CN113287038B - 测量装置及测量方法 - Google Patents

Abstract

提供一种即使被测量对象物移动也能够正确地测量被测量对象物的相对的移动速度或被测量对象物的相离位移的测量装置及测量方法。在测量装置(1)中，由于能够考虑被测量对象物(P)向面内方向移动而发生的多普勒频移的影响来测量被测量对象物(P)的相对的移动速度、被测量对象物(P)的相离位移，所以即使被测量对象物(P)向面内方向移动，也能够正确地测量被测量对象物(P)的相对的移动速度及被测量对象物(P)的相离位移。

Description

测量装置及测量方法

技术领域

本发明涉及测量装置及测量方法。

背景技术

作为高精度地测量到被测量对象物的距离的距离测量装置，例如专利文献1中所示，已知有利用FSF激光器(频移反馈型激光器：Frequency－Shifted Feedback Laser)光源的距离测量装置。

通常，对于这样的使用了相对于时间而频率被调制后的激光的距离测量装置而言，将从激光振荡器射出的被频率调制后的光分路为参照光和测量光，将测量光向被测量对象物照射，使由被测量对象物的表面(也称作被测量对象物表面)反射回来的反射光向光检测部入射。另一方面，参照光经由具有规定的光路长的路径被向光检测部入射。光检测部将光信号变换为电信号。在光从激光振荡器出来经过由被测量对象物的测量面的反射而作为反射光达到光检测部的路径、以及光从激光振荡器出来作为参照光达到光检测部的路径中，光路长通常不同。由此，对于反射光和参照光而言，光从激光振荡器出来到达光检测部所需要的时间也不同。

从激光振荡器射出的光的频率基于操作者事前掌握的规定的规则(三角波、梳状波、正弦波等)，随着时间总是以规定的频率调制速度变化，所以在向光检测部入射的反射光和参照光中频率不同。因而，在光检测部中，通过反射光与参照光的干涉，检测到具有等于反射光与参照光的频率差的频率的差拍(拍频)信号。

差拍信号的频率(差拍频率)等于测量光从激光振荡器出来直到作为反射光达到光检测部所需要的时间与参照光从激光振荡器出来直到达到光检测部所需要的时间的差的时间中的、激光振荡器的振荡频率的变化量。因而，在使用这样的相对于时间而频率被调制后的激光(优选的是频率直线性地被调制后的激光)的距离测量装置中，通过将差拍频率变换为光路长的差，能够测量到被测量对象物的距离。

此外，在专利文献2中，公开了能够从光纤的射出端面沿着被测量对象物的面法线方向射出激光、测量向远离射出端面的方向或与其接近的方向移动的被测量对象物的速度的速度测量装置(光纤传感器)。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2016－80409号公报

专利文献2：日本特开平9－257415号公报

发明内容

发明要解决的课题

但是，发现专利文献1所示的距离测量装置是测量到静止的被测量对象物的距离，关于到向面内方向移动的被测量对象物的距离或位移则不能正確地测量。

此外，专利文献2所示的速度测量装置，虽然能够测量朝向从光纤的射出端面远离的方向或接近的方向移动的被测量对象物的速度，但是不能测量沿着面内方向移动的被测量对象物的速度。

进而，作为第2课题，也有在测量被测量对象物的速度及/或距离时需要掌握激光的光轴相对于被测量对象物的倾斜角度的情况。因此，也希望正确地测量激光的光轴相对于被测量对象物的倾斜角度。

所以，本发明是鉴于上述那样的问题而做出的，目的是提供一种即使被测量对象物移动、也能够正确地测量被测量对象物的相对的移动速度或测量装置与被测量对象物之间的位移(从测量装置到被测量对象物的距离)的测量装置及测量方法。

此外，本发明是鉴于上述那样的第2课题而做出的，目的是提供一种能够正确地测量激光的光轴相对于被测量对象物的倾斜角度的测量方法。

用来解决课题的手段

本发明的测量装置，测量移动的被测量对象物的规定的方向的位移即相离位移及与上述规定的方向正交的方向的相对的速度即移动速度中的至少某一方，具备：分路器，将相对于时间以规定的频率调制速度调制后的激光分为参照光和测量光；1个或2个以上的测头，具有照射上述测量光并且将上述测量光反射后的反射光受光的照射/受光面；光检测部，通过上述反射光与上述参照光的光干涉，输出差拍信号；以及运算处理装置，被输入上述差拍信号；上述测头以从上述照射/受光面照射的激光的光轴相对于上述规定的方向倾斜的方式而配置；上述运算处理装置检测基于上述差拍信号的差拍频率；计算作为测量时的上述差拍频率与规定的基准状态下的差拍频率即基准频率的差的频率差；基于上述频率差和上述倾斜配置的上述激光的光轴的倾斜角度，计算上述移动速度及上述相离位移中的至少某一方。

本发明的测量方法，测量移动的被测量对象物的规定的方向的位移即相离位移及与上述规定的方向正交的方向的相对的速度即移动速度中的至少某一方，具备：分路步骤，将相对于时间以规定的频率调制速度调制后的激光用分路器分为参照光和测量光；照射/受光步骤，使用从照射/受光面照射的激光的光轴相对于上述规定的方向倾斜而配置的1个或2个以上的测头，从上述照射/受光面向上述被测量对象物的表面照射上述测量光，并且通过上述照射/受光面受光上述测量光在上述被测量对象物的上述表面上反射后的反射光；光检测步骤，通过上述反射光与上述参照光的光干涉，输出差拍信号；以及运算处理步骤，将上述差拍信号向运算处理装置输入，由上述运算处理装置进行运算处理；在上述运算处理步骤中检测基于上述差拍信号的差拍频率；计算作为测量时的上述差拍频率与规定的基准状态下的差拍频率即基准频率的差的频率差；基于上述频率差和上述倾斜配置的上述激光的光轴的倾斜角度，计算上述移动速度及上述相离位移中的至少某一方。

发明效果

根据本发明的测量装置及测量方法，由于能够考虑了被测量对象物移动而发生的多普勒频移的影响来测量被测量对象物的相对的移动速度或被测量对象物的相离位移，所以即使被测量对象物移动，也能够正确地测量被测量对象物的相对的移动速度或被测量对象物的相离位移。

此外，还能够提供一种能够正确地测量激光的光轴相对于被测量对象物的倾斜角度的测量方法。

附图说明

图1是表示本发明的测量装置的结构的概略图。

图2是示意地表示FSF激光的啁啾频率梳(Chirp frequency comb)输出的概略图。

图3是用来说明第i测头的第i光轴角度θ_i的概略图。

图4是用来说明第i测头的投影角度Φ_i的概略图。

图5是表示使用3个第i测头时的各第i测头的位置的概略图。

图6是表示能够测量相离位移、移动速度和移动方向的有关第1实施方式及第6实施方式的运算处理装置的电路结构的框图。

图7是表示测量处理次序的流程图。

图8是表示能够测量相离位移和移动速度的有关第2实施方式的运算处理装置的电路结构的框图。

图9是表示能够测量移动速度和移动方向的有关第3实施方式的运算处理装置的电路结构的框图。

图10是表示能够测量移动速度的有关第4实施方式的运算处理装置的电路结构的框图。

图11是表示能够测量相离位移的有关第5实施方式的运算处理装置的电路结构的框图。

图12是用来说明对旋转的被测量对象物照射第i测量光时的第i光轴角度θ_i、相离位移△R、△L_i及△θ_i的关系的概略图。

图13是用来说明被测量对象物的第i投影角度Φ_i的概略图。

图14是表示其他实施方式的角度取得部的结构的框图。

图15是表示第i光轴角度θ_i及第i投影角度Φ_i的计算处理次序的流程图。

图16是表示各实施方式的运算处理装置的硬件结构的一例的框图。

图17是表示如果移动速度不同则到被测量对象物表面的测量距离变化的曲线图。

图18是表示使用计算出的相离位移计算到被测量对象物表面的距离时的结果的曲线图。

图19是说明实施例的评价装置的概略图。

图20是表示相离位移及移动方向位移时的移动速度的测量结果的曲线图。

图21是表示移动方向的测量结果的曲线图。

具体实施方式

本发明的发明人使用利用了FSF(Frequency－Shifted Feedback)激光器的通常的距离计来测量直到在面内方向上移动的平板状的被测量对象物的表面(被测量对象物表面)的距离，确认了由于被测量对象物的移动速度而从距离计得到的测量距离发生变化。所以，本发明的发明人对于这样的测量距离发生变化的原因进行了专门研究。

结果，本发明的发明人发现，当使用激光振荡器测量直到移动的被测量对象物的距离时，测量距离在观感上变动考虑是因为激光受到了多普勒频移带来的影响。更具体地讲，作为测量距离变动的原因，推测是由于相对于被测量对象物表面在FSF激光器的光轴上有倾斜，从而受到多普勒频移的影响。

对于基于这样的推测排除在观感上发生的测量值的变动、高精度地测量移动的被测量对象物的距离基准位置的规定的方向的位移(以下在本申请中简单称作“相离位移”)及与上述规定的方向正交的方向的移动速度(以下在本申请中称作“移动速度”)的方法，进行了研究。结果，发明人想到了以下如说明的有关本实施方式的测量装置及测量方法。以下，对于本实施方式的测量装置及测量方法依次进行说明。另外，所述的与上述规定的方向正交的方向的移动速度，包括在任意的方向上移动的情况下的速度的与上述规定的方向正交的方向的速度成分的情况。

(1)<第1实施方式>

(1－1)<第1实施方式的测量装置的概略>

图1是表示第1实施方式的测量装置1的结构的概略图。在第1实施方式中，对具有1个或2个以上的N个第i测头5_i(在本实施方式中的i是1个以上的整数)的测量装置1进行说明。在图1中，作为1个或N个第i测头(以下，也简单称作测头5)5_i，仅以1个测头5为代表而进行图示，省略了其他的第i测头。

例如，对于仅设有1个第i测头5_i的测量装置1而言，将第i测头5_i表述为第1测头5₁。另一方面，对于设有N个第i测头5_i的测量装置1而言，将各个第i测头5_i表述为第1测头5₁至第N测头5_N。另外，在设有1个第i测头5_i的情况及设有N个第i测头5_i的情况下，并不限定于所使用的第i测头5_i的结构相同，但为了简单而对相同的情况进行说明，以下对于N个第i测头5_i也仅着眼于1个第i测头5_i进行说明。

此外，在第1实施方式中，作为被测量对象物，应用平板状的被测量对象物P，在从被测量对象物表面S离开了规定距离的位置设置第i测头5_i。另外，关于第i测头5_i的光轴相对于被测量对象物表面S的倾斜角度，使用图3及图4在后面叙述，首先，以下对测量装置1的整体结构进行说明。

