(57)【要約】      （修正有）【課題】スペックルパターンを利用した動的被検面の変位測定において、測定環境温度変動の影響の軽減が容易な変位測定装置を提供する。【解決手段】レーザ光源１を用い、スペックルパターンを利用して動的被検面の移動距離または移動速度もしくはこれら両者を測定する変位測定装置であって、撮像光学系は、動的被検面側Ｏｂから順に、正のパワーの第１群５１、開口絞りＳ、正のパワーの第２群５２によって構成され、開口絞りＳは、第１群５１の像側焦点面で、且つ、第２群５２の物体側焦点面である位置に設けられ、撮像素子の受光面７Ａが動的被検面Ｏｂの撮像光学系によるガウス面ＧＭに合致させられ、動的被検面Ｏｂのボイリング面ＢＭとガウス面ＧＭとの距離：Ｄｂ、ガウス面ＧＭと撮像素子の受光面７Ａとの間隔：Ｄが、条件：Ｄ／Ｄｂ≒０を満足するように、照明光学系３の撮像光学系を介しての動的被検面Ｏｂの照明態様が定められる構成となっている。【選択図】図１
2015038457.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ光源とカップリングレンズを有する照明光学系によるコヒーレント光を照射光と
して、動的被検面を所定の位置で照明し、前記動的被検面による検出光を、撮像光学系を
介して撮像素子に導光し、所定のフレームレートで前記動的被検面によるスペックルパタ
ーンを取得し、所定の時間間隔で取得したスペックルパターン相互の相互相関演算を行い
、その演算結果に基づき、前記動的被検面の、移動距離および移動速度の少なくとも一方
を測定する変位測定装置において、
撮像光学系は、動的被検面側から順に、正のパワーの第１群、開口絞り、正のパワーの
第２群によって構成され、前記開口絞りは、前記第１群の像側焦点面で、且つ、第２群の
物体側焦点面である位置に設けられてなり、
撮像素子の受光面が、前記動的被検面の撮像光学系によるガウス面に合致させられ、
動的被検面のボイリング面と、前記動的被検面の前記撮像光学系によるガウス面との距
離：Ｄｂ、前記ガウス面と前記撮像素子の受光面との間隔：Ｄが、条件：  
（１）  Ｄ／Ｄｂ≒０
を満足するように、前記照明光学系の前記撮像光学系を介しての前記動的被検面の照明態
様を定めたことを特徴とする変位測定装置。
【請求項２】
請求項１記載の変位測定装置において、
撮像光学系の第１群および第２群が何れも、材料の異なる２枚以上のレンズで構成され
、動的被検面のボイリング面と、前記動的被検面の前記撮像光学系によるガウス面との距
離：Ｄｂ、前記ガウス面と前記撮像素子の受光面との間隔：Ｄが、測定環境温度の変動に
拘わらず、条件：  
（１）  Ｄ／Ｄｂ≒０
を満足することを特徴とする変位測定装置。
【請求項３】
請求項２記載の変位測定装置において、
撮像光学系を構成する第１群と第２群の各焦点距離の、測定環境温度の変動による変動
量に応じて、前記第１群と第２群の群間隔を調整する群間隔調整機構を有することを特徴
とする変位測定装置。
【請求項４】
請求項３記載の変位測定装置において、
群間隔調整機構は、測定環境温度の変動によるスペックルパターンの複数の実像高にお
ける倍率の平均の変動を抑制することを特徴とする変位測定装置。
【請求項５】
請求項４記載の変位測定装置において、
群間隔調整機構は、第１群を保持する第１鏡筒と、第２群を保持する第２鏡筒を少なく
とも含む複数の鏡筒を有し、前記第１鏡筒と第２鏡筒とは互いに線膨張係数が異なり、こ
れら第１鏡筒および第２鏡筒の一方は、一端を撮像素子に固定され、
測定環境温度の変動に伴う前記複数の鏡筒の伸縮により、測定環境温度の変動によるス
ペックルパターンの複数の実像高における倍率の平均の変動を抑制することを特徴とする
変位測定装置。
【請求項６】
請求項５記載の変位測定装置において、
群間隔調整機構は、第１群を保持する第１鏡筒と、該第１鏡筒に対して摺り動き可能な
第３鏡筒と、この第３鏡筒に対して摺り動き可能で、第２群を保持する第２鏡筒を有し、
前記第１鏡筒および第３鏡筒は一端を撮像素子に固定され、
測定環境温度の変動に伴う前記第１ないし第３鏡筒の伸縮により、測定環境温度の変動
によるスペックルパターンの複数の実像高における倍率の平均の変動を最小化することを
特徴とする変位測定装置。
【請求項７】
請求項２ないし６の任意の１に記載の変位測定装置において、
撮像光学系を構成する第１群および第２群の、測定環境温度の最大変化に対する焦点距
離の変化が、焦点距離の０．００１％以下であることを特徴とする変位測定装置。
【請求項８】
請求項６または７記載の変位測定装置において、
第２鏡筒と撮像素子が、測定環境温度の変動に拘わらず、相互に接触しないことを特徴とする変位測定装置。
【請求項９】
請求項６または７または８記載の変位測定装置において、
第２鏡筒の、鏡筒軸方向における第１群側の最端面部が、測定環境温度の変動に拘わらず、第１鏡筒の上記最端面部に対向する面に接触しないことを特徴とする変位測定装置。
【請求項１０】
請求項９記載の変位測定装置において、
第１鏡筒と第２鏡筒の間に、前記第２鏡筒を第３鏡筒に押圧させる弾性力を作用させる反発性の弾性部材を有することを特徴とする変位測定装置。
【請求項１１】
請求項６〜１０の任意の１に記載の変位測定装置において、
第１鏡筒を保持するハウジングと、前記第１鏡筒とが、測定環境温度の変動に拘わらず、前記第１鏡筒の鏡筒軸方向において接触しないことを特徴とする変位測定装置。
【請求項１２】
請求項１１記載の変位測定装置において、
第１鏡筒を保持するハウジングと、第１鏡筒とは、前記第１鏡筒の鏡筒軸方向において、互いに対向する対向面を有し、  
前記第１鏡筒の前記対向面と、前記ハウジングの前記対向面との間に、圧縮性の弾性部材を有することを特徴とする変位測定装置。
【請求項１３】
請求項１０記載の変位測定装置において、
第１鏡筒を保持するハウジングと、第１鏡筒とは、前記第１鏡筒の鏡筒軸方向において、互いに対向する対向面を有し、前記第１鏡筒の前記対向面と、前記ハウジングの前記対向面との間に、圧縮性の弾性部材を有し、
第２鏡筒を第３鏡筒に押圧させる弾性力を作用させる反発性の弾性部材と、前記圧縮性の弾性部材は、共にバネ部材であり、
前記反発性の弾性部材をバネ部材Ａ、前記圧縮性の弾性部材をバネ部材Ｂとするとき、
バネ部材Ａの、バネ定数：Ｋ１、撓み量：ｎ１、第１鏡筒の質量：Ｍ１、バネ部材Ｂの、バネ定数：Ｋ２、撓み量：ｎ２、第２鏡筒の質量：Ｍ２、第３鏡筒の質量：Ｍ３、重力の加速度：Ｇが、条件：
Ｋ１・ｎ１−Ｋ２・ｎ２−Ｍ１・Ｇ＜０                  （１）
−Ｋ１・ｎ１−Ｋ２・ｎ２−Ｍ２・Ｇ−Ｍ３・Ｇ＜０      （２）
を満足し、動的被検面の下方に配置されることを特徴とする変位測定装置。
【請求項１４】
請求項１０記載の変位測定装置において、
第１鏡筒を保持するハウジングと、第１鏡筒とは、前記第１鏡筒の鏡筒軸方向において、互いに対向する対向面を有し、前記第１鏡筒の前記対向面と、前記ハウジングの前記対向面との間に、圧縮性の弾性部材を有し、
第２鏡筒を第３鏡筒に押圧させる弾性力を作用させる反発性の弾性部材と、前記圧縮性の弾性部材は、共にバネ部材であり、
前記反発性の弾性部材をバネ部材Ａ、前記圧縮性の弾性部材をバネ部材Ｂとするとき、
バネ部材Ａの、バネ定数：Ｋ１、撓み量：ｎ１、第１鏡筒の質量：Ｍ１、バネ部材Ｂの、バネ定数：Ｋ２、撓み量：ｎ２、第３鏡筒の質量：Ｍ３、重力の加速度：Ｇが、条件：
−Ｋ１・ｎ１＋Ｋ２・ｎ２−Ｍ１・Ｇ＞０                （３）
Ｋ１・ｎ１−Ｍ３・Ｇ＞０                            （４）
を満足し、動的被検面の上方に配置されることを特徴とする変位測定装置。
【請求項１５】
請求項６〜１４の任意の１に記載の変位測定装置において、
第１鏡筒ないし第３鏡筒の少なくとも１つが、線膨張係数の異なる２種以上の鏡筒部材を鏡筒軸方向に連結させて構成されていることを特徴とする変位測定装置。
【請求項１６】
請求項６〜１５の任意の１に記載の変位測定装置において、
第２鏡筒と第３鏡筒が、鏡筒軸方向において接触する面が、鏡筒軸に対して斜めに傾いていることを特徴とする変位測定装置。
【請求項１７】
請求項１〜１６の任意の１に記載の変位測定装置において、
撮像光学系の開口絞りの開口を可変する絞り可変機構を有することを特徴とする変位測定装置。
【請求項１８】
レーザ光源とカップリングレンズを有する照明光学系によるコヒーレント光を照射光として、動的被検面を所定の位置で照明し、前記動的被検面による反射光を、撮像光学系を介して撮像素子に導光し、所定のフレームレートで前記動的被検面によるスペックルパターンを取得し、所定の時間間隔で取得したスペックルパターン相互の相互相関演算を行い、その演算結果に基づき、前記動的被検面の、移動距離および移動速度の少なくとも一方を測定する変位測定方法において、
請求項１〜１７の任意の１に記載の変位測定装置により行うことを特徴とする変位測定方法。
【請求項１９】
定方向へ定速で移動する移動体の表面に画像を形成する画像形成装置において、
移動体の表面を動的被検面として、その移動距離および移動速度の少なくとも一方の測
定を行なう変位測定装置を有し、
該変位測定装置として、請求項１〜１７の任意の１に記載の変位測定装置を用いることを特徴とする画像形成装置。
【請求項２０】
請求項１９記載の画像形成装置において、
電子写真プロセスを用いて、光導電性の感光体に静電潜像を形成し、該静電潜像をトナー画像として可視化し、得られたトナー画像を被転写体に転写し、該被転写体を移動体として、その表面の移動距離および移動速度の少なくとも一方の測定を行なうことを特徴とする画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、変位測定装置および変位測定方法および画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
