JP2008082748A - エッジセンサ、位置検出方法および位置合わせ方法 - Google Patents

Abstract

【課題】検出対象物のエッジ位置を簡易に、しかも高精度に検出するに適した簡易な構成の実用性の高いエッジセンサを提供する。
【解決手段】予め定めた光線束幅の単色平行光を照射する投光器に対向配置されて、前記単色平行光の光路中に位置付けられた検出対象物のエッジによる前記単色平行光の回折パターンを検出する受光器に、第１および第２のリニアイメージセンサを、その検出ライン方向を前記単色平行光の光軸に垂直な面において互いに直交させて設けた。
【選択図】図４

Description

本発明は、検出対象物のエッジによる単色平行光の回折パターンから上記検出対象物のエッジ位置を簡易に、しかも高精度に検出することのできるエッジセンサ、およびこのエッジセンサを用いた位置検出方法と位置合わせ方法に関する。

単色平行光の光路の一部を遮るように検出対象物を位置付けると、この検出対象物のエッジにおいて上記単色平行光のフレネル回折が生じる。そこで上記単色平行光の回折パターンを検出することで上記検出対象物のエッジ位置を検出することが提唱されている。特に本発明者は、一定のピッチで複数の受光セルを所定長に亘って直線上に配列したリニアイメージセンサを用いて上記回折パターンを検出し、この回折パターンを解析することで前記リニアイメージセンサにおける複数の受光セルの配列ピッチを遙かに上回る分解能で前記検出対象物のエッジ位置を検出することを提唱した（例えば特許文献１を参照）。

また本発明者は、上述した単色平行光のフレネル回折に着目してドリル刃の先端位置を高精度に検出することを提唱し（例えば特許文献２,３を参照）、更には透明な液晶ガラス基板のエッジ位置を検出し、位置ずれと傾きとを調整して上記液晶ガラスの基準位置への位置合わせを行うことを提唱した（例えば特許文献４を参照）。
特開２００３−１７６９０号公報 特開２００５−２２４９００号公報 特開２００５−１６４３６４号公報 特願２００６−４０７５６号

ところで光源（投光器）から照射される予め定めた光線束幅の単色平行光の光路の一部を遮るように、透明または半透明の検出対象物、例えば液晶ガラスを位置付けたとき、リニアイメージセンサ（受光器）が設けられる受光面上での光像は、例えば図１に示すように多くの干渉縞が生じたものとなる。尚、図１においてＡは液晶ガラスのエッジ部分を示し、このエッジ部分Ａから上側の領域Ｂは該液晶ガラスが位置付けられた検出対象物の領域、そしてエッジ部分Ａから下側の領域Ｃは該液晶ガラスにて遮られることのない自由空間領域を示している。

ちなみに理想的な光学系であるならば、単色平行光が液晶ガラスのエッジにおいてフレネル回折が生じるだけなので前記自由空間Ｃに横筋状の干渉縞（回折パターン）だけが生じる筈である。そしてこのような干渉縞（回折パターン）を検出することで、液晶ガラスのエッジ位置の検出が行われることになる。しかし図１に示すように実際の受光面上における光像には、検出対象物の領域Ｂにも縦筋状の干渉縞が生じており、更には自由空間領域Ｃにも縦筋状の干渉縞が生じている。この原因は予め定めた光線束幅の単色平行光を照射するべく、投光器においてレーザダイオード（ＬＤ）から所定の拡がり角を以て発せられる単色光を、アパーチャマスクとレンズとを用いて予め定めた光線束幅の単色平行光に成形しており、上記アパーチャマスクのエッジにおける上記単色光のフレネル回折が影響しているものと考えられる。従ってエッジ位置の検出を高精度に行うには、上述した縦筋状の干渉縞の影響が最も少ない位置、具体的には単色平行光の光軸中心にて行うことが必要となる。

また図２は単色平行光の光路中にドリル刃を位置付けた場合の、受光面上での光像の例を示している。尚、図２においてＤはドリル刃によって単色平行光が遮られた領域、Ｅは自由空間領域をそれぞれ示している。この場合にはドリル刃の領域Ｄに干渉縞が生じることはないが、ドリル刃の形状やその回転に伴う芯振れ等に起因して自由空間領域Ｄに複雑な形状の干渉縞（回折パターン）が生じる。従ってドリル刃の先端位置を高精度に検出するには、該ドリル刃の中心軸位置にて単色平行光の回折パターンを検出することが必要となる。

本発明はこのような事情を考慮してなされたもので、その目的は、検出対象物のエッジでの単色平行光の回折パターンに光源におけるアパーチャマスクの影響が生じる場合や、ドリル刃の形状等に起因する影響が現れるような場合であっても、上記検出対象物のエッジ位置を簡易に、しかも高精度に検出するに適した簡易な構成の実用性の高いエッジセンサを提供することにある。

また本発明の別の目的は、上述したエッジセンサを用いて検出対象物のエッジ位置を簡易に、しかも高精度に検出することができ、更には基準位置への上記検出対象物の位置合わせを簡易に、しかも高精度に実行することのできる位置検出方法および位置合わせ方法を提供することにある。

上述した目的を達成するべく本発明に係るエッジセンサは、予め定めた光線束幅の単色平行光を照射する投光器と、この投光器に対向配置され、前記単色平行光の光路中に位置付けられた検出対象物のエッジによる前記単色平行光の回折パターンを検出する受光器とを具備したものであって、特に前記受光器に、第１および第２のリニアイメージセンサ（ラインセンサ）を、その検出ライン方向を前記単色平行光の光軸に垂直な面において互いに直交させて設けたことを特徴としている。