第i测头5_i以将激光作为第i测量光(也简单称作测量光)照射的端部的照射/受光面9c朝向被测量对象物P的被测量对象物表面S的方式而配置。由此，第i测头5_i将从端部的照射/受光面9c射出的第i测量光向被测量对象物表面S照射。同时，第i测头5_i通过照射/受光面9c对于第i测量光由被测量对象物表面S反射后的第i反射光进行受光。

这里，本实施方式的测量装置1除了具有上述的N个第i测头5_i以外，还具有对于FSF激光进行起振(激振)的激光振荡器2、分路器3a、3b、3c、N个第i循环器(回转器、例如是方向性结合器等，以下也简单称作循环器)4_i、N个第i结合器(例如是光纤耦合器等，以下也简单称作结合器)6_i、N个第i光检测部(以下也简单称作光检测部)7_i及运算处理装置11。另外，这里的i的数字与上述同样为与测头5的个数对应的数字，例如与第1测头5对应而设置的第i结合器6_i及第i光检测部7_i也表述为第1结合器6₁及第1光检测部7₁。

激光振荡器2是对于FSF激光进行起振的激光振荡器。这里，FSF激光是指使用具备使光的频率变化的元件(频移元件)的共振器(未图示)，通过将受到频移的光反馈而振荡的激光。

图2是示意地表示FSF激光的输出的图。如图2所示，FSF激光一边按共振器内的光波每个循环受到频移，一边按照共振器的增益曲线(频率－振幅曲线)被放大、衰减，最终消失。在FSF激光的振荡输出中，这样的瞬时频率成分以一定的频率间隔以梳状存在多个。

在图2中，τ_RT表示共振器的循环时间，ν_FS表示每个循环的频移量。1/τ_RT表示共振器的纵模式频率间隔(啁啾频率梳间隔)，r_s表示FSF激光的瞬时频率的每单位时间的变化量、即频率调制速度。

如图1所示，从激光振荡器2输出的激光(FSF激光)经由光纤被向分路器3a入射。分路器3a将从激光振荡器2入射的激光分路为第1分路光和第2分路光。在分路器3a中分路后的第1分路光经由光纤被向分路器3b入射。

该分路器3b将第1分路光分路为N个第i测量光。由分路器3b分路后的N个第i测量光经由光纤光路8a被向对应的第i测头5引导。另外，关于1个或N个第i测量光，也简单称作测量光。另外，在N＝1，即测头5为1个的情况下，不需要分路器3b，由分路器3a分路后的第1分路光成为测量光(第1测量光)，经由光纤光路8a被向第1测头5引导。

在光纤光路8a中，按在到达第i测头5之前的期间中分路后的每第i测量光而设置第i循环器4_i。第i循环器4_i将第i测量光向第i测头5射出，将从第i测头5入射的N个第i反射光分别向N个第i结合器6_i射出。

第i测头5，在内部设有光纤光路8a的端部9a和聚光透镜9b。第i测头5将从激光振荡器2经由光纤光路8a传送来的第i测量光从光纤光路8a的端部9a射出并用聚光透镜9b聚光后，朝向被测量对象物表面S照射。第i测头5例如向由未图示的输送辊向移动方向X(被测量对象物的平坦的被测量对象物表面S的面内的一方向)以移动速度V移动的被测量对象物表面S照射第i测量光。

第i测量光由被测量对象物表面S反射而得到的第i反射光在被聚光透镜9b聚光后，被光纤光路8a的端部9a受光，经由光纤光路8a被引导到第i循环器4_i，从该第i循环器4_i经由光纤光路8b被引导到第i结合器6_i。

另一方面，被最初的分路器3a分路后的第2分路光经由光纤光路8c向分路器3c入射。该分路器3c将第2分路光分路为N个第i参照光。在分路器3c中被分路后的第i参照光经由光纤光路8c被向第i结合器6_i引导。另外，关于1个或N个第i参照光也简单称作参照光。在N＝1，即测头5为1个的情况下，不需要分路器3c，由分路器3a分路后的第2分路光成为参照光(第1参照光)，经由光纤光路8c被向第1结合器6₁引导。

第i结合器6_i使第i参照光和第i反射光经由光纤分别向第i光检测部7_i入射。第i光检测部7_i将第i反射光及第i参照光受光。按每第i测头5_i得到的第i反射光和对应的第i参照光分别被向对应的第i光检测部7_i引导。

向第i光检测部7_i同时入射的第i反射光和第i参照光具有与各个激光从激光振荡器2射出到入射到第i光检测部7_i所经过的光路长的差对应的频率差，因此通过第i反射光与第i参照光的光干涉而发生第i差拍信号(以下，也简单称作差拍信号)。第i光检测部7_i检测该第i差拍信号，将其向后述的运算处理装置11送出。

运算处理装置11在由第i光检测部7_i检测到的一组光中，在规定的检测频率范围内检测通过第i反射光与第i参照光进行光干涉而发生的第i差拍信号的频率(第i差拍频率，或者也简单称作差拍频率)。另外，为了抑制光纤的温度变化的影响，代替通过第i反射光与第i参照光进行光干涉而发生的第i差拍频率，例如能够使用相当于从第i测头5_i到被测量对象物表面S的距离D1的频率作为第i差拍频率。在计算该频率的情况下，可以从通过第i反射光与第i参照光干涉而发生的第i差拍频率，减去通过来自第i测头5_i的第i反射光与第i参照光进行光干涉而发生的第i差拍频率来求出。

由此，运算处理装置11通过进行利用了所得到的第i差拍频率的运算处理(后述)，能够测量作为从测头到被测量对象物P的距离变化的相离位移d、被测量对象物P移动时的移动速度V、移动方向。

(1－2)<第1实施方式的第i测头的结构>

接着，关于1个或N个第i测头5_i，着眼于1个第i测头5_i，使用图3及图4对坐标系和光轴的倾斜进行说明。图3是在将被测量对象物表面S的法线方向设定为Z轴方向的球面坐标系中、表示第i测头5_i和被测量对象物P的配置的概略图，图4是从Z轴方向观察第i测头5_i的配置时的概略图。在本实施方式中，Z轴方向为规定的方向。

如图3及图4所示，从第i测头5_i照射的第i测量光的光轴a_i以相对于Z轴方向倾斜的方式配置。这里，将第i测头5_i的光轴a_i相对于Z轴方向的倾斜定义为第i光轴角度(以下，也简单称作光轴角度)θ_i。

此外，如图4所示，定义与Z轴方向正交、并且相互正交的X轴方向及Y轴方向，将光轴a_i投影到XY平面上的投影a_i′与X轴所成的角度定义为第i投影角度(以下，也简单称作投影角度)Φ_i。这样，第i测头5_i的光轴a_i的倾斜角度可以由这些第i光轴角度θ_i和第i投影角度Φ_i规定。

另外，在设置N个第i测头5_i的情况下，各个第i测头5_i的第i光轴角度θ_i既可以按每第i测头5_i为相同的第i光轴角度θ_i，也可以为不同的第i光轴角度θ_i。此外，在设置N个第i测头5_i的情况下，各个第i测头5_i的第i投影角度Φ_i既可以按每第i测头5_i为相同的第i投影角度Φ_i，也可以为不同的第i投影角度Φ_i。但是，在设置N个第i测头5_i的情况下，由于优选的是将各个第i测头5_i配置在不同的位置，所以优选的是在多个第i测头5_i中在设为相同的第i投影角度Φ_i时设为不同的第i光轴角度θ_i，在设为相同的第i光轴角度θ_i时设为不同的第i投影角度Φ_i。

图5是表示设置了3个第i测头5_i(第1测头5₁、第2测头5₂、第3测头5₃(i＝1、2、3))时的一例的概略图。在此情况下，从第1测头5₁向被测量对象物表面S照射第1测量光，从第2测头5₂向被测量对象物表面S照射第2测量光，从第3测头5₃向被测量对象物表面S照射第3测量光。

在图5中，第1测头5₁、第2测头5₂及第3测头5₃相对于被测量对象物P被配置在不同的位置，从第1测头5₁照射的第1测量光的光轴a₁的倾斜角度(第1光轴角度θ₁及第1投影角度Φ₁(未图示))、从第2测头5₂照射的第2测量光的光轴a₂的倾斜角度(第2光轴角度θ₂及第2投影角度Φ₂(未图示))、以及从第3测头5₃照射的第3测量光的光轴a₃的倾斜角度(第3光轴角度θ₃及第3投影角度Φ₃(未图示))分别被设定为规定的角度。

另外，关于设置4个以上第i测头5_i的情况，也与图5所示那样的结构同样，优选的是将各个第i测头5_i配置在不同的位置。

在本实施方式中，如图3及图5所示，被测量对象物P从规定的基准位置向Z轴方向的位移作为相离位移d。另外，图3及图5中的P1表示处于基准位置的被测量对象物。此外，假设被测量对象物P相对于测量装置1相对地移动，如图4所示，将投影在XY平面上的移动方向与X轴的角度定义为移动角度α，将投影在XY平面上的速度定义为移动速度V。例如，在被测量对象物P在X轴方向上移动的情况下，被测量对象物P的移动角度α为0°。

(1－3)<本发明的测量方法的概要>

接着，说明本实施方式的移动速度V及相离位移d的测量方法。这里，将根据向处于基准状态(例如，在基准位置为静止状态)的被测量对象物P1的被测量对象物表面S照射第i测量光而反射回来的第i反射光和第i参照光得到的第i差拍频率定义为第i基准频率(以下，也简单称作基准频率)。此外，根据向在从基准位置在Z轴方向上离开了d的位置以移动方向(移动角度α的方向)及移动速度V平行于XY平面移动的被测量对象物P的被测量对象物表面S照射第i测量光而反射回来的第i反射光、和第i参照光，得到第i差拍频率。

本发明的发明人导出：如果设这些第i基准频率与第i差拍频率的频率的差(第i频率差，或简单称作频率差)为△f_i，则第1实施方式的第i频率差△f_i由于受到相离位移d及多普勒频移的影响，能够通过以下的式(1)来表示。

(数式1)

Δf_i＝k(d/cosθ_i)+((2VcosαcosΦ_i sinθ_i)/λ)+((2VsinαsinΦ_i sinθ_i)/λ)…(1)

θ_i表示上述的第i光轴角度，Φ_i表示上述的第i投影角度，λ表示激光的波长。k例如是表示被测量对象物P相对于第i测头5_i的距离的变化与激光的频率的变化的关系的常数。

