filtering the first light at a second distance L+D from the splitter 20. It may further include a second spatial filter 51 for spatial filtering.
  • the first distance L and the second distance L+D are different.
  • the starting point of the first distance and the second distance is, for example, the intersection of the optical axis of the double-sided telecentric lens 4 and the splitter 20.
  • the image of the measurement object 10 on the second spatial filter 51 becomes blurred. Further, when the image of the measurement object 10 is formed on the second spatial filter 51, the image of the measurement object 10 on the first spatial filter 50 becomes blurred.
  • Each of the first spatial filter 50 and the second spatial filter 51 may include photodetectors 52 arranged in a striped manner at a predetermined pitch P, as shown in FIG.
  • the pitch P of the first spatial filter 50 and the pitch P of the second spatial filter 51 are the same.
  • a photodetector constituting the first spatial filter 50 shown in FIG. 1 converts the spatially filtered first light into a first signal that is an electrical signal.
  • a photodetector constituting the second spatial filter 51 converts the spatially filtered second light into a second signal that is an electrical signal.
  • Each of the first signal and the second signal is amplified by an amplifier and sent to the comparison section 301.
  • each of the first signal and the second signal has a frequency proportional to the velocity of the measurement object 10 and the pitch P of the first spatial filter 50 and the second spatial filter 51, respectively.
  • the first signal The amplitude of the second signal becomes relatively large as shown in FIG. 3A, and the amplitude of the second signal becomes relatively small as shown in FIG. 3B.
  • the amplitude of the first signal is The amplitude of the second signal becomes relatively small as shown in FIG. 3B, and the amplitude of the second signal becomes relatively large as shown in FIG. 3A.
  • a frequency spectrum (amplitude spectrum) as shown in FIG. 4 is obtained.
  • the positive frequency that gives the amplitude peak except near zero is the frequency of the signal.
  • the first signal The amplitude of the peak in the frequency spectrum of the second signal becomes relatively large as shown in FIG. 4A, and the amplitude of the peak in the frequency spectrum of the second signal becomes relatively small as shown in FIG. 4B.
  • the frequency spectrum of the first signal When a clear image of the measurement object 10 is formed on the second spatial filter 51 and a blurred image of the measurement object 10 is formed on the first spatial filter 50, the frequency spectrum of the first signal The amplitude of the peak in the frequency spectrum of the second signal becomes relatively small as shown in FIG. 4B, and the amplitude of the peak in the frequency spectrum of the second signal becomes relatively large as shown in FIG. 4A.
  • a frequency spectrum that gives a peak of large amplitude has a higher S/N ratio than a frequency spectrum that gives a peak of small amplitude, and is more reliable when specifying the frequency of a signal.
  • the spectrum may be a power spectrum.
  • the comparison unit 301 shown in FIG. 1 compares the amplitude of the first signal and the amplitude of the second signal, and selects the signal with the larger amplitude.
  • the comparison unit 301 may compare the frequency spectrum of the first signal and the frequency spectrum of the second signal, and select the signal with a larger peak amplitude. Furthermore, in the frequency spectrum, the narrower the half-width of the peak, the larger the amplitude of the peak. A signal with a smaller value range may be selected.
  • At least one of the comparison unit 301 and the movement speed calculation unit 302 calculates the frequency F of the selected signal. Furthermore, the moving speed calculation unit 302 calculates the moving speed V of the measurement target object 10 using, for example, the following equation (1).
  • V FP/M (1)
  • P is the pitch of the first spatial filter 50 and the second spatial filter 51.
  • M is the magnification by the bilateral telecentric lens 4. Note that in calculating the moving speed V, the period of the signal may be used instead of the frequency F of the signal.
  • the magnification M in equation (1) is the same whether the first signal or the second signal is used. However, if the second lens 41 is not present, the magnification of the first lens 40 is different between the position of the first spatial filter 50 and the position of the second spatial filter 51. Therefore, when there is no second lens 41 and the first signal is used, the magnification at the position of the first spatial filter 50 is used, and when there is no second lens 41 and the second signal is used, the magnification at the position of the first spatial filter 50 is used. The magnification at the position of the spatial filter 51 of No. 2 is used.
  • the moving speed of the object to be measured can be stably measured by imaging the object to be measured on one spatial filter.
  • the distance between the speed measuring device and the object to be measured cannot be kept constant due to shaking of either the speed measuring device or the object to be measured.