回転移動するベルトなどの表面の、移動速度や移動量を測定することは、種々の技術に
おいて行われている。
【０００３】
例えば、電子写真プロセスを利用したカラー画像形成装置は、高速化への要求に応える
ため、所謂タンデム方式が主流となっている。
【０００４】
タンデム方式のカラー画像形成装置では、４色（ブラック、シアン、マゼンタ、イエロ
ー）のトナーに対応した感光体が４つ「並列に配置」される。
【０００５】
そして、各感光体上に形成された各色トナー画像を、最終的に紙等の記録媒体（定形の
用紙、葉書、厚紙、ＯＨＰシート等）上で重ね合わせてカラー画像を得る。
【０００６】
その際、各色トナー画像を記録媒体上で直接重ね合わせる直接転写方式と、中間転写ベ
ルト方式がある。
【０００７】
中間転写ベルト方式では、各感光体上の各色のトナー画像を、中間転写ベルト上に重ね
合わせて転写してカラー画像を形成したのち、記録媒体に一括して転写する。
【０００８】
このような転写に際し、直接転写方式では記録媒体を送る搬送ベルトを、中間転写ベル
ト方式では中間転写ベルトを、高精度に移動させなければ「色ずれ」が発生してしまう。
【０００９】
また、カラー画像形成装置として、定方向へ移動する紙等の記録媒体に「複数色のイン
ク画像の合成によるカラー画像」を形成するインクジェット方式のものが知られている。
【００１０】
このようなインクジェット方式のカラー画像形成装置においても、記録媒体の移動を高
精度に制御しなければ、色ずれが発生する。
【００１１】
このように、画像形成装置においても、記録媒体や搬送ベルト、中間転写ベルトの移動
を高精度に制御するために、これらの移動量や移動速度を高精度に測定する必要がある。
【００１２】
画像形成装置において、記録媒体や搬送ベルト、中間転写ベルトや感光体の駆動制御に
、スペックルパターンを利用することが提案されている（特許文献１〜３）。
【００１３】
スペックルパターンは、微細な凹凸を有する面に、レーザ光のようなコヒーレントな光
を照射するとき、反射光や透過光に光の干渉により生じるランダムなパターンである。
【００１４】
コヒーレントな光を照射される面が、面方向に移動するとき、スペックルパターンも移
動することが知られている。
【００１５】
従って、スペックルパターンの変位を測定することにより、面の変位（移動量や移動速
度）を測定することができる。
【００１６】
この明細書において「スペックルパターンを利用して面方向の変位を測定される対象」
を「動的被検面」と呼ぶ。
【００１７】
特許文献１〜３は何れも、スペックルパターンを利用した動的被検面の変位の測定を開
示しているが「測定環境温度の変動の影響」は考慮されていない。
【００１８】
測定環境温度は、動的被検面の変位の測定に関連する温度である。  
測定環境温度の変動は、動的被検面の変位の測定に影響し、高精度の測定が要求される
場合には無視できない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１９】
この発明は、スペックルパターンを利用した動的被検面の変位測定において、測定環境
温度の変動の影響の軽減が容易な変位測定装置の実現を課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
この発明の変位測定装置は、レーザ光源とカップリングレンズを有する照明光学系によ
るコヒーレント光を照射光として、動的被検面を所定の位置で照明し、前記動的被検面に
よる検出光を、撮像光学系を介して撮像素子に導光し、所定のフレームレートで前記動的
被検面によるスペックルパターンを取得し、所定の時間間隔で取得したスペックルパター
ン相互の相互相関演算を行い、その演算結果に基づき、前記動的被検面の、移動距離およ
び移動速度の少なくとも一方を測定する変位測定装置において、撮像光学系は、動的被検
面側から順に、正のパワーの第１群、開口絞り、正のパワーの第２群によって構成され、
前記開口絞りは、前記第１群の像側焦点面で、且つ、第２群の物体側焦点面である位置に
設けられてなり、撮像素子の受光面が、前記動的被検面の撮像光学系によるガウス面に合
致させられ、動的被検面のボイリング面と、前記動的被検面の前記撮像光学系によるガウ
ス面との距離：Ｄｂ、前記ガウス面と前記撮像素子の受光面との間隔：Ｄが、条件：  
（１）  Ｄ／Ｄｂ≒０  
を満足するように、前記照明光学系の前記撮像光学系を介しての前記動的被検面の照明態
様を定めたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００２１】
この発明の変位測定装置は、条件（１）が満足されることにより、測定環境温度の変動
の影響の軽減が容易となる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】実施の形態を説明するための図である。
【図２】変位測定装置の実施の１形態を説明するための図である。
【図３】実施例を説明するための図である。
【図４】実施例を説明するための図である。
【図５】スペックルパターンによる変位測定の原理を説明するための図である。
【図６】画像形成装置の実施の１形態を説明するための図である。
【図７】変位測定装置の具体例を説明するための図である。
【図８】変位測定装置の別の具体例を説明するための図である。
【図９】変位測定装置の他の具体例を説明するための図である。
【図１０】変位測定装置のさらに他の具体例を説明するための図である。
【図１１】変位測定装置のさらに他の具体例を説明するための図である。
【図１２】変位測定装置のさらに他の具体例を説明するための図である。
【図１３】変位測定装置のさらに他の具体例を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、実施の形態を説明する。  
変位測定装置による測定対象は、動的被検面の「移動距離および移動速度の少なくとも
一方」である。以下の説明において動的被検面の移動距離を「検出長」と称する。
【００２４】
動的被検面の移動速度が測定されれば、「検出長」はその時間積分で与えられる関係に
ある。逆に、検出長が測定されれば、移動速度はその時間微分で与えられる。
【００２５】
なお、検出長は、動的被検面の１軸方向の移動距離に限らず、２軸方向の移動距離をも
言う。
【００２６】
「検出長」の測定において、測定環境温度の変動の影響としては、以下の３要因：Ａ〜
Ｃを挙げることができる。
【００２７】
Ａ．動的被検面の撮像光学系による結像の像面（ガウス面）と「撮像光学系の受光面」
との間隔の温度変化による変動。
【００２８】
Ｂ．動的被検面の撮像光学系による結像の像面から、照明光学系のカップリングレンズ
と撮像光学系とによる「照明光学系の結像面」までの距離の、温度変化による変動。
【００２９】
Ｃ．撮像光学系の結像倍率：Ｍの温度変化による変動。
【００３０】
従って、検出長の測定においては、これらの３要素：Ａ〜Ｃを考慮する必要がある。
【００３１】
移動速度：Ｖ１で移動する動的被検面にコヒーレント光を照射し、撮像光学系により、
動的被検面の像を撮像素子の受光面に結像させた状態を考える。
【００３２】
スペックルは動的被検面の極く近傍に発生するので、撮像素子の受光面には「スペック
ルパターン」が結像する。
【００３３】
このとき、撮像素子が撮像するスペックルパターンの移動速度：Ｖ２は、撮像光学系の
結像倍率をＭとして次式（ａ）で与えられることが知られている（非特許文献１）。
【００３４】
（ａ）      Ｖ２／Ｖ１＝Ｍ｛（Ｄ／Ｄｂ）−１｝  
式（ａ）において、「Ｄ」は、動的被検面の表面の撮像光学系による像のガウス面（結
像面）と撮像素子の受光面との間隔である。
【００３５】
「Ｄｂ」は、動的被検面のボイリング面と、動的被検面の撮像光学系によるガウス面と
の距離である。
【００３６】
「ボイリング面」の位置は、照明光学系の有するカップリングレンズと撮像光学系とを
介して得られる「レーザ光源の結像面」の位置である。
【００３７】
式（ａ）において、測定環境温度に影響されるのは、「間隔：Ｄ（上記（Ａ））」と、
「距離：Ｄｂ（上記（Ｂ））」と「結像倍率：Ｍ」とである。
【００３８】
発明の実施の形態を説明する前に、上に述べたところを、具体的な光学配置例に即して
説明する。
【００３９】
図５を参照する。図５において、符号１はレーザ光源、符号２はカップリングレンズ、
符号３は照明光学系、符号Ｏｂは動的被検面、符号５は撮像光学系をそれぞれ示す。
【００４０】
また、符号７Ａは撮像素子の受光面を示す。なお、以下において、レーザ光源１を単に
光源１とも言う。
【００４１】
図５において、照明光学系３の光源１を発光させると、「コヒーレント光であるレーザ
光」が放射され、カップリングレンズ２によりビーム形態を変更される。
【００４２】
図５においては、カップリングレンズ２を通過したレーザ光は「平行光束」となる。
【００４３】
この平行光束は「照射光」となって、動的被検面Ｏｂを照明する。
【００４４】
動的被検面Ｏｂで反射された光（検出光）は、撮像光学系５によりガウス面ＧＭを結像
面として結像する。これにより動的被検面Ｏｂによるスペックルパターンが結像される。
【００４５】
図５において「点線」がこの結像の結像光線を示している。
【００４６】
一方、光源１からのレーザ光は、カップリングレンズ２と撮像光学系５とにより「光源
１の像」を結像する。この結像面がボイリング面ＢＭである。
【００４７】
図５に示す如く、ガウス面ＧＭと撮像素子の受光面７Ａとの間隔が「Ｄ」、ガウス面Ｇ
Ｍとボイリング面ＢＭとの距離が「Ｄｂ」である。
【００４８】