上述的式(1)中的第1项，是表示从第i测头5_i到被测量对象物P的距离变化所带来的激光(第i反射光)的频率变化量的项。另一方面，上述的式(1)的第2项，是表示当被测量对象物P在与XY平面平行的规定的移动方向上移动时、X轴方向上的多普勒频移的影响所带来的激光(第i反射光)的频率变化量的项，第3项是表示Y轴方向上的多普勒频移的影响所带来的激光(第i反射光)的频率变化量的项。

另外，在N个第i测头5_i是相同结构的情况下，常数k对于任一第i测头5_i都为相同的值。在本实施方式中并不限定于常数k相同，但在以下的全部的实施方式的说明中，为了简单而假设常数k对任一第i测头5_i都为相同的值而进行说明。

此外，关于第i频率差△f_i的计算，也可以不使用在基准位置被测量对象物P相对静止时检测到的第i差拍频率作为第i基准频率。例如，也可以使用在基准位置被测量对象物P以基准速度移动时检测到的第i差拍频率作为第i基准频率，根据该第i基准频率、与在规定位置被测量对象物P以基准速度以外移动时检测到的第i差拍频率的差来计算第i频率差△f_i。

关于激光的波长λ，可以通过用分光器等预先测量来取得。关于上述的式(1)的常数k，例如也可以设置相离位移d，在不同的位置分别使被测量对象物P静止，分别测量来自各位置处的被测量对象物P的第i反射光的频率，根据此时的第i反射光的频率变化量和相离位移d，基于k＝△f_i/d的式子来计算。此外，也可以根据k＝2r_S/c(r_S是频率调制速度，c是空气中的光的速度)的式子来求出k。

这里，由于第i光轴角度θ_i、第i投影角度Φ_i、常数k、波长λ是固定值，所以例如在第i测头5_i至少是3个的情况下，只要测量第i频率差Δf_i(i＝1、2、3)，就能够求出作为未知数的相离位移d、移动速度V、移动角度α这3个。如果第i测头5_i是4个以上，则通过从4个以上的第i测头5_i中任意选择的3个第i测头5_i的组合，能够分别求出相离位移d、移动速度V、移动角度α这3个。对于通过这些任意选择的3个第i测头5_i的组合而分别求出的相离位移d、移动速度V、移动角度α进行统计处理(例如平均值的计算)，从而能够进行精度更高的测量。

例如，在设有4个第i测头5i(第1测头5₁、第2测头5₂、第3测头5₃及第4测头5₄)的情况下，通过这4个第i测头5_i能够取得的3个组合为4种。由此，只要对于用4个第i测头5_i以4种组合分别求出的4个相离位移d、移动速度V、移动角度α，按这些相离位移d、移动速度V、移动角度α的每个取平均值，就能够求出更准确的相离位移d、移动速度V、移动角度α。

(1－4)<第1实施方式的运算处理装置>

接着，以下对执行上述测量方法的运算处理装置11进行说明。运算处理装置11是由未图示的CPU(Central Processing Unit)、RAM(Random Access Memory)及ROM(ReadOnly Memory)等构成的微型计算机结构，通过将预先保存在ROM中的各种程序装载到RAM中并启动，综合地控制运算处理装置11中的各种电路部。

第1实施方式的运算处理装置11能够基于上述的式(1)，测量被测量对象物P的相离位移d、被测量对象物P的移动速度V、被测量对象物P的移动角度α中的至少1个以上。图6是表示运算处理装置11的电路结构的框图。如图6所示，第1实施方式的运算处理装置11具备频率解析部14、计算部15、常数取得部16及波长取得部17。

频率解析部14从第i光检测部7i(图1)接受通过第i反射光与第i参照光进行光干涉而发生的第i差拍信号，在规定的检测频率范围内检测该第i差拍信号的频率(第i差拍频率)，将该检测结果向计算部15的基准频率取得部21和频率差计算部22送出，并根据需要向角度取得部23送出。这里，第1实施方式的计算部15具备基准频率取得部21、频率差计算部22、角度取得部23及测量值计算部26。

基准频率取得部21取得在求出在上述的式(1)使用的第i频率差△f_i时使用的第i基准频率。基准频率取得部21存储有从频率解析部14接受到的基准状态下的第i差拍频率、即存储有第i基准频率。基准频率取得部21将第i基准频率向频率差计算部22送出。

频率差计算部22从频率解析部14接受表示有关处于移动状态的被测量对象物P的第i差拍频率的信号，从基准频率取得部21接受第i基准频率。

由此，频率差计算部22计算从移动状态的被测量对象物P检测到的第i差拍频率、与从基准状态下被测量对象物P检测到的第i基准频率的差，作为第i频率差△f_i。频率差计算部22将表示作为计算结果的第i频率差△f_i的信息向测量值计算部26送出。

角度取得部23具有投影角度取得部28和光轴角度取得部29。光轴角度取得部29取得在上述式(1)使用的第i光轴角度θ_i。光轴角度取得部29也可以通过运算处理来计算第i光轴角度θ_i，此外也可以通过计测机构测量第i光轴角度θ_i而取得实测值，进而也可以预先只是存储第i光轴角度θ_i。光轴角度取得部29将表示第i光轴角度θ_i的信息向测量值计算部26送出。另外，关于通过运算处理来计算第i光轴角度θ_i的方法，在后段的“(9)<关于由运算处理得到的第i光轴角度及第i投影角度的校准>”中进行说明。

投影角度取得部28取得在上述式(1)使用的第i投影角度Φ_i。投影角度取得部28也可以通过运算处理来计算第i投影角度Φ_i，此外，也可以通过计测机构测量第i投影角度Φ_i来取得实测值，进而也可以预先只是存储第i投影角度Φ_i。投影角度取得部28将表示第i投影角度Φ_i的信息向测量值计算部26送出。另外，关于通过运算处理来计算第i投影角度Φ_i的方法，在后段的“(9)<关于由运算处理得到的第i光轴角度及第i投影角度的校准>”中进行说明。

常数取得部16取得在上述式(1)使用的常数k。常数取得部16如上述那样，根据k＝△f_i/d的式子或k＝2r_S/c(r_S是频率调制速度，c是空气中的光的速度)的式子求出k，此外，也可以仅是预先简单存储常数k。常数取得部16将表示常数k的信息向测量值计算部26送出。

波长取得部17例如是分光器等，通过测量由激光振荡器2振荡的激光的波长λ，来取得波长λ。波长取得部17将表示波长λ的信息向测量值计算部26送出。

测量值计算部26使用所取得的第i频率差△f_i、第i光轴角度θ_i、第i投影角度Φ_i、常数k及激光的波长λ，基于上述的式(1)进行运算处理，能够计算被测量对象物P相对于第i测头5_i的相对的移动速度V、移动角度α和相离位移d。

在第1实施方式的测量装置中，通过测量值计算部26，基于上述的式(1)，计算被测量对象物P的相对的移动速度V、移动角度α和相离位移d，但是在将这些移动速度V、移动角度α及相离位移d的全部作为未知的值来计算的情况下，至少需要3个以上的第i测头5_i。另一方面，在仅计算移动速度V、移动角度α及相离位移d的一部分的情况下，通过将这些移动速度V、移动角度α及相离位移d中的一部分设为已知的值，能够减少第i测头5_i的个数。

(1－5)<测量处理次序>

接着，以下使用图7的流程图说明在上述的测量装置1中对于被测量对象物P的移动速度V及相离位移d中的至少某一方进行测量时的测量处理次序。如图7所示，当开始测量处理次序，测量装置1在步骤SP1中，将从激光振荡器2输出的激光(FSF激光)分路为第i参照光和第i测量光，转移到下个步骤SP2。

在步骤SP2中，测量装置1从激光的光轴a_i倾斜的第i测头5_i的照射/受光面9c向被测量对象物表面S照射第i测量光，转移到下个步骤SP3。在步骤SP3中，测量装置1通过第i测头5_i的照射/受光面9c对于第i测量光在被测量对象物表面S反射而得到的第i反射光进行受光，转移到下个步骤SP4。

在步骤SP4中，测量装置1通过第i反射光与第i参照光的光干涉而输出第i差拍信号，转移到下个步骤SP5。在步骤SP5中，测量装置1通过运算处理装置11检测基于第i差拍信号的第i差拍频率，转移到下个步骤SP6。

在步骤SP6中，测量装置1得到被测量对象物P处于规定的基准状态时的第i差拍频率作为第i基准频率，计算在步骤SP5中检测到的测量时的第i差拍频率与该第i基准频率的差即第i频率差△f_i，转移到下个步骤SP7。在步骤SP7中，测量装置1基于在步骤SP6中得到的第i频率差△f_i和激光的光轴a_i的倾斜角度，计算被测量对象物P的移动速度V及相离位移d中的至少某一方，结束上述的测量处理次序。

(1－6)<作用及效果>

在以上的结构中，本实施方式的测量装置1检测基于第i差拍信号的第i差拍频率，计算作为测量时的第i差拍频率与规定的基准状态下的第i差拍频率即第i基准频率的差的第i频率差△f_i，取得第i频率差△f_i和倾斜地配置的激光的光轴a_i的倾斜角度(第i光轴角度θ_i及第i投影角度Φ_i)。

测量装置1，能够使用所取得的第i频率差△f_i及激光的光轴a_i的倾斜角度，基于考虑了由于被测量对象物P在与位移测量方向正交的方向上移动所发生的多普勒频移的影响的上述的式(1)，例如计算被测量对象物P的移动速度V、移动角度α和相离位移d。在此情况下，测量装置1能够考虑上述多普勒频移的影响来测量被测量对象物P的相对的移动速度V、被测量对象物P的相离位移d，所以即使被测量对象物P在与位移测量方向正交的方向上移动，也能够正确地测量被测量对象物P的相对的移动速度V及被测量对象物P的相离位移d。

(2)<第2实施方式>

接着，详述本发明的第2实施方式。第2实施方式的测量装置例如具有至少设有两个以上第i测头5_i的结构，设被测量对象物P移动的移动方向为已知，能够测量被测量对象物P的相对的移动速度V和相离位移d。

第2实施方式的测量装置如图8所示，在对运算处理装置31追加了移动方向取得部18这一点上与上述的第1实施方式不同。这里，以下着眼于与第1实施方式不同的点进行说明，关于第i测头5_i等的与第1实施方式相同的结构省略说明。

(2－1)<第2实施方式的运算处理装置>

对于与图6相同的结构赋予了相同标号的图8，是表示追加了移动方向取得部18的第2实施方式的运算处理装置31的结构的框图。另外，在以下的说明中，关于赋予了与第1实施方式相同的标号的结构说明重复，所以省略其说明。