  • there is only one spatial filter if the image of the object to be measured on one spatial filter becomes blurred, it may become impossible to calculate the moving speed of the object to be measured.
  • the speed measuring device includes first and second spatial filters 50 and 51 having different optical path lengths from the measurement target 10, and for calculating the moving speed, the The moving speed of the object to be measured is calculated by selecting the signal with the larger amplitude from the first and second signals. Therefore, even if the distance between the speed measuring device and the object to be measured 10 changes, such as becoming shorter or longer, it is possible to accurately calculate the moving speed of the object to be measured 10.
  • the speed measuring device includes three or more spatial filters, selects the signal with the largest amplitude among the three or more spatially filtered signals, and determines the moving speed of the object to be measured. may be calculated.
  • FIG. 1 shows an example in which a telecentric lens is placed in front of the splitter 20 in the traveling direction of reflected light
  • the telecentric lens may be placed after the splitter 20.
  • the speed measuring device may include a double-sided telecentric lens 4A that receives the first light and a double-sided telecentric lens 4B that receives the second light.
  • the double-sided telecentric lens 4A and the double-sided telecentric lens 4B are arranged such that the intersection of their respective optical axes is located at the splitter 20.
  • the double-sided telecentric lens 4A includes a first lens 40A that collects the first light, and a second lens 41A that converts the first light collected by the first lens 40A into parallel light.
  • a first lens 40A that collects the first light
  • a second lens 41A that converts the first light collected by the first lens 40A into parallel light.
  • An aperture 61A may be arranged between the first lens 40A and the second lens 41A.
  • the first lens 40A, the second lens 41A, and the aperture 61A may be arranged within the lens barrel 71A.
  • the double-sided telecentric lens 4B includes a first lens 40B that collects the second light, and a second lens 41B that converts the second light collected by the first lens 40B into parallel light.
  • a first lens 40B that collects the second light
  • a second lens 41B that converts the second light collected by the first lens 40B into parallel light.
  • the optical axis of the first lens 40B and the optical axis of the second lens 41B coincide.
  • An aperture 61B may be arranged between the first lens 40B and the second lens 41B.
  • the first lens 40B, the second lens 41B, and the aperture 61B may be arranged within the lens barrel 71B.
  • an object-side telecentric lens may be used instead of the double-sided telecentric lenses 4A and 4B.
  • the comparing section 301 and the moving speed calculating section 302 are the same as above.
  • Each of the first spatial filter 50 and the second spatial filter 51 shown in FIGS. 1 and 5 includes first photodetectors 53 arranged in a striped manner at a predetermined pitch P, as shown in FIG. , and second photodetectors 54 arranged in stripes at a predetermined pitch P.
  • the second photodetector 54 is arranged in a gap between the first photodetectors 53, and the striped portions of the first photodetector 53 and the striped portions of the second photodetector 54 are arranged alternately. Ru.
  • a differential amplifier 303 is connected to the first photodetector 53 and the second photodetector 54. As shown in FIG. 7, the phase of the signal photoelectrically converted by the first photodetector 53 is inverted with respect to the phase of the signal photoelectrically converted by the second photodetector 54.
  • the differential amplifier 303 obtains a difference signal shown in FIG. 8 between the signal photoelectrically converted by the first photodetector 53 and the signal photoelectrically converted by the second photodetector 54.
  • the bias component is removed from the differential signal.
  • the differential amplifier of the first spatial filter 50 amplifies the difference signal and sends the amplified difference signal to the comparison section 301 as a first signal.
  • the differential amplifier of the second spatial filter 51 amplifies the difference signal and sends the amplified difference signal to the comparator 301 as a second signal. By removing the bias component, it is possible to increase the amplification factor of the signal.
  • the first spatial filter 50 includes a grating 150 having light shielding parts arranged in a striped manner at a predetermined pitch P, a lens 151 that condenses the light that has passed through the grating 150, and a grating 150.
  • a photodetector 152 that receives the light that passes through the lens 151 and is focused by the lens 151 may be included. Photodetector 152 sends a first signal to comparator 301 .
  • the second spatial filter 51 includes a grating 250 that includes light shielding parts arranged in a striped manner at a predetermined pitch P, a lens 251 that condenses light that has passed through the grating 250, and a lens 251 that condenses light that has passed through the grating 250.
  • a photodetector 252 that receives the light collected by 251 may also be provided. Photodetector 252 sends a second signal to comparator 301 . In this case, the photodetectors 152, 252 do not need to be striped.
