JP6750767B1 - 測定装置及び測定方法 - Google Patents

Abstract

被測定対象物が移動していても、被測定対象物の相対的な移動速度又は被測定対象物の離間変位を正確に測定できる測定装置及び測定方法を提供する。測定装置１では、被測定対象物Ｐが面内方向に移動することで生じるドップラーシフトの影響を考慮して被測定対象物Ｐの相対的な移動速度、被測定対象物Ｐの離間変位を測定することができるので、被測定対象物Ｐが面内方向に移動していても、被測定対象物Ｐの相対的な移動速度及び被測定対象物Ｐの離間変位を正確に測定できる。

Description

本発明は、測定装置及び測定方法に関する。

高精度に被測定対象物までの距離を測定する距離測定装置として、例えば、特許文献１に示すように、ＦＳＦレーザ（周波数シフト帰還型レーザ：Frequency-Shifted Feedback Laser）光源を利用した距離測定装置が知られている。

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

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

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

また、特許文献２には、光ファイバの出射端面から被測定対象物の面法線方向に沿ってレーザ光を出射し、出射端面から遠ざかる方向又は近づく方向に移動する被測定対象物の速度を測定することができる速度測定装置（光ファイバセンサ）が開示されている。

特開２０１６−８０４０９号公報 特開平９−２５７４１５号公報

しかしながら、特許文献１に示す距離測定装置は、静止している被測定対象物までの距離を測定するものであり、面内方向に移動している被測定対象物までの距離や変位については、正確に測定できないということを見出した。

また、特許文献２に示す速度測定装置でも、光ファイバの出射端面から遠ざかる方向又は近づく方向に移動する被測定対象物の速度については測定できるものの、面内方向に沿って移動している被測定対象物の速度を測定することはできない。

さらに、第２の課題として、被測定対象物の速度や距離を測定するにあたり、被測定対象物に対するレーザ光の光軸の傾斜角度を把握する必要が生じる場合もある。このため、被測定対象物に対するレーザ光の光軸の傾斜角度を正確に測定することも望まれている。

そこで、本発明は、上記のような問題に鑑みてなされたものであり、被測定対象物が移動していても、被測定対象物の相対的な移動速度又は測定装置と被測定対象物の間の変位（測定装置から被測定対象物までの距離）を正確に測定できる測定装置及び測定方法を提供することを目的とする。

また、本発明は、上記のような第２の課題に鑑みてなされたものであり、被測定対象物に対するレーザ光の光軸の傾斜角度を正確に測定できる測定方法を提供することを目的とする。

本発明の測定装置は、移動する被測定対象物の所定の方向の変位である離間変位及び前記所定の方向に直交する方向の相対的な速度である移動速度のうち、少なくともいずれか一方を測定する測定装置であって、時間に対して所定の周波数変調速度で変調されたレーザ光を、参照光と測定光とに分ける分岐器と、前記測定光を照射し、かつ、前記測定光が反射した反射光を受光する照射・受光面を有する、１個又は２個以上の測定ヘッドと、前記反射光と前記参照光との光干渉によりビート信号を出力する光検出部と、前記ビート信号が入力される演算処理装置と、を備え、前記測定ヘッドは前記照射・受光面から照射するレーザ光の光軸が前記所定の方向に対して傾斜して配置されており、前記演算処理装置は、前記ビート信号に基づくビート周波数を検出し、測定時の前記ビート周波数と所定の基準状態でのビート周波数である基準周波数との差である周波数差を算出し、前記周波数差と、前記傾斜して配置された前記レーザ光の光軸の傾斜角度とに基づいて、前記移動速度及び前記離間変位のうち、少なくともいずれか一方を算出する。

本発明の測定方法は、移動する被測定対象物の所定の方向の変位である離間変位及び前記所定の方向に直交する方向の相対的な速度である移動速度のうち、少なくともいずれか一方を測定する測定方法であって、時間に対して所定の周波数変調速度で変調されたレーザ光を、分岐器によって参照光と測定光とに分ける分岐ステップと、照射・受光面から照射するレーザ光の光軸が前記所定の方向に対して傾斜して配置された１個又は２個以上の測定ヘッドを用いて、前記照射・受光面から前記測定光を前記被測定対象物の表面に照射し、かつ、前記測定光が前記被測定対象物の前記表面で反射した反射光を前記照射・受光面で受光する照射・受光ステップと、前記反射光と前記参照光との光干渉によりビート信号を出力する光検出ステップと、前記ビート信号が演算処理装置に入力され、前記演算処理装置で演算処理を行う演算処理ステップと、を備え、前記演算処理ステップは、前記ビート信号に基づくビート周波数を検出し、測定時の前記ビート周波数と所定の基準状態でのビート周波数である基準周波数との差である周波数差を算出し、前記周波数差と、前記傾斜して配置された前記レーザ光の光軸の傾斜角度とに基づいて、前記移動速度及び前記離間変位のうち、少なくともいずれか一方を算出する。

本発明の測定装置及び測定方法によれば、被測定対象物が移動することで生じるドップラーシフトの影響を考慮して被測定対象物の相対的な移動速度又は被測定対象物の離間変位を測定することができるので、被測定対象物が移動していても、被測定対象物の相対的な移動速度又は被測定対象物の離間変位を正確に測定できる。

また、被測定対象物に対するレーザ光の光軸の傾斜角度を正確に測定できる測定方法も提供することができる。

本発明の測定装置の構成を示した概略図である。 ＦＳＦレーザ光のチャープ周波数コム出力を模式的に表した概略図である。 第ｉ測定ヘッドの第ｉ光軸角度θ_ｉを説明するための概略図である。 第ｉ測定ヘッドの射影角度Φ_ｉを説明するための概略図である。 ３つの第ｉ測定ヘッドを用いたときの各第ｉ測定ヘッドの位置を示す概略図である。 離間変位と移動速度と移動方向を測定可能な第１実施形態及び第６実施形態に係る演算処理装置の回路構成を示すブロック図である。 測定処理手順を示すフローチャートである。 離間変位と移動速度を測定可能な第２実施形態に係る演算処理装置の回路構成を示すブロック図である。 移動速度と移動方向を測定可能な第３実施形態に係る演算処理装置の回路構成を示すブロック図である。 移動速度を測定可能な第４実施形態に係る演算処理装置の回路構成を示すブロック図である。 離間変位を測定可能な第５実施形態に係る演算処理装置の回路構成を示すブロック図である。 回転する被測定対象物に対して第ｉ測定光を照射したときの第ｉ光軸角度θ_ｉ、離間変位△Ｒ、△Ｌ_ｉ及び△θ_ｉの関係を説明するための概略図である。 被測定対象物における第ｉ射影角度Φ_ｉを説明するための概略図である。 他の実施形態による角度取得部の構成を示すブロック図である。 第ｉ光軸角度θ_ｉ及び第ｉ射影角度Φ_ｉの算出処理手順を示すフローチャートである。 各実施形態における演算処理装置のハードウェア構成の一例を示したブロック図である。 移動速度が異なると被測定対象物表面までの測定距離が変化することを示したグラフである。 算出した離間変位を用いて被測定対象物表面までの距離を算出したときの結果を示したグラフである。 実施例の評価装置を説明する概略図である。 離間変位および移動方向が変位したときの移動速度の測定結果を示したグラフである。 移動方向の測定結果を示したグラフである。

本発明者らは、ＦＳＦ（Frequency-Shifted Feedback）レーザを利用した一般的な距離計を用いて、面内方向に移動する平板状の被測定対象物の表面（被測定対象物表面）までの距離を測定したところ、被測定対象物の移動速度によって、距離計から得られる測定距離が変化してしまうことを確認した。そこで、本発明者らは、このような測定距離が変化する原因について鋭意検討を行った。

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

こうした推測に基づき、見掛け上生じる測定値のシフトを排除し、移動する被測定対象物の基準位置からの所定の方向の変位（以下本願では単に”離間変位“と称する）および前記所定の方向に直交する方向の移動速度（以下本願では”移動速度”と称する）を高精度に測定する方法について検討を行った。その結果、発明者らは、以下で説明するような本実施形態に係る測定装置及び測定方法に想到した。以下、本実施形態による測定装置及び測定方法について順に説明する。なお、前記所定の方向に直交する方向の移動速度とは、任意の方向に移動する場合の速度の前記所定の方向に直交する方向の速度成分を意味する場合を含むものとする。

（１）＜第１実施形態＞
（１−１）＜第１実施形態による測定装置の概略＞
図１は、第１実施形態における測定装置１の構成を示す概略図である。第１実施形態では、１個、又は、２個以上のＮ個の第ｉ測定ヘッド５_ｉ（本実施形態でのiは、１以上の整数である）を有する測定装置１について説明する。図１では、１個、又は、Ｎ個の第ｉ測定ヘッド（以下、単に測定ヘッド５とも称する）５_ｉとして、１個の測定ヘッド５のみを代表して図示しており、他の第ｉ測定ヘッドは省略している。

例えば、第ｉ測定ヘッド５_ｉが１個だけ設けられた測定装置１では、第ｉ測定ヘッド５_ｉは第１測定ヘッド５_１と表記される。一方、第ｉ測定ヘッド５_ｉがＮ個設けられた測定装置１では、それぞれの第ｉ測定ヘッド５_ｉは、第１測定ヘッド５_１から第Ｎ測定ヘッド５_Ｎと表記される。なお、１個の第ｉ測定ヘッド５_ｉを設けた場合でも、Ｎ個の第ｉ測定ヘッド５_ｉを設けた場合でも、用いる第ｉ測定ヘッド５_ｉの構成は同じであることに限定するものではないが、簡単のため同じである場合について説明し、以下、Ｎ個の第ｉ測定ヘッド５_ｉについても１個の第ｉ測定ヘッド５_ｉにのみ着目して説明する。

また、第１実施形態では、被測定対象物として、平板状の被測定対象物Ｐを適用しており、被測定対象物表面Ｓから所定距離離れた位置に第ｉ測定ヘッド５_ｉが設置される。なお、被測定対象物表面Ｓに対する、第ｉ測定ヘッド５_ｉの光軸の傾斜角度については、図３及び図４を用いて後述し、始めに、測定装置１の全体構成について以下説明する。

第ｉ測定ヘッド５_ｉは、レーザ光を第ｉ測定光（単に、測定光とも称する）として照射する端部の照射・受光面９ｃが、被測定対象物Ｐの被測定対象物表面Ｓに向けて配置されている。これにより、第ｉ測定ヘッド５_ｉは、端部の照射・受光面９ｃから出射した第ｉ測定光を、被測定対象物表面Ｓに照射する。同時に、第ｉ測定ヘッド５_ｉは、第ｉ測定光が被測定対象物表面Ｓで反射した第ｉ反射光を、照射・受光面９ｃで受光する。

ここで、本実施形態の測定装置１は、上述したＮ個の第ｉ測定ヘッド５_ｉに加えて、ＦＳＦレーザ光を発振するレーザ発振器２、分岐器３ａ，３ｂ，３ｃ、Ｎ個の第ｉサーキュレータ（例えば、方向性結合器等であり、以下、単にサーキュレータとも称する）４_ｉ、Ｎ個の第ｉ結合器（例えば、光ファイバカプラ等であり、以下、単に結合器とも称する）６_ｉ、Ｎ個の第ｉ光検出部（以下、単に光検出部とも称する）７_ｉ及び演算処理装置１１を有する。なお、ここでのｉの数字は上記と同様に測定ヘッド５の個数に対応した数字となり、例えば、第１測定ヘッド５に対応して設けられた第ｉ結合器６_ｉや第ｉ光検出部７_ｉは、第１結合器６_１や第１光検出部７_１とも表記する。

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

図２は、ＦＳＦレーザ光の出力を模式的に表した図である。図２に示すように、ＦＳＦレーザ光は、共振器内の光波が周回ごとに周波数シフトを受けながら、共振器の利得曲線（周波数−振幅曲線）に従って増幅され、減衰して、最終的には消滅する。ＦＳＦレーザ光の発振出力においては、このような瞬時周波数成分が複数、一定の周波数間隔で櫛状に存在している。

図２中、τ_ＲＴは共振器の周回時間を表し、ν_ＦＳは周回あたりの周波数シフト量を表す。１／τ_ＲＴは、共振器の縦モード周波数間隔（チャープ周波数コム間隔）を示し、ｒ_ｓは、ＦＳＦレーザ光の瞬時周波数の単位時間あたりの変化量、すなわち、周波数変調速度を示す。

図１に示すように、レーザ発振器２から出力されたレーザ光（ＦＳＦレーザ光）は、光ファイバを介して分岐器３ａに入射される。分岐器３ａは、レーザ発振器２から入射されたレーザ光を、第１分岐光と第２分岐光とに分岐する。分岐器３ａにおいて分岐された第１分岐光は、光ファイバを介して分岐器３ｂに入射される。

この分岐器３ｂは、第１分岐光を、Ｎ個の第ｉ測定光に分岐する。分岐器３ｂで分岐されたＮ個の第ｉ測定光は、光ファイバ光路８ａを経由して、対応する第ｉ測定ヘッド５に導かれる。なお、１個又はＮ個の第i測定光については単に測定光とも称する。なお、Ｎ＝１、すなわち測定ヘッド５が１個の場合には、分岐器３ｂが不要であり、分岐器３ａで分岐された第１分岐光が測定光（第１測定光）となり、光ファイバ光路８ａを経由して第１測定ヘッド５に導かれる。