第2实施方式的运算处理装置31具备移动方向取得部18，由该移动方向取得部18从外部取得表示被测量对象物P的移动方向的信息。另外，这里记述了由移动方向取得部18取得被测量对象物P的移动方向作为表示移动方向的信息的情况，但本发明并不限于此，也可以将确定被测量对象物P移动的移动方向的移动角度α作为表示被测量对象物P的移动方向的信息，由移动方向取得部18取得。

在此情况下，移动方向取得部18既可以从外部的传感器取得表示被测量对象物P的移动方向的信息，在被测量对象物P的移动方向为一定的情况下，也可以取得表示移动方向的信息作为常数，也可以只是预先存储该常数。移动方向取得部18将表示被测量对象物P的移动方向的信息向测量值计算部26送出。

在第2实施方式的测量装置中，由于表示被测量对象物P的移动方向的信息为已知，所以可以规定上述式(1)的移动角度α，如果第i测头5_i至少为2个以上，则通过测量值计算部26，能够根据上述式(1)求出作为未知数的被测量对象物P的移动速度V和被测量对象物P的相离位移d。

如果第i测头5_i为3个以上，则测量值计算部26也可以按其中每2个第i测头5_i的组合，计算被测量对象物P的移动速度V和被测量对象物P的相离位移d，关于移动速度V和相离位移d进行统计处理(例如平均值的计算)。由此，在第2实施方式中，关于移动速度V和相离位移d能够进行精度较高的测量。

例如，在设置有4个第i测头5_i(第1测头5₁、第2测头5₂、第3测头5₃及第4测头5₄)的情况下，通过这4个第i测头5_i能够取得的2个第i测头5_i的组合为6种。由此，测量值计算部26对于通过4个第i测头5_i以6种组合方式分别求出的6个移动速度V及相离位移d，按每这些移动速度V及相离位移d取平均值，则能够求出更准确的移动速度V及相离位移d。

特别是，在知道被测量对象物P的移动方向的情况下，如果将第i测头5_i设为最低限的2个，使第1投影角度Φ₁与被测量对象物P的移动方向一致，使第2投影角度Φ₂与第1投影角度Φ₁相差πrad，使得2个第i测头5_i的光轴a_i的投影a_i′配置在同一直线上，则能够将上述的式(1)如下述的式(2)那样表示。

(数式2)

Δf₁＝k(d/cosθ₁)+(2Vsinθ₁)/λ

Δf₂＝k(d/cosθ₂)－(2Vsinθ₂)/λ…(2)

因而，在第2实施方式的运算处理装置31中，由于第i光轴角度θ_i、常数k、波长λ是固定值，所以例如通过取得第i频率差△f_i，能够基于考虑了被测量对象物P在与位移测量方向正交的方向上移动而发生的多普勒频移的影响的上述的式(2)，由测量值计算部26计算被测量对象物P的移动速度V和相离位移d。

(2－2)<作用及效果>

根据以上，在第2实施方式的测量装置中，由于能够考虑被测量对象物P在与位移测量方向正交的方向上移动而发生的多普勒频移的影响来测量被测量对象物P的相对的移动速度V、被测量对象物P的相离位移d，所以即使被测量对象物P在与位移测量方向正交的方向上移动，也能够正确地测量被测量对象物P的相对的移动速度V及被测量对象物P的相离位移d。

(3)<第3实施方式>

接着，详述本发明的第3实施方式。第3实施方式的测量装置，例如具有至少设置有2个第i测头5_i的结构，设被测量对象物P的相离位移d为已知，能够测量被测量对象物P的相对的移动速度V和表示移动方向的移动角度α。

第3实施方式的测量装置如图9所示，在对运算处理装置33追加了相离位移取得部35这一点上与上述的第1实施方式不同。这里，以下着眼于与第1实施方式不同的点进行说明，关于第i测头5_i等的与第1实施方式相同的结构省略说明。

(3－1)<第3实施方式的运算处理装置>

关于与图6相同的结构赋予了相同标号的图9是表示第3实施方式的运算处理装置33的结构的框图。另外，在以下的说明中，关于赋予了与第1实施方式相同的标号的结构，由于说明重复，所以省略了其说明。

第3实施方式的运算处理装置33具备相离位移取得部35，通过该相离位移取得部35从外部取得表示被测量对象物P的相离位移d的信息。在此情况下，相离位移取得部35也可以由外部的距离计测计等的传感器取得相离位移d，在相离位移d为一定的情况下，也可以作为常数取得，也可以只是预先存储该常数。相离位移取得部35将表示相离位移d的信息向计算部34的测量值计算部26送出。

在第3实施方式的测量装置中，由于表示被测量对象物P的相离位移d的信息为已知，所以能够规定上述式(1)的相离位移d，如果第i测头5_i至少有2个以上，则通过测量值计算部26，根据上述的式(1)，能够求出作为未知数的被测量对象物P的移动速度V和被测量对象物P的移动角度α。

另外，在被测量对象物P以基准位置的状态移动的情况下，也可以将相离位移d规定为零。在将相离位移d规定为零的情况下，由于上述式(1)的相离位移d为零，所以在上述式(1)中，不再需要右边第1项(k(d/cosθ_i))，该右边第1项(k(d/cosθ_i))表示从第i测头5_i到被测量对象物P的距离变化带来的激光(第i反射光)的频率变化量。

因此，在此情况下，在图9所示的运算处理装置33中，不再需要取得常数k的常数取得部16和取得相离位移d的相离位移取得部35。由此，在第3实施方式的测量装置中，至少设置2个以上第i测头5_i，从而通过下述式(3)，能够求出作为未知数的被测量对象物P的移动速度V和表示移动方向的移动角度α这2个值。

(数式3)

Δf₁＝2V(cosαcosΦ₁sinθ₁+sinαsinΦ₁sinθ₁)/λ

Δf₂＝2V(cosαcosΦ₂sinθ₂+sinαsinΦ₂sinθ₂)/λ…(3)

另外，在第3实施方式中，也与上述的第1实施方式及第2实施方式同样，如果第i测头5_i为3个以上，则能够按其中每2个第i测头5_i的组合来计算被测量对象物P的移动速度V和被测量对象物P的移动方向的移动角度α，所以通过对这些多个移动速度V和移动角度α进行统计处理(例如平均值的计算)，能够对移动速度V和移动角度α分别进行精度较高的测量。

(3－2)<作用及效果>

根据以上，在第3实施方式的测量装置中，也能够考虑被测量对象物P在与位移测量方向正交的方向上移动而发生的多普勒频移的影响来测量被测量对象物P的相对的移动速度V、被测量对象物P移动的移动角度α，所以即使被测量对象物P在与位移测量方向正交的方向上移动，也能够正确地测量被测量对象物P的相对的移动速度V及移动角度α。

(4)<第4实施方式>

接着，详述本发明的第4实施方式。通过将表示被测量对象物P的移动方向的信息即移动角度α、和被测量对象物P的相离位移d设为已知，第4实施方式的测量装置能够仅用至少1个第i测头5_i测量被测量对象物P的相对的移动速度V。

第4实施方式的测量装置如图10所示，在对运算处理装置41追加移动方向取得部18及相离位移取得部35这一点上与上述的第1实施方式不同。这里，以下着眼于与第1实施方式不同的点进行说明，关于第i测头5_i等的与第1实施方式相同的结构省略说明。

(4－1)<第4实施方式的运算处理装置>

对与图6相同的结构赋予了相同标号的图10是表示第4实施方式的运算处理装置41的结构的框图。另外，在以下的说明中，关于赋予了与第1实施方式相同的标号的结构，由于说明重复，所以省略了其说明。

第4实施方式的运算处理装置41具备移动方向取得部18，通过该移动方向取得部18，从外部取得表示被测量对象物P的移动方向的信息。另外，这里叙述了通过移动方向取得部18取得被测量对象物P的移动方向作为表示移动方向的信息的情况，但本发明并不限于此，也可以由移动方向取得部18取得确定被测量对象物P移动的移动方向的移动角度α作为表示被测量对象物P的移动方向的信息。

在此情况下，移动方向取得部18既可以从外部的传感器取得表示被测量对象物P的移动方向的信息，在被测量对象物P的移动方向为一定的情况下也可以取得表示移动方向的信息作为常数，也可以只是预先存储该常数。移动方向取得部18将表示被测量对象物P的移动方向的信息向测量值计算部26送出。

此外，第4实施方式的运算处理装置41具备相离位移取得部35，由该相离位移取得部35从外部取得表示被测量对象物P的相离位移d的信息。在此情况下，相离位移取得部35既可以通过外部的距离计测计等的传感器来取得相离位移d，在相离位移d为一定的情况下也可以作为常数取得，也可以只是预先存储该常数。相离位移取得部35将表示相离位移d的信息向计算部43的测量值计算部26送出。

在第4实施方式中，由于在上述的式(1)中，第i光轴角度θ_i、第i投影角度Φ_i、常数k、波长λ为固定值，进而移动角度α及相离位移d也为已知，所以只要第i测头5_i至少有1个，就能够通过上述式(1)求出作为未知数的被测量对象物P的移动速度V。

此外，在被测量对象物P以基准位置的状态移动的情况下，也能够将相离位移d规定为零，所以在上述式(1)中不再需要右边第1项(k(d/cosθ_i))。

因此，在此情况下，在图10所示的运算处理装置41中，不再需要取得常数k的常数取得部16和取得相离位移d的相离位移取得部35。由此，在第4实施方式的测量装置中，通过设置至少1个第i测头5_i，能够根据下述的式(4)求出作为未知数的被测量对象物P的移动速度V。

(数式4)

Δf₁＝2V(cosαcosΦ₁sinθ₁+sinαsinΦ₁sinθ₁)/λ…(4)

进而，在将第i测头5_i设为1个的情况下，也只要将相离位移d规定为零，并且使该第i测头5_i的第i投影角度Φ_i与移动角度α一致，就能够根据下述的式(5)计算移动速度V。

(数式5)

Δf₁＝2Vsinθ₁/λ…(5)

另外，在第4实施方式中，也与上述的第1实施方式等同样，只要第i测头5_i为2个以上，就能够按其中每1个第i测头5_i计算被测量对象物P的移动速度V，所以通过对这些多个移动速度V进行统计处理(例如平均值的计算)，关于移动速度V能够进行精度较高的测量。

这样，第4实施方式的测量值计算部26取得上述式(1)中的第i光轴角度θ_i、第i投影角度Φ_i、常数k、波长λ、相离位移d、移动角度α，并从频率差计算部22取得至少1个第i频率差△f_i，从而能够基于上述的式(1)来计算被测量对象物P的移动速度V。