図５においては、ガウス面ＧＭと受光面７Ａとを離隔させて描いてあるが、設計上のガ
ウス面ＧＭは受光面７Ａと一致させられる。即ち、設計上の「Ｄ」は０である。
【００４９】
実際には、変位測定装置の各部の組み付け誤差や、経時的な変化で「Ｄ」の値は変動す
る。また、後述のように、測定環境温度の変化によっても「Ｄ」の値は変動する。
【００５０】
しかし、このように変動しても「Ｄ」の値の変動範囲は、高々１００μｍ程度と極めて
小さい。
【００５１】
上記間隔：Ｄと距離：Ｄｂとの比：Ｄ／Ｄｂを考えると、上述の如く、設計上は「Ｄ＝
０」が満足される。
【００５２】
従って、距離：Ｄｂが「有限の値」となるように設定されていれば「Ｄ／Ｄｂ≒０」が
正立する。
【００５３】
「Ｄ／Ｄｂ≒０」が成り立てば、上記式（ａ）は、
（ｂ）  Ｖ２／Ｖ１＝−Ｍ  
となる。
【００５４】
即ち、測定環境温度の変動は、撮像光学系５の結像倍率：Ｍのみに影響する。  
従って、検出長に影響する「光源１、カップリングレンズ２、撮像光学系５、撮像素子
７」の４部分のうち、撮像光学系５に対する温度変動の影響のみを考慮すればよい。
【００５５】
即ち、撮像光学系５による結像倍率：Ｍの「測定環境温度の変動による変動」を小さく
すれば、動的被検面Ｏｂの移動速度：Ｖ１を精度良く測定できる。
【００５６】
即ち、光源１、カップリングレンズ２、撮像光学系５、撮像素子７の４部分のうち、撮
像光学系５による検出長の誤差のみを問題とすればよい。
【００５７】
従って、変位測定装置の設計は極めて簡単化される。
【００５８】
上記の如く「Ｄ」の値は、設計上は０であり、測定環境温度や経時的な変化を考慮して
も１００μｍ程度以下である。
【００５９】
一方において、距離：Ｄｂは、種々の条件で変化する。
【００６０】
例えば、照明光学系３から射出する照射光が発散性になると、ボイリング面ＢＭはガウ
ス面ＧＭ側へ移動し、距離：Ｄｂは小さくなる。
【００６１】
上記式（ｂ）が式（ａ）の良好な近似として成り立つためには、「距離：Ｄｂ」が大き
いほどよい。
【００６２】
照明光学系３のカップリングレンズ２は正のパワーを持つ。撮像光学系５も正のパワー
を持つ。
【００６３】
従って、カップリングレンズ２と撮像光学系５との合成の正のパワーを調整して、測定
環境温度の変動による「ボイリング面の変動領域」の最小値を、例えば「１ｍ」とする。
【００６４】
この場合、測定環境温度の変動等により間隔：Ｄが１００μｍとなっても「Ｄ／Ｄｂ」
の変動の最大値は「１／１００００」で、式（ａ）において無視可能と考えられる。
【００６５】
しかし、変位測定に要求される精度が極めて高くなると上記「１／１００００」でも、
式（ａ）において無視できない場合も考えられる。
【００６６】
このような場合でも、測定環境温度の変動による「距離：Ｄｂの変動の最小値」を数ｍ
程度、好ましくは１０ｍ程度とすれば、十分な測定精度を確保できる。
【００６７】
この発明は、撮像光学系の構成に特徴の一端がある。
【００６８】
即ち、撮像光学系は、動的被検面側から順に、正のパワーの第１群、開口絞り、正のパ
ワーの第２群によって構成される。
【００６９】
開口絞りは、第１群の像側焦点面で、且つ、第２群の物体側焦点面である位置に設けら
れてなる。
【００７０】
そして、撮像素子の受光面が、動的被検面の「撮像光学系によるガウス面」に合致させ
られる。
【００７１】
図１（ａ）は、この場合の１例を、図５に倣って示している。繁雑を避けるため、混同
の恐れが無いと思われるものについては符号を共通化する。
【００７２】
図１（ａ）に示す例において、撮像光学系は２群構成である。即ち、撮像光学系は、第
１群５１と第２群５２と開口絞りＳにより構成されている。  
第１群５１、第２群５２は共に、正のパワーを有する。
【００７３】
図１（ａ）においては、照明光学系３から射出する照射光は平行光束である。  
また、動的被検面Ｏｂは第１群５１の物体側焦点面に合致している。
【００７４】
照射光により動的被検面Ｏｂを照明すると、動的被検面Ｏｂからの検出光は、第１群５
１により第２群５２の物体側焦点位置に集光する。
【００７５】
そして、発散光となって第２群５２を透過して平行光束となる。
【００７６】
即ち、図１（ａ）の実施の形態では、光源１とカップリングレンズ２を有する照明光学
系３によるコヒーレント光を照射光として、動的被検面Ｏｂを所定の位置で照明する。
【００７７】
「所定の位置」は、設計上は、撮像光学系により「撮像素子７の受光面７Ａの共役とな
る位置」である。
【００７８】
そして動的被検面Ｏｂによる反射光を検出光として、撮像光学系を介して撮像素子７に
導光し、受光面７Ａに結像させる。
【００７９】
照明光学系３は、レーザ光源１からのコヒーレントな光を、カップリングレンズ２によ
り平行光束化する。
【００８０】
撮像光学系は、動的被検面Ｏｂ側から順に、正のパワーの第１群５１、開口絞りＳ、正
のパワーの第２群５２によって構成されている。
【００８１】
そして、開口絞りＳは、第１群５１の像側焦点面で、且つ、第２群５２の物体側焦点面
である位置に設けられたものである。
【００８２】
撮像素子７の受光面７Ａは、動的被検面Ｏｂの「撮像光学系によるガウス面ＧＭ」に合
致させられている。
【００８３】
即ち、図１（ａ）に実施の形態を示す変位測定装置は、レーザ光源１とカップリングレ
ンズ２を有する照明光学系３によるコヒーレント光を照射光とする。
【００８４】
そして、この照射光により動的被検面Ｏｂを所定の位置で照明し、動的被検面Ｏｂによ
る検出光を、撮像光学系を介して撮像素子に導光する。
【００８５】
所定のフレームレートで動的被検面Ｏｂによるスペックルパターンを取得し、所定の時
間間隔で取得したスペックルパターン相互の相互相関演算を行う。
【００８６】
演算結果に基づき、動的被検面Ｏｂの移動距離（検出長）および移動速度：Ｖ１を測定
する。
【００８７】
「撮像光学系」は、動的被検面Ｏｂ側から順に、正のパワーの第１群５１、開口絞りＳ
、正のパワーの第２群５２によって構成されている。
【００８８】
そして、開口絞りＳは、第１群５１の像側焦点面で、且つ、第２群５２の物体側焦点面
である位置に設けられている。
【００８９】
撮像素子７の受光面７Ａは、動的被検面Ｏｂの「撮像光学系によるガウス面ＧＭ」に合
致させられている。
【００９０】
勿論、受光面７Ａとガウス面ＧＭの合致は「設計上」の話であり、実際には、製造等の
各種公差により厳密な合致とはならないが、両者の乖離量は高々１００μｍ程度である。
【００９１】
即ち、図１（ａ）の実施の形態でも「Ｄ」の値は実質的に０とすることができる。
【００９２】
図１（ａ）において「点線」が結像の結像光線を示している。
【００９３】
光源１からのレーザ光は、カップリングレンズ２と撮像光学系とにより結像するが、こ
の場合の結像光は撮像光学系の第２群５２から「光軸に平行」に射出する。
【００９４】
このため、結像面であるボイリング面ＢＭの位置は、設計上は無限遠である。従って、
「Ｄｂ」の値は無限大となる。
【００９５】
「Ｄｂ」の値は、極めて大きく、「Ｄ」の値は、製造誤差等を考慮しても前述の如く、
高々１００μｍ程度以下である。
【００９６】
すなわち、「Ｄ／Ｄｂ」は実質的に０である。
【００９７】
従って、検出長の変動要因は結像倍率：Ｍの変動のみとなる。  
即ち、検出長に影響する「光源、カップリングレンズ、撮像光学系、撮像素子」の４部
分のうち「撮像光学系に対する測定環境温度の変動の影響」のみを考慮すればよい。
【００９８】
即ち、「測定環境温度」としては、撮像光学系を含む、撮像光学系近傍の温度を考慮す
れば良い。
【００９９】
光源、カップリングレンズ、撮像光学系、撮像素子の４部分のうち、撮像光学系による
検出長誤差のみを問題とすればよいから、変位測定装置の設計が極めて簡単化される。
【０１００】
「Ｄ／Ｄｂ＝０」と看做せるなら、スペックルパターンの移動速度：Ｖ２が相互相関演
算で求まれば、動的被検面Ｏｂの移動速度：Ｖ１は「―Ｖ２／Ｍ」として求まる。
【０１０１】
検出長である移動距離は、移動速度：Ｖ１に「時間による積分」の演算を行って得るこ
とができる。
【０１０２】
図１（ａ）の撮像光学系は「物体側・像側ともにテレセントリック」で、動的被検面Ｏ
ｂや受光面７Ａの「デフォーカスによる結像倍率：Ｍの変動」が小さい。
【０１０３】
従って、検出長の測定に対するデフォーカスの影響も小さい。
【０１０４】
前述の如く、間隔：Ｄの値は、設計上は０であり、実機の寸法公差を含めてもたかだか
１００μｍより小さい値にできる。
【０１０５】
また、照明光学系３における光源１とカップリングレンズ２の位置関係が、部品公差レ
ベルで変動しても、距離：Ｄｂの変動は数ｍ〜数１００ｍのオーダーにできる。
【０１０６】
仮に、Ｄ＝１００μｍ、Ｄｂ＝１０ｍとしても、Ｄ／Ｄｂは１／１０００００であり、
検出長誤差に及ぼす影響はパーセンテージ換算で０．００１％以下と低い。
【０１０７】
従って、照明光学系３における「光源１とカップリングレンズ２の位置関係の変動」に
よる照明光の光束形態の変動の影響を抑制し「検出長」の変動を抑制できる。
【０１０８】
この発明の変位測定装置では、撮像光学系に「物体側空間と像側空間の双方」のテレセ
ントリック性が与えられている。
【０１０９】
このため、動的被検面Ｏｂが撮像光学系の光軸方向にデフォーカスしても、撮像光学系
の結像倍率：Ｍの変動は殆ど生じない。
【０１１０】
同様に、撮像素子７が撮像光学系の光軸方向にデフォーカスしても、撮像倍率：Ｍの変
動は殆ど生じない。
【０１１１】
これらの効果が相乗的に得られるため、図５に即して説明した「１群構成の撮像光学系
を用いる場合」よりもさらに「検出長の変動」を小さくできる。
【０１１２】
図２は、変位測定装置の実施の１形態を説明するための図である。