光ファイバ光路８ａには、第ｉ測定ヘッド５に至るまでの間に分岐した第ｉ測定光ごとに第ｉサーキュレータ４_ｉが設けられる。第ｉサーキュレータ４_ｉは、第ｉ測定光を第ｉ測定ヘッド５に出射し、第ｉ測定ヘッド５から入射したＮ個の第ｉ反射光をそれぞれＮ個の第ｉ結合器６_ｉに出射する。

第ｉ測定ヘッド５には、光ファイバ光路８ａの端部９ａと、集光レンズ９ｂとが内部に設けられている。第ｉ測定ヘッド５は、レーザ発振器２から光ファイバ光路８ａを介して伝送された第ｉ測定光を、光ファイバ光路８ａの端部９ａから出射して集光レンズ９ｂにより集光した後、被測定対象物表面Ｓに向けて照射する。第ｉ測定ヘッド５は、例えば、図示しない搬送ローラにより移動方向Ｘ（被測定対象物の平坦な被測定対象物表面Ｓの面内の一方向）に移動速度Ｖで移動している被測定対象物表面Ｓに第ｉ測定光を照射する。

第ｉ測定光が被測定対象物表面Ｓで反射することで得られた第ｉ反射光は、集光レンズ９ｂで集光された後、光ファイバ光路８ａの端部９ａで受光され、光ファイバ光路８ａを経由して第ｉサーキュレータ４_ｉに導かれ、当該第ｉサーキュレータ４_ｉから光ファイバ光路８ｂを通じて第ｉ結合器６_ｉに導かれる。

一方、最初の分岐器３ａで分岐された第２分岐光は、光ファイバ光路８ｃを介して分岐器３ｃに入射される。この分岐器３ｃは、第２分岐光を、Ｎ個の第ｉ参照光に分岐する。分岐器３ｃにおいて分岐された第ｉ参照光は、光ファイバ光路８ｃを経由して第ｉ結合器６_ｉに導かれる。なお、１個又はＮ個の第i参照光については単に参照光とも称する。Ｎ＝１、すなわち測定ヘッド５が１個の場合には、分岐器３ｃが不要であり、分岐器３ａで分岐された第２分岐光が参照光（第１参照光）となり、光ファイバ光路８ｃを経由して第１結合器６_１に導かれる。

第ｉ結合器６_ｉは、第ｉ参照光と第ｉ反射光とを、光ファイバを通じてそれぞれ第ｉ光検出部７_ｉに入射させる。第ｉ光検出部７_ｉは、第ｉ反射光及び第ｉ参照光を受光する。第ｉ測定ヘッド５_ｉごとに得られる第ｉ反射光と、対応する第ｉ参照光とは、それぞれ対応する第ｉ光検出部７_ｉに導かれることとなる。

第ｉ光検出部７_ｉに同時に入射する第ｉ反射光と第ｉ参照光は、それぞれのレーザ光がレーザ発振器２を出射してから第ｉ光検出部７_ｉに入射するまでに通った光路長の差に対応する周波数差を有するので、第ｉ反射光と第ｉ参照光との光干渉により第ｉビート信号（以下、単にビート信号とも称する）が発生する。第ｉ光検出部７_ｉは、この第ｉビート信号を検出し、これを後述する演算処理装置１１に送出する。

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

これにより、演算処理装置１１は、得られた第ｉビート周波数を利用した演算処理（後述する）を行うことにより、測定ヘッドから被測定対象物Ｐまでの距離変化である離間変位ｄと、被測定対象物Ｐが移動している際の移動速度Ｖと、移動方向とを測定することができる。

（１−２）＜第１実施形態における第ｉ測定ヘッドの構成＞
次に、１個、又は、Ｎ個の第ｉ測定ヘッド５_ｉについて１個の第ｉ測定ヘッド５_ｉに着目して、図３及び図４を用いて座標系と光軸の傾きとについて説明する。図３は、被測定対象物表面Ｓの法線方向をＺ軸方向と定めた球面座標系において、第ｉ測定ヘッド５_ｉと被測定対象物Ｐの配置を示した概略図であり、図４は、第ｉ測定ヘッド５_ｉの配置を、Ｚ軸方向から見たときの概略図である。本実施形態ではＺ軸方向が所定の方向となる。

図３及び図４に示すように、第ｉ測定ヘッド５_ｉから照射される第ｉ測定光の光軸ａ_ｉは、Ｚ軸方向に対して傾斜するように配置されている。ここで、第ｉ測定ヘッド５_ｉの光軸ａ_ｉのＺ軸方向に対する傾きを、第ｉ光軸角度（以下、単に光軸角度とも称する）θ_ｉと定義する。

また、図４に示すように、Ｚ軸方向と直交し、かつ、互いに直交するＸ軸方向及びＹ軸方向を定義し、ＸＹ平面に光軸ａ_ｉを投影した射影ａ_ｉ´とＸ軸とがなす角度を第ｉ射影角度（以下、単に射影角度とも称する）Φ_ｉと定義する。このように、第ｉ測定ヘッド５_ｉの光軸ａ_ｉの傾斜角度は、これら第ｉ光軸角度θ_ｉと第ｉ射影角度Φ_ｉとで規定することができる。

なお、Ｎ個の第ｉ測定ヘッド５_ｉを設ける場合には、それぞれの第ｉ測定ヘッド５_ｉの第ｉ光軸角度θ_ｉは第ｉ測定ヘッド５_ｉごとに同じ第ｉ光軸角度θ_ｉとしてもよく、異なる第ｉ光軸角度θ_ｉとしてもよい。また、Ｎ個の第ｉ測定ヘッド５_ｉを設ける場合には、それぞれの第ｉ測定ヘッド５_ｉの第ｉ射影角度Φ_ｉは第ｉ測定ヘッド５_ｉごとに同じ第ｉ射影角度Φ_ｉとしてもよく、異なる第ｉ射影角度Φ_ｉとしてもよい。但し、Ｎ個の第ｉ測定ヘッド５_ｉを設ける場合には、それぞれの第ｉ測定ヘッド５_ｉが異なる位置に配置されることが望ましいため、複数の第ｉ測定ヘッド５_ｉにおいて同じ第ｉ射影角度Φ_ｉとしたときは異なる第ｉ光軸角度θ_ｉとし、同じ第ｉ光軸角度θ_ｉとしたときには異なる第ｉ射影角度Φ_ｉとすることが望ましい。

図５は、３個の第ｉ測定ヘッド５_ｉ（第１測定ヘッド５_１、第２測定ヘッド５_２、第３測定ヘッド５_３（ｉ＝１，２，３））を設けたときの一例を示す概略図である。この場合、第１測定ヘッド５_１から被測定対象物表面Ｓに第１測定光を照射し、第２測定ヘッド５_２から被測定対象物表面Ｓに第２測定光を照射し、第３測定ヘッド５_３から被測定対象物表面Ｓに第３測定光を照射する。

図５では、第１測定ヘッド５_１、第２測定ヘッド５_２及び第３測定ヘッド５_３は、被測定対象物Ｐに対して異なる位置に配置されており、第１測定ヘッド５_１から照射される第１測定光の光軸ａ_１の傾斜角度（第１光軸角度θ_１及び第１射影角度Φ₁（図示せず））と、第２測定ヘッド５_２から照射される第２測定光の光軸ａ_２の傾斜角度（第２光軸角度θ_２及び第２射影角度Φ_２（図示せず））と、第３測定ヘッド５_３から照射される第３測定光の光軸ａ_３の傾斜角度（第３光軸角度θ_３及び第３射影角度Φ_３（図示せず））と、がそれぞれ所定の角度に設定されている。

なお、第ｉ測定ヘッド５_ｉを４個以上設ける場合についても、図５に示すような構成と同様に、それぞれの第ｉ測定ヘッド５_ｉが異なる位置に配置されることが望ましい。

本実施形態では、図３及び図５に示すように、所定の基準位置からの被測定対象物ＰのＺ軸方向への変位を離間変位ｄとする。なお、図３及び図５におけるＰ１は、基準位置にある被測定対象物を示す。また、被測定対象物Ｐは、測定装置１に対して相対的に移動するものとし、図４に示すように、ＸＹ平面に投影した移動方向とＸ軸との角度を移動角度α、ＸＹ平面に投影した速度を移動速度Ｖと定義する。例えば、Ｘ軸方向に被測定対象物Ｐが移動する場合、被測定対象物Ｐの移動角度αは０°となる。

（１−３）＜本発明の測定方法の概要＞
次に、本実施形態における、移動速度Ｖ及び離間変位ｄの測定方法について説明する。ここで、基準状態（例えば、基準位置で静止状態）にある被測定対象物Ｐ１の被測定対象物表面Ｓに第ｉ測定光を照射することで反射してきた第ｉ反射光と、第ｉ参照光とから得られた第ｉビート周波数を第ｉ基準周波数（以下、単に基準周波数とも称する）と定義する。また、基準位置からＺ軸方向にｄ離れた位置で、移動方向（移動角度αの方向）及び移動速度ＶでＸＹ平面に平行に移動する被測定対象物Ｐの被測定対象物表面Ｓに第ｉ測定光を照射することで反射してきた第ｉ反射光と、第ｉ参照光とから第ｉビート周波数を得る。

これら第ｉ基準周波数と第ｉビート周波数との周波数の差（第ｉ周波数差、又は、単に周波数差と称する）を、△ｆ_ｉとすると、第１実施形態の第ｉ周波数差△ｆ_ｉは、離間変位ｄ及びドップラーシフトの影響を受けることから、次の式（１）で表すことができることを発明者らは導いた。

（数１）
Δf_i=k(d/cosθ_i)＋((2V cosα cosΦ_i sinθ_i)/λ）＋((2V sinα sinΦ_i sinθ_i)/λ)…（１）

θ_ｉは、上述した第ｉ光軸角度を示し、Φ_ｉは、上述した第ｉ射影角度を示し、λはレーザの波長を示す。ｋは、例えば、第ｉ測定ヘッド５_ｉに対する被測定対象物Ｐの距離の変化と、レーザ光の周波数の変化との関係を示した定数である。

上記の式（１）のうち、第１項は、第ｉ測定ヘッド５_ｉから被測定対象物Ｐまでの距離が変化することによる、レーザ光（第ｉ反射光）の周波数変化量を示した項である。一方、上記の式（１）の第２項は、被測定対象物ＰがＸＹ平面に平行な所定の移動方向に移動する際に、Ｘ軸方向でのドップラーシフトの影響による、レーザ光（第ｉ反射光）の周波数変化量を示した項であり、第３項は、Ｙ軸方向でのドップラーシフトの影響による、レーザ光（第ｉ反射光）の周波数変化量を示した項である。

なお、Ｎ個の第ｉ測定ヘッド５_ｉが同一構成の場合は、定数ｋは、いずれの第ｉ測定ヘッド５_ｉでも同じ値となる。本実施形態では定数ｋが同一であることに限定するものではないが、以下のすべての実施形態の説明では簡単のため定数ｋはいずれの第ｉ測定ヘッド５_ｉでも同じ値として説明する。

また、第ｉ周波数差△ｆ_iの算出については、基準位置で被測定対象物Ｐが相対的に静止しているときに検出した第ｉビート周波数を第ｉ基準周波数として用いなくてもよい。例えば、基準位置で被測定対象物Ｐが基準速度で移動しているときに検出した第ｉビート周波数を第ｉ基準周波数として用い、この第ｉ基準周波数と、所定位置で被測定対象物Ｐが基準速度以外で移動しているときに検出した第ｉビート周波数との差から第ｉ周波数差△ｆ_ｉを算出してもよい。

レーザ光の波長λについては、分光器等で予め測定することで取得可能である。上記の式（１）における定数ｋについても、例えば、離間変位ｄを設けて、異なる位置でそれぞれ被測定対象物Ｐを静止させ、各位置での被測定対象物Ｐからの第ｉ反射光の周波数をそれぞれ測定し、このときの第ｉ反射光の周波数変化量と離間変位ｄとから、ｋ＝△ｆ_ｉ／ｄの式を基に算出することができる。また、ｋ＝２ｒ_Ｓ／ｃ（ｒ_Ｓは周波数変調速度、ｃは空気中の光の速度）の式からｋを求めることも可能である。

ここで、第ｉ光軸角度θ_ｉ、第ｉ射影角度Φ_ｉ、定数ｋ、波長λは固定値であることから、例えば、第ｉ測定ヘッド５_ｉが少なくとも３個の場合、第i周波数差Δf_ｉ（ｉ＝１，２，３）を測定すれば、未知数である、離間変位ｄ、移動速度Ｖ、移動角度αの３つを求めることができる。第ｉ測定ヘッド５_ｉが４個以上あれば、４個以上の第ｉ測定ヘッド５_ｉの中から任意に選択した３個の第ｉ測定ヘッド５_ｉの組み合わせで、それぞれ離間変位ｄ、移動速度Ｖ、移動角度αの３つを求めることができる。これら任意に選択した３個の第ｉ測定ヘッド５_ｉの組み合わせでそれぞれ求めた離間変位ｄ、移動速度Ｖ、移動角度αについて、統計処理（例えば平均値の算出）を行うことで、より精度の高い測定が可能となる。