(4－2)<作用及效果>

根据以上，在第4实施方式的测量装置中，也能够考虑被测量对象物P在与位移测量方向正交的方向上移动而发生的多普勒频移的影响来测量被测量对象物P的相对的移动速度V，所以即使被测量对象物P在与位移测量方向正交的方向上移动，也能够正确地测量被测量对象物P的相对的移动速度V。

(5)<第5实施方式>

接着，详述本发明的第5实施方式。将被测量对象物P的相对的移动速度V、和表示被测量对象物P的移动方向的信息即移动角度α设为已知，从而第5实施方式的测量装置能够仅用至少1个第i测头5_i来测量被测量对象物P的相离位移d。

第5实施方式的测量装置如图11所示，在对运算处理装置51追加了移动方向取得部18及速度取得部55这一点上与上述的第1实施方式不同。这里，以下着眼于与第1实施方式不同的点进行说明，关于第i测头5_i等的与第1实施方式相同的结构省略说明。

(5－1)<第5实施方式的运算处理装置>

对与图6相同的结构赋予了相同标号的图11是表示第5实施方式的运算处理装置51的结构的框图。另外，在以下的说明中，关于赋予了与第1实施方式相同的标号的结构，由于说明重复，所以省略了其说明。

第5实施方式的运算处理装置51具备移动方向取得部18，由该移动方向取得部18从外部取得表示被测量对象物P的移动方向的信息。另外，这里叙述了通过移动方向取得部18取得被测量对象物P的移动方向作为表示移动方向的信息的情况，但本发明并不限于此，也可以由移动方向取得部18取得确定被测量对象物P移动的移动方向的移动角度α作为表示被测量对象物P的移动方向的信息。

在此情况下，移动方向取得部18既可以从外部的传感器取得表示被测量对象物P的移动方向的信息，在被测量对象物P的移动方向为一定的情况下也可以取得表示移动方向的信息作为常数，也可以只是预先存储该常数。移动方向取得部18将表示被测量对象物P的移动方向的信息向测量值计算部26送出。

此外，第5实施方式的运算处理装置51具备速度取得部55，由该速度取得部55从外部取得被测量对象物P的移动速度V。在此情况下，速度取得部55既可以通过外部的速度计测计等的传感器取得移动速度V，在被测量对象物P的移动速度V为一定的情况下也可以作为常数取得，也可以只是预先存储该常数。速度取得部55将被测量对象物P的移动速度V向计算部53的测量值计算部26送出。

在第5实施方式中，由于在上述的式(1)中，第i光轴角度θ_i、第i投影角度Φ_i、常数k、波长λ为固定值，进而移动角度α及移动速度V也为已知，所以只要至少有1个第i测头5_i，就能够根据上述的式(1)求出作为未知数的被测量对象物P的相离位移d。

另外，在第5实施方式中，也与上述的第1实施方式等同样，只要第i测头5_i为2个以上，就能够按每第i测头5_i计算被测量对象物P的相离位移d，所以通过对这些多个相离位移d进行统计处理(例如平均值的计算)，从而关于相离位移d能够进行精度较高的测量。

第5实施方式的测量值计算部26通过取得上述的式(1)中的第i光轴角度θ_i、第i投影角度Φ_i、常数k、波长λ、移动速度V、移动角度α，并从频率差计算部22取得至少1个第i频率差△f_i，从而能够基于上述的式(1)计算被测量对象物P的相离位移d。

(5－2)<作用及效果>

根据以上，在第5实施方式的测量装置中，也能够考虑被测量对象物P在与位移测量方向正交的方向上移动而发生的多普勒频移的影响来测量被测量对象物P的相离位移d，所以即使被测量对象物P在与位移测量方向正交的方向上移动，也能够正确地测量被测量对象物P的相离位移d。

(6)<第6实施方式>

(6－1)第6实施方式的被测量对象物

接着详细叙述本发明的第6实施方式。第6实施方式的测量装置与上述的第1实施方式中图1所表示的测量装置1相比，运算处理装置不同，关于其他的结构，由于与图1所示的测量装置1相同，所以省略其说明。

第6实施方式的被测量对象物与上述的第1实施方式～第5实施方式不同，如图12所示，具有曲面S的旋转体是被测量对象物P。作为具有曲面S的被测量对象物P，例如除了圆柱状的旋转体以外，也可以是圆筒状的旋转体等其他的各种旋转体。另外，图12的被测量对象物P仅表示了旋转体的一部分的截面部分。在第6实施方式中，表示被测量对象物P以旋转轴O为中心向逆时针方向(u方向)旋转的一例。

在第6实施方式中，将作为旋转体的被测量对象物P以旋转轴O为中心旋转时的曲面S的速度设为移动速度V，将表示旋转移动的曲面S从基准位置在空间上以何种程度离开(换个视角，被测量对象物P的半径变化)的距离基准位置(基准半径)的变化量设为相离位移△R。

在这些移动速度V及相离位移△R中至少1个为未知，第6实施方式的测量装置测量这些作为未知的信息的移动速度V或相离位移△R。

在图12中，由实线表示的P，表示以旋转轴O为中心旋转、将旋转移动的曲面S的旋转速度作为移动速度V来测量的被测量对象物。另一方面，由虚线表示的P1，表示具有曲面S1的、以规定半径(以下称作基准半径R)为基准的被测量对象物(以下也称作基准旋转体)，在测量处于规定位置的被测量对象物P的曲面S的移动速度V时作为基准。

在图12的例子中，表示了被测量对象物P的半径比作为基准的被测量对象物P1的基准半径R大相当于相离位移△R的例子。此外，这里作为基准的被测量对象物P1的中心轴也与旋转轴O一致。

(6－2)<第6实施方式的第i测头的结构>

第6实施方式与上述的第1实施方式同样，设有1个或N个第i测头5_i。这里，关于1个或N个第i测头5_i，着眼于1个第i测头5_i，以下对第i测头5_i的光轴a_i的倾斜角度进行说明。

图12表示从被测量对象物P的旋转轴O的旋转轴方向观察第i测头5_i时的结构，仅图示了1个第i测头5_i。在设置N个第i测头5_i的情况下，改变配置的位置而设置多个第i测头5_i，但在图12中，仅以N个第i测头5_i中的1个第i测头5_i为代表而进行图示，省略了其他的第i测头5_i。

在第6实施方式中，当第i测头5_i对于基准半径R的被测量对象物P1的曲面S1照射了激光(第i测量光)时，以该曲面S1上的激光的照射基准位置Z₁为起点，设与旋转轴O正交的方向(该照射基准位置Z₁处的曲面S1的法线方向)为Z轴方向。这里，将第i测头5_i的光轴(以下也称作第i光轴)a_i与Z轴方向所成的角度称作第i光轴角度θ_i。

图13是从Z轴方向观察第i测头5_i时的概略图。在图13中，Y轴方向表示在激光的照射基准位置Z₁处与旋转轴并行的方向。X轴方向表示在激光的照射基准位置Z₁处与Z轴方向及Y轴方向正交的方向，表示照射基准位置Z₁处的移动方向(旋转方向)。

如图13所示，将朝向被测量对象物P1的曲面S1的第i测头5_i的光轴a_i投影到被测量对象物P1的激光的照射基准位置Z₁处的切平面(XY平面)中得到的投影a_i′与X轴方向所成的角度称作第i投影角度Φ_i。

这样，第i测头5_i的光轴a_i的倾斜角度能够由这些第i光轴角度θ_i和第i投影角度Φ_i规定。

另外，在设置N个第i测头5_i的情况下，各个第i测头5_i的第i光轴角度θ_i既可以按每第i测头5_i设为相同的第i光轴角度θ_i，也可以设为不同的第i光轴角度θ_i。此外，在设置N个第i测头5_i的情况下，各个第i测头5_i的第i投影角度Φ_i既可以按每第i测头5_i设为相同的第i投影角度Φ_i，也可以设为不同的第i投影角度Φ_i。

但是，在设置N个第i测头5_i的情况下，由于优选的是将各个第i测头5_i配置在不同的位置，所以优选的是当在多个第i测头5_i中设为相同的第i投影角度Φ_i时设为不同的第i光轴角度θ_i，当设为相同的第i光轴角度θ_i时设为不同的第i投影角度Φ_i。

另外，在上述的第1实施方式中，在图5中表示了设有3个第i测头5_i(第1测头5₁、第2测头5₂、第3测头5₃(i＝1、2、3))时的一例，但图5所示的第i测头5_i的配置结构在第6实施方式中也同样。

但是，在第6实施方式中，为了使说明变得简单，设上述的第i投影角度Φ_i为零，即假设第i测头5_i的光轴a_i与作为旋转轴方向的Y轴方向正交，以下进行说明。另外，在设有N个第i测头5_i的情况下，假设各第i测头5_i的光轴a_i处于同一平面内，以下进行说明。

(6－3)<第6实施方式的测量方法的概要>

接着，说明第6实施方式的具有曲面S的被测量对象物P的移动速度V及相离位移d的测量方法。例如，根据从处于基准状态(例如，具有基准半径R，为静止状态)的被测量对象物P1的曲面S1反射回来的第i反射光和来自激光振荡器2的第i参照光，得到第i差拍频率，将其设为第i基准频率。

此外，根据从具有与基准半径R不同的半径(R+△R)而旋转的被测量对象物P的曲面S反射来的第i反射光、和来自激光振荡器2的第i参照光，得到第i差拍频率。

如果设第i基准频率与第i差拍频率的频率的差(以下称作第i频率差)为△f_i，则第i频率差△f_i受到激光(第i测量光)的照射基准位置Z₁通过相离位移△R变化到照射位置Z₂所带来的影响、以及因旋转而曲面S移动从而发生的多普勒频移所带来的影响，可以用下述的式(6)来表示。

(数式6)

△f_i＝k(△R－△L_i)/cosθ_i+(2Vsin(θ_i－△θ_i))/λ…(6)

λ表示激光的波长。k例如是表示当使被测量对象物P的半径相对于基准半径R变化、激光的频率变化多少的关系的常数。△L_i及△θ_i是如图12所示那样通过半径变化而发生的几何学的值，只要根据R、△R、θ_i求出即可。另外，Z₃是Z轴方向的曲面S上的点，△L_i是指Z轴方向的Z₂与Z₃的距离。N_i表示从旋转轴O经过Z₂的方向，△θ_i是指Z轴方向与N_i方向之间的角度。

关于第i频率差△f_i的计算，不需要使用在作为基准的被测量对象物P1相对静止时检测到的第i基准频率。例如，也可以将作为基准的被测量对象物P1以基准速度移动时检测到的第i差拍频率设为第i基准频率，根据作为测量对象的被测量对象物P以基准速度以外旋转时检测到的第i差拍频率、与第i基准频率的差来计算第i频率差△f_i。