【０１１３】
図２において、符号０は移動体、符号１はレーザ光源、符号２はカップリングレンズ、
符号Ｌ５１、Ｌ５２はレンズ、符号６は鏡筒を示す。
【０１１４】
レンズＬ５１は前述の第１群５１を、レンズＬ５２は第２群５２をそれぞれ構成する。
【０１１５】
また、符号７は撮像素子、符号７１は撮像素子７のカバーガラス、符号７Ａは撮像素子
７の受光面を示す。
【０１１６】
さらに、符号８１、８２はハウジング、符号８３は底板、符号９は演算部、符号１０は
光源駆動部を示す。
【０１１７】
レーザ光源１（単に光源１とも言う。）は半導体レーザ（以下、ＬＤとも言う。）であり、発散性のレーザ光（コヒーレント光である。）を放射する。
【０１１８】
放射された発散性のレーザ光は、カップリングレンズ２により発散性を弱められる。
【０１１９】
この実施の形態では、発散性のレーザ光は、設計上はカップリングレンズ２により平行
光束に変換されて照射光となる。  
カップリングレンズ２と光源１とは「照明光学系３の要部」を構成する。即ち、照明光
学系は光源１とカップリングレンズ２とを有する。
【０１２０】
照射光は、図２に示すように、移動体０の表面を照明する。
【０１２１】
移動体０は、例えば前述した「中間転写ベルト」であり、矢印方向へ所定の速度：Ｖ１
で移動するようになっている。
【０１２２】
移動体０の「照射光で照明される面」が動的被検面Ｏｂであり、その移動量が前記「検
出長」である。
【０１２３】
説明中の例では、照明光学系３による動的被検面の照明態様は、上記の如く「平行光束
による照明」である。
【０１２４】
レンズＬ５１、Ｌ５２は開口絞りＳとともに「撮像光学系」を構成し、鏡筒６に組み付
けられている。
【０１２５】
鏡筒６は、ハウジング８１、８２により保持されて、照明光学系３をなす光源１、カッ
プリングレンズ２と共に一体化されている。
【０１２６】
鏡筒６の、図で下方の端部の位置には、撮像素子７が固定的に設けられている。
【０１２７】
ハウジング８１、８２に保持された状態において、照明光学系３、撮像光学系であるレ
ンズＬ５１、Ｌ５２、開口絞りＳ、撮像素子７は所定の位置関係となる。
【０１２８】
底板８３は、ハウジング８１、８２と一体化され、その外側の面に演算部９と光源駆動
部１０を取り付けられている。  
底板８３としては「ＰＣＢ基板」を好適に用いることができる。
【０１２９】
このように、ハウジング８１、８２により、照明光学系３、撮像光学系、撮像素子７の
位置関係が定められ、底板８３と一体化されて変位測定装置がパッケージ化される。
【０１３０】
なお、パッケージ化された変位測定装置と動的被検面Ｏｂとの距離は「スペーサ」等に
より所定の大きさに管理されている。
【０１３１】
演算部９は、撮像素子７の出力に基づき、所定の演算、即ち、周知の「相互相関演算」
を行い、前記検出長を演算により算出する。
【０１３２】
演算部９としては、プログラム内容を適宜に書き換えることができる「ＦＰＧＡ」を用
いることが好ましく、説明中の実施の形態においてもＦＰＧＡが想定されている。
【０１３３】
光源駆動部１０としては光源１であるＬＤを駆動する「ＬＤ駆動用ドライバＩＣ」を用
いることができる。なお、光源駆動部１０による駆動も演算部９により制御される。
【０１３４】
図２において、光源１は、電気的に接続された光源駆動部１０により駆動点滅されるよ
うになっている。変位測定は以下のように行なわれる。
【０１３５】
光源１を点灯させて照明光学系３から照射光を射出させ、動的被検面Ｏｂを所定の位置
で照明する。
【０１３６】
「所定の位置」は、前述の如く、撮像光学系により「撮像素子７の受光面７Ａの共役と
なる位置」である。
【０１３７】
そして、動的被検面Ｏｂによる反射光を検出光として、レンズＬ５１、Ｌ５２、開口絞
りＳによる撮像光学系により撮像素子７の受光面７Ａに導光して結像させる。
【０１３８】
この結像により、動的被検面Ｏｂによるスペックルパターンが受光面７Ａに結像し、動
的被検面Ｏｂの移動速度：Ｖ１に応じた移動速度：Ｖ２で移動する。
【０１３９】
撮像素子７は「所定のフレームレート」で、動的被検面Ｏｂによるスペックルパターン
を取得する。
【０１４０】
「所定のフレームレート」は、例えば、数１０ないし数１０００の範囲で、適宜に選択
できる。
【０１４１】
そして、所定の時間間隔（１/フレームレート）で取得したスペックルパターン相互の
相互相関演算を演算部９において行う。  
この演算結果に基づき、動的被検面Ｏｂの移動速度：Ｖ１を測定する。
【０１４２】
実際には、スペックルパターンの移動速度：Ｖ２が決定され、この移動速度に基づき、
動的平面面Ｏｂの移動速度：Ｖ１が決定される。
【０１４３】
このように決定された移動速度：Ｖ１を時間積分することにより、移動距離である「検
出長」を得ることができる。
【０１４４】
上記「相互相関演算」は、例えば、非特許文献１等により既に良く知られている演算で
ある。この演算による「相関ピーク」の移動量をもとに検出長を算出できる。
【０１４５】
相互相関演算としては、１例として、次のものが良く知られている。
【０１４６】
即ち、所定のフレームレートで撮像された２つのスペックルパターンを「ｆ１」および
「ｆ２」とする。
【０１４７】
スペックルパターン：ｆ１、ｆ２に対するフーリエ変換演算をＦ［ｆ１］とＦ［ｆ２］
で表し、相互相関演算を「★」で表す。
【０１４８】
このとき、スペックルパターン：ｆ１、ｆ２の相互相関演算は、以下の演算式で与えら
れる。
【０１４９】
ｆ１★ｆ２＊＝Ｆ−１［Ｆ［ｆ１］・Ｆ［ｆ２］＊］
「＊」は複素共役を表す。
【０１５０】
図２に示す変位測定装置は、演算部９や光源駆動部１０を同一の底板８３に実装し、ハ
ウジング８１、８２と一体化して小型化を実現している。
【０１５１】
このように小型化された変位測定装置は、その構成要素として複数の発熱部を含む。
【０１５２】
即ち、撮像素子７やＬＤ駆動用ドライバＩＣ（光源駆動部１０）や、ＦＰＧＡ（演算部
９）、ＬＤ（光源１）等での発熱が「測定環境温度」の上昇の原因として考えられる。
【０１５３】
しかし前述のように、距離：Ｄｂと間隔：Ｄが、条件（１）即ち「Ｄ／Ｄｂ≒０」を満
足すれば、測定環境温度の変化の影響は、撮像光学系の結像倍率：Ｍの変動のみである。
【０１５４】
距離：Ｄｂ、間隔：Ｄが、条件（１）を満足するようにすることは「照明光学系が、撮
像光学系を介して動的被検面を照明する照明態様」の設定により可能である。
【０１５５】
そして、例えば、上に説明した実施の形態にように、距離：Ｄｂと間隔：Ｄが「測定環
境温度の変動」に拘わらず、条件（１）を満足するようにすることもできる。
【０１５６】
従って、撮像光学系の結像倍率：Ｍの「測定環境温度の変化による変動量」を小さくす
ることにより、測定環境温度の変動による変位測定の精度の変動も小さくできる。
【０１５７】
撮像光学系の結像倍率：Ｍが「温度変化に対して鈍感（変化し難い）となる」ように、
撮像光学系を構成することは可能である。
【０１５８】
例えば、第１群５１、第２群５２を構成するレンズＬ５１、Ｌ５２を「屈折率の温度に
よる変動」や「体積の温度による変動」が小さい硝材で構成する。
【０１５９】
そして、鏡筒６も、体積膨張係数が十分に小さい材料で形成する。
【０１６０】
このようにすれば、測定環境温度の変動に対し結像倍率：Ｍの変動量が小さい撮像光学
系を実現できる。
【０１６１】
しかし、変位測定に高い精度が要求される場合には、このような「結像倍率：Ｍの変動
量が小さい撮像光学系」でも不十分であることも考えられる。
【０１６２】
以下に説明する実施の形態では、この点を考慮して「群間隔調整機構」を設ける。
【０１６３】
群間隔調整機構は、撮像光学系を構成する第１群と第２群の各焦点距離の、測定環境温
度の変動による変動量に応じて、第１群と第２群の群間隔を調整する。
【０１６４】
第１群と第２群の群間隔調整は、結像倍率：Ｍの「測定環境温度の変化に伴う変化」が抑制されるように行われる。
【０１６５】
撮像光学系の結像倍率は、近軸光線の領域では一定であるが、実際の撮像光学系では、
実像の像高（「実像高」と言う。）により僅かながら変化する。
【０１６６】
以下の実施例では、５つの物体高を取り、これら５点の物体高に対する５点の実像高に
おける倍率の平均値が、測定環境温度によりどのように変化するかを調べている。
【０１６７】
以下、実施例を説明する。
【実施例】
【０１６８】
図１（ｂ）に示すように、撮像光学系の第１群５１を２枚のレンズＬ１、Ｌ２で構成し
、第２群５２を２枚のレンズＬ３、Ｌ４で構成した。
【０１６９】
レンズＬ１、Ｌ２を張り合わせて第１群５１とし、レンズＬ３、Ｌ４を張り合わせて第
２群５２とした。
【０１７０】
第１群５１の物体側のレンズＬ１は焦点距離：５．９９１ｍｍとし、硝材はＨＯＹＡ製
「Ｅ−Ｃ８」とした。  
第１群５１の開口絞りＳ側のレンズＬ２は焦点距離：−１１．８３８ｍｍとし、硝材は
ＨＯＹＡ製「ＰＣＤ４」とした。
【０１７１】
第２群５２の開口絞りＳ側のレンズＬ３は焦点距離：−９．４７１ｍｍとし、硝材はＨ
ＯＹＡ製「ＰＣＤ４」とした。
【０１７２】
第２群５２の像側のレンズＬ４は焦点距離：４．７９３ｍｍとし、硝材はＨＯＹＡ製「
Ｅ−Ｃ８」とした。  
第１群５１の焦点距離：ｆ１は１２．５ｍｍ、第２群の焦点距離：ｆ２は１０．０ｍｍ
である。これらは測定環境温度:２０℃における値である。
【０１７３】
第１群５１の像側焦点位置と第２群５２の物体側焦点位置は合致させられ、これら各焦
点の合致位置に、開口絞りＳが配置されている。
【０１７４】
仮に、この撮像素子を図１（ａ）のように用い、動的被検面Ｏｂを第１群５１の物体側
焦点位置に位置させ、受光面７Ａをガウス面に合致させれば、結像倍率は０．８である。
【０１７５】