  • the speed measuring device includes a first image sensor 255 that images the first light at a first distance L from the splitter 20, and a first image sensor 255 that images the first light at a second distance L+D from the splitter 20. 2, and an image processing unit 304 that spatially filters images captured by each of the first and second image sensors.
  • the image processing unit 304 performs processing equivalent to spatial filtering of the first light at a first distance L from the splitter 20 on the image captured by the first image sensor 255, and generates a first signal. do.
  • the image processing unit 304 also performs processing equivalent to spatially filtering the second light at the second distance L+D from the splitter 20 on the image captured by the second image sensor 256, and converts the second signal into generate.
  • the spatial filter may include a grating and a planar photodetector in close contact with or close to the grating. It should be understood that the invention encompasses various embodiments and the like that are not described herein.

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Abstract

移動する測定対象物１０からの反射光を第１の光と第２の光に分割するスプリッタ２０と、反射光を受ける物体側テレセントリックレンズ又は両側テレセントリックレンズ４と、スプリッタ２０から第１の距離Ｌにおける第１の光を空間フィルタリングして得られる第１の信号の振幅と、スプリッタ２０から第２の距離Ｌ＋Ｄにおける第２の光を空間フィルタリングして得られる第２の信号の振幅と、を比較する比較部３０１と、第１の信号と第２の信号のうち、振幅が大きい方の信号に基づき、測定対象物１０の移動速度を算出する移動速度算出部３０２と、を備える速度測定装置。

Description

速度測定装置及び速度測定方法
　本発明は、速度測定装置及び速度測定方法に関する。
　対象物の移動速度を非接触で測定する方法が提案されてきている。特許文献１は、対象物からの光路長が互いに異なる位置に２つの空間フィルタを配置し、対象物からの反射光を２つの空間フィルタの両方に結像し、２つの空間フィルタでフィルタリングされた２つの信号の両方の周波数を用いて、対象物の移動速度を算出することを記載している。
特開昭５３－１３８３８１号公報
　従来の非接触速度測定装置は、対象物と速度測定装置の間の距離が変動すると、対象物からの反射光が結像する位置が空間フィルタからずれるために、対象物の速度を正確に測定することができない。そこで、本発明は、対象物と速度測定装置の間の距離が変動しても対象物の速度を正確に測定することができる速度測定装置及び速度測定方法を提供することを目的の一つとする。
　本発明の態様に係る速度測定装置は、移動する測定対象物からの反射光を第１の光と第２の光に分割するスプリッタと、反射光を受ける物体側テレセントリックレンズ又は両側テレセントリックレンズと、スプリッタから第１の距離における第１の光を空間フィルタリングして得られる第１の信号の振幅と、スプリッタから第２の距離における第２の光を空間フィルタリングして得られる第２の信号の振幅と、を比較する比較部と、第１の信号と第２の信号のうち、振幅が大きい方の信号に基づき、測定対象物の移動速度を算出する移動速度算出部と、を備える。