例えば、４個の第ｉ測定ヘッド５ｉ（第１測定ヘッド５_１、第２測定ヘッド５_２、第３測定ヘッド５_３及び第４測定ヘッド５_４）を設けた場合には、これら４個の第ｉ測定ヘッド５_ｉで取り得る３個の組み合わせは４通りとなる。よって、４個の第ｉ測定ヘッド５_ｉで４通りの組み合わせでそれぞれ求めた、４つの離間変位ｄ、移動速度Ｖ、移動角度αについて、これら離間変位ｄ、移動速度Ｖ、移動角度αごとに平均値を取れば、一段と正確な離間変位ｄ、移動速度Ｖ、移動角度αを求めることができる。

（１−４）＜第１実施形態における演算処理装置＞
次に、上述した測定方法を実行する演算処理装置１１について以下説明する。演算処理装置１１は、図示しないＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＡＭ（Random Access Memory）およびＲＯＭ（Read Only Memory）等からなるマイクロコンピュータ構成でなり、ＲＯＭに予め格納されている各種プログラムをＲＡＭにロードして立ち上げることにより、演算処理装置１１における各種回路部を統括的に制御する。

第１実施形態による演算処理装置１１は、上記の式（１）を基に、被測定対象物Ｐの離間変位ｄ、被測定対象物Ｐの移動速度Ｖ、被測定対象物Ｐの移動角度αのうち、少なくとも１つ以上を測定できるものである。図６は、演算処理装置１１の回路構成を示したブロック図である。図６に示すように、第１実施形態による演算処理装置１１は、周波数解析部１４、算出部１５、定数取得部１６及び波長取得部１７を備えている。

周波数解析部１４は、第ｉ反射光と第ｉ参照光とが光干渉することにより生じる第ｉビート信号を第ｉ光検出部７ｉ（図１）から受け、当該第ｉビート信号の周波数（第ｉビート周波数）を、所定の検出周波数範囲内で検出し、この検出結果を、算出部１５の基準周波数取得部２１と、周波数差算出部２２とに、必要に応じて角度取得部２３とに送出する。ここで、第１実施形態の算出部１５は、基準周波数取得部２１、周波数差算出部２２、角度取得部２３及び測定値算出部２６を備えている。

基準周波数取得部２１は、上記の式（１）にて用いる第ｉ周波数差△ｆ_ｉを求める際に使用する第ｉ基準周波数を取得するものである。基準周波数取得部２１は、周波数解析部１４から受け取った、基準状態における第ｉビート周波数、即ち、第ｉ基準周波数を記憶している。基準周波数取得部２１は、第ｉ基準周波数を周波数差算出部２２に送出する。

周波数差算出部２２は、周波数解析部１４から、移動状態にある被測定対象物Ｐに係る第ｉビート周波数を示す信号を受けとり、基準周波数取得部２１から、第ｉ基準周波数を受け取る。

これにより、周波数差算出部２２は、移動状態の被測定対象物Ｐから検出した第ｉビート周波数と、基準状態で被測定対象物Ｐから検出した第ｉ基準周波数との差を、第ｉ周波数差△ｆ_ｉとして算出する。周波数差算出部２２は、算出結果である第ｉ周波数差△ｆ_ｉを示す情報を測定値算出部２６に送出する。

角度取得部２３は、射影角度取得部２８と光軸角度取得部２９とを有している。光軸角度取得部２９は、上記の式（１）にて用いる第ｉ光軸角度θ_ｉを取得するものである。光軸角度取得部２９は、演算処理により第ｉ光軸角度θ_ｉを算出してもよく、また、計測手段により第ｉ光軸角度θ_ｉを測定して、実測値を取得してもよく、さらに、第ｉ光軸角度θ_ｉを予め単に記憶しているものでもよい。光軸角度取得部２９は、第ｉ光軸角度θ_ｉを示す情報を測定値算出部２６に送出する。なお、第ｉ光軸角度θ_ｉを演算処理により算出する手法については、後段の「（９）＜演算処理による第ｉ光軸角度及び第ｉ射影角度のキャリブレーションについて＞」で説明する。

射影角度取得部２８は、上記の式（１）にて用いる第ｉ射影角度Φ_ｉを取得するものである。射影角度取得部２８は、演算処理により第ｉ射影角度Φ_ｉを算出してもよく、また、計測手段により第ｉ射影角度Φ_ｉを測定して、実測値を取得してもよく、さらに、第ｉ射影角度Φ_ｉを予め単に記憶しているものでもよい。射影角度取得部２８は、第ｉ射影角度Φ_ｉを示す情報を測定値算出部２６に送出する。なお、第ｉ射影角度Φ_ｉを演算処理により算出する手法については、後段の「（９）＜演算処理による第ｉ光軸角度及び第ｉ射影角度のキャリブレーションについて＞」で説明する。

定数取得部１６は、上記の式（１）にて用いる定数ｋを取得するものである。定数取得部１６は、上述したように、ｋ＝△ｆ_ｉ／ｄの式や、ｋ＝２ｒ_Ｓ／ｃ（ｒ_Ｓは周波数変調速度、ｃは空気中の光の速度）の式からｋを求めてもよく、また、定数ｋを予め単に記憶しているだけであってもよい。定数取得部１６は、定数ｋを示す情報を測定値算出部２６に送出する。

波長取得部１７は、例えば、分光器等であり、レーザ発振器２で発振されるレーザ光の波長λを測定することで、波長λを取得するものである。波長取得部１７は、波長λを示す情報を測定値算出部２６に送出する。

測定値算出部２６は、取得した第ｉ周波数差△ｆ_ｉ、第ｉ光軸角度θ_ｉ、第ｉ射影角度Φ_ｉ、定数ｋ及びレーザ光の波長λを用い、上記の式（１）に基づいて演算処理を行い、第ｉ測定ヘッド５_ｉに対する被測定対象物Ｐの相対的な移動速度Ｖと、移動角度αと、離間変位ｄとを算出することができる。

第１実施形態の測定装置では、測定値算出部２６により、上記の式（１）に基づいて、被測定対象物Ｐの相対的な移動速度Ｖと、移動角度αと、離間変位ｄとを算出するが、これら移動速度Ｖ、移動角度α及び離間変位ｄの全てを未知の値として算出する場合には、少なくとも３個以上の第ｉ測定ヘッド５_ｉが必要となる。一方、移動速度Ｖ、移動角度α及び離間変位ｄの一部のみを算出する場合には、これら移動速度Ｖ、移動角度α及び離間変位ｄのうち一部を既知の値とすることで、第ｉ測定ヘッド５_ｉの個数を減らすこともできる。

（１−５）＜測定処理手順＞
次に、上述した測定装置１において、被測定対象物Ｐの移動速度Ｖ及び離間変位ｄのうち、少なくともいずれか一方を測定する際の測定処理手順について、図７のフローチャートを用いて以下説明する。測定装置１は、図７に示すように、測定処理手順を開始すると、ステップＳＰ１において、レーザ発振器２から出力されたレーザ光（ＦＳＦレーザ光）を第ｉ参照光と第ｉ測定光に分岐し、次のステップＳＰ２に移る。

ステップＳＰ２において、測定装置１は、レーザ光の光軸ａ_ｉが傾斜した第ｉ測定ヘッド５_ｉの照射・受光面９ｃから被測定対象物表面Ｓに第ｉ測定光を照射し、次のステップＳＰ３に移る。ステップＳＰ３において、測定装置１は、第ｉ測定光が被測定対象物表面Ｓで反射することで得られた第ｉ反射光を、第ｉ測定ヘッド５_ｉの照射・受光面９ｃで受光し、次のステップＳＰ４に移る。

ステップＳＰ４において、測定装置１は、第ｉ反射光と第ｉ参照光との光干渉により第ｉビート信号を出力し、次のステップＳＰ５に移る。ステップＳＰ５において、測定装置１は、演算処理装置１１によって、第ｉビート信号に基づく第ｉビート周波数を検出し、次のステップＳＰ６に移る。

ステップＳＰ６において、測定装置１は、被測定対象物Ｐが所定の基準状態にあるときの第ｉビート周波数を第ｉ基準周波数として得ており、ステップＳＰ５で検出した測定時の第ｉビート周波数と、当該第ｉ基準周波数との差である第ｉ周波数差△ｆ_ｉを算出し、次のステップＳＰ７に移る。ステップＳＰ７において、測定装置１は、ステップＳＰ６で得られた第ｉ周波数差△ｆ_ｉと、レーザ光の光軸ａ_ｉの傾斜角度とに基づいて、被測定対象物Ｐの移動速度Ｖ及び離間変位ｄのうち、少なくともいずれか一方を算出し、上述した測定処理手順を終了する。

（１−６）＜作用及び効果＞
以上の構成において、本実施形態の測定装置１では、第ｉビート信号に基づく第ｉビート周波数を検出し、測定時の第ｉビート周波数と所定の基準状態での第ｉビート周波数である第ｉ基準周波数との差である第ｉ周波数差△ｆ_ｉを算出し、第ｉ周波数差△ｆ_ｉと傾斜して配置されたレーザ光の光軸ａ_ｉの傾斜角度（第ｉ光軸角度θ_ｉ及び第ｉ射影角度Φ_ｉ）を取得する。

測定装置１では、取得した第ｉ周波数差△ｆ_ｉ及びレーザ光の光軸ａ_ｉの傾斜角度を用いて、被測定対象物Ｐが変位測定方向に直交する方向に移動することで生じるドップラーシフトの影響を考慮した上記の式（１）に基づき、例えば、被測定対象物Ｐの移動速度Ｖと、移動角度αと、離間変位ｄとを算出することができる。この場合、測定装置１は、前記ドップラーシフトの影響を考慮して被測定対象物Ｐの相対的な移動速度Ｖ、被測定対象物Ｐの離間変位ｄを測定することができるので、被測定対象物Ｐが変位測定方向に直交する方向に移動していても、被測定対象物Ｐの相対的な移動速度Ｖ及び被測定対象物Ｐの離間変位ｄを正確に測定できる。

（２）＜第２実施形態＞
次に本発明の第２実施形態を詳述する。第２実施形態の測定装置は、例えば、第ｉ測定ヘッド５_ｉが少なくとも２個以上設けられた構成を有しており、被測定対象物Ｐが移動する移動方向を既知として、被測定対象物Ｐの相対的な移動速度Ｖと、離間変位ｄとを測定することができるものである。

第２実施形態の測定装置は、図８に示すように、演算処理装置３１に移動方向取得部１８が追加される点で上述した第１実施形態とは異なっている。ここでは、第１実施形態と異なる点に着目して以下説明し、第ｉ測定ヘッド５_ｉ等の第１実施形態と同じ構成については説明を省略する。

（２−１）＜第２実施形態による演算処理装置＞
図６との同一の構成について同一符号を付した図８は、移動方向取得部１８が追加された、第２実施形態の演算処理装置３１の構成を示したブロック図である。なお、以下の説明において、第１実施形態と同一の符号を付した構成については説明が重複するためその説明は省略する。

第２実施形態の演算処理装置３１は、移動方向取得部１８を備えており、当該移動方向取得部１８によって、被測定対象物Ｐの移動方向を示す情報を外部から取得する。なお、ここでは、移動方向を示す情報として、移動方向取得部１８により被測定対象物Ｐの移動方向を取得する場合について述べるが、本発明はこれに限らず、被測定対象物Ｐが移動する移動方向を特定した移動角度αを、被測定対象物Ｐの移動方向を示す情報として、移動方向取得部１８で取得するようにしてもよい。

この場合、移動方向取得部１８は、被測定対象物Ｐの移動方向を示す情報を外部のセンサより取得してもよく、被測定対象物Ｐの移動方向が一定の場合は、移動方向を示す情報を定数として取得してもよく、当該定数を予め記憶しているだけであってもよい。移動方向取得部１８は、被測定対象物Ｐの移動方向を示す情報を測定値算出部２６に送出する。

第２実施形態の測定装置では、被測定対象物Ｐの移動方向を示す情報が既知となることから上記の式（１）の移動角度αを規定することができ、第ｉ測定ヘッド５_ｉが少なくと２個以上あれば、測定値算出部２６によって、上記の式（１）から、未知数となる、被測定対象物Ｐの移動速度Ｖと、被測定対象物Ｐの離間変位ｄとを求めることができる。

測定値算出部２６は、第ｉ測定ヘッド５_ｉが３個以上であれば、そのうち２個の第ｉ測定ヘッド５_ｉの組み合わせごとに、被測定対象物Ｐの移動速度Ｖと、被測定対象物Ｐの離間変位ｄとを算出し、移動速度Ｖと離間変位ｄについて統計処理（例えば平均値の算出）を行うこともできる。これにより、第２実施形態では、移動速度Ｖと離間変位ｄについて精度の高い測定が可能となる。