在上述的式(6)中，由于基准半径R、第i光轴角度θ_i、常数k、波长λ是固定值，所以例如在第i测头5_i至少为2个情况下，作为第i频率差△f_i，可以测量第1频率差△f₁及第2频率差△f₂这2个值，所以基于上述的式(6)，能够求出作为未知数的相离位移ΔR和移动速度V这2个值。

这里，由于基准半径R、第i光轴角度θ_i、常数k、波长λ是固定值，所以例如只要第i测头5_i有至少3个以上，就能够以从3个以上的第i测头5_i中任意选择的2个第i测头5_i的组合，分别求出相离位移ΔR和移动速度V这2个值。通过对于以这些任意选择的2个第i测头5_i的组合分别求出的相离位移ΔR和移动速度V进行统计处理(例如平均值的计算)，能够进行精度更高的测量。

在第i投影角度Φ_i不为零的情况下，也只要进行同样的运算，就能够求出相离位移ΔR和移动速度V。进而，通过增加第i测头5_i，也能够求出不仅旋转还在轴向上移动的被测量对象物P的向旋转轴方向(Y轴方向)的速度。

另外，这里关于作为基准的被测量对象物P1和作为测量对象的被测量对象物P，对半径不同的情况进行了说明，但在半径自身相同、被测量对象物P自身在Z轴方向上移动的情况下，作为相离位移△R也能够测量。

(6－4)<第6实施方式的运算处理装置>

接着，以下说明执行上述测量方法的运算处理装置。第6实施方式的运算处理装置的结构与第1实施方式的运算处理装置是同样的，常数取得部16也取得关于基准半径R的信息，在这一点上不同。另外，关于第6实施方式的运算处理装置，与图6所示的电路结构相同，所以这里使用图6进行说明。第6实施方式中的常数取得部16既可以从能够测量半径的外部的传感器取得表示被测量对象物P的基准半径R的信息，也可以作为常数而取得表示被测量对象物P的基准半径R的信息，也可以只是预先存储该常数。常数取得部16将表示被测量对象物P的基准半径R的信息向测量值计算部26送出。

因而，在第6实施方式的运算处理装置11中，由于基准半径R、第i光轴角度θ_i、常数k、波长λ是固定值，所以例如通过取得第i频率差△f_i，能够基于考虑了被测量对象物P在与位移测量方向正交的方向上移动而发生的多普勒频移的影响的上述的式(6)，由测量值计算部26计算被测量对象物P的移动速度V和相离位移△R。

另外，如果第i测头5_i为3个以上，测量值计算部26也能够按其中每2个第i测头5_i的组合，计算被测量对象物P的移动速度V和被测量对象物P的相离位移△R，对移动速度V和相离位移△R进行统计处理(例如平均值的计算)。由此，在第6实施方式中，也能够对移动速度V和相离位移△R进行高精度的测量。

(6－5)<作用及效果>

根据以上，在第6实施方式的测量装置中，也能够考虑被测量对象物P以旋转轴O为中心旋转、曲面S在周向上移动所发生的多普勒频移的影响来测量被测量对象物P的相对的移动速度V、被测量对象物P的相离位移△R，所以即使被测量对象物P在周向上旋转移动，也能够正确地测量被测量对象物P的相对的移动速度V及被测量对象物P的相离位移△R。

(7)<第7实施方式>

接着，详细叙述本发明的第7实施方式。第7实施方式的测量装置与上述的第6实施方式同样，对于具有图12所示那样的曲面S而旋转的被测量对象物P，取得被测量对象物P的相离位移△R，从而能够仅用至少1个第i测头5_i测量被测量对象物P旋转时的曲面S的相对的移动速度V。

第7实施方式的测量装置在相离位移取得部35被追加至运算处理装置中这一点上与上述的第6实施方式不同。这里，以下着眼于与第6实施方式不同的点进行说明，关于第i测头5_i等的与第1实施方式相同的结构省略说明。

(7－1)<第7实施方式的运算处理装置>

接着，以下说明执行上述测量方法的运算处理装置。第7实施方式的运算处理装置的结构相对于第6实施方式的运算处理装置，不同点在于与第3实施方式的运算处理装置33同样具备相离位移取得部35。另外，关于第7实施方式的运算处理装置，与图9所示的电路结构相同，所以这里使用图9进行说明。第7实施方式的运算处理装置33通过相离位移取得部35从外部取得表示被测量对象物P距离基准半径R的相离位移△R的信息(也可以取得被测量对象的半径，根据与基准半径R的差来求出相离位移△R)。在此情况下，相离位移取得部35既可以由外部的距离计测计等的传感器取得相离位移△R，在相离位移△R为一定的情况下也可以作为常数而取得，也可以只是预先存储该常数。相离位移取得部35将表示相离位移△R的信息向计算部34的测量值计算部26送出。

在第7实施方式中，由于上述式(6)中的基准半径R、第i光轴角度θ_i、常数k、波长λ为固定值，而且相离位移△R也为已知，所以只要第i测头5_i有至少1个，就能够通过上述式(6)求出作为未知数的被测量对象物P的移动速度V。

此外，在被测量对象物P以基准半径的状态旋转的情况下，由于能够将相离位移△R规定为零，所以△L_i和△θ_i也为零，也不再需要上述式(6)中的右边第1项(k(△R－△L_i)/cosθ_i)。

因此，在第7实施方式的运算处理装置33中，常数取得部16不再需要取得常数k。由此，在第7实施方式的测量装置中，通过设置至少1个第i测头5_i，能够根据下述的式(7)求出作为未知数的被测量对象物P的移动速度V。

(数式7)

△f_i＝(2Vsinθ_i)/λ…(7)

在第7实施方式中，与上述的第6实施方式等同样，只要第i测头5_i为2个以上，就能够按其中每1个第i测头5_i计算被测量对象物P的移动速度V，所以通过对这些多个移动速度V进行统计处理(例如平均值的计算)，关于移动速度V能够进行高精度的测量。

这样，第7实施方式的测量值计算部26通过取得上述式(6)中的基准半径R、第i光轴角度θ_i、常数k、波长λ、相离位移△R，并从频率差计算部22取得至少1个第i频率差△f_i，从而能够基于上述式(6)计算被测量对象物P的移动速度V。

(7－2)<作用及效果>

根据以上，第7实施方式的测量装置也能够考虑了被测量对象物P在周向上旋转而发生的多普勒频移的影响来测量被测量对象物P的相对的移动速度V，所以即使被测量对象物P的半径变化，也能够正确地测量被测量对象物P的相对的移动速度V。

(8)<第8实施方式>

接着，详细叙述本发明的第8实施方式。第8实施方式的测量装置通过取得表示旋转的被测量对象物P的曲面S的相对的移动速度V的信息，能够仅用至少1个第i测头5_i测量被测量对象物P距离基准半径R的相离位移△R。

第8实施方式的测量装置在对于图6所示的运算处理装置11追加了速度取得部55这一点上与上述的第6实施方式不同。这里，以下着眼于与第6实施方式不同的点进行说明，关于第i测头5_i等的与第6实施方式相同的结构省略说明。

(8－1)<第8实施方式的运算处理装置>

接着，以下说明执行上述测量方法的运算处理装置。第8实施方式的运算处理装置的结构相对于第6实施方式的运算处理装置11，不同点在于具备速度取得部55。另外，在以下的说明中，关于赋予了与第6实施方式相同标号的结构，由于说明重复，所以省略其说明。

第8实施方式的运算处理装置具备速度取得部55，由该速度取得部55从外部取得表示被测量对象物P旋转时的曲面S的移动速度V的信息。另外，第8实施方式的速度取得部55取得被测量对象物P旋转时的曲面S的移动速度V或角速度ω作为表示移动速度V的信息。

在此情况下，速度取得部55既可以通过外部的速度计测计等的传感器取得表示被测量对象物P的移动速度V的信息，在被测量对象物P的移动速度V或角速度ω为一定的情况下，也可以作为常数而取得表示移动速度V的信息，也可以只是预先存储该常数。速度取得部55将表示被测量对象物P的移动速度V的信息向测量值计算部26送出。

在第8实施方式中，由于上述式(6)中的基准半径R、第i光轴角度θ_i、常数k、波长λ为固定值，而且移动速度V也为已知，所以只要第i测头5_i为至少1个，就能够通过上述的式(6)求出作为未知数的被测量对象物P的相离位移△R。

在第8实施方式中，与上述第6实施方式等同样，如果第i测头5_i为2个以上，则能够按其中每1个第i测头5_i计算被测量对象物P的相离位移△R，所以通过对这些多个相离位移△R进行统计处理(例如平均值的计算)，能够对相离位移△R进行高精度的测量。

这样，第8实施方式的测量值计算部26通过取得上述式(6)中的基准半径R、第i光轴角度θ_i、常数k、波长λ、移动速度V，并从频率差计算部22取得至少1个第i频率差△f_i，能够基于上述式(6)计算被测量对象物P的相离位移△R。

(8－2)<作用及效果>

根据以上，第8实施方式的测量装置由于能够考虑了被测量对象物P旋转而发生的多普勒频移的影响来测量被测量对象物P的相离位移△R，所以即使被测量对象物P旋转，也能够正确地测量被测量对象物P的相离位移△R。

(9)<关于基于运算处理的第i光轴角度及第i投影角度的校准>

光轴角度及投影角度也可以直接测量，但难以精度良好地测量。所以，以下说明在第1实施方式至第8实施方式的角度取得部23中、通过运算处理计算第i光轴角度θ_i及第i投影角度Φ_i的情况。

图14是表示通过运算处理计算第i光轴角度θ_i及第i投影角度Φ_i作为倾斜角度的角度取得部23的电路结构的框图。在此情况下，在角度取得部23中，除了投影角度取得部28及光轴角度取得部29以外还设有校正用数据取得部90。

第i光轴角度θ_i及第i投影角度Φ_i例如优选的是在测量作为测量对象的被测量对象物P的移动速度V、相离位移d(相离位移△R)等之前，通过进行使用了被测量对象物P的试验来计算。这里，以图1及图6所示的第1实施方式为一例来进行说明，但关于其他的第2实施方式至第8实施方式也同样能够计算第i光轴角度θ_i及第i投影角度Φ_i。

图15是表示第i光轴角度θ_i及第i投影角度Φ_i的计算处理次序的流程图。这里，与图15所示的流程图一起对光轴角度及投影角度的计算处理次序进行说明。首先，在相同的位置，使被测量对象物P例如沿着X轴方向以多个校正用移动速度V_X1、V_X2移动，分别检测这些校正用移动速度V_X1、V_X2时的各第i差拍频率(步骤SP11)，将检测到的各第i差拍频率从频率解析部14向频率差计算部22送出。