実施例においては、動的被検面Ｏｂから受光面７Ａに到る距離関係を、図１（ｂ）に示
す如くに定めた。
【０１７６】
また、測定環境温度の変化範囲は以下のように定めた。
【０１７７】
即ち、室温：２０℃において、変位測定装置の電流を投入した直後は、熱源による変位
測定装置の温度上昇がほぼゼロであると見做し、撮像光学系の温度も２０℃とする。  
室温：２０℃の環境温度において、電流を投入して、熱源による変位測定装置の温度上
昇が飽和したときの、撮像光学系の温度は８５℃であった。
【０１７８】
この実施例における撮像光学系の温度（測定環境温度）が、２０℃から８５℃に変化し
たときの、第１群５１、第２群５２の各焦点距離の変化は以下のとおりとなった。
【０１７９】
即ち、焦点距離：ｆ１の変動量は−２×１０−２（μｍ）、焦点距離：ｆ２の変動量は
−２×１０−２（μｍ）である。
【０１８０】
即ち、第１群５１、第２群５２の各焦点距離の変化量は、極めて小さく、実質上「０」
と看做しうる程度である。
【０１８１】
なお、測定環境温度の変化により第１群５１、第２群５２の焦点距離が変動する原因と
しては「光源１における発光波長が温度により変化する」ことを挙げられる。
【０１８２】
説明中の実施例では、測定環境温度の変化領域における光源１の発光波長の変動範囲と
して「波長：６４９．９ｎｍ〜６６８．５３２ｎｍ」を想定している。
【０１８３】
実施例の第１群５１、第２群５２の「上記範囲の波長変動に対しする焦点距離の変化」
は無視できるほどに小さく、以下ではこれを無視して説明する。
【０１８４】
上記の如き「極めて微小な焦点距離変化」であっても、僅かながら撮像光学系の倍率が
変化する。
【０１８５】
そして、このような僅かな倍率変化が「検出長に与える誤差」が問題となるほどに、高
い測定精度が要求されることもある。
【０１８６】
発明者らは、測定環境温度の変化に応じて、撮像光学系における第１群５１と第２群５
２との群間隔を調整することにより、倍率変化を抑制できることを見出した。
【０１８７】
即ち、物体高の最大に対応する実像高を１．０と規格化し、他の実像高を像高比：０．
２、０．４、０．６、０．８とし、これらの５点の像高比における倍率の平均を求めた。
【０１８８】
そして、これら像高比における基準温度:２０度での倍率と測定環境温度：８５℃にお
ける倍率の平均の変化率（％）を求めた。
【０１８９】
測定環境温度:８５℃において、第１群５１と第２群５２との群間隔を「設計基準を０
」として０．００５ｍｍ刻みで変化させた。
【０１９０】
このとき、群間隔と倍率の変化量（前記平均値の変化量）と、群間隔とは、図３に示す
如く「直線的な関係をもって変化する」ことが見出された。
【０１９１】
図３において、縦軸の「倍率の変化量」は、基準温度:２０度と測定環境温度：８５℃
における倍率（前記５つの像高比における倍率の平均値）の変化率（％）である。
【０１９２】
図３の横軸は、撮像光学系の第１群５１と第２群５２の群間隔の変化量である。
【０１９３】
縦軸量をｙ、横軸量をｘとすると、図３の直線は、良い近似で、
ｙ＝５．５０１６ｘ−０．１１３９  
と表される。
【０１９４】
図３を見ると、ｙが０となるｘの値は「約＋２０．７１μｍ」である。
【０１９５】
従って、測定環境温度が８５℃になるときに、上記群間隔が２０．７１μｍだけ、設計
値よりも長くなれば、倍率平均の変化量を極めて０に近くできる。
【０１９６】
このとき、変位測定装置の測定環境温度の変動により生じる撮像光学系の「実像高の倍
率平均の変動」を０．０１％以下にできることが確認された。
【０１９７】
既述の如く、この発明の変位測定装置では、条件（１）のパラメータ：Ｄ／Ｄｂ＝０で
あるので「倍率の変化率と検出長の変化率」の絶対値が等しいことになる。
【０１９８】
従って、検出長の変動を０．０１％以下にすることができることになる。
【０１９９】
実施例を説明中の変位測定装置は「群間隔調整機構」を有している。
【０２００】
「群間隔調整機構」は、撮像光学系を構成する第１群５１と第２群５２の各焦点距離の
、測定環境温度の変動による変動量に応じて、第１、第２群間の群間隔を調整する。
【０２０１】
群間隔調整機構による群間隔の調整は、測定環境温度の変動によるスペックルパターン
の複数の実像高における倍率の平均の変動を抑制するように行われる。
【０２０２】
説明中の実施例においては、測定環境温度が２０℃から８５℃に変化したときに、第１
、第２群の群間隔が上述の＋２０．７１μｍだけ増加するように群間隔の調整を行う。
【０２０３】
図４は、群間隔調整機構の実施の１形態を示す。実施例の群間隔調整機構は、以下のよ
うにして上記群間隔の調整を行う。
【０２０４】
図４に示すのは、撮像光学系を保持する保持機構を示す。
【０２０５】
この保持機構は、鏡筒の組み合わせにより構成されている。
【０２０６】
図４において、符号５１、５２、Ｓは、これまでの説明どおり第１群、第２群、開口絞
りを示している。
【０２０７】
第１群５１、第２群５２は図示の簡単のため、それぞれ１枚のレンズとして描いている
が、説明中の実施例では上記のように何れも２枚のレンズを張り合わせた構成である。
【０２０８】
測定環境温度が基準温度：２０℃のとき、第１群５１の焦点距離：ｆ１は１２．５ｍｍ
、第２群の焦点距離：ｆ２は１０．０ｍｍである。
【０２０９】
測定環境温度が基準温度のときの、動的被検面Ｏｂ、受光素子の受光面７Ａと、第１群
５１、第２群５２、開口絞りＳの位置関係は図１（ｂ）に示す通りである。
【０２１０】
第１群５１、第２群５２の焦点距離は、測定環境温度が８５℃になると、上記の如く、
それぞれ−２×１０−２μｍだけ変化する。
【０２１１】
図４において、符号６１は第１鏡筒、符号６２は第２鏡筒、符号６３は第３鏡筒を示し
ている。
【０２１２】
第１鏡筒６１は第１群５１を保持し、第２鏡筒６２は第２群５２を保持している。第３
鏡筒６３は、第１鏡筒６１と第２鏡筒６２との間に設けられている。
【０２１３】
第１鏡筒６１は、図２に示すハウジング８１、８２により保持されている。  
第１鏡筒６１は、ハウジング８１、８２に対して摺り動きできるが、軸方向の「第１群
５１を保持する位置ＦＸの部分」で、ハウジング８１、８２に固定されている。
【０２１４】
従って、第１鏡筒６１は、測定環境温度の変化により熱的に伸縮し、ハウジング８１、
８２に対し軸方向に摺り動くが、第１群５１は変位しない。  
開放絞りＳも第１鏡筒６１に固定的に保持されている。
【０２１５】
第３鏡筒６３は、第１鏡筒６１の内周に嵌め合わされている。  
第２鏡筒６２は、第３鏡筒６３の内周に嵌め合わされている。第２鏡筒６２は、第３鏡
筒６３に対して摺り動くことができる。
【０２１６】
しかし、第２鏡筒６２の図で上端部は、第３鏡筒６３の上端部に固定されている。
【０２１７】
第１鏡筒６１と第３鏡筒６３は共に、図における下端部を、撮像素子７に固定されてい
る。
【０２１８】
図４に示す如く、第１鏡筒６１、第３鏡筒６３と撮像素子７の当接部を基準として、距
離：Ｚ１、Ｚ２、Ｚ３設定する。  
距離：Ｚ１は上記当接部から第１群５１までの距離、距離：Ｚ２は第３鏡筒６３の上端
部から第２群５２までの距離である。
【０２１９】
距離：Ｚ３は上記当接部から第３鏡筒６３の上端部までの距離である。
【０２２０】
第１鏡筒６１、第２鏡筒６２、第３鏡筒６３を構成する各材料の線膨張係数をそれぞれ
、α１、α２、α３とする。
【０２２１】
すると、測定環境温度が２０℃から８５℃に昇温すると、距離：Ｚ１、Ｚ２、Ｚ３の線
膨張量は、６５・α１・Ｚ１、６５・α２・Ｚ２、６５・α３・Ｚ３となる。
【０２２２】
基準の測定環境温度:２０℃において、第１群５１と第２群５２の群間隔は、
Ｚ１−（Ｚ３−Ｚ２）＝Ｚ１＋Ｚ２−Ｚ３
である。
【０２２３】
従って、測定環境温度が８５℃であるときの、群間隔は、
Ｚ１（１＋６５・α１）＋Ｚ２（１＋６５・α２）−Ｚ３（１＋６５・α３）
である。
【０２２４】
従って、群間隔の変化量：ΔＬは  
ΔＬ＝６５（α１・Ｚ１＋α２・Ｚ２−α３・Ｚ３）
となる。
【０２２５】
６５・α１・Ｚ１＝ΔＺ１、６５・α２・Ｚ２＝ΔＺ２、６５・α３・Ｚ３＝ΔＺ３と
すると、
ΔＬ＝ΔＺ１＋ΔＺ２−ΔＺ３
である。
【０２２６】
説明中の実施例においては、この変化量：ΔＬが＋２０．７１μｍとなるようにした。
【０２２７】
即ち、第１鏡筒６１と第３鏡筒６３とを共に「ＳＵＳ４３０」で形成し、第２鏡筒６２
を「ポリアミドイミド」により形成した。
【０２２８】
これらの材料の線膨張係数（単位：１／Ｋ  Ｋはケルビン温度）は、ＳＵＳ４３０につ
いて「１．０４×１０−５」、ポリアミドイミドについて「３．８×１０−５」である。
【０２２９】
即ち、α１＝α３＝１．０４×１０−５(１/Ｋ)、α２＝３．８×１０−５(１/Ｋ)であ
る。
【０２３０】
これを踏まえて、距離：Ｚ１〜Ｚ３を以下のように設定した。
【０２３１】
Ｚ１＝２７．０６０ｍｍ、Ｚ２＝０．４１９ｍｍ、Ｚ３＝２１．７８ｍｍ  
これにより、２０℃から８５℃への測定環境温度の変化に対し、ΔＺ１＝１８．２９μ
ｍ、ΔＺ２＝７．８０５μｍ、ΔＺ３＝５．３８１μｍが得られた。
【０２３２】
即ち、ΔＺ１＋ΔＺ２−ΔＺ３＝＋２０．７１μｍ
を実現することができた。
【０２３３】
その結果、前記「５つの実像高における倍率の平均の変動率」を「−１．５４×１０−
６（％）」に最小化することができた。
【０２３４】
既に説明したように、実施例において「Ｄ／Ｄｂ＝０」が満足されているので、倍率：
Ｍの変化率と検出長の変化率は等しい。
【０２３５】
従って、検出長の変動を−１．５４×１０−６（％）にすることができた。  
これは、実質的に「検出長の変動をゼロにできた」と見ることができる。
【０２３６】
実施例の変位測定装置を実際に製造する場合「製造可能な鏡筒部品とレンズ部品の寸法