例えば、４個の第ｉ測定ヘッド５_ｉ（第１測定ヘッド５_１、第２測定ヘッド５_２、第３測定ヘッド５_３及び第４測定ヘッド５_４）を設けた場合には、これら４個の第ｉ測定ヘッド５_ｉで取り得る２個の第ｉ測定ヘッド５_ｉの組み合わせは６通りとなる。よって、測定値算出部２６は、４個の第ｉ測定ヘッド５_ｉで６通りの組み合わせでそれぞれ求めた、６つの移動速度Ｖ及び離間変位ｄについて、これら移動速度Ｖ及び離間変位ｄごとに平均値を取れば、一段と正確な移動速度Ｖ及び離間変位ｄを求めることができる。

特に、被測定対象物Ｐの移動方向が分かっている場合には、第ｉ測定ヘッド５_ｉを最低限の２個とし、第１射影角度Φ_１と、被測定対象物Ｐの移動方向とを一致させ、第２射影角度Φ_２を第１射影角度Φ_１とπrad異なるようにして、２個の第ｉ測定ヘッド５_ｉの光軸ａ_ｉの射影ａ_ｉ´が同一直線上に配置するようにすれば、上記の式（１）を下記の式（２）のように表すことができる。

（数２）
Δf₁=k(d/cosθ₁)＋(2V sinθ₁)/λ
Δf₂=k(d/cosθ₂)−(2V sinθ₂)/λ…（２）

従って、第２実施形態の演算処理装置３１では、第ｉ光軸角度θ_ｉ、定数ｋ、波長λ、は固定値であることから、例えば、第ｉ周波数差△ｆ_ｉを取得することで、被測定対象物Ｐが変位測定方向に直交する方向に移動することで生じるドップラーシフトの影響を考慮した上記の式（２）に基づき、測定値算出部２６により、被測定対象物Ｐの移動速度Ｖと、離間変位ｄとを算出することができる。

（２−２）＜作用及び効果＞
以上より、第２実施形態の測定装置でも、被測定対象物Ｐが変位測定方向に直交する方向に移動することで生じるドップラーシフトの影響を考慮して被測定対象物Ｐの相対的な移動速度Ｖ、被測定対象物Ｐの離間変位ｄを測定することができるので、被測定対象物Ｐが変位測定方向に直交する方向に移動していても、被測定対象物Ｐの相対的な移動速度Ｖ及び被測定対象物Ｐの離間変位ｄを正確に測定できる。

（３）＜第３実施形態＞
次に本発明の第３実施形態を詳述する。第３実施形態の測定装置は、例えば、第ｉ測定ヘッド５_ｉが少なくとも２個以上設けられた構成を有しており、被測定対象物Ｐの離間変位ｄを既知として、被測定対象物Ｐの相対的な移動速度Ｖと、移動方向を示す移動角度αとを測定することができるものである。

第３実施形態の測定装置は、図９に示すように、離間変位取得部３５が演算処理装置３３に追加される点で上述した第１実施形態とは異なっている。ここでは、第１実施形態と異なる点に着目して以下説明し、第ｉ測定ヘッド５_ｉ等の第１実施形態と同じ構成については説明を省略する。

（３−１）＜第３実施形態による演算処理装置＞
図６との同一の構成について同一符号を付した図９は、第３実施形態の演算処理装置３３の構成を示したブロック図である。なお、以下の説明において、第１実施形態と同一の符号を付した構成については説明が重複するためその説明は省略する。

第３実施形態の演算処理装置３３は、離間変位取得部３５を備えており、当該離間変位取得部３５によって、被測定対象物Ｐの離間変位ｄを示す情報を外部から取得する。この場合、離間変位取得部３５は、離間変位ｄを外部の距離計測計等のセンサにより取得してもよく、離間変位ｄが一定の場合は、定数として取得してもよく、当該定数を予め記憶しているだけであってもよい。離間変位取得部３５は、離間変位ｄを示す情報を算出部３４の測定値算出部２６に送出する。

第３実施形態の測定装置では、被測定対象物Ｐの離間変位ｄを示す情報が既知となることから上記の式（１）の離間変位ｄを規定することができ、第ｉ測定ヘッド５_ｉが少なくと２個以上あれば、測定値算出部２６によって、上記の式（１）から、未知数となる、被測定対象物Ｐの移動速度Ｖと、被測定対象物Ｐの移動角度αとを求めることができる。

なお、被測定対象物Ｐが基準位置のまま移動する場合には、離間変位ｄをゼロとして規定することもできる。離間変位ｄをゼロとして規定した場合には、上記の式（１）の離間変位ｄがゼロとなるため、上記の式（１）のうち、第ｉ測定ヘッド５_ｉから被測定対象物Ｐまでの距離が変化することによる、レーザ光（第ｉ反射光）の周波数変化量を示した右辺第１項（k(d/cosθ_i)）が不要になる。

そのため、この場合、図９に示した演算処理装置３３では、定数ｋを取得する定数取得部１６と、離間変位ｄを取得する離間変位取得部３５とが不要になる。よって、第３実施形態の測定装置では、第ｉ測定ヘッド５_ｉを少なくとも２個以上設けることで、下記の式（３）より、未知数となる被測定対象物Ｐの移動速度Ｖと、移動方向を示す移動角度αの２つを求めることができる。

（数３）
Δf₁= 2V (cosα cosΦ₁ sinθ₁＋sinα sinΦ₁ sinθ₁) /λ
Δf₂= 2V (cosα cosΦ₂ sinθ₂＋sinα sinΦ₂ sinθ₂) /λ…（３）

なお、第３実施形態においても、上述した第１実施形態や第２実施形態と同様に、第ｉ測定ヘッド５_ｉが３個以上であれば、そのうち２個の第ｉ測定ヘッド５_ｉの組み合わせごとに、被測定対象物Ｐの移動速度Ｖと、被測定対象物Ｐの移動方向の移動角度αとを算出することができるので、これら複数の移動速度Ｖと移動角度αについて統計処理（例えば平均値の算出）を行うことで、移動速度Ｖと移動角度αについてそれぞれ精度の高い測定が可能となる。

（３−２）＜作用及び効果＞
以上より、第３実施形態の測定装置でも、被測定対象物Ｐが変位測定方向に直交する方向に移動することで生じるドップラーシフトの影響を考慮して被測定対象物Ｐの相対的な移動速度Ｖ、被測定対象物Ｐが移動する移動角度αを測定することができるので、被測定対象物Ｐが変位測定方向に直交する方向に移動していても、被測定対象物Ｐの相対的な移動速度Ｖ及び移動角度αを正確に測定できる。

（４）＜第４実施形態＞
次に本発明の第４実施形態を詳述する。第４実施形態の測定装置は、被測定対象物Ｐの移動方向を示す情報である移動角度αと、被測定対象物Ｐの離間変位ｄとを既知にすることで、被測定対象物Ｐの相対的な移動速度Ｖを、少なくとも１個の第ｉ測定ヘッド５_ｉだけで測定することができるものである。

第４実施形態の測定装置は、図１０に示すように、移動方向取得部１８及び離間変位取得部３５が演算処理装置４１に追加される点で上述した第１実施形態とは異なっている。ここでは、第１実施形態と異なる点に着目して以下説明し、第ｉ測定ヘッド５_ｉ等の第１実施形態と同じ構成については説明を省略する。

（４−１）＜第４実施形態による演算処理装置＞
図６との同一の構成について同一符号を付した図１０は、第４実施形態の演算処理装置４１の構成を示したブロック図である。なお、以下の説明において、第１実施形態と同一の符号を付した構成については説明が重複するためその説明は省略する。

第４実施形態の演算処理装置４１は、移動方向取得部１８を備えており、当該移動方向取得部１８によって、被測定対象物Ｐの移動方向を示す情報を外部から取得する。なお、ここでは、移動方向を示す情報として、移動方向取得部１８により被測定対象物Ｐの移動方向を取得する場合について述べるが、本発明はこれに限らず、被測定対象物Ｐが移動する移動方向を特定した移動角度αを、被測定対象物Ｐの移動方向を示す情報として、移動方向取得部１８で取得するようにしてもよい。

この場合、移動方向取得部１８は、被測定対象物Ｐの移動方向を示す情報を外部のセンサより取得してもよく、被測定対象物Ｐの移動方向が一定の場合は、移動方向を示す情報を定数として取得してもよく、当該定数を予め記憶しているだけであってもよい。移動方向取得部１８は、被測定対象物Ｐの移動方向を示す情報を測定値算出部２６に送出する。

また、第４実施形態の演算処理装置４１は、離間変位取得部３５を備えており、当該離間変位取得部３５によって、被測定対象物Ｐの離間変位ｄを示す情報を外部から取得する。この場合、離間変位取得部３５は、離間変位ｄを外部の距離計測計等のセンサにより取得してもよく、離間変位ｄが一定の場合は、定数として取得してもよく、当該定数を予め記憶しているだけであってもよい。離間変位取得部３５は、離間変位ｄを示す情報を算出部４３の測定値算出部２６に送出する。

第４実施形態では、上記の式（１）のうち、第ｉ光軸角度θ_ｉ、第ｉ射影角度Φ_ｉ、定数ｋ、波長λは固定値となり、さらに移動角度α及び離間変位ｄも既知となることから、未知数となる被測定対象物Ｐの移動速度Ｖは、第ｉ測定ヘッド５_ｉが少なくとも１個あれば、上記の式（１）より求めることができる。

また、被測定対象物Ｐが基準位置のまま移動する場合には、離間変位ｄをゼロとして規定することもできるため、上記の式（１）のうち右辺第１項（k(d/cosθ_i)）が不要になる。

そのため、この場合、図１０に示した演算処理装置４１では、定数ｋを取得する定数取得部１６と、離間変位ｄを取得する離間変位取得部３５とが不要になる。よって、第４実施形態の測定装置では、第ｉ測定ヘッド５_ｉを少なくとも１個設けることで、下記の式（４）より、未知数となる被測定対象物Ｐの移動速度Ｖを求めることができる。

（数４）
Δf₁= 2V (cosα cosΦ₁ sinθ₁＋sinα sinΦ₁ sinθ₁) /λ…（４）

さらに、第ｉ測定ヘッド５_ｉを１個とした場合でも、離間変位ｄをゼロとして規定し、かつ、当該第ｉ測定ヘッド５_ｉの第ｉ射影角度Φ_ｉを移動角度αと一致させれば、下記の式（５）より移動速度Ｖを算出することができる。

（数５）
Δf₁= 2V sinθ₁ /λ…（５）

なお、第４実施形態においても、上述した第１実施形態等と同様に、第ｉ測定ヘッド５_ｉが２個以上であれば、そのうち１個の第ｉ測定ヘッド５_ｉごとに、被測定対象物Ｐの移動速度Ｖを算出することができるので、これら複数の移動速度Ｖについて統計処理（例えば平均値の算出）を行うことで、移動速度Ｖについて精度の高い測定が可能となる。

このように、第４実施形態における測定値算出部２６は、上記の式（１）のうち、第ｉ光軸角度θ_ｉ、第ｉ射影角度Φ_ｉ、定数ｋ、波長λ、離間変位ｄ、移動角度αを取得するとともに、周波数差算出部２２から少なくとも１つの第ｉ周波数差△ｆ_ｉを取得することで、上記の式（１）に基づいて、被測定対象物Ｐの移動速度Ｖを算出できる。

（４−２）＜作用及び効果＞
以上より、第４実施形態の測定装置でも、被測定対象物Ｐが変位測定方向に直交する方向に移動することで生じるドップラーシフトの影響を考慮して被測定対象物Ｐの相対的な移動速度Ｖを測定することができるので、被測定対象物Ｐが変位測定方向に直交する方向に移動していても、被測定対象物Ｐの相対的な移動速度Ｖを正確に測定できる。

（５）＜第５実施形態＞
次に本発明の第５実施形態を詳述する。第５実施形態の測定装置は、被測定対象物Ｐの相対的な移動速度Ｖと、被測定対象物Ｐの移動方向を示す情報である移動角度αとを既知にすることで、被測定対象物Ｐの離間変位ｄを、少なくとも１個の第ｉ測定ヘッド５_ｉだけで測定することができるものである。

第５実施形態の測定装置は、図１１に示すように、移動方向取得部１８及び速度取得部５５が演算処理装置５１に追加される点で上述した第１実施形態とは異なっている。ここでは、第１実施形態と異なる点に着目して以下説明し、第ｉ測定ヘッド５_ｉ等の第１実施形態と同じ構成については説明を省略する。

（５−１）＜第５実施形態による演算処理装置＞
図６との同一の構成について同一符号を付した図１１は、第５実施形態の演算処理装置５１の構成を示したブロック図である。なお、以下の説明において、第１実施形態と同一の符号を付した構成については説明が重複するためその説明は省略する。

第５実施形態の演算処理装置５１は、移動方向取得部１８を備えており、当該移動方向取得部１８によって、被測定対象物Ｐの移動方向を示す情報を外部から取得する。なお、ここでは、移動方向を示す情報として、移動方向取得部１８により被測定対象物Ｐの移動方向を取得する場合について述べるが、本発明はこれに限らず、被測定対象物Ｐが移動する移動方向を特定した移動角度αを、被測定対象物Ｐの移動方向を示す情報として、移動方向取得部１８で取得するようにしてもよい。