　上記の速度測定装置が、スプリッタから第１の距離における第１の光を空間フィルタリングするための第１の空間フィルタと、スプリッタから第２の距離における第２の光を空間フィルタリングするための第２の空間フィルタと、をさらに備えていてもよい。
　上記の速度測定装置において、第１の空間フィルタ及び第２の空間フィルタのそれぞれが、所定のピッチで縞状に配置された光検出器を備えていてもよい。
　上記の速度測定装置において、第１の空間フィルタ及び第２の空間フィルタのそれぞれが、所定のピッチで縞状に配置された遮光部を備える格子と、格子を通過した光を受光する光検出器と、を備えていてもよい。
　上記の速度測定装置が、スプリッタから第１の距離における第１の光を撮像する第１の撮像素子と、スプリッタから第２の距離における第２の光を撮像する第２の撮像素子と、第１及び第２の撮像素子のそれぞれが撮像した画像を空間フィルタリングする画像処理部と、をさらに備えていてもよい。
　上記の速度測定装置において、物体側テレセントリックレンズ又は両側テレセントリックレンズが、反射光の進行方向において、スプリッタの前に配置されていてもよい。
　上記の速度測定装置において、物体側テレセントリックレンズ又は両側テレセントリックレンズが、反射光の進行方向において、スプリッタの後に配置されていてもよい。
　上記の速度測定装置が、測定対象物に光を照射する光源をさらに備えていてもよい。
　本発明の態様に係る速度測定方法は、移動する測定対象物からの反射光を第１の光と第２の光にスプリッタで分割することと、反射光を物体側テレセントリックレンズ又は両側テレセントリックレンズで受けることと、スプリッタから第１の距離における第１の光を空間フィルタリングして得られる第１の信号の振幅と、スプリッタから第２の距離における第２の光を空間フィルタリングして得られる第２の信号の振幅と、を比較することと、第１の信号と第２の信号のうち、振幅が大きい方の信号に基づき、測定対象物の移動速度を算出することと、を含む。
　上記の速度測定方法において、第１の光を空間フィルタリングして得られる第１の信号及び第２の光を空間フィルタリングして得られる第２の信号のそれぞれが、所定のピッチで縞状に配置された光検出器によって得られてもよい。
　上記の速度測定方法において、第１の光を空間フィルタリングして得られる第１の信号及び第２の光を空間フィルタリングして得られる第２の信号のそれぞれが、所定のピッチで縞状に配置された遮光部を備える格子と、格子を通過した光を受光する光検出器と、によって得られてもよい。
　上記の速度測定方法が、スプリッタから第１の距離における第１の光を撮像することと、スプリッタから第２の距離における第２の光を撮像することと、第１及び第２の撮像素子のそれぞれが撮像した画像を空間フィルタリングすることと、をさらに含んでもよい。
　上記の速度測定方法において、物体側テレセントリックレンズ又は両側テレセントリックレンズが、反射光の進行方向において、スプリッタの前に配置されていてもよい。
　上記の速度測定方法において、物体側テレセントリックレンズ又は両側テレセントリックレンズが、反射光の進行方向において、スプリッタの後に配置されていてもよい。
　上記の速度測定方法が、測定対象物に光を照射することをさらに含んでもよい。
　本発明によれば、対象物と速度測定装置の間の距離が変動しても対象物の速度を正確に測定することができる速度測定装置及び速度測定方法を提供することができる。
図１は、実施形態に係る速度測定装置を示す模式図である。 図２は、実施形態に係る光検出器を示す模式図である。 図３は、実施形態に係る信号の強度の時間変化を示す模式的なグラフである。 図４は、実施形態に係る信号の周波数スペクトルを示す模式的なグラフである。 図５は、実施形態に係る速度測定装置を示す模式図である。 図６は、実施形態に係る光検出器を示す模式図である。 図７は、実施形態に係る２つの信号の強度の時間変化を示す模式的なグラフである。 図８は、実施形態に係る信号の２つの強度の差分の時間変化を示す模式的なグラフである。 図９は、実施形態に係る速度測定装置を示す模式図である。 図１０は、実施形態に係る速度測定装置を示す模式図である。
　以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号で表している。ただし、図面は模式的なものである。したがって、具体的な寸法等は以下の説明を照らし合わせて判断するべきものである。また、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることはもちろんである。