频率差计算部22计算X轴方向上的校正用移动速度V_X1、V_X2下的第i差拍频率的频率的差作为第i校正用频率差(以下也简单称作校正用频率差)△f_Xi(步骤SP13)，将其向投影角度取得部28及光轴角度取得部29送出。

校正用数据取得部90取得表示X轴方向上的校正用移动速度V_X1、V_X2的信息，取得表示这些校正用移动速度V_X1、V_X2的速度差的校正用速度差V_XD(步骤SP12)。另外，校正用数据取得部90既可以通过外部的速度计测计等的传感器取得表示校正用移动速度V_X1、V_X2或校正用速度差V_XD的信息，也可以作为常数而取得表示校正用移动速度V_X1、V_X2或校正用速度差V_XD的信息，也可以只是预先存储该常数。校正用数据取得部90将表示校正用速度差V_XD的信息向投影角度取得部28及光轴角度取得部29送出。

由此，能够使用第i校正用频率差△f_Xi、校正用速度差V_XD和波长λ，设为移动角度α＝0°，根据上述式(1)的第2项导出下述的式(8)。

(数式8)

Δf_Xi＝(2V_XD cosΦ_i sinθ_i)/λ…(8)

接着，在相同的位置使被测量对象物P例如沿着与X轴方向正交的Y轴方向以多个校正用移动速度V_Y1、V_Y2移动，分别检测这些校正用移动速度V_Y1、V_Y2时的各第i差拍频率(步骤SP14)，将检测到的各第i差拍频率从频率解析部14向频率差计算部22送出。

频率差计算部22计算Y轴方向上的校正用移动速度V_Y1、V_Y2下的第i差拍频率的频率的差作为第i校正用频率差(以下也简单称作校正用频率差)△f_Yi(步骤SP16)，将其向投影角度取得部28及光轴角度取得部29送出。

校正用数据取得部90取得表示Y轴方向上的校正用移动速度V_Y1、V_Y2的信息，取得表示这些校正用移动速度V_Y1、V_Y2的速度差的校正用速度差V_YD(步骤SP15)。另外，校正用数据取得部90既可以通过外部的速度计测计等的传感器取得表示校正用移动速度V_Y1、V_Y2或校正用速度差V_YD的信息，也可以作为常数而取得表示校正用移动速度V_Y1、V_Y2或校正用速度差V_YD的信息，也可以只是预先存储该常数。校正用数据取得部90将表示校正用速度差V_YD的信息向投影角度取得部28及光轴角度取得部29送出。

由此，能够使用第i校正用频率差△f_Yi、校正用速度差V_YD和波长λ，设为移动角度α＝90°，根据上述式(1)的第3项导出下述的式(9)。

(数式9)

Δf_Yi＝(2V_YD sinΦ_i sinθ_i)/λ…(9)

投影角度取得部28取得X轴方向上的第i频率差△f_Xi和校正用速度差V_XD，并取得Y轴方向上的第i频率差△f_Yi和校正用速度差V_YD，进而从波长取得部17取得波长λ，从而能够基于上述的式(8)及式(9)计算第i投影角度Φ_i(步骤SP17)。

此外，在光轴角度取得部29中，取得X轴方向上的第i频率差△f_Xi和校正用速度差V_XD，并取得Y轴方向上的第i频率差△f_Yi和校正用速度差V_YD，进而从波长取得部17取得波长λ，从而也能够基于上述的式(8)及式(9)计算第i光轴角度θ_i(步骤SP17)。

由此，在测量装置1中，在设置第i测头5_i时能够正确地取得第i测头5_i的第i光轴角度θ_i及第i投影角度Φ_i，能够更高精度地测量移动速度V及相离位移d等。此外，对于测量装置1而言，即使在难以直接测量第i测量光的第i光轴角度θ_i及第i投影角度Φ_i的情况下，也能够求出正确的第i光轴角度θ_i及第i投影角度Φ_i。

另外，在上述的实施方式中，叙述了由角度取得部23计算第i光轴角度θ_i及第i投影角度Φ_i的双方的情况，但本发明并不限于此，也可以通过角度取得部23计算第i光轴角度θ_i及第i投影角度Φ_i中的某一方。

例如，通过以第i投影角度Φ_i为0°的方式配置第i测头5_i，从而能够基于上述的式(8)，计算(Δf_Xi＝(2V_XD sinθ_i)/λ)、第i光轴角度θ_i。此外，通过以第i投影角度Φ_i为90°的方式配置第i测头5_i，从而能够基于上述的式(9)计算(Δf_Yi＝(2V_YD sinθ_i)/λ)、第i光轴角度θ_i。

此外，也可以将第i光轴角度θ_i及第i投影角度Φ_i中的某一方作为常数取得，也可以预先存储。通过将第i光轴角度θ_i及第i投影角度Φ_i中的某一方设为常数，能够基于上述的式(8)或式(9)计算其他的第i光轴角度θ_i或第i投影角度Φ_i。

另外，在上述的第9实施方式中，叙述了在测量被测量对象物S的速度V及相离位移d中的至少某一方时、测量激光的光轴a_i的倾斜角度(第i光轴角度θ_i及第i投影角度Φ_i的双方或一方)的测量方法，但本发明并不限于此。例如，也可以是不测量被测量对象物S的速度V及相离位移d、而仅测量激光的光轴a_i的倾斜角度(第i光轴角度θ_i及第i投影角度Φ_i的双方或一方)的测量方法。

(10)<关于第i光轴角度θ_i>

这里，在上述的第1实施方式至第8实施方式中，在将第i光轴角度θ_i设为零的情况下(即，使第i测头5_i的光轴a_i与被测量对象物表面S或曲面S的面法线方向一致的情况下)，由于难以测量被测量对象物P的移动速度V，所以第i光轴角度θ_i需要设为比零大。

另一方面，作为相对于第i光轴角度θ_i的频率变化率，如果第i光轴角度θ_i变得比60°大，则被测量对象物P的移动速度V的测量解析力的变化成为0°时的1/2左右，所以第i光轴角度θ_i的最大角度优选的是60°。因而，第i光轴角度θ_i优选的是设定为0°<θ_i≤60°。

此外，如果第i光轴角度θ_i较大，则第i反射光的强度下降，被测量对象物P的移动速度V及相离位移d等的测量变得困难。从该观点看，第i光轴角度θ_i的上限可以由距离测量范围、测量对象、表面性状决定，例如如果以黑皮钢板为对象而为50mm左右的测量范围，则在第i光轴角度θ_i为40°以内，能够稳定地得到能够测量的充分的信号强度。由此，作为第i光轴角度θ_i的范围，更优选的是设为0°<θ_i≤40°。但是，如果能够使距离测量范围变小，则还能够使第i光轴角度θ_i的上限变大。

(11)<其他实施方式>

另外，在上述的第1实施方式至第8实施方式中，叙述了例如在设有N个第i测头5_i的情况下，将从1个激光振荡器2发出的激光通过分路器3b、3c分路而按每第i测头5_i生成第i测量光及第i参照光的情况，但本发明并不限于此，也可以按每第i测头5_i分别设置激光振荡器。

此外，在上述的第1实施方式至第8实施方式中，应用FSF激光器作为将相对于时间以规定的频率变化量调制后的激光起振的激光振荡部，但本发明并不限于此，只要能够将相对于时间频率被调制后的激光起振，例如也可以应用通过注入电流能够调制频率的波长可变半导体激光器等各种激光振荡部。

(12)<运算处理装置的硬件结构的一例>

接着，一边参照图16，一边详细地说明有关本发明的实施方式的运算处理装置11、31、33、41、51的硬件结构。图17是用来说明有关本发明的实施方式的运算处理装置11、31、33、41、51的硬件结构的框图，将运算处理装置11、31、33、41、51一起图示为运算处理装置200。

运算处理装置200主要具备CPU901、ROM903和RAM905。此外，运算处理装置200还具备总线907、输入装置909、输出装置911、存储装置913、驱动器915、连接端口917和通信装置919。

CPU901作为中心的处理装置及控制装置发挥功能，按照记录在ROM903、RAM905、存储装置913或可移除记录介质921中的各种程序，对运算处理装置200内的全部动作或其一部分进行控制。ROM903存储CPU901使用的程序及运算参数等。RAM905暂时存储CPU901使用的程序及在程序的执行中适当变化的参数等。它们通过由CPU总线等的内部总线构成的总线907相互连接。

总线907经由桥接器与PCI(Peripheral Component Interconnect/Interface)总线等的外部总线连接。

输入装置909例如是鼠标、键盘、触摸面板、按钮、开关及控制杆等用户操作的操作机构。此外，输入装置909例如既可以是利用红外线或其他电波的遥控机构(所谓的遥控器)，也可以是与运算处理装置200的操作对应的PDA等的外部连接机器923。进而，输入装置909例如也可以由基于用户使用上述的操作机构而输入的信息来生成输入信号、并向CPU901输出的输入控制电路等构成。用户通过操作该输入装置909，能够对运算处理装置200输入各种数据或指示处理动作。

输出装置911由能够将所取得的信息对用户在视觉或听觉上通知的装置构成。作为这样的装置，有CRT显示器装置、液晶显示器装置、等离子显示器装置、EL显示器装置及灯等的显示装置，扬声器及耳机等的声音输出装置，打印机装置，便携电话，传真机等。输出装置911例如输出通过运算处理装置200进行的各种处理而得到的结果。具体而言，显示装置将通过运算处理装置200所进行的各种处理而得到的结果用文本或图像显示。另一方面，声音输出装置将被再生的声音数据及声响数据等所构成的音频信号变换为模拟信号并输出。

存储装置913是作为运算处理装置200的存储部的一例而构成的数据保存用的装置。存储装置913例如由HDD(Hard Disk Drive)等的磁存储设备、半导体存储设备、光存储设备或光磁存储设备等构成。该存储装置913保存CPU901执行的程序及各种数据、以及从外部取得的各种数据等。

驱动器915是记录介质用读写器，被内置或外装于运算处理装置200。驱动器915将在所装接的磁盘、光盘、光磁盘或半导体存储器等的可移除记录介质921中记录的信息读出，向RAM905输出。此外，驱动器915也可以向所装接的磁盘、光盘、光磁盘或半导体存储器等的可移除记录介质921写入记录。可移除记录介质921例如是CD介质、DVD介质、Blu－ray(注册商标)介质等。此外，可移除记录介质921也可以是CF闪存卡(注册商标)(CompactFlash：CF)、闪存存储器或SD存储器卡(Secure Digital memory card)等。此外，可移除记录介质921例如也可以是搭载有非接触型IC芯片的IC卡(Integrated Circuitcard)或电子设备等。