この場合、移動方向取得部１８は、被測定対象物Ｐの移動方向を示す情報を外部のセンサより取得してもよく、被測定対象物Ｐの移動方向が一定の場合は、移動方向を示す情報を定数として取得してもよく、当該定数を予め記憶しているだけであってもよい。移動方向取得部１８は、被測定対象物Ｐの移動方向を示す情報を測定値算出部２６に送出する。

また、第５実施形態の演算処理装置５１は、速度取得部５５を備えており、当該速度取得部５５によって、被測定対象物Ｐの移動速度Ｖを外部から取得する。この場合、速度取得部５５は、移動速度Ｖを外部の速度計測計等のセンサにより取得してもよく、被測定対象物Ｐの移動速度Ｖが一定の場合は、定数として取得してもよく、当該定数を予め記憶しているだけであってもよい。速度取得部５５は、被測定対象物Ｐの移動速度Ｖを算出部５３の測定値算出部２６に送出する。

第５実施形態では、上記の式（１）のうち、第ｉ光軸角度θ_ｉ、第ｉ射影角度Φ_ｉ、定数ｋ、波長λは固定値となり、さらに移動角度α及び移動速度Ｖも既知となることから、未知数となる被測定対象物Ｐの離間変位ｄは、第ｉ測定ヘッド５_ｉが少なくとも１個あれば、上記の式（１）より求めることができる。

なお、第５実施形態においても、上述した第１実施形態等と同様に、第ｉ測定ヘッド５_ｉが２個以上であれば、第ｉ測定ヘッド５_ｉごとに、被測定対象物Ｐの離間変位ｄを算出することができるので、これら複数の離間変位ｄについて統計処理（例えば平均値の算出）を行うことで、離間変位ｄについて精度の高い測定が可能となる。

第５実施形態における測定値算出部２６は、上記の式（１）のうち、第ｉ光軸角度θ_ｉ、第ｉ射影角度Φ_ｉ、定数ｋ、波長λ、移動速度Ｖ、移動角度αを取得するとともに、周波数差算出部２２から少なくとも１つの第ｉ周波数差△ｆ_ｉを取得することで、上記の式（１）に基づいて、被測定対象物Ｐの離間変位ｄを算出できる。

（５−２）＜作用及び効果＞
以上より、第５実施形態の測定装置でも、被測定対象物Ｐが変位測定方向に直交する方向に移動することで生じるドップラーシフトの影響を考慮して被測定対象物Ｐの離間変位ｄを測定することができるので、被測定対象物Ｐが変位測定方向に直交する方向に移動していても、被測定対象物Ｐの離間変位ｄを正確に測定できる。

（６）＜第６の実施形態＞
（６−１）第６実施形態における被測定対象物
次に本発明の第６実施形態を詳述する。第６実施形態の測定装置は、上述した第１実施形態において図１に示した測定装置１とは、演算処理装置が異なるものであり、その他の構成については、図１に示した測定装置１と同じであるため、その説明は省略する。

第６実施形態の被測定対象物は、上述した第１実施形態〜第５実施形態とは異なり、図１２に示すように、曲面Ｓを有する回転体が被測定対象物Ｐである。曲面Ｓを有する被測定対象物Ｐとしては、例えば、円柱状の回転体の他、円筒状の回転体等その他種々の回転体であってもよい。なお、図１２の被測定対象物Ｐは回転体の一部の断面部分だけを示したものである。第６実施形態では、被測定対象物Ｐが回転軸Ｏを中心として、逆時計回り方向(ｕ方向)に回転する一例を示す。

第６実施形態では、回転体である被測定対象物Ｐが回転軸Ｏを中心に回転した際の曲面Ｓの速度を移動速度Ｖとし、回転移動する曲面Ｓが基準位置から空間上どの程度離間したか（別の見方をすれば、被測定対象物Ｐの径変化）を示す、基準位置（基準径）からの変化量を離間変位△Ｒとする。

第６実施形態の測定装置は、これら移動速度Ｖ及び離間変位△Ｒのうち、少なくとも１つが未知のものであり、これら未知の情報である移動速度Ｖや離間変位△Ｒを測定するものである。

図１２において、実線で表したＰは、回転軸Ｏを中心に回転し、回転移動する曲面Ｓの回転速度を移動速度Ｖとして測定する被測定対象物を示している。一方、破線で表したＰ１は、曲面Ｓ１を有する、所定の径（以下、基準径Ｒと称する）の、基準となる被測定対象物（以下、基準回転体とも称する）を示しており、所定位置にある被測定対象物Ｐの曲面Ｓの移動速度Ｖを測定する際に基準になるものである。

図１２の例では、被測定対象物Ｐの半径は、基準となる被測定対象物Ｐ１の基準径Ｒよりも離間変位△Ｒだけ大きくなっている例を示している。また、ここでは、基準となる被測定対象物Ｐ１の中心軸も回転軸Ｏと一致している。

（６−２）＜第６実施形態における第ｉ測定ヘッドの構成＞
第６実施形態は、上述した第１実施形態と同様に、１個、又は、Ｎ個の第ｉ測定ヘッド５_ｉが設けられる。ここでは、１個、又は、Ｎ個の第ｉ測定ヘッド５_ｉについて１個の第ｉ測定ヘッド５_ｉに着目して、第ｉ測定ヘッド５_ｉの光軸ａ_ｉの傾斜角度について以下説明する。

図１２は、被測定対象物Ｐの回転軸Ｏの回転軸方向から第ｉ測定ヘッド５_ｉを見たときの構成を示しており、１個の第ｉ測定ヘッド５_ｉのみを図示している。Ｎ個の第ｉ測定ヘッド５_ｉを設ける場合には、配置する位置を変えて複数の第ｉ測定ヘッド５_ｉが設けられることになるが、図１２では、Ｎ個の第ｉ測定ヘッド５_ｉのうち１個の第ｉ測定ヘッド５_ｉのみを代表して図示するものとし、その他の第ｉ測定ヘッド５_ｉについては省略している。

第６実施形態では、基準径Ｒの被測定対象物Ｐ１の曲面Ｓ１に対して第ｉ測定ヘッド５_ｉがレーザ光（第ｉ測定光）を照射した際、当該曲面Ｓ１でのレーザ光の照射基準位置Ｚ_１を起点として、回転軸Ｏに直交する方向（当該照射基準位置Ｚ_１での曲面Ｓ１の法線方向）をＺ軸方向とする。ここでは、第ｉ測定ヘッド５_ｉの光軸（以下、第ｉ光軸とも称する）ａ_ｉと、Ｚ軸方向とがなす角度を第ｉ光軸角度θ_iと称する。

図１３は、Ｚ軸方向から第ｉ測定ヘッド５_ｉを見たときの概略図である。図１３において、Ｙ軸方向はレーザ光の照射基準位置Ｚ_１において回転軸と並行な方向を示す。Ｘ軸方向は、レーザ光の照射基準位置Ｚ_１において、Ｚ軸方向及びＹ軸方向と直交する方向を示し、照射基準位置Ｚ_１での移動方向（回転方向）を示している。

図１３に示すように、被測定対象物Ｐ１のレーザ光の照射基準位置Ｚ_１における接平面（ＸＹ平面）に、被測定対象物Ｐ１の曲面Ｓ１への第ｉ測定ヘッド５_ｉの光軸ａ_ｉを投影した射影ａ_ｉ´とＸ軸方向とが、なす角度を第ｉ射影角度Φ_ｉと称する。

このように、第ｉ測定ヘッド５_ｉの光軸ａ_ｉの傾斜角度は、これら第ｉ光軸角度θ_ｉと第ｉ射影角度Φ_ｉとで規定することができる。

なお、Ｎ個の第ｉ測定ヘッド５_ｉを設ける場合には、それぞれの第ｉ測定ヘッド５_ｉの第ｉ光軸角度θ_ｉは第ｉ測定ヘッド５_ｉごとに同じ第ｉ光軸角度θ_ｉとしてもよく、異なる第ｉ光軸角度θ_ｉとしてもよい。また、Ｎ個の第ｉ測定ヘッド５_ｉを設ける場合には、それぞれの第ｉ測定ヘッド５_ｉの第ｉ射影角度Φ_ｉは第ｉ測定ヘッド５_ｉごとに同じ第ｉ射影角度Φ_ｉとしてもよく、異なる第ｉ射影角度Φ_ｉとしてもよい。

但し、Ｎ個の第ｉ測定ヘッド５_ｉを設ける場合には、それぞれの第ｉ測定ヘッド５_ｉが異なる位置に配置されることが望ましいため、複数の第ｉ測定ヘッド５_ｉにおいて同じ第ｉ射影角度Φ_ｉとしたときは異なる第ｉ光軸角度θ_ｉとし、同じ第ｉ光軸角度θ_ｉとしたときには異なる第ｉ射影角度Φ_ｉとすることが望ましい。

なお、上述した第１実施形態において、３個の第ｉ測定ヘッド５_ｉ（第１測定ヘッド５_１、第２測定ヘッド５_２、第３測定ヘッド５_３（ｉ＝１，２，３））を設けたときの一例を図５に示したが、図５に示す第ｉ測定ヘッド５_ｉの配置構成は、第６実施形態においても同様となる。

但し、第６実施形態においては、説明を簡単にするために、上述した第ｉ射影角度Φ_ｉがゼロ、すなわち、第ｉ測定ヘッド５_ｉの光軸ａ_ｉが回転軸方向であるＹ軸方向と直交するとして以下説明する。なお、Ｎ個の第ｉ測定ヘッド５_ｉを設けた場合には、各第ｉ測定ヘッド５_ｉの光軸ａ_ｉが同一平面内にあるとして以下説明する。

（６−３）＜第６実施形態の測定方法の概要＞
次に、第６実施形態における、曲面Ｓを有する被測定対象物Ｐの移動速度Ｖ及び離間変位ｄの測定方法について説明する。例えば、基準状態（例えば、基準径Ｒを有し静止状態）にある被測定対象物Ｐ１の曲面Ｓ１から反射してきた第ｉ反射光と、レーザ発振器２からの第ｉ参照光とから第ｉビート周波数を得、これを第ｉ基準周波数とする。

また、基準径Ｒと異なる径（Ｒ＋△Ｒ）を有して回転している被測定対象物Ｐの曲面Ｓから反射してきた第ｉ反射光と、レーザ発振器２からの第ｉ参照光とから第ｉビート周波数を得る。

第ｉ基準周波数と第ｉビート周波数との周波数の差（以下、第ｉ周波数差と称する）を、△ｆ_ｉとすると、第ｉ周波数差△ｆ_ｉは、レーザ光（第ｉ測定光）の照射基準位置Ｚ_１が、離間変位△Ｒにより照射位置Ｚ_２に変化することによる影響と、回転により曲面Ｓが移動することで生じるドップラーシフトによる影響とを受け、下記の式（６）で表すことができる。

（数６）
△f_i=k(△R−△L_i)/cosθ_ｉ＋(2V sin（θ_i−△θ_i）)/λ…（６）

λはレーザ光の波長を示す。ｋは、例えば、基準径Ｒに対して被測定対象物Ｐの径を変化させると、どれだけレーザ光の周波数が変化するかの関係を示した定数である。△Ｌ_i及び△θ_iは、図１２に示すように、径変化により生じる幾何学的な値であり、Ｒ、△Ｒ、θ_iにより求めればよい。なお、Ｚ_３はＺ軸方向の曲面Ｓ上の点であり、△Ｌ_iはＺ軸方向のＺ_２とＺ_３の距離を意味する。Ｎ_ｉは回転軸ＯからＺ_２を通る方向を示し、△θ_iはＺ軸方向とＮ_ｉ方向との間の角度を意味する。。

第ｉ周波数差△ｆ_ｉの算出については、基準とした被測定対象物Ｐ１が相対的に静止しているときに検出した第ｉ基準周波数を用いる必要はない。例えば、基準とした被測定対象物Ｐ１が基準速度で移動しているときに検出した第ｉビート周波数を第ｉ基準周波数とし、測定対象とする被測定対象物Ｐが基準速度以外で回転しているときに検出した第ｉビート周波数と、第ｉ基準周波数との差から第ｉ周波数差△ｆ_ｉを算出してもよい。

上記の式（６）のうち、基準径Ｒ、第ｉ光軸角度θ_ｉ、定数ｋ、波長λは固定値であることから、例えば、第ｉ測定ヘッド５_ｉが少なくとも２個の場合、第ｉ周波数差△ｆ_ｉとして、第１周波数差△ｆ_１及び第２周波数差△ｆ_２の２つを測定することができるので、上記の式（６）に基づいて、未知数である離間変位ΔＲと移動速度Ｖの２つを求めることができる。

ここで、基準径Ｒ、第ｉ光軸角度θ_ｉ、定数ｋ、波長λは固定値であることから、例えば、第ｉ測定ヘッド５_ｉが少なくとも３個以上あれば、３個以上の第ｉ測定ヘッド５_ｉの中から任意に選択した２個の第ｉ測定ヘッド５_ｉの組み合わせで、それぞれ離間変位ΔＲと移動速度Ｖの２つを求めることができる。これら任意に選択した２個の第ｉ測定ヘッド５_ｉの組み合わせでそれぞれ求めた離間変位ΔＲと移動速度Ｖについて、統計処理（例えば平均値の算出）を行うことで、より精度の高い測定が可能となる。