公差による検出長の誤差」は上記の設計中央値よりは大きい。
【０２３７】
しかし、この寸法誤差による検出長の誤差は「＋０．００８％〜−０．００５％程度」
であり、製造可能な公差レベルでの実機性能においても優れているといえる。  
寸法公差は１０μｍ、レンズ部品の「ニュートン本数」は３本以下、硝材のグレードは
「２級」で見積もっているので、十分に製造可能な公差となっている。
【０２３８】
上に実施の形態を説明した変位測定装置は、レーザ光源１とカップリングレンズ２を有
する照明光学系３によるコヒーレント光を照射光とする。
【０２３９】
そして、この照明光により、動的被検面Ｏｂを所定の位置で照明し、動的被検面Ｏｂに
よる検出光を、撮像光学系を介して撮像素子７に導光する。
【０２４０】
撮像素子７により、所定のフレームレートで動的被検面Ｏｂによるスペックルパターン
を取得し、所定の時間間隔で取得したスペックルパターン相互の相互相関演算を行う。
【０２４１】
その演算結果に基づき、動的被検面Ｏｂの、移動距離および移動速度の少なくとも一方
を測定する。
【０２４２】
撮像光学系は、動的被検面Ｏｂ側から順に、正のパワーの第１群５１、開口絞りＳ、正
のパワーの第２群５２によって構成される。
【０２４３】
開口絞りＳは、第１群５１の像側焦点面で、且つ、第２群５２の物体側焦点面である位
置に設けられる。
【０２４４】
撮像素子７の受光面７Ａが、動的被検面Ｏｂの撮像光学系によるガウス面ＧＭに合致さ
せられる。
【０２４５】
動的被検面Ｏｂのボイリング面ＢＭと、動的被検面の撮像光学系によるガウス面ＧＭと
の距離：Ｄｂ、ガウス面ＧＭと撮像素子の受光面７Ａとの間隔：Ｄは、条件（１）を満足
するように「撮像光学系を介しての動的被検面の照明態様」が定められている。
【０２４６】
また、上に説明した変位測定装置の実施例では、撮像光学系の第１群５１と第２群５２
が何れも、材料の異なる２枚以上のレンズＬ１、Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４で構成されている。
【０２４７】
そして、距離：Ｄｂ、間隔：Ｄが、測定環境温度の変動に拘わらず、条件：  
（１）  Ｄ／Ｄｂ≒０
を満足する。
【０２４８】
上記実施例は、撮像光学系を構成する第１群５１と第２群５２の各焦点距離の、測定環
境温度の変動による変動量に応じ、第１、第２群の群間隔を群間隔調整機構で調整する。
【０２４９】
群間隔調整機構は、測定環境温度の変動によるスペックルパターンの「複数の実像高に
おける倍率の平均」の変動を抑制する。
【０２５０】
実施例の群間隔調整機構は、第１群５１を保持する第１鏡筒６１と、第２群５２を保持
する第２鏡筒６２を少なくとも含む複数の鏡筒を有する。
【０２５１】
第１鏡筒６１と第２鏡筒６２とは互いに線膨張係数が異なり、これら第１鏡筒６１およ
び第２鏡筒６２の一方は、一端を撮像素子７に固定されている。
【０２５２】
そして、測定環境温度の変動に伴う複数の鏡筒の伸縮により、測定環境温度の変動によ
るスペックルパターンの複数の実像高における倍率の平均の変動を抑制する。
【０２５３】
実施例の変位測定装置では、群間隔調整機構は、第１群５１を保持する第１鏡筒６１と
、第１鏡筒６１に対して摺り動き可能な第３鏡筒６３と、第３鏡筒６３に対して摺り動き
可能で、第２群５２を保持する第２鏡筒６２を有する。
【０２５４】
第１鏡筒６１および第３鏡筒６３は一端を撮像素子７に固定されている。
【０２５５】
測定環境温度の変動に伴う第１鏡筒６１ないし第３鏡筒６３の伸縮により、測定環境温
度の変動によるスペックルパターンの複数の実像高の倍率の平均の変動を最小化する。
【０２５６】
変位測定装置の上記実施例に用いられる撮像素子を構成する第１群５１および第２群５
２の、測定環境温度の最大変化に対する焦点距離の変化は、焦点距離の０．００１％以下
である。
【０２５７】
上の説明から明らかなように、実施例に用いられている第１鏡筒６１と第３鏡筒６３と
は同一材料で形成されている。
【０２５８】
従って、これらは別部材とせずに一体として構成しても良い。  
第１群、第２群を保持するのに用いる鏡筒の数をさらに４以上に増やしても良い。この
ようにすると、線膨張率の異なる材料の組み合わせの自由度が増大する。
【０２５９】
その結果、群間隔の調整が容易となる。
以上、変位測定装置の実施例を説明したが、以下には、第１〜第３鏡筒の具体的な構成例を具体例として、図７以下を参照して説明する。
【０２６０】
図７において、符号６１Ａは第１鏡筒、符号６２Ａは第２鏡筒、符号６３Ａは第３鏡筒を示し、符号Ｓは開口絞り、符号７は撮像素子を示す。
【０２６１】
また、符号５１は撮像光学系の第１群、符号５２は撮像光学系の第２群を示す。
第１鏡筒６１Ａ、第２鏡筒６２Ａ、第３鏡筒６３Ａは何れも、軸ＡＸに関して回転対称である。
【０２６２】
第１鏡筒６１Ａは第１群５１を保持し、第２鏡筒６２Ａは第２群５２を保持している。
軸ＡＸは、第１鏡筒６１Ａ、第２鏡筒６２Ａに保持された第１群５１、第２群５２の共通の光軸、即ち、撮像光学系の光軸である。
【０２６３】
軸ＡＸは上述の如く、第１〜第３鏡筒６１Ａ〜６３Ａの「回転対称軸」でもある。  
そこで、鏡筒との関係においては軸ＡＸを「鏡筒軸」と呼び、撮像光学系との関係では「光軸」と呼ぶ。これらを区別しないときは単に「軸ＡＸ」と言う。
【０２６４】
第１〜第３鏡筒６１Ａ〜６３Ａは、図の如く互いに鏡筒軸ＡＸ方向へ「摺り動き」できるように嵌りあっている。
そして、第１鏡筒６１Ａと第３鏡筒６３Ａの「図で下方の端部」は、撮像素子７の上面７ａに突き当てられて固定されている。
【０２６５】
第１鏡筒６１Ａは、その内部構造において、軸ＡＸに直交する平面部分６１ａを形成されている。
第２鏡筒６２Ａは、軸ＡＸに直交する平面部分６２ａ、６２ｂ、６２ｃを有する。
【０２６６】
平面部分６２ａと６２ｂとは、第１群５１側において軸ＡＸ方向に段差をなし、開口絞りＳは平面部分６２ｂに設けられている。
【０２６７】
また、平面部分６２ａは、第１鏡筒６１Ａの平面部分６１ａとの間に「間隙」を持っている。この間隙を便宜上「間隙ａ」と呼ぶ。
【０２６８】
第２鏡筒６２Ａの図で下方の端部をなす平面部分６２ｃは、撮像素子７の上面７ａとの間に「間隔」をもっている。この間隔を便宜上「間隔ａ」と呼ぶ。
【０２６９】
また、第１鏡筒６１Ａの平面部分６１ａと、第２鏡筒６２Ａの平面部分６２ｂとの間は「空隙部」となっている。この空隙部を便宜上「空隙部ａ」と呼ぶ。
【０２７０】
先ず、間隔ａについてみると、第２鏡筒６２Ａは、第３鏡筒６３Ａとの関係では、図７において、下方へ熱膨張する。
【０２７１】
この熱膨張により間隔ａが縮小し、第２鏡筒６２Ａの平面部分６２ｂが、撮像素子７の上面７ａに当接すると、第２鏡筒６２ａの熱膨張による伸び量が規制される。
【０２７２】
その結果、第２群５２の軸ＡＸ方向の所望の変位量が得られなくなる。
従って、間隔ａは、第２鏡筒６２Ａと撮像素子７が、測定環境温度の変動に拘わらず、相互に接触しないような大きさに設定する。
このようにすれば、第２鏡筒６２Ａの鏡筒軸ＡＸ方向における第１群５１側の最端面部である平面部６２ａが、測定環境温度の変動に拘わらず、第１鏡筒６１Ａの上記最端面部に対向する面である平面部６１ａに接触しない。
【０２７３】
次に、間隙ａについてみると、測定環境温度が上昇すると、第２鏡筒６２Ａ、第３鏡筒６３Ａは共に熱膨張する。
【０２７４】
このとき、第２鏡筒６２Ａの平面部分６２ａは、第１鏡筒６１Ａの平面部分６１ａに向かって伸びる。
【０２７５】
この伸びによって、平面部分６２ａが平面部分６１ａに当接すると、第２鏡筒６２Ａの熱による伸び量が規制されて所望の変位量が得られなくなる。
その結果、所望の郡間隔変位量も得られなくなる。
【０２７６】
従って、間隔ａの大きさは、第２鏡筒６２Ａの第１群５１側の平面部分６２ａが、測定環境温度の変動に拘わらず、平面部分６１ａに接触しないような大きさに設定する。
【０２７７】
図８は、図７の変形例である。繁雑をさけるため、混同の恐れがないと思われるものについては、図７におけると符号を共通化する。
【０２７８】
第１鏡筒６１Ａの平面部分６１ａと第２鏡筒２Ａの平面部分６２ｂとの間の空隙部ａに、圧縮性の弾性部材であるバネ部材ＳＰ１を配置した。
【０２７９】
即ち、第１鏡筒６１Ａと第２鏡筒６２Ａの間に、第２鏡筒６２Ａを第３鏡筒６３Ａに押圧させる弾性力を作用させる反発性の弾性部材ＳＰ１を有する。
【０２８０】
バネ部材ＳＰ１は「反発性」であり、その弾性力は、第２鏡筒６２Ａを、図で下方へ押圧するように作用する。
【０２８１】
この凹圧力は、第２鏡筒６２Ａを第３鏡筒６３Ａに押圧して第２鏡筒６２Ａと第３鏡筒６３Ａとの接触を確保するとともに、第３鏡筒６３Ａの撮像素子７への当接を保証する。
【０２８２】
変位測定時に、振動等の外乱によって第３鏡筒６３Ａが撮像素子７から離間すると、所望の群間隔の熱変位量からずれてしまう恐れがある。
【０２８３】
バネ部材ＳＰ１が第２鏡筒６２Ａを撮像素子７側に押圧することによって、第３鏡筒６３Ａが撮像素子７から離間しないようにする効果が得られる。
【０２８４】
図９は、図８に具体例を示した部分を、ハウジング８１Ａ、８１Ｂに配置した状態を示している。符号８３Ａは、底板を示す。
【０２８５】
この例では、撮像素子７およびハウジング８１Ａは、図の下方の部分で底板８３Ａに固定され、第１鏡筒６３Ａ、第３鏡筒６３Ａは撮像素子７に固定されている。
【０２８６】
従って、第１鏡筒６１Ａ、第３鏡筒６３Ａは、撮像素子７の上面を基準として、熱膨張し、その際、ハウジング８１Ａ、８２Ａに対して、また相互に摺り動く。
【０２８７】
図９の具体例では、軸ＡＸの上方の部分で、ハウジング８１Ａ、８２Ａと第１鏡筒６１Ａとの間にスペースＳＰが設けられている。