　実施形態に係る速度測定装置は、図１に示すように、移動する測定対象物１０からの反射光を第１の光と第２の光に分割するスプリッタ２０と、反射光を受ける物体側テレセントリックレンズ又は両側テレセントリックレンズ４と、スプリッタ２０から第１の距離Ｌにおける第１の光を空間フィルタリングして得られる第１の信号の振幅と、スプリッタ２０から第２の距離Ｌ＋Ｄにおける第２の光を空間フィルタリングして得られる第２の信号の振幅と、を比較する比較部３０１と、第１の信号と第２の信号のうち、振幅が大きい方の信号に基づき、測定対象物１０の移動速度を算出する移動速度算出部３０２と、を備える。比較部３０１及び移動速度算出部３０２は、例えば、中央演算処理装置（ＣＰＵ）３００に含まれる。
　測定対象物１０は、平行に移動する。測定対象物１０は、速度測定装置に対して相対的に移動する。例えば、速度測定装置が静置され、測定対象物１０が移動してもよいし、測定対象物１０が静置され、速度測定装置が移動してもよい。速度測定装置が静置され、測定対象物１０が移動する場合、測定対象物１０の例としては、フィルム、及び不織布等が挙げられるが、特に限定されない。測定対象物１０が静置され、速度測定装置が移動する場合、測定対象物１０の例としては、路面が挙げられるが、特に限定されない。
　実施形態に係る速度測定装置は、測定対象物１０に光を照射する光源３０をさらに備えていてもよい。光源３０としては、レーザー及び発光ダイオード（ＬＥＤ）が使用可能であるが、特に限定されない。光の強度は、例えば、一定である。実施形態に係る速度測定装置は、光源３０が発した光を平行光にする照射用レンズ３１をさらに備えていてもよい。光源３０が光を照射することにより、測定対象物１０から反射光が生じる。ただし、光源３０が光を照射しなくとも、太陽光や周囲の照明光により測定対象物１０から反射光が生じる場合は、光源３０はなくてもよい。
　両側テレセントリックレンズ４は、反射光を集光する第１のレンズ４０と、第１のレンズ４０で集光された反射光を平行光にする第２のレンズ４１を備える。第１のレンズ４０の物体側の主光線は平行である。これにより、第１のレンズ４０と測定対象物１０の間の距離が変わっても、結像倍率は一定である。第１のレンズ４０は、光軸が測定対象物１０に対して略垂直になるように配置される。第２のレンズ４１は、光軸が測定対象物１０に対して略垂直になるように配置される。例えば、第１のレンズ４０の光軸と第２のレンズ４１の光軸は一致する。第１のレンズ４０と第２のレンズ４１の間に絞り６１が配置されていてもよい。第１のレンズ４０、第２のレンズ４１、及び絞り６１は、鏡筒７１内に配置されていてもよい。両側テレセントリックレンズ４は、例えば、測定対象物１０とスプリッタ２０の間に配置される。なお、両側テレセントリックレンズ４の代わりに、物体側テレセントリックレンズを用いてもよい。
　スプリッタ２０は、反射光を第１の光と第２の光に分割する。第１の光と第２の光のそれぞれは、測定対象物１０からの反射光であることには変わりがない。実施形態に係る速度測定装置は、スプリッタ２０から第１の距離Ｌにおける第１の光を空間フィルタリングするための第１の空間フィルタ５０と、スプリッタ２０から第２の距離Ｌ＋Ｄにおける第２の光を空間フィルタリングするための第２の空間フィルタ５１と、をさらに備えていてもよい。第１の距離Ｌと第２の距離Ｌ＋Ｄは異なる。第１の距離と第２の距離の起点は、例えば、両側テレセントリックレンズ４の光軸とスプリッタ２０との交点である。
　第１の距離Ｌと第２の距離Ｌ＋Ｄが異なるため、第１の空間フィルタ５０に測定対象物１０の像が結像する場合、第２の空間フィルタ５１において測定対象物１０の像はぼやける。また、第２の空間フィルタ５１に測定対象物１０の像が結像する場合、第１の空間フィルタ５０において測定対象物１０の像はぼやける。
　第１の空間フィルタ５０及び第２の空間フィルタ５１のそれぞれは、図２に示すように、所定のピッチＰで縞状に配置された光検出器５２を備えていてもよい。第１の空間フィルタ５０のピッチＰと第２の空間フィルタ５１のピッチＰは同じである。図１に示す第１の空間フィルタ５０を構成する光検出器は、空間フィルタリングされた第１の光を電気信号である第１の信号に変換する。第２の空間フィルタ５１を構成する光検出器は、空間フィルタリングされた第２の光を電気信号である第２の信号に変換する。第１の信号及び第２の信号のそれぞれは、増幅器により増幅され、比較部３０１に送られる。