第ｉ射影角度Φ_iがゼロでない場合も同様な演算を行えば、離間変位ΔＲと移動速度Ｖを求めることができる。さらには、第i測定ヘッド５_iを増やすことで、回転だけでなく軸方向に移動する被測定対象物Ｐの回転軸方向（Ｙ軸方向）への速度も求めることが可能である。

なお、ここでは、基準となる被測定対象物Ｐ１と、測定対象とする被測定対象物Ｐとについて径が異なる場合について説明したが、径自体は同じであり、被測定対象物Ｐ自体がＺ軸方向に移動する場合も、離間変位△Ｒとして測定することができる。

（６−４）＜第６実施形態における演算処理装置＞
次に、上述した測定方法を実行する演算処理装置について以下説明する。第６実施形態の演算処理装置の構成は第１実施形態の演算処理装置と同様であり、定数取得部１６が基準径Ｒに関する情報も取得する点が異なる。なお、第６実施形態の演算処理装置については、図６に示した回路構成と同じとなるため、ここでは図６を用いて説明する。第６実施形態での定数取得部１６は、被測定対象物Ｐの基準径Ｒを示す情報を、半径を測定可能な外部のセンサより取得してもよく、被測定対象物Ｐの基準径Ｒを示す情報を定数として取得してもよく、当該定数を予め記憶しているだけであってもよい。定数取得部１６は、被測定対象物Ｐの基準径Ｒを示す情報を測定値算出部２６に送出する。

従って、第６実施形態の演算処理装置１１では、基準径Ｒ、第ｉ光軸角度θ_ｉ、定数ｋ、波長λが固定値であることから、例えば、第ｉ周波数差△ｆ_ｉを取得することで、被測定対象物Ｐが変位測定方向に直交する方向に移動することで生じるドップラーシフトの影響を考慮した上記の式（６）に基づき、測定値算出部２６により、被測定対象物Ｐの移動速度Ｖと、離間変位△Ｒとを算出することができる。

なお、測定値算出部２６は、第ｉ測定ヘッド５_ｉが３個以上であれば、そのうち２個の第ｉ測定ヘッド５_ｉの組み合わせごとに、被測定対象物Ｐの移動速度Ｖと、被測定対象物Ｐの離間変位△Ｒとを算出し、移動速度Ｖと離間変位△Ｒについて統計処理（例えば平均値の算出）を行うこともできる。これにより、第６実施形態でも、移動速度Ｖと離間変位△Ｒについて精度の高い測定が可能となる。

（６−５）＜作用及び効果＞
以上より、第６実施形態の測定装置でも、被測定対象物Ｐが回転軸Ｏを中心に回転して曲面Ｓが周方向に移動することで生じるドップラーシフトの影響を考慮して被測定対象物Ｐの相対的な移動速度Ｖ、被測定対象物Ｐの離間変位△Ｒを測定することができるので、被測定対象物Ｐが周方向に回転移動していても、被測定対象物Ｐの相対的な移動速度Ｖ及び被測定対象物Ｐの離間変位△Ｒを正確に測定できる。

（７）＜第７実施形態＞
次に本発明の第７実施形態を詳述する。第７実施形態の測定装置は、上述した第６実施形態と同様に、図１２に示すような曲面Ｓを有して回転する被測定対象物Ｐについて、被測定対象物Ｐの離間変位△Ｒを取得することで、被測定対象物Ｐが回転する際の曲面Ｓの相対的な移動速度Ｖを、少なくとも１個の第ｉ測定ヘッド５_ｉだけで測定することができるものである。

第７実施形態の測定装置は、離間変位取得部３５が演算処理装置に追加される点で上述した第６実施形態とは異なっている。ここでは、第６実施形態と異なる点に着目して以下説明し、第ｉ測定ヘッド５_ｉ等の第１実施形態と同じ構成については説明を省略する。

（７−１）＜第７実施形態による演算処理装置＞
次に、上述した測定方法を実行する演算処理装置について以下説明する。第７実施形態の演算処理装置の構成は第６の実施形態の演算処理装置に対し、第３の実施形態の演算処理装置３３と同様に離間変位取得部３５を備えている点が異なる。なお、第７実施形態の演算処理装置については、図９に示した回路構成と同じとなるため、ここでは図９を用いて説明する。第７実施形態の演算処理装置３３は、離間変位取得部３５によって、基準径Ｒからの被測定対象物Ｐの離間変位△Ｒを示す情報を外部から取得する。（被測定対象の径を取得し、基準径Ｒとの差から離間変位△Ｒを求めてもよい。）この場合、離間変位取得部３５は、離間変位△Ｒを外部の距離計測計等のセンサにより取得してもよく、離間変位△Ｒが一定の場合は、定数として取得してもよく、当該定数を予め記憶しているだけであってもよい。離間変位取得部３５は、離間変位△Ｒを示す情報を算出部３４の測定値算出部２６に送出する。

第７実施形態では、上記の式（６）のうち、基準径Ｒ、第ｉ光軸角度θ_ｉ、定数ｋ、波長λが固定値となり、さらに離間変位△Ｒも既知となることから、未知数となる被測定対象物Ｐの移動速度Ｖは、第ｉ測定ヘッド５_ｉが少なくとも１個あれば、上記の式（６）により求めることができる。

また、被測定対象物Ｐが基準径のまま回転する場合には、離間変位△Ｒをゼロとして規定することもできるため、△L_iと△θ_iもゼロとなり上記の式（６）のうち右辺第１項（k(△R−△L_i)/cosθ_ｉ）も不要になる。

そのため、第７実施形態の演算処理装置３３では、定数取得部１６は定数ｋを取得する必要がなくなる。よって、第７実施形態の測定装置では、第ｉ測定ヘッド５_ｉを少なくとも１個設けることで、下記の式（７）より、未知数となる被測定対象物Ｐの移動速度Ｖを求めることができる。

（数７）
△f_i=(2V sinθ_i)/λ…（７）

第７実施形態においては、上述した第６実施形態等と同様に、第ｉ測定ヘッド５_ｉが２個以上であれば、そのうち１個の第ｉ測定ヘッド５_ｉごとに、被測定対象物Ｐの移動速度Ｖを算出することができるので、これら複数の移動速度Ｖについて統計処理（例えば平均値の算出）を行うことで、移動速度Ｖについて精度の高い測定が可能となる。

このように、第７実施形態における測定値算出部２６は、上記の式（６）のうち、基準径Ｒ、第ｉ光軸角度θ_ｉ、定数ｋ、波長λ、離間変位△Ｒを取得するとともに、周波数差算出部２２から少なくとも１つの第ｉ周波数差△ｆ_ｉを取得することで、上記の式（６）に基づいて、被測定対象物Ｐの移動速度Ｖを算出できる。

（７−２）＜作用及び効果＞
以上より、第７実施形態の測定装置でも、被測定対象物Ｐが周方向に回転することで生じるドップラーシフトの影響を考慮して被測定対象物Ｐの相対的な移動速度Ｖを測定することができるので、被測定対象物Ｐの径が変化しても、被測定対象物Ｐの相対的な移動速度Ｖを正確に測定できる。

（８）＜第８実施形態＞
次に本発明の第８実施形態を詳述する。第８実施形態の測定装置は、回転する被測定対象物Ｐの曲面Ｓの相対的な移動速度Ｖを示す情報を取得することで、基準径Ｒからの被測定対象物Ｐの離間変位△Ｒを、少なくとも１個の第ｉ測定ヘッド５_ｉだけで測定することができる。

第８実施形態の測定装置は、図６に示した演算処理装置１１に速度取得部５５が追加される点で上述した第６実施形態とは異なっている。ここでは、第６実施形態と異なる点に着目して以下説明し、第ｉ測定ヘッド５_ｉ等の第６実施形態と同じ構成については説明を省略する。

（８−１）＜第８実施形態による演算処理装置＞
次に、上述した測定方法を実行する演算処理装置について以下説明する。第８実施形態の演算処理装置の構成は第６実施形態の演算処理装置１１に対し、速度取得部５５を備えている点が異なる。なお、以下の説明において、第６実施形態と同一の符号を付した構成については説明が重複するためその説明は省略する。

第８実施形態の演算処理装置は、速度取得部５５を備えており、当該速度取得部５５によって、被測定対象物Ｐが回転する際の曲面Ｓの移動速度Ｖを示す情報を外部から取得する。なお、第８実施形態の速度取得部５５は、移動速度Ｖを示す情報として、被測定対象物Ｐが回転する際の曲面Ｓの移動速度Ｖ、又は、角速度ωを取得する。

この場合、速度取得部５５は、被測定対象物Ｐの移動速度Ｖを示す情報を、外部の速度計測計等のセンサにより取得してもよく、被測定対象物Ｐの移動速度Ｖ又は角速度ωが一定の場合は、移動速度Ｖを示す情報を定数として取得してもよく、当該定数を予め記憶しているだけであってもよい。速度取得部５５は、被測定対象物Ｐの移動速度Ｖを示す情報を測定値算出部２６に送出する。

第８実施形態では、上記の式（６）のうち、基準径Ｒ、第ｉ光軸角度θ_ｉ、定数ｋ、波長λが固定値となり、さらに移動速度Ｖも既知となることから、未知数となる被測定対象物Ｐの離間変位△Ｒは、第ｉ測定ヘッド５_ｉが少なくとも１個あれば、上記の式（６）により求めることができる。

第８実施形態においては、上述した第６実施形態等と同様に、第ｉ測定ヘッド５_ｉが２個以上であれば、そのうち１個の第ｉ測定ヘッド５_ｉごとに、被測定対象物Ｐの離間変位△Ｒを算出することができるので、これら複数の離間変位△Ｒについて統計処理（例えば平均値の算出）を行うことで、離間変位△Ｒについて精度の高い測定が可能となる。

このように、第８実施形態における測定値算出部２６は、上記の式（６）のうち、基準径Ｒ、第ｉ光軸角度θ_ｉ、定数ｋ、波長λ、移動速度Ｖを取得するとともに、周波数差算出部２２から少なくとも１つの第ｉ周波数差△ｆ_ｉを取得することで、上記の式（６）に基づいて、被測定対象物Ｐの離間変位△Ｒを算出できる。

（８−２）＜作用及び効果＞
以上より、第８実施形態の測定装置は、被測定対象物Ｐが回転することで生じるドップラーシフトの影響を考慮して被測定対象物Ｐの離間変位△Ｒを測定することができるので、被測定対象物Ｐが回転していても、被測定対象物Ｐの離間変位△Ｒを正確に測定できる。

（９）＜演算処理による第ｉ光軸角度及び第ｉ射影角度のキャリブレーションについて＞
光軸角度及び射影角度は直接測定してもよいが、精度よく測定することは難しい。そこで、第１実施形態から第８実施形態における角度取得部２３において、第ｉ光軸角度θ_ｉ及び第ｉ射影角度Φ_ｉを演算処理により算出する場合について以下説明する。

図１４は、傾斜角度として第ｉ光軸角度θ_ｉ及び第ｉ射影角度Φ_ｉを演算処理により算出する角度取得部２３の回路構成を示すブロック図である。この場合、角度取得部２３には、射影角度取得部２８及び光軸角度取得部２９に加えて、校正用データ取得部９０が設けられている。

第ｉ光軸角度θ_ｉ及び第ｉ射影角度Φ_ｉは、例えば、測定対象となる被測定対象物Ｐの移動速度Ｖ、離間変位ｄ（離間変位△Ｒ）等を測定するに先立って、被測定対象物Ｐを用いた試験を行うことにより算出しておくことが望ましい。ここでは、図１及び図６に示した第１実施形態を一例として説明するが、その他の第２実施形態から第８実施形態についても同様にして、第ｉ光軸角度θ_ｉ及び第ｉ射影角度Φ_ｉを算出することができる。

図１５は、第ｉ光軸角度θ_ｉ及び第ｉ射影角度Φ_ｉの算出処理手順を示すフローチャートである。ここでは、図１５に示したフローチャートとともに光軸角度及び射影角度の算出処理手順について説明する。まず、同じ位置で被測定対象物Ｐを、例えばＸ軸方向に沿って複数の校正用移動速度Ｖ_Ｘ１，Ｖ_Ｘ２で移動させ、これら校正用移動速度Ｖ_Ｘ１，Ｖ_Ｘ２のときの各第ｉビート周波数をそれぞれ検出し（ステップＳＰ１１）、検出した各第ｉビート周波数を周波数解析部１４から周波数差算出部２２へ送出する。

周波数差算出部２２は、Ｘ軸方向での校正用移動速度Ｖ_Ｘ１，Ｖ_Ｘ２における第ｉビート周波数の周波数の差を、第ｉ校正用周波数差（以下、単に校正用周波数差とも称する）△ｆ_Ｘｉとして算出し（ステップＳＰ１３）、これを射影角度取得部２８及び光軸角度取得部２９に送出する。