【０２８８】
従って、第１鏡筒６１Ａの熱膨張に伴う伸びは、ハウジング８１Ａ、８２Ａに妨げられない。
【０２８９】
従って、ハウジング８１Ａ、８２Ａにより第１鏡筒６３Ａの「熱による変位量」が規制されることにより「所望の群間隔の変位量」が得られなくなるという問題が回避される。
【０２９０】
即ち、スペースＳＰは「ハウジング８１Ａ、８１Ａと、第１鏡筒６１Ａとが、測定環境温度の変動に拘わらず、鏡筒軸ＡＸ方向において接触しない程度」の大きさに設定する。
【０２９１】
図１０の具体例は、図９の具体例の変形例であり、図９に示したスペースＳＰの部分に、圧縮性の弾性部材であるバネ部材ＳＰ２が配置されている。
即ち、バネ部材ＳＰ２は、第１鏡筒６１Ａを保持するハウジング８１Ａ、８２Ａと、第１鏡筒６１Ａの互いに対向する対向面間に配置されている。
【０２９２】
バネ部材ＳＰ２は「圧縮性」であるので、第１鏡筒６１Ａを軸ＡＸ方向の下向きに押圧する弾性力を作用させる。
【０２９３】
第１鏡筒６１Ａは、バネ部材ＳＰ２による「図の下向きの弾性力」と、バネ部材ＳＰ１による「上向きの弾性力」の合力により撮像素子７に押し当てられる。
【０２９４】
第３鏡筒６３Ａは、バネ部材ＳＰ１、ＳＰ２による図の下向きの弾性力の合力により、撮像素子７に押し当てられる。
【０２９５】
従って、図１０の例では、第１鏡筒６１Ａ、第３鏡筒６３Ａの「図で下方の端部」を撮像素子７に固定する必要はない。
【０２９６】
図１０の具体例の場合も、振動等の外乱によって第１鏡筒６１Ａが撮像素子７から離間することによる「所望の群間隔の熱変位量からずれる問題」を回避することができる。
【０２９７】
図１０に示す具体例のように、２つのバネ部材ＳＰ１、ＳＰ２を用いると、上記の如く、第１鏡筒６１Ａ、第３鏡筒６３Ａは、撮像素子７に押し当てるのみでよい。
【０２９８】
この場合、バネ部材ＳＰ１、ＳＰ２のバネの強さを適正に設定することにより、重力の作用のもとでの「第１鏡筒６１Ａ、第３鏡筒６３Ａと撮像素子７の当接」を確保できる。
なお、請求項１３、１４との関連で言えば、バネ部材ＳＰ１は「バネ部材Ａ」、バネ部材ＳＰ２は「バネ部材Ｂ」である。
【０２９９】
図１０に即して説明した例は「変位測定装置が動的被検面の下方に配置される場合」である。以下、重力の加速度を「Ｇ」とする。
【０３００】
第１鏡筒６１Ａ、第２鏡筒６２Ａ、第３鏡筒６３Ａの質量を、それぞれＭ１、Ｍ２、Ｍ３とする。
【０３０１】
そうすると、上に説明した各具体例では、第１鏡筒６１Ａ、第２鏡筒６２Ａ、第３鏡筒６３Ａに、図で下向きの重力：Ｍ１Ｇ、Ｍ２Ｇ、Ｍ３Ｇが作用する。
【０３０２】
バネ部材ＳＰ１のバネ定数をＫ１、撓み量をｎ１とし、バネ部材ＳＰ２のバネ定数をＫ２、撓み量をｎ２とする。
このようにすると、第１鏡筒６１Ａに作用する力は「各図の上向き正」として、
Ｋ１・ｎ１−Ｋ２・ｎ２−Ｍ１・Ｇ
となる。
【０３０３】
また、第３鏡筒６３Ａに作用する力は、
−Ｋ１・ｎ１−Ｋ２・ｎ２−Ｍ２・Ｇ−Ｍ３・Ｇ
となる。
【０３０４】
このとき、第１鏡筒６１Ａが、撮像素子７から離隔しないためには、
Ｋ１・ｎ１−Ｋ２・ｎ２−Ｍ１・Ｇ＜０                （１）
であればよい。第１鏡筒６１Ａに作用する合力は、各図で下方に向かうからである。
【０３０５】
また、第３鏡筒６３Ａが、撮像素子７から離隔しないためには、
−Ｋ１・ｎ１−Ｋ２・ｎ２−Ｍ２・Ｇ−Ｍ３・Ｇ＜０      （２）
であれば良いことになる。
【０３０６】
従って、第１〜第３鏡筒の質量：Ｍ１〜Ｍ３に応じて、上記式（１）、（２）が同時に満足されるように、バネ部材ＳＰ１、ＳＰ２のバネ定数・撓み量を設定すればよい。
【０３０７】
逆に、変位測定装置が「動的被検面よりも上位」に配置される場合には、撮像素子７が、一番上になる。
【０３０８】
このとき、第１鏡筒６１Ａが、撮像素子７から離隔しないためには、
−Ｋ１・ｎ１＋Ｋ２・ｎ２−Ｍ１・Ｇ＞０                （３）
であればよい。
【０３０９】
また、第３鏡筒６３Ａが、撮像素子７から離隔しないためには、
Ｋ１・ｎ１−Ｍ３・Ｇ＞０                              （４）
であれば良いことになる。
【０３１０】
従って、この場合には第１〜第３鏡筒の質量：Ｍ１〜Ｍ３に応じて式（３）、（４）が同時に満足されるように、バネ部材ＳＰ１、ＳＰ２のバネ定数・撓み量を設定する。
【０３１１】
図１１は、別の具体例を要部のみ示している。図１１の具体例は、上に説明した図４、図７〜図１０に即して説明した例に対しても、その特徴部分を適用することができる。
【０３１２】
図７〜図１０におけると同一の符号の部分は、これらの図におけると同じものを示す。
図１１において、符号１１Ｐで示す「破線の円で囲んだ部分」が特徴部分である。
【０３１３】
即ち、図１１に示す具体例の特徴とするところは、第２鏡筒６２Ｂと第３鏡筒６３Ｂとの当接面ＳＦが、鏡筒軸ＡＸに対して傾いた面（円錐面）となっている点にある。
【０３１４】
例えば、図１０に示す具体例では、第２鏡筒６２Ａと第３鏡筒６３Ａが、軸ＡＸ方向において当接しあう面は平面である。
【０３１５】
このため、第２鏡筒６２Ａと第３鏡筒６３Ａとに対して、この平面に平行な方向にずらすような「何らかの要因」が作用した場合に、ずれが発生する恐れがある。
【０３１６】
このような「ずれ」は、第１群５１と第２群５２との「光軸のずれ」を招来し、結像倍率が変化する原因となる。
【０３１７】
図１１のように、第２鏡筒６２Ｂと第３鏡筒６３Ｂが軸ＡＸ方向に当接しあう当接面ＳＦを、軸ＡＸに対して傾いた斜面にすると、この問題を解消できる。
【０３１８】
即ち、斜面（円錐面）ＳＦは、第２鏡筒６２Ｂと第３鏡筒６３Ｂの上記「軸ＡＸの直交する方向へのずれ」を抑制する。
【０３１９】
第２鏡筒６２Ｂと第３鏡筒６３Ｂは、斜面ＳＦにならって当接して押圧されることにより、第２鏡筒６２Ｂと第３鏡筒６３Ｂがアライメントされる効果が得られる。
なお、当接面ＳＦの傾きは、軸ＡＸから離れる側へ下がるようにしてもよい。
【０３２０】
図１２は、別の具体例の要部を示している。図１２の具体例は、上に説明した図４、図７〜図１１に即して説明した例に対しても、その特徴部分を適用することができる。
図１２では、図１１の具体例に適用した場合を示している。
【０３２１】
図１２において、符号１２Ｐで示す「破線の円で囲んだ部分」が特徴部分である。  
即ち、第３鏡筒が、軸ＡＸ方向に２つの部分６３ｃ１、６３ｃ２に分けられている。
【０３２２】
上に説明したように、第１鏡筒、第２鏡筒、第３鏡筒は、それぞれ、所定の線膨張係数を有する材料によるものが組み合わせられる。
【０３２３】
しかし、常に所望の線膨張係数を有する適当な材料が存在するとは限らない。  
このような場合、線膨張係数の異なる２種以上の材料で、鏡筒を複合的に構成することにより、条件を満足させることができる。
【０３２４】
図１２に示す具体例では、第３鏡筒は２つの鏡筒部分６３ｃ１、６３ｃ２により構成されており、これらの鏡筒部分を構成する材料の線膨張係数をそれぞれβ１、β２とする。
【０３２５】
また、鏡筒部分６３ｃ１、６３ｃ２の長さをそれぞれ、Ｚ３１、Ｚ３２とし、測定環境温度の変化：ΔＴに対して必要な、第３鏡筒の長さの変化量をΔ３０とする。
【０３２６】
この場合、線膨張係数：β１、β２に応じて、
Δ３０＝（β１・Ｚ３１＋β２・Ｚ３２）ΔＴ
を満足するように、上記Ｚ３１、Ｚ３２を設定すればよい。
【０３２７】
第３鏡筒のみならず、第１鏡筒６１Ａや第２鏡筒６２Ａも、線膨張係数の異なる２種以上の鏡筒部材を鏡筒軸方向に連結させて構成できることは言うまでも無い。
【０３２８】
撮像光学系は、前述の如く「開口絞り」を有している。
【０３２９】
動的被検面の変位測定に際して、動的被検面の「反射率や変位速度」が変動すると、取得するスペックルパターンのコントラストが変化する。
【０３３０】
このようなスペックルパターンのコントラストの変動は、測定精度に影響するので、取得するスペックルパターンは「コントラストの良いパターン」であることが好ましい。
【０３３１】
「コントラストの良いスペックルパターン」は、明部と暗部の比が概ね１：１程度である。
【０３３２】
図１３に示す具体例では、この問題に対処したものである。
即ち、この具体例は、絞り可変機構７０を有する。
【０３３３】
絞り可変機構７０は、撮像素子７の出力に基づき、取得したスペックルパターンの輝度信号を検知し、「輝度の変化」に応じて、開口絞りＳの開口を調整する。
【０３３４】
この調整は「輝度分布を検知して、輝度分布の変化を相殺するように開口を制御」するように行うのが好ましい。
このように調整を行うと、コントラストが安定する。  
【０３３５】
しかし、これに限らず、輝度分布の変化量が所定の閾値を超えたところで絞りを一段変更するという制御を行うこともできる。
【０３３６】
開口絞りＳの開口を変化させる機構は、従来から知られた種々のものを適用できる。
【０３３７】
しかし、鏡筒部の構成や撮像光学系のサイズを考慮すると、開口絞りＳを液晶フィルタで構成し、開口の大きさを段階的に切り替えられるようにし、輝度分布の変化量に応じて、電気的に開口の大きさを切り替えるようにするのが好ましい。
【０３３８】
先に、実施例で説明した撮像光学系を用いた変位測定装置を用い、リニアステージに貼着した印刷用貼着用紙の表面を動的被検面として変位測定を行なった。
【０３３９】
動的被検面は、線速：１００ｍｍ／秒で、５０ｍｍ移動させたときの移動量を「移動距離」即ち検出長として、測定を行なった。
【０３４０】
リニアステージ自体の位置決め精度は０．２μｍであり、５０ｍｍの送り量に対する誤差は０．０００４％である。
【０３４１】
実施例の変位測定装置の誤差範囲は、前述の如く「＋０．００８％〜−０．００５％程度」である。
【０３４２】