　第１の信号及び第２の信号のそれぞれは、図３に示すように、測定対象物１０の速度と第１の空間フィルタ５０及び第２の空間フィルタ５１のそれぞれのピッチＰに比例する周波数を有する交流成分を含む。ここで、第１の空間フィルタ５０に測定対象物１０の像がクリアに結像し、第２の空間フィルタ５１に測定対象物１０の像がぼやけて結像している場合、第１の信号の振幅は図３Ａに示すように相対的に大きくなり、第２の信号の振幅は図３Ｂに示すように相対的に小さくなる。第２の空間フィルタ５１に測定対象物１０の像がクリアに結像し、第１の空間フィルタ５０に測定対象物１０の像がぼやけて結像している場合、第１の信号の振幅は図３Ｂに示すように相対的に小さくなり、第２の信号の振幅は図３Ａに示すように相対的に大きくなる。
　第１の信号及び第２の信号をそれぞれ所定の時間蓄積し、高速フーリエ変換（ＦＦＴ）処理すると、図４に示すような周波数スペクトル（振幅スペクトル）が得られる。周波数スペクトルにおいて、ゼロ付近を除いて振幅のピークを与える正の周波数が、信号の周波数である。ここで、第１の空間フィルタ５０に測定対象物１０の像がクリアに結像し、第２の空間フィルタ５１に測定対象物１０の像がぼやけて結像している場合、第１の信号の周波数スペクトルにおけるピークの振幅は図４Ａに示すように相対的に大きくなり、第２の信号の周波数スペクトルにおけるピークの振幅は図４Ｂに示すように相対的に小さくなる。第２の空間フィルタ５１に測定対象物１０の像がクリアに結像し、第１の空間フィルタ５０に測定対象物１０の像がぼやけて結像している場合、第１の信号の周波数スペクトルにおけるピークの振幅は図４Ｂに示すように相対的に小さくなり、第２の信号の周波数スペクトルにおけるピークの振幅は図４Ａに示すように相対的に大きくなる。大きい振幅のピークを与える周波数スペクトルのほうが、小さい振幅のピークを与える周波数スペクトルよりも、Ｓ／Ｎ比が高く、信号の周波数を特定する際には、信頼性が高い。なお、スペクトルはパワースペクトルでもよい。
　したがって、図１に示す比較部３０１は、第１の信号の振幅と、第２の信号の振幅と、を比較し、振幅が大きい方の信号を選択する。あるいは、比較部３０１は、第１の信号の周波数スペクトルと、第２の信号の周波数スペクトルと、を比較し、ピークの振幅が大きい方の信号を選択してもよい。また、周波数スペクトルにおいて、ピークの半値幅が狭いほどピークの振幅は大きいため、比較部３０１は、第１の信号の周波数スペクトルと、第２の信号の周波数スペクトルと、を比較し、ピークの半値幅が小さい方の信号を選択してもよい。比較部３０１及び移動速度算出部３０２の少なくともいずれかは、選択された信号の周波数Ｆを算出する。さらに、移動速度算出部３０２は、例えば下記（１）式を用いて、測定対象物１０の移動速度Ｖを算出する。
　　Ｖ＝ＦＰ／Ｍ　　　　（１）
　ここで、Ｐは第１の空間フィルタ５０及び第２の空間フィルタ５１のピッチである。Ｍは、両側テレセントリックレンズ４による倍率である。なお、移動速度Ｖの算出には、信号の周波数Ｆの代わりに信号の周期を用いてもよい。
　第２のレンズ４１がある場合は、第１の信号を用いても第２の信号を用いても、（１）式の倍率Ｍは同じである。しかし、第２のレンズ４１がない場合は、第１のレンズ４０の倍率は、第１の空間フィルタ５０の位置と第２の空間フィルタ５１の位置で異なる。そのため、第２のレンズ４１がなく、第１の信号を用いる場合は、第１の空間フィルタ５０の位置における倍率を用い、第２のレンズ４１がなく、第２の信号を用いる場合は、第２の空間フィルタ５１の位置における倍率を用いる。
　速度測定装置と測定対象物の間の距離が一定である場合、１つの空間フィルタに測定対象物を結像させれば、測定対象物の移動速度を安定的に計測可能である。しかし、速度測定装置及び測定対象物のいずれかの揺れ等により、速度測定装置と測定対象物の間の距離を一定に保てない場合が生じ得る。空間フィルタが１つしかない場合、１つの空間フィルタ上における測定対象物の像がぼやけると、測定対象物の移動速度の算出が不可能になり得る。これに対し、実施形態に係る速度測定装置は、測定対象物１０からの光路長が異なる第１及び第２の空間フィルタ５０、５１を備え、移動速度の算出のために、空間フィルタリングされた第１及び第２の信号のうち、振幅が大きい信号を選択して、測定対象物の移動速度を算出する。そのため、速度測定装置と測定対象物１０の間の距離が、短くなったり、長くなったりして変動しても、測定対象物１０の移動速度を正確に算出することが可能である。なお、実施形態に係る速度測定装置は、３以上の複数の空間フィルタを備え、空間フィルタリングされた３以上の複数の信号のうち、振幅が最も大きい信号を選択して、測定対象物の移動速度を算出してもよい。