校正用データ取得部９０は、Ｘ軸方向での校正用移動速度Ｖ_Ｘ１，Ｖ_Ｘ２を示す情報を取得し、これら校正用移動速度Ｖ_Ｘ１，Ｖ_Ｘ２の速度差を示す校正用速度差Ｖ_ＸＤを取得する（ステップＳＰ１２）。なお、校正用データ取得部９０は、校正用移動速度Ｖ_Ｘ１，Ｖ_Ｘ２又は校正用速度差Ｖ_ＸＤを示す情報を、外部の速度計測計等のセンサにより取得してもよく、校正用移動速度Ｖ_Ｘ１，Ｖ_Ｘ２又は校正用速度差Ｖ_ＸＤを示す情報を定数として取得してもよく、当該定数を予め記憶しているだけであってもよい。校正用データ取得部９０は、校正用速度差Ｖ_ＸＤを示す情報を射影角度取得部２８及び光軸角度取得部２９に送出する。

これにより、第ｉ校正用周波数差△ｆ_Ｘｉと、校正用速度差Ｖ_ＸＤと、波長λとを用いて、移動角度α＝０°として、上記の式（１）の第２項から下記の式（８）を導くことができる。

（数８）
Δf_Xi=(2V_XD cosΦ_i sinθ_i)/λ…（８）

次に、同じ位置で被測定対象物Ｐを、例えばＸ軸方向と直交するＹ軸方向に沿って複数の校正用移動速度Ｖ_Ｙ１，Ｖ_Ｙ２で移動させ、これら校正用移動速度Ｖ_Ｙ１，Ｖ_Ｙ２のときの各第ｉビート周波数をそれぞれ検出し（ステップＳＰ１４）、検出した各第ｉビート周波数を、周波数解析部１４から周波数差算出部２２へ送出する。

周波数差算出部２２は、Ｙ軸方向での校正用移動速度Ｖ_Ｙ１，Ｖ_Ｙ２における第ｉビート周波数の周波数の差を、第ｉ校正用周波数差（以下、単に校正用周波数差とも称する）△ｆ_Ｙｉとして算出し（ステップＳＰ１６）、これを射影角度取得部２８及び光軸角度取得部２９に送出する。

校正用データ取得部９０は、Ｙ軸方向での校正用移動速度Ｖ_Ｙ１，Ｖ_Ｙ２を示す情報を取得し、これら校正用移動速度Ｖ_Ｙ１，Ｖ_Ｙ２の速度差を示す校正用速度差Ｖ_ＹＤを取得する（ステップＳＰ１５）。なお、校正用データ取得部９０は、校正用移動速度Ｖ_Ｙ１，Ｖ_Ｙ２又は校正用速度差Ｖ_ＹＤを示す情報を、外部の速度計測計等のセンサにより取得してもよく、校正用移動速度Ｖ_Ｙ１，Ｖ_Ｙ２又は校正用速度差Ｖ_ＹＤを示す情報を定数として取得してもよく、当該定数を予め記憶しているだけであってもよい。校正用データ取得部９０は、校正用速度差Ｖ_ＹＤを示す情報を射影角度取得部２８及び光軸角度取得部２９に送出する。

これにより、第ｉ校正用周波数差△ｆ_Ｙｉと、校正用速度差Ｖ_ＹＤと、波長λとを用いて、移動角度α＝９０°として、上記の式（１）の第３項から下記の式（９）を導くことができる。

（数９）
Δf_Yi=(2V_YD sinΦ_i sinθ_i)/λ…（９）

射影角度取得部２８は、Ｘ軸方向における第ｉ周波数差△ｆ_Ｘｉと校正用速度差Ｖ_ＸＤと取得するとともに、Ｙ軸方向における第ｉ周波数差△ｆ_Ｙｉと校正用速度差Ｖ_ＹＤとを取得し、さらに、波長取得部１７から波長λを取得することで、上記の式（８）及び式（９）に基づいて、第ｉ射影角度Φ_ｉを算出することができる（ステップＳＰ１７）。

また、光軸角度取得部２９でも、Ｘ軸方向における第ｉ周波数差△ｆ_Ｘｉと校正用速度差Ｖ_ＸＤと取得するとともに、Ｙ軸方向における第ｉ周波数差△ｆ_Ｙｉと校正用速度差Ｖ_ＹＤとを取得し、さらに、波長取得部１７から波長λを取得することで、上記の式（８）及び式（９）に基づいて、第ｉ光軸角度θ_ｉを算出することができる（ステップＳＰ１７）。

これにより、測定装置１では、第ｉ測定ヘッド５_ｉを設置する際に第ｉ測定ヘッド５_ｉの第ｉ光軸角度θ_ｉ及び第ｉ射影角度Φ_ｉを正確に取得することができ、一段と高精度に移動速度Ｖや離間変位ｄ等を測定することができる。また、測定装置１では、第ｉ測定光の第ｉ光軸角度θ_ｉ及び第ｉ射影角度Φ_ｉが直接測定することが困難な場合であっても、正確な第ｉ光軸角度θ_ｉ及び第ｉ射影角度Φ_ｉを求めることができる。

なお、上述した実施形態においては、第ｉ光軸角度θ_ｉ及び第ｉ射影角度Φ_ｉの両方を角度取得部２３で算出する場合について述べたが、本発明はこれに限らず、第ｉ光軸角度θ_ｉ及び第ｉ射影角度Φ_ｉのうちいずれか一方を角度取得部２３で算出するようにしてもよい。

例えば、第ｉ射影角度Φ_ｉが０°になるように第ｉ測定ヘッド５_ｉを配置することで、上記の式（８）に基づいて（Δf_Xi=(2V_XD sinθ_i)/λ）、第ｉ光軸角度θ_ｉを算出することができる。また、第ｉ射影角度Φ_ｉが９０°になるように第ｉ測定ヘッド５_ｉを配置することで、上記の式（９）に基づいて（Δf_Yi=(2V_YD sinθ_i)/λ）、第ｉ光軸角度θ_ｉを算出することができる。

また、第ｉ光軸角度θ_ｉ及び第ｉ射影角度Φ_ｉのうちいずれか一方を定数として取得してもよく、予め記憶しておくようにしてもよい。第ｉ光軸角度θ_ｉ及び第ｉ射影角度Φ_ｉのうちいずれか一方を定数とすることで、他の第ｉ光軸角度θ_ｉ又は第ｉ射影角度Φ_ｉを上記の式（８）又は式（９）に基づいて算出することができる。

なお、上述した第９実施形態では、被測定対象物Ｓの速度Ｖ及び離間変位ｄのうち少なくともいずれか一方を測定する際に、レーザ光の光軸ａ_ｉの傾斜角度（第ｉ光軸角度θ_ｉ及び第ｉ射影角度Φ_ｉの両方、又は、一方）を測定する測定方法について述べたが、本発明はこれに限らない。例えば、被測定対象物Ｓの速度Ｖ及び離間変位ｄを測定せずに、レーザ光の光軸ａ_ｉの傾斜角度（第ｉ光軸角度θ_ｉ及び第ｉ射影角度Φ_ｉの両方、又は、一方）のみを測定する測定方法としてもよい。

（１０）＜第ｉ光軸角度θ_ｉについて＞
ここで、上述した第１実施形態から第８実施形態において、第ｉ光軸角度θ_ｉをゼロとした場合（すなわち、第ｉ測定ヘッド５_ｉの光軸ａ_ｉを、被測定対象物表面Ｓ又は曲面Ｓの面法線方向と一致させた場合）には、被測定対象物Ｐの移動速度Ｖを測定することが困難であるため、第ｉ光軸角度θ_ｉはゼロより大きくすることが必要となる。

一方、第ｉ光軸角度θ_ｉに対する周波数変化率として、第ｉ光軸角度θ_ｉが６０°より大きくなると、被測定対象物Ｐの移動速度Ｖの測定分解能の変化が０°の時の１／２程度となるため、第ｉ光軸角度θ_ｉの最大角度は６０°であることが望ましい。従って、第ｉ光軸角度θ_ｉは、０°＜θ_ｉ≦６０°に設定することが望ましい。

また、第ｉ光軸角度θ_ｉが大きいと、第ｉ反射光の強度が低下してしまい、被測定対象物Ｐの移動速度Ｖや、離間変位ｄ等の測定が困難となる。この観点からすると、第ｉ光軸角度θ_ｉの上限は、距離測定範囲、測定対象、表面性状によって決めることができ、例えば、黒皮鋼板を対象として５０ｍｍ程度の測定範囲であれば、第ｉ光軸角度θ_ｉが４０°までは、安定して測定可能な十分な信号強度が得られる。よって、第ｉ光軸角度θ_ｉの範囲としては、０°＜θ_ｉ≦４０°とすることがさらに望ましい。但し、距離測定範囲を小さくできるのであれば、第ｉ光軸角度θ_ｉの上限を大きくすることも可能である。

（１１）＜他の実施形態＞
なお、上述した第１実施形態から第８実施形態においては、例えば、Ｎ個の第ｉ測定ヘッド５_ｉを設けた場合には、１つのレーザ発振器２から発するレーザ光を分岐器３ｂ，３ｃで分岐して第ｉ測定ヘッド５_ｉ毎に第ｉ測定光及び第ｉ参照光を生成した場合について述べたが、本発明はこれに限らず、第ｉ測定ヘッド５_ｉ毎にそれぞれレーザ発振器を設けるようにしてもよい。

また、上述した第１実施形態から第８実施形態においては、時間に対して所定の周波数変化量で変調されたレーザ光を発振するレーザ発振部として、ＦＳＦレーザを適用したが、本発明はこれに限らず、時間に対して周波数が変調されたレーザ光を発振可能であれば、例えば、注入電流により周波数を変調可能な波長可変半導体レーザ等、種々のレーザ発振部を適用してもよい。

（１２）＜演算処理装置のハードウェア構成の一例＞
次に、図１６を参照しながら、本発明の実施形態に係る演算処理装置１１，３１，３３，４１，５１のハードウェア構成について、詳細に説明する。図１７は、本発明の実施形態に係る演算処理装置１１，３１，３３，４１，５１のハードウェア構成を説明するためのブロック図であり、演算処理装置１１，３１，３３，４１，５１をまとめて演算処理装置２００として図示している。

演算処理装置２００は、主に、ＣＰＵ９０１と、ＲＯＭ９０３と、ＲＡＭ９０５と、を備える。また、演算処理装置２００は、更に、バス９０７と、入力装置９０９と、出力装置９１１と、ストレージ装置９１３と、ドライブ９１５と、接続ポート９１７と、通信装置９１９とを備える。

ＣＰＵ９０１は、中心的な処理装置及び制御装置として機能し、ＲＯＭ９０３、ＲＡＭ９０５、ストレージ装置９１３、又はリムーバブル記録媒体９２１に記録された各種プログラムに従って、演算処理装置２００内の動作全般又はその一部を制御する。ＲＯＭ９０３は、ＣＰＵ９０１が使用するプログラムや演算パラメータ等を記憶する。ＲＡＭ９０５は、ＣＰＵ９０１が使用するプログラムや、プログラムの実行において適宜変化するパラメータ等を一次記憶する。これらはＣＰＵバス等の内部バスにより構成されるバス９０７により相互に接続されている。

バス９０７は、ブリッジを介して、ＰＣＩ（Peripheral Component Interconnect/Interface）バスなどの外部バスに接続されている。

入力装置９０９は、例えば、マウス、キーボード、タッチパネル、ボタン、スイッチ及びレバーなどユーザが操作する操作手段である。また、入力装置９０９は、例えば、赤外線やその他の電波を利用したリモートコントロール手段（いわゆる、リモコン）であってもよいし、演算処理装置２００の操作に対応したＰＤＡ等の外部接続機器９２３であってもよい。更に、入力装置９０９は、例えば、上記の操作手段を用いてユーザにより入力された情報に基づいて入力信号を生成し、ＣＰＵ９０１に出力する入力制御回路などから構成されている。ユーザは、この入力装置９０９を操作することにより、演算処理装置２００に対して各種のデータを入力したり処理動作を指示したりすることができる。

出力装置９１１は、取得した情報をユーザに対して視覚的又は聴覚的に通知することが可能な装置で構成される。このような装置として、ＣＲＴディスプレイ装置、液晶ディスプレイ装置、プラズマディスプレイ装置、ＥＬディスプレイ装置及びランプなどの表示装置や、スピーカ及びヘッドホンなどの音声出力装置や、プリンタ装置、携帯電話、ファクシミリなどがある。出力装置９１１は、例えば、演算処理装置２００が行った各種処理により得られた結果を出力する。具体的には、表示装置は、演算処理装置２００が行った各種処理により得られた結果を、テキスト又はイメージで表示する。他方、音声出力装置は、再生された音声データや音響データ等からなるオーディオ信号をアナログ信号に変換して出力する。

ストレージ装置９１３は、演算処理装置２００の記憶部の一例として構成されたデータ格納用の装置である。ストレージ装置９１３は、例えば、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）等の磁気記憶デバイス、半導体記憶デバイス、光記憶デバイス、又は光磁気記憶デバイス等により構成される。このストレージ装置９１３は、ＣＰＵ９０１が実行するプログラムや各種データ、及び外部から取得した各種のデータなどを格納する。