连接端口917是用来将机器与运算处理装置200直接连接的端口。作为连接端口917的一例，有USB(Universal Serial Bus)端口、IEEE1394端口、SCSI(SmallComputerSystem Interface)端口、RS－232C端口、HDMI(注册商标)(High－DefinitionMultimediaInterface)端口等。通过对该连接端口917连接外部连接机器923，运算处理装置200从外部连接机器923直接取得各种数据，或向外部连接机器923提供各种数据。

通信装置919例如是由用来连接到通信网925的通信设备等构成的通信接口。通信装置919例如是有线或无线LAN(Local AreaNetwork)、Bluetooth(注册商标)或WUSB(Wireless USB)用的通信卡等。此外，通信装置919也可以是光通信用的路由器、ADSL(Asymmetric Digital SubscriberLine)用的路由器或各种通信用的调制解调器等。该通信装置919例如可以在与因特网及其他通信设备之间按照例如TCP/IP等的规定的协议收发信号等。此外，与通信装置919连接的通信网925由通过有线或无线连接的网络等构成，例如也可以是因特网、家庭内LAN、公司内LAN、红外线通信、无线电波通信或卫星通信等。

以上，表示了能够实现有关本发明的实施方式的运算处理装置200的功能的硬件结构的一例。上述的各构成要素既可以使用通用的部件构成，也可以由专门实现各构成要素的功能的硬件构成。因而，能够对应于实施本实施方式时的技术水平，适当变更利用的硬件结构。

(13)<实施例1>

接着，对验证试验进行说明。作为比较例，首先，使用以往的距离测量装置，该以往的距离测量装置利用相对于时间频率被调制后的激光，测量到沿着与位移测量方向正交的方向移动的板状的被测量对象物P的距离。这里，将被测量对象物P的移动速度V改变为50mpm、100mpm、150mpm，使用以往的距离测量装置分别测量到被测量对象物表面S的距离，得到了图17所示那样的结果。

图17的纵轴以移动速度V为0mpm时的从距离测量装置的规定位置到被测量对象物表面S的距离为基准，设为0。如图17所示，对于使用了激光的以往的距离测量装置而言，确认了例如如果设移动速度V为50mpm，则板高度从基准变动约1mm，如果设移动速度V为100mpm，则板高度从基准变动约2mm，如果设移动速度V为150mpm，则板高度成为从基准变动了约3mm的值。

根据以上，对于使用了激光的以往的距离测量装置而言，确认了本来应为相同值的到被测量对象物P的距离(距规定位置的板高度)被作为根据移动速度V而不同的值检测到。

接着，作为实施例，使用将被测量对象物P的相对的移动速度V和表示被测量对象物P的移动方向的信息即移动角度α设为已知的第5实施方式的测量装置，与上述的比较例同样，设被测量对象物P的移动速度V为50mpm、100mpm、150mpm，按每个这些移动速度V，分别测量从规定位置到被测量对象物表面S的距离(板高度)。

结果，得到了图18所示那样的结果。另外，图18是表示使用第5实施方式的测量装置计算相离位移d、使用相离位移d作为修正值、计算从规定位置到被测量对象物表面S的距离(板高度)得到的结果的曲线图。另外，在该实施例中，使用1个第i测头5_i，设第i测量光的第i光轴角度θ_i为2.4度，设激光的波长λ为1550nm，计算相离位移d。

如图18所示，可以确认，在移动速度V与50mpm、100mpm、150mpm不同时，在测量距离为0mm附近也大致一致。

(14)<实施例2>

在图19中表示评价装置的概略图。使用测头为3个的本发明的第1实施方式的测量装置(光轴角度θ_i：θ₁＝θ₂＝θ₃＝5°，投影角度Φ_i：Φ₁＝0°，Φ₂＝120°，Φ₃＝240°，激光器的波长λ＝1550nm)，以测头和圆盘表面离开约300mm的位置为基准位置，测量向逆时针方向旋转的圆盘100的距离x轴为角度β°(也称作测量位置角度β°)、距离中心为800mm的位置(也称作测量位置)P₁₀₀的移动速度和相离位移。另外，移动角度α和测量位置角度β具有α＝β+90°的关系。

图20是将相离位移d设为0mm(基准位置)、50mm，将设定移动角度β°设为0°、45°、90°，使圆盘100旋转，将移动速度V的设定值(也称作设定移动速度)与测量值(也称作测量移动速度)比较的图。确认了即使相离位移、移动角度不同也能够正确地测量移动速度。

图21是表示在基准位置以设定移动速度5m/s、15m/s、25m/s的条件使测量位置角度β°变化为0°、45°、90°时得到的移动角度α的测量值－90°(在图21中在纵轴上表述为“α－90°”)的图。由此，确认了不论移动速度、移动角度如何都能够正确地测量移动角度α。由此，确认了能够正确地测量测量位置的移动方向。

标号说明

1 测量装置

2 激光振荡器

5_i 第i测头(测头)

7_i 第i光检测部

11、31、33、41、51、200 运算处理装置

d 相离位移

P，P1 被测量对象物

△R 相离位移

S 被测量对象物表面、曲面

θ_i 第i光轴角度(光轴角度、倾斜角度)

Φ_i 第i投影角度(投影角度、倾斜角度)

Claims (10)

1.一种测量装置，测量相离位移以及移动速度中的至少某一方，上述相离位移是移动的被测量对象物在规定的方向的位移；上述移动速度是在与上述规定的方向正交的方向的相对的速度，

上述测量装置具备：

分路器，将相对于时间以规定的频率调制速度调制后的激光分为参照光和测量光；

1个或2个以上的测头，具有照射上述测量光并且将上述测量光反射后的反射光受光的照射/受光面；

光检测部，通过上述反射光与上述参照光的光干涉，输出差拍信号；以及

运算处理装置，被输入上述差拍信号，

上述测头以从上述照射/受光面照射的激光的光轴相对于上述规定的方向倾斜的方式而配置，

上述运算处理装置

检测基于上述差拍信号的差拍频率，

计算测量时的上述差拍频率与作为规定的基准状态下的差拍频率的基准频率的差即频率差，

基于上述频率差和以上述倾斜的方式而配置的上述激光的光轴的倾斜角度，计算上述移动速度及上述相离位移中的至少某一方。

2.如权利要求1所述的测量装置，

上述运算处理装置具备移动方向取得部，该移动方向取得部取得表示在与上述规定的方向正交的方向上移动的上述被测量对象物的移动方向的信息，上述运算处理装置基于由上述移动方向取得部取得的表示上述移动方向的信息，计算上述移动速度及上述相离位移中的至少某一方。

3.如权利要求1或2所述的测量装置，

上述运算处理装置具备速度取得部，该速度取得部取得上述移动速度，上述运算处理装置基于由上述速度取得部取得的上述移动速度，计算上述相离位移。

4.如权利要求1或2所述的测量装置，

上述运算处理装置具备相离位移取得部，该相离位移取得部取得上述相离位移，上述运算处理装置基于由上述相离位移取得部取得的上述相离位移，计算上述移动速度。

5.如权利要求1或2所述的测量装置，

上述运算处理装置

具备校正用数据取得部，该校正用数据取得部取得通过改变上述被测量对象物的移动速度而测量的速度差作为校正用速度差，

取得为了取得上述校正用速度差而改变上述被测量对象物的移动速度时的上述差拍频率的差，作为校正用频率差，

使用上述激光的波长、上述校正用速度差和上述校正用频率差，计算上述激光的光轴的上述倾斜角度。

6.一种测量方法，测量相离位移以及移动速度中的至少某一方，上述相离位移是移动的被测量对象物在规定的方向的位移；上述移动速度是在与上述规定的方向正交的方向的相对的速度，

上述测量方法具备：

分路步骤，将相对于时间以规定的频率调制速度调制后的激光通过分路器分为参照光和测量光；

照射/受光步骤，使用从照射/受光面照射的激光的光轴相对于上述规定的方向倾斜地配置的1个或2个以上的测头，从上述照射/受光面向上述被测量对象物的表面照射上述测量光，并且通过上述照射/受光面对上述测量光在上述被测量对象物的上述表面反射后的反射光进行受光；

光检测步骤，通过上述反射光与上述参照光的光干涉，输出差拍信号；以及

运算处理步骤，将上述差拍信号向运算处理装置输入，由上述运算处理装置进行运算处理，

上述运算处理步骤中

检测基于上述差拍信号的差拍频率，

计算测量时的上述差拍频率与作为规定的基准状态下的差拍频率的基准频率的差即频率差，

基于上述频率差和上述倾斜地配置的上述激光的光轴的倾斜角度，计算上述移动速度及上述相离位移中的至少某一方。

7.如权利要求6所述的测量方法，

上述运算处理步骤具备取得表示上述被测量对象物的移动方向的信息的移动方向取得步骤，基于在上述移动方向取得步骤中取得的表示上述移动方向的信息，计算上述移动速度及上述相离位移中的至少某一方。

8.如权利要求6或7所述的测量方法，

上述运算处理步骤具备取得上述移动速度的速度取得步骤，基于在上述速度取得步骤中取得的上述移动速度，计算上述相离位移。

9.如权利要求6或7所述的测量方法，

上述运算处理步骤具备取得上述相离位移的相离位移取得步骤，基于在上述相离位移取得步骤中取得的上述相离位移，计算上述移动速度。

10.一种测量方法，测量朝向移动的被测量对象物照射的激光的光轴的倾斜角度，

具备：

分路步骤，将相对于时间以规定的频率调制速度调制后的上述激光通过分路器分为参照光和测量光；

照射/受光步骤，使用从照射/受光面照射的激光的光轴相对于移动的被测量对象物的规定的方向倾斜地配置的1个或2个以上的测头，从上述照射/受光面向上述被测量对象物的表面照射上述测量光，并且通过上述照射/受光面对上述测量光在上述被测量对象物的上述表面反射后的反射光进行受光；

光检测步骤，通过上述反射光与上述参照光的光干涉，输出差拍信号；以及

运算处理步骤，上述差拍信号被输入至运算处理装置，由上述运算处理装置进行运算处理；

上述运算处理步骤中

具备校正用数据取得步骤，在该校正用数据取得步骤中取得通过改变上述被测量对象物的移动速度而测量的速度差作为校正用速度差，

取得基于为了取得上述校正用速度差而改变上述被测量对象物的移动速度时的上述差拍信号的差拍频率的差，作为校正用频率差；

使用上述激光的波长、上述校正用速度差和上述校正用频率差，计算上述激光的光轴的上述倾斜角度。

Images