　図１においては、反射光の進行方向において、スプリッタ２０の前にテレセントリックレンズを配置する例を示したが、スプリッタ２０の後にテレセントリックレンズを配置してもよい。例えば、図５に示すように、実施形態に係る速度測定装置は、第１の光を受光する両側テレセントリックレンズ４Ａと、第２の光を受光する両側テレセントリックレンズ４Ｂを備えていてもよい。両側テレセントリックレンズ４Ａと両側テレセントリックレンズ４Ｂは、それぞれの光軸の交点がスプリッタ２０に位置するように配置される。
　両側テレセントリックレンズ４Ａは、第１の光を集光する第１のレンズ４０Ａと、第１のレンズ４０Ａで集光された第１の光を平行光にする第２のレンズ４１Ａを備える。例えば、第１のレンズ４０Ａの光軸と第２のレンズ４１Ａの光軸は一致する。第１のレンズ４０Ａと第２のレンズ４１Ａの間に絞り６１Ａが配置されていてもよい。第１のレンズ４０Ａ、第２のレンズ４１Ａ、及び絞り６１Ａは、鏡筒７１Ａ内に配置されていてもよい。
　両側テレセントリックレンズ４Ｂは、第２の光を集光する第１のレンズ４０Ｂと、第１のレンズ４０Ｂで集光された第２の光を平行光にする第２のレンズ４１Ｂを備える。例えば、第１のレンズ４０Ｂの光軸と第２のレンズ４１Ｂの光軸は一致する。第１のレンズ４０Ｂと第２のレンズ４１Ｂの間に絞り６１Ｂが配置されていてもよい。第１のレンズ４０Ｂ、第２のレンズ４１Ｂ、及び絞り６１Ｂは、鏡筒７１Ｂ内に配置されていてもよい。
　なお、両側テレセントリックレンズ４Ａ、４Ｂの代わりに、物体側テレセントリックレンズを用いてもよい。
　反射光の進行方向において、スプリッタ２０の後にテレセントリックレンズを配置した場合も、比較部３０１と移動速度算出部３０２は上記と同じである。
　図１及び図５に示す第１の空間フィルタ５０及び第２の空間フィルタ５１のそれぞれは、図６に示すように、所定のピッチＰで縞状に配置された第１の光検出器５３と、所定のピッチＰで縞状に配置された第２の光検出器５４と、を備えていてもよい。第２の光検出器５４は、第１の光検出器５３の間隙に配置され、第１の光検出器５３の縞状部分と第２の光検出器５４の縞状部分は交互に配置される。
　第１の光検出器５３と第２の光検出器５４には、差動増幅器３０３が接続されている。図７に示すように、第１の光検出器５３で光電変換された信号の位相は、第２の光検出器５４で光電変換された信号の位相に対して反転している。差動増幅器３０３は、第１の光検出器５３で光電変換された信号と第２の光検出器５４で光電変換された信号の図８に示す差分信号を得る。差分信号においては、バイアス成分が除去される。第１の空間フィルタ５０の差動増幅器は、差分信号を増幅して、増幅した差分信号を第１の信号として比較部３０１に送る。第２の空間フィルタ５１の差動増幅器は、差分信号を増幅して、増幅した差分信号を第２の信号として比較部３０１に送る。バイアス成分を除去することにより、信号の増幅倍率を上げることが可能である。
　図９に示すように、第１の空間フィルタ５０は、所定のピッチＰで縞状に配置された遮光部を備える格子１５０と、格子１５０を通過した光を集光するレンズ１５１と、格子１５０を通過してレンズ１５１で集光された光を受光する光検出器１５２と、を備えていてもよい。光検出器１５２が、第１の信号を比較部３０１に送る。また、第２の空間フィルタ５１は、所定のピッチＰで縞状に配置された遮光部を備える格子２５０と、格子２５０を通過した光を集光するレンズ２５１と、格子２５０を通過してレンズ２５１で集光された光を受光する光検出器２５２と、を備えていてもよい。光検出器２５２が、第２の信号を比較部３０１に送る。この場合、光検出器１５２、２５２は、縞状でなくてよい。
　図１０に示すように、実施形態に係る速度測定装置は、スプリッタ２０から第１の距離Ｌにおける第１の光を撮像する第１の撮像素子２５５と、スプリッタ２０から第２の距離Ｌ＋Ｄにおける第２の光を撮像する第２の撮像素子２５６と、第１及び第２の撮像素子のそれぞれが撮像した画像を空間フィルタリングする画像処理部３０４と、を備えていてもよい。画像処理部３０４は、スプリッタ２０から第１の距離Ｌにおける第１の光を空間フィルタリングすることに相当する処理を第１の撮像素子２５５が撮像した画像に対して行い、第１の信号を生成する。また、画像処理部３０４は、スプリッタ２０から第２の距離Ｌ＋Ｄにおける第２の光を空間フィルタリングすることに相当する処理を第２の撮像素子２５６が撮像した画像に対して行い、第２の信号を生成する。