連続測定を行なった結果、測定環境温度の変動に拘わらず、誤差範囲は上記範囲に収まり、測定環境温度の変動の影響が有効に抑制されていることが確認できた。
【０３４３】
上に実施の形態、実施例を説明した変位測定装置を用いることにより、以下の変位測定方法を実施できる。
【０３４４】
即ち、この変位測定方法では、レーザ光源とカップリングレンズを有する照明光学系に
よるコヒーレント光を照射光として、動的被検面を所定の位置で照明する。
【０３４５】
そして、動的被検面による反射光を、撮像光学系を介して撮像素子に導光し、所定のフ
レームレートで動的被検面によるスペックルパターンを取得する。
【０３４６】
所定の時間間隔で取得したスペックルパターン相互の相互相関演算を行い、その演算結
果に基づき、動的被検面の、移動距離および移動速度の少なくとも一方を測定する。
【０３４７】
また、上に実施の形態および実施例を説明した変位測定装置は、定方向へ定速で移動す
る移動体の表面に画像を形成する画像形成装置において、移動体の表面を動的被検面とし
て、その移動距離及び移動速度の少なくとも一方の測定をするのに用いることできる。
【０３４８】
この画像形成装置としては、電子写真プロセスを用いて、光導電性の感光体に静電潜像
を形成し、該静電潜像をトナー画像として可視化し、得られたトナー画像を被転写体に転
写する方式の画像形成装置であることができる。
【０３４９】
この場合において、変位測定装置により、被転写体を移動体として、その表面の移動距
離および移動速度の少なくとも一方の測定を行なう。
【０３５０】
以上に説明したように、この発明の変位測定装置は、測定環境温度の変化に対して、検
出長の変動が極めて小さく「安定した変位測定」を実現できる。
【０３５１】
従って、この発明の変位測定装置は、インクジェット方式や電子写真方式のカラー画像
形成装置の紙搬送速度や中間転写ベルト等の速度の制御用のセンサとして用い得る。
【０３５２】
この発明の変位定装置は、スペックルパターンを用いて測定を行っているから、測定対
象である動的被検面に微細な凹凸があれば測定を実施できる。
【０３５３】
スペックルパターンが発生することが要件であるから、測定対象にエンコーダパターン
のマーキングを必要とせず、測定可能な対象物は広範である。
【０３５４】
また、上に説明した実施の形態では、測定の対象を「長さの次元をもつ検出長」とした
が、測定長を時間微分することにより速度情報を得ることもできる。  
また、スペックルパターンを取得するフレームレートを適切に選ぶことにより、微小時
間の速度変動をとらえることも可能である。  
寸法構成が異なるモデルについても上記の実施の形態と同様の方法で最適化を行えば、
検出長の温度変動を小さくできる。
【０３５５】
図６に、変位測定装置を用いるカラー画像形成装置の実施の１形態を示す。
【０３５６】
このカラー画像形成装置は、電子写真プロセスを利用したタンデム方式のものであり、
並列的に設けられた４つの感光体１１Ｙ、１１Ｍ、１１Ｃ、１１Ｋを有する。
【０３５７】
符号１１Ｙ等におけるＹ、Ｍ、Ｃ、Ｋは、トナー画像を形成するトナーの色を表す。即
ち、Ｙはイエロー、Ｍはマゼンタ、Ｃはシアン、Ｋはブラックを表す。
【０３５８】
感光体１１Ｙ〜１１Ｋは光導電性であって、ドラム状である。
【０３５９】
感光体１１Ｙ〜１１Ｋの周囲には、これらを囲繞して、帯電ローラＴＹ〜ＴＫ、現像装
置ＧＹ〜ＧＫ、転写チャージャ１５Ｙ〜１５Ｋ、クリーナＢＹ〜ＢＫが設けられている。
【０３６０】
また、符号１７で示す中間転写ベルトは、感光体１１Ｙ〜１１Ｋの下方に配されて、そ
の表面は、感光体１１Ｙ〜１１Ｋに近接している。
【０３６１】
図５において、符号１３は光走査方式の画像書き込み装置、符号１９はシートカセット
、符号２１は転写ローラ、符号２３は定着装置、符号２５は排出ローラを示す。
【０３６２】
また、符号２７は外装部、符号２９はベルトクリーニング装置を示し、符号３１は変位
測定装置を示す。
【０３６３】
カラー画像の形成を簡単に説明する。
【０３６４】
画像形成が開始されると、感光体１１Ｙ〜１１Ｋは、所定のタイミングで時計回りに等
速回転する。
【０３６５】
感光体１１Ｙ〜１１Ｋは、対応する帯電ローラＴＹ〜ＫＹにより均一帯電される。
【０３６６】
均一帯電された各感光体は、画像書き込み装置１３による光走査により、感光体ごとに
静電潜像を書き込まれ、現像されて、異なる色のトナー画像として可視化される。
【０３６７】
即ち、感光体１１Ｙには「イエロー画像成分」の画像が書き込まれ、形成される静電潜
像は現像装置ＧＹにより現像され、感光体１１Ｙ上にイエロートナー画像が形成される。
【０３６８】
感光体１１Ｍには「マゼンタ画像成分」の画像が書き込まれ、形成される静電潜像は現
像装置ＧＭにより現像され、感光体１１Ｍ上にマゼンタトナー画像が形成される。
【０３６９】
感光体１１Ｃには「シアン画像成分」の画像が書き込まれ、形成される静電潜像は現像
装置ＧＣにより現像され、感光体１１Ｃ上にシアントナー画像が形成される。
【０３７０】
感光体１１Ｋには「ブラック画像成分」の画像が書き込まれ、形成される静電潜像は現
像装置ＧＫにより現像され、感光体１１Ｋ上にブラックトナー画像が形成される。
【０３７１】
このように感光体１１Ｙ〜１１Ｋに形成された各色のトナー画像は、中間転写ベルト１
７上に転写される。
【０３７２】
中間転写ベルト１７は被転写体として、感光体１１Ｙ〜１１Ｋの回転による表面速度に
合わせた速度で、定方向、即ち、図の左方へ定速で移動するように回転駆動される。
【０３７３】
そして、感光体１１Ｙからイエロートナー画像を転写チャージャ１５Ｙにより転写され
、感光体１１Ｍからマゼンタトナー画像を転写チャージャ１５Ｍにより転写される。
【０３７４】
同様に、感光体１１Ｃからシアントナー画像を転写チャージャ１５Ｃにより転写され、
感光体１１Ｋからブラックトナー画像を転写チャージャ１５Ｋにより転写される。
【０３７５】
転写された各色のトナー画像は、中間転写ベルト１７上で互いに重畳してカラートナー
画像となる。
【０３７６】
このカラートナー画像を転写される転写紙Ｐは、中間転写ベルト１７の下方のシートカ
セット１９から配紙されて「転写部」へ向かう。
【０３７７】
そして、転写部において、中間転写ベルト１７と転写ローラ２１とにより挟圧搬送され
て中間転写ベルト１７上のカラートナー画像を転写され、定着装置２３に向かう。
【０３７８】
転写紙Ｐは、定着装置２３によりカラートナー画像を定着され、排出ローラ２５により
外装部２７の上部として形成されたトレイ上に排出される。
【０３７９】
カラートナー画像を転写紙Ｐに転写された中間転写ベルト１７は、ベルトクリーニング
装置２９により「転写残りトナーや紙粉」を除去される。
【０３８０】
中間転写ベルト１７は、所定の速さとタイミングで、各色のトナー画像を転写される位
置を通過する必要があり、そのため、その移動速度は高精度に制御される必要がある。
【０３８１】
変位測定装置３１は、各感光体からのトナー画像を転写される位置へ向かう中間転写ベ
ルト１７の表面の移動速度を高精度に測定する。
【０３８２】
そして、測定された移動速度に基づき、図示されない制御駆動手段により、中間転写ベ
ルト１７の移動速度を定速に制御する。
【０３８３】
変位測定手段３１は、上に説明した実施の形態や実施例のもので、中間転写ベルト１７
の表面を動的被検面として、移動速度の測定を高精度に行なう。
【０３８４】
このようにして、各色トナー画像の適正な転写が行なわれ、色ずれの無いカラー画像が
形成される。
【０３８５】
実施例の場合のように、検出長の変動量が−１．５４×１０−６（％）のように極めて
小さい場合は、例えば、毎分６０枚のカラー画像を得るような高速の画像形成装置でも「
色ずれ」のない良好なカラー画像を得ることが可能である。
【０３８６】
上には動的被検面として中間転写ベルトの表面を例として説明したが、上に説明した変
位測定装置により感光体表面の変位測定を行なうことができることは言うまでも無い。
【０３８７】
また、動的被検面による反射光を検出光とする場合を説明したが、勿論、透過光を検出
光とすることもできる。
【０３８８】
なお、付言すると、図１、図２、図４、図５は何れも、説明のための図であり、実際の
光学系におけるＦナンバやその他の光学上の値を正確に表すものではない。
【符号の説明】
【０３８９】
１      レーザ光源（光源）
２      カップリングレンズ  
３      照明光学系  
Ｏｂ    動的被検面  
５１    撮像光学系の第１群  
５２    撮像光学系の第２群  
Ｓ      撮像光学系の開口絞り  
ＧＭ    ガウス面  
ＢＭ    ボイリング面  
７Ａ    受光素子の受光面  
【先行技術文献】
【特許文献】
【０３９０】
【特許文献１】特開２００３−２６７５９１号公報
【特許文献２】特開２０１０−  ５５０６４号公報
【特許文献３】特開２００９−  １５２４０号公報
【非特許文献】
【０３９１】
【非特許文献１】レーザー研究  １９８０年  第８巻  第２号  ４５頁  「動的スペックルの特性と速度測定への応用（Ｉ）」
【図１】
2015038457.tif 000003
【図２】
2015038457.tif 000004
【図３】
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【図４】
2015038457.tif 000006
【図５】
2015038457.tif 000007
【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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