ドライブ９１５は、記録媒体用リーダライタであり、演算処理装置２００に内蔵、あるいは外付けされる。ドライブ９１５は、装着されている磁気ディスク、光ディスク、光磁気ディスク、又は半導体メモリ等のリムーバブル記録媒体９２１に記録されている情報を読み出して、ＲＡＭ９０５に出力する。また、ドライブ９１５は、装着されている磁気ディスク、光ディスク、光磁気ディスク、又は半導体メモリ等のリムーバブル記録媒体９２１に記録を書き込むことも可能である。リムーバブル記録媒体９２１は、例えば、ＣＤメディア、ＤＶＤメディア、Ｂｌｕ−ｒａｙ（登録商標）メディア等である。また、リムーバブル記録媒体９２１は、コンパクトフラッシュ（登録商標）（CompactFlash：CF）、フラッシュメモリ、又は、ＳＤメモリカード（Secure Digital memory card）等であってもよい。また、リムーバブル記録媒体９２１は、例えば、非接触型ＩＣチップを搭載したＩＣカード（Integrated Circuit card）又は電子機器等であってもよい。

接続ポート９１７は、機器を演算処理装置２００に直接接続するためのポートである。接続ポート９１７の一例として、ＵＳＢ（Universal Serial Bus）ポート、ＩＥＥＥ１３９４ポート、ＳＣＳＩ（Small Computer System Interface）ポート、ＲＳ−２３２Ｃポート、ＨＤＭＩ（登録商標）（High-Definition Multimedia Interface）ポート等がある。この接続ポート９１７に外部接続機器９２３を接続することで、演算処理装置２００は、外部接続機器９２３から直接各種のデータを取得したり、外部接続機器９２３に各種のデータを提供したりする。

通信装置９１９は、例えば、通信網９２５に接続するための通信デバイス等で構成された通信インターフェースである。通信装置９１９は、例えば、有線もしくは無線ＬＡＮ（Local Area Network）、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）、又はＷＵＳＢ（Wireless USB）用の通信カード等である。また、通信装置９１９は、光通信用のルータ、ＡＤＳＬ（Asymmetric Digital Subscriber Line）用のルータ、又は、各種通信用のモデム等であってもよい。この通信装置９１９は、例えば、インターネットや他の通信機器との間で、例えばＴＣＰ／ＩＰ等の所定のプロトコルに則して信号等を送受信することができる。また、通信装置９１９に接続される通信網９２５は、有線又は無線によって接続されたネットワーク等により構成され、例えば、インターネット、家庭内ＬＡＮ、社内ＬＡＮ、赤外線通信、ラジオ波通信又は衛星通信等であってもよい。

以上、本発明の実施形態に係る演算処理装置２００の機能を実現可能なハードウェア構成の一例を示した。上記の各構成要素は、汎用的な部材を用いて構成されていてもよいし、各構成要素の機能に特化したハードウェアにより構成されていてもよい。従って、本実施形態を実施する時々の技術レベルに応じて、適宜、利用するハードウェア構成を変更することが可能である。

（１３）＜実施例１＞
次に、検証試験について説明する。比較例として、始めに、時間に対して周波数が変調されたレーザ光を用いた従来の距離測定装置を用い、変位測定方向に直交する方向に沿って移動する板状の被測定対象物Ｐまでの距離を測定した。ここでは、被測定対象物Ｐの移動速度Ｖを、５０ｍｐｍ、１００ｍｐｍ、１５０ｍｐｍに変えて、従来の距離測定装置を用いて、それぞれ被測定対象物表面Ｓまでの距離を測定したところ、図１７に示すような結果が得られた。

図１７の縦軸は、移動速度Ｖが０ｍｐｍのときの、距離測定装置の所定位置から被測定対象物表面Ｓまでの距離を基準とし、０としている。図１７に示すように、レーザ光を用いた従来の距離測定装置では、例えば、移動速度Ｖを５０ｍｐｍにすると、板高さが基準から約１ｍｍシフトし、移動速度Ｖを１００ｍｐｍにすると、板高さが基準から約２ｍｍシフトし、移動速度Ｖを１５０ｍｐｍにすると、板高さが基準から約３ｍｍシフトした値となることを確認した。

以上より、レーザ光を用いた従来の距離測定装置では、本来同じ値となるはずの被測定対象物Ｐまでの距離（所定位置からの板高さ）が、移動速度Ｖによって異なった値として検出されることが確認された。

次に、実施例として、被測定対象物Ｐの相対的な移動速度Ｖと、被測定対象物Ｐの移動方向を示す情報である移動角度αとを既知とした第５実施形態の測定装置を用いて、上述した比較例と同様に、被測定対象物Ｐの移動速度Ｖを５０ｍｐｍ、１００ｍｐｍ、１５０ｍｐｍとして、これら移動速度Ｖ毎にそれぞれ所定位置から被測定対象物表面Ｓまでの距離（板高さ）を測定した。

その結果、図１８に示すような結果が得られた。なお、図１８は、第５実施形態の測定装置を用いて離間変位ｄを算出し、離間変位ｄを補正値として用いて、所定位置から被測定対象物表面Ｓまでの距離（板高さ）を算出した結果を示したグラフである。なお、この実施例では、１個の第ｉ測定ヘッド５_ｉを用いており、第ｉ測定光の第ｉ光軸角度θ_ｉを２．４度とし、レーザ光の波長λを１５５０ｎｍとして離間変位ｄを算出した。

図１８に示すように、移動速度Ｖが５０ｍｐｍ、１００ｍｐｍ、１５０ｍｐｍと異なるときでも、測定距離が０ｍｍ付近で概ね一致することが確認できた。

（１４）＜実施例２＞
図１９に評価装置の概略図を示す。測定ヘッドが３つの本発明の第１実施形態の測定装置（光軸角度θ_ｉ：θ_１＝θ_２＝θ_３＝５°、射影角度Φ_ｉ：Φ_１＝０°、Φ_２＝１２０°、Φ_３＝２４０°、レーザの波長λ＝１５５０ｎｍ）を用い、反時計方向に回転する円盤１００のｘ軸から角度β°（測定位置角度β°とも称する）で、中心から８００ｍｍの位置（測定位置とも称する）Ｐ_１００の移動速度と離間変位を、測定ヘッドと円盤表面が約３００ｍｍ離れた位置を基準位置として測定した。なお、移動角度αと測定位置角度βとはα＝β＋９０°の関係を持つ。

図２０は、離間変位ｄを０ｍｍ（基準位置）、５０ｍｍとし、設定移動角度β°を０°、４５°、９０°として円盤１００を回転させ、移動速度Vの設定値（設定移動速度とも称する）と測定値（測定移動速度とも称する）を比較したものである。離間変位、移動角度が異なるにもかかわらず、移動速度を正確に測定できることが確認された。

図２１は基準位置にて、設定移動速度５ｍ／ｓ、１５ｍ／ｓ、２５ｍ/ｓの条件で、測定位置角度β°を０°、４５°、９０°に変化させたときに得られた移動角度αの測定値−９０°（図２１では縦軸に「α−９０°」と表記する）を示すものである。これにより、移動速度、移動角度によらず、移動角度αが正確に測定できることが確認された。よって、測定位置の移動方向を正確に測定できることが確認された。

１ 測定装置
２ レーザ発振器
５_ｉ 第ｉ測定ヘッド（測定ヘッド）
７_ｉ 第ｉ光検出部
１１，３１，３３，４１，５１，２００ 演算処理装置
ｄ 離間変位
Ｐ，Ｐ１ 被測定対象物
△Ｒ 離間変位
Ｓ 被測定対象物表面、曲面
θ_ｉ 第ｉ光軸角度（光軸角度、傾斜角度）
Φ_ｉ 第ｉ射影角度（射影角度、傾斜角度）

Claims (10)

1. 移動する被測定対象物の所定の方向の変位である離間変位及び前記所定の方向に直交する方向の相対的な速度である移動速度のうち、少なくともいずれか一方を測定する測定装置であって、
   時間に対して所定の周波数変調速度で変調されたレーザ光を、参照光と測定光とに分ける分岐器と、
   前記測定光を照射し、かつ、前記測定光が反射した反射光を受光する照射・受光面を有する、１個又は２個以上の測定ヘッドと、
   前記反射光と前記参照光との光干渉によりビート信号を出力する光検出部と、
   前記ビート信号が入力される演算処理装置と、
   を備え、
   前記測定ヘッドは前記照射・受光面から照射するレーザ光の光軸が前記所定の方向に対して傾斜して配置されており、
   前記演算処理装置は、
   前記ビート信号に基づくビート周波数を検出し、
   測定時の前記ビート周波数と所定の基準状態でのビート周波数である基準周波数との差である周波数差を算出し、
   前記周波数差と、前記傾斜して配置された前記レーザ光の光軸の傾斜角度とに基づいて、前記移動速度及び前記離間変位のうち、少なくともいずれか一方を算出する、
   測定装置。
2. 前記演算処理装置は、
   前記所定の方向に直交する方向に移動する前記被測定対象物の移動方向を示す情報を取得する移動方向取得部を備え、前記移動方向取得部で取得した前記移動方向を示す情報に基づいて、前記移動速度及び前記離間変位のうち少なくともいずれか一方を算出する、
   請求項１に記載の測定装置。
3. 前記演算処理装置は、
   前記移動速度を取得する速度取得部を備え、前記速度取得部で取得した前記移動速度に基づいて前記離間変位を算出する、
   請求項１又は２に記載の測定装置。
4. 前記演算処理装置は、
   前記離間変位を取得する離間変位取得部を備え、前記離間変位取得部で取得した前記離間変位に基づいて前記移動速度を算出する、
   請求項１又は２に記載の測定装置。
5. 前記演算処理装置は、
   前記被測定対象物の移動速度を変えて測定した速度差を校正用速度差として取得する校正用データ取得部を備え、
   前記校正用速度差を取得するために前記被測定対象物の移動速度を変えたときの前記ビート周波数の差を校正用周波数差として取得し、
   前記レーザ光の波長と、前記校正用速度差と、前記校正用周波数差とを用いて、前記レーザ光の光軸の前記傾斜角度を算出する、
   請求項１又は２に記載の測定装置。
6. 移動する被測定対象物の所定の方向の変位である離間変位及び前記所定の方向に直交する方向の相対的な速度である移動速度のうち、少なくともいずれか一方を測定する測定方法であって、
   時間に対して所定の周波数変調速度で変調されたレーザ光を、分岐器によって参照光と測定光とに分ける分岐ステップと、
   照射・受光面から照射するレーザ光の光軸が前記所定の方向に対して傾斜して配置された１個又は２個以上の測定ヘッドを用いて、前記照射・受光面から前記測定光を前記被測定対象物の表面に照射し、かつ、前記測定光が前記被測定対象物の前記表面で反射した反射光を前記照射・受光面で受光する照射・受光ステップと、
   前記反射光と前記参照光との光干渉によりビート信号を出力する光検出ステップと、
   前記ビート信号が演算処理装置に入力され、前記演算処理装置で演算処理を行う演算処理ステップと、
   を備え、
   前記演算処理ステップは、
   前記ビート信号に基づくビート周波数を検出し、
   測定時の前記ビート周波数と所定の基準状態でのビート周波数である基準周波数との差である周波数差を算出し、
   前記周波数差と、前記傾斜して配置された前記レーザ光の光軸の傾斜角度とに基づいて、前記移動速度及び前記離間変位のうち、少なくともいずれか一方を算出する、
   測定方法。
7. 前記演算処理ステップは、
   前記被測定対象物の移動方向を示す情報を取得する移動方向取得ステップを備え、前記移動方向取得ステップで取得した前記移動方向を示す情報に基づいて、前記移動速度及び前記離間変位のうち少なくともいずれか一方を算出する、
   請求項６に記載の測定方法。
8. 前記演算処理ステップは、
   前記移動速度を取得する速度取得ステップを備え、前記速度取得ステップで取得した前記移動速度に基づいて前記離間変位を算出する、
   請求項６又は７に記載の測定方法。
9. 前記演算処理ステップは、
   前記離間変位を取得する離間変位取得ステップを備え、前記離間変位取得ステップで取得した前記離間変位に基づいて前記移動速度を算出する、
   請求項６又は７に記載の測定方法。
10. 移動する被測定対象物に向けて照射されるレーザ光の光軸の傾斜角度を測定する測定方法であって、
    時間に対して所定の周波数変調速度で変調された前記レーザ光を、分岐器によって参照光と測定光とに分ける分岐ステップと、
    照射・受光面から照射するレーザ光の光軸が、移動する被測定対象物の所定の方向に対して傾斜して配置された１個又は２個以上の測定ヘッドを用いて、前記照射・受光面から前記被測定対象物の表面に前記測定光を照射し、かつ、前記測定光が前記被測定対象物の前記表面に反射した反射光を前記照射・受光面で受光する照射・受光ステップと、
    前記反射光と前記参照光との光干渉によりビート信号を出力する光検出ステップと、
    前記ビート信号が演算処理装置に入力され、前記演算処理装置で演算処理を行う演算処理ステップと、
    を備え、
    前記演算処理ステップは、
    前記被測定対象物の移動速度を変えて測定した速度差を校正用速度差として取得する校正用データ取得ステップを備え、
    前記校正用速度差を取得するために前記被測定対象物の移動速度を変えたときの前記ビート信号に基づくビート周波数の差を校正用周波数差として取得し、
    前記レーザ光の波長と、前記校正用速度差と、前記校正用周波数差とを用いて、前記レーザ光の光軸の前記傾斜角度を算出する、
    測定方法。
    

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