　上記のように本発明を実施形態によって記載したが、この開示の一部をなす記述及び図面はこの発明を限定するものであると理解するべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施形態、実施例及び運用技術が明らかになるはずである。例えば、空間フィルタは、格子と、格子に密着又は近接する面状の光検出器と、を備えていてもよい。本発明はここでは記載していない様々な実施形態等を包含するということを理解すべきである。
　４・・・両側テレセントリックレンズ、４Ａ・・・両側テレセントリックレンズ、４Ｂ・・・両側テレセントリックレンズ、１０・・・測定対象物、２０・・・スプリッタ、３０・・・光源、３１・・・照射用レンズ、４０・・・第１のレンズ、４０Ａ・・・第１のレンズ、４０Ｂ・・・第１のレンズ、４１・・・第２のレンズ、４１Ａ・・・第２のレンズ、４１Ｂ・・・第２のレンズ、５０・・・空間フィルタ、５１・・・空間フィルタ、５２・・・光検出器、５３・・・光検出器、５４・・・光検出器、７１・・・鏡筒、７１Ａ・・・鏡筒、７１Ｂ・・・鏡筒、１５０・・・格子、１５１・・・レンズ、１５２・・・光検出器、２５０・・・格子、２５１・・・レンズ、２５２・・・光検出器、２５５・・・撮像素子、２５６・・・撮像素子、３０１・・・比較部、３０２・・・移動速度算出部、３０３・・・差動増幅器、３０４・・・画像処理部

Claims (9)

  1. 　移動する測定対象物からの反射光を第１の光と第２の光に分割するスプリッタと、
    　前記反射光を受ける物体側テレセントリックレンズ又は両側テレセントリックレンズと、
    　前記スプリッタから第１の距離における前記第１の光を空間フィルタリングして得られる第１の信号の振幅と、前記スプリッタから第２の距離における前記第２の光を空間フィルタリングして得られる第２の信号の振幅と、を比較する比較部と、
    　前記第１の信号と前記第２の信号のうち、前記振幅が大きい方の信号に基づき、前記測定対象物の移動速度を算出する移動速度算出部と、
    　を備える、
    　速度測定装置。
  2. 　前記スプリッタから前記第１の距離における前記第１の光を空間フィルタリングするための第１の空間フィルタと、
    　前記スプリッタから前記第２の距離における前記第２の光を空間フィルタリングするための第２の空間フィルタと、
    　をさらに備える、請求項１に記載の速度測定装置。
  3. 　前記第１の空間フィルタ及び前記第２の空間フィルタのそれぞれが、所定のピッチで縞状に配置された光検出器を備える、請求項２に記載の速度測定装置。
  4. 　前記第１の空間フィルタ及び前記第２の空間フィルタのそれぞれが、所定のピッチで縞状に配置された遮光部を備える格子と、前記格子を通過した光を受光する光検出器と、を備える、請求項２に記載の速度測定装置。
  5. 　前記スプリッタから前記第１の距離における前記第１の光を撮像する第１の撮像素子と、
    　前記スプリッタから前記第２の距離における前記第２の光を撮像する第２の撮像素子と、
    　前記第１及び第２の撮像素子のそれぞれが撮像した画像を空間フィルタリングする画像処理部と、
    　をさらに備える、請求項１に記載の速度測定装置。
  6. 　前記物体側テレセントリックレンズ又は前記両側テレセントリックレンズが、前記反射光の進行方向において、前記スプリッタの前に配置されている、請求項１に記載の速度測定装置。
  7. 　前記物体側テレセントリックレンズ又は前記両側テレセントリックレンズが、前記反射光の進行方向において、前記スプリッタの後に配置されている、請求項１に記載の速度測定装置。
  8. 　前記測定対象物に光を照射する光源をさらに備える、請求項１に記載の速度測定装置。
  9. 　移動する測定対象物からの反射光を第１の光と第２の光にスプリッタで分割することと、
    　前記反射光を物体側テレセントリックレンズ又は両側テレセントリックレンズで受けることと、
    　前記スプリッタから第１の距離における前記第１の光を空間フィルタリングして得られる第１の信号の振幅と、前記スプリッタから第２の距離における前記第２の光を空間フィルタリングして得られる第２の信号の振幅と、を比較することと、
    　前記第１の信号と前記第２の信号のうち、前記振幅が大きい方の信号に基づき、前記測定対象物の移動速度を算出することと、
    　を含む、
    　速度測定方法。
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