好ましくは前記受光器は、一定のピッチで複数の受光セルを所定長に亘って直線上に配列したリニアイメージセンサを２つまたは３つ有し、上記リニアイメージセンサの１つを前記第１のリニアイメージセンサとすると共に、残りの１つまたは２つのリニアイメージセンサを前記第２のリニアイメージセンサとして、これらのリニアイメージセンサをＴ字状、十字状、Ｌ字状、またはＨ字状に配置して構成される。

また前記投光器は、前記受光器の互いに直交して設けられた前記第１および第２のリニアイメージセンサの受光領域幅にそれぞれ相当する光線束幅の光路断面を有する単色平行光を照射するように構成される。具体的には前記投光器は、所定の拡がり角の単色光を出力するレーザダイオード（ＬＤ）と、このレーザダイオードから出力された単色光を平行光束に変換するレンズと、単色平行光の光線束幅（光路断面）を規定するアパーチャマスクとを具備して構成される。

また本発明に係る位置検出方法は、上述したエッジセンサを用いて透明または半透明の検出対象物のエッジ位置を検出するに際して、前記第１および第２のリニアイメージセンサの一方の出力から前記単色平行光の光軸中心を検出し、検出した光軸中心に他方のリニアイメージセンサを位置付けた後、該他方のリニアイメージセンサの出力から前記検出対象物のエッジ位置を検出することを特徴としている。

或いは本発明に係る位置検出方法は、上述したエッジセンサを用いてドリル刃の先端位置を検出するに際して、前記第１および第２のリニアイメージセンサの一方の出力から前記ドリル刃の回転中心を検出し、検出した回転中心に他方のリニアイメージセンサを位置付けた後、該他方のリニアイメージセンサの出力から前記ドリル刃の先端位置を検出することを特徴としている。

更に本発明に係る位置合わせ方法は、例えば前述したエッジセンサにおけるの単色平行光の光線束幅に比較して十分に大きい大型の液晶ガラス基板のような矩形状の検出対象物を、前記エッジセンサを用いて基準となる直交座標の各軸方向（Ｘ軸方向およびＹ軸方向）にそれぞれ移動させると共に、これらの各軸方向に直交する軸（Ｚ軸）を中心として上記検出対象物を回転させて該検出対象物を基準位置に位置合わせするに際して、前記検出対象物が位置合わせされる基準位置において、前記検出対象物の隣接した２辺が交わる隅部に相当する位置およびこの隅部に連なる一方の辺を横切る位置に前記エッジセンサをそれぞれ設け、隅部に位置付けたエッジセンサにて前記検出対象物の隅部における隣接した２辺のエッジ位置（ｘ１,ｙ１）を検出すると共に、他方のエッジセンサにて上記２辺の一方エッジ位置（ｙ２）を検出するように設定することにより実施される。尚、２つのエッジセンサを前記検出対象物の隣接した隅部に設け、各エッジセンサにて前記検出対象物の各隅部における隣接した２辺の各エッジ位置（ｘ１,ｙ１）,（ｘ２,ｙ２）をそれぞれ検出するようにしても良い。

そして上記２つのエッジセンサの前記各第１のリニアイメージセンサによりそれぞれ検出される前記検出対象物の一辺のエッジ位置が予め指定した位置となるように前記検出対象物を回転・移動させると共に、前記検出対象物の隅部に位置付けたエッジセンサの前記第２のリニアイメージセンサにより検出される前記検出対象物の他の一辺のエッジ位置が予め指定した位置となるように前記検出対象物を移動させることを特徴としている。

尚、前記検出対象物の回転は、例えば２つのエッジセンサの各第１のリニアイメージセンサによりそれぞれ検出される前記検出対象物の一辺のエッジ位置（ｙ１,ｙ２）の差と、上記２つのエッジセンサの離間距離Ｌとから前記検出対象物の傾き角θを求め、この傾き角θが零となるように行われる。そして検出対象物の移動は、例えば前記各第１のリニアイメージセンサによりそれぞれ検出される前記検出対象物の一辺のエッジ位置が予め指定した位置となるように行われ、また前記第２のリニアイメージセンサにより検出される前記検出対象物の一辺のエッジ位置についても予め指定した位置となるように行われる。

本発明に係るエッジセンサは、単色平行光の回折パターンを検出する受光器が、その検出ライン方向を前記単色平行光の光軸に垂直な面において互いに直交させて設けた第１および第２のリニアイメージセンサ（ラインセンサ）を備えているので、受光器の受光面上において２次元に拡がる回折パターンを、互いに直交する２つの軸方向における代表的な受光分布パターンとして効果的に検出することができる。従ってこれらの各軸方向の受光分布パターンに従って前記第１および／または第２のリニアイメージセンサ（ラインセンサ）を前記単色平行光の光軸中心に対して容易に位置合わせすることができるので、例えばエッジ位置の検出に必要な光学的条件を容易に整えて高精度なエッジ位置検出を行うことが可能となる。

尚、上述した２次元に拡がる回折パターンの検出に２次元イメージセンサ（面アレイセンサ）を用いることが考えられる。しかしながら前述した単色平行光のフレネル回折を利用したエッジ位置の検出には、例えば１００μｍ以下のピッチで複数の受光セルを長さ５ｃｍ程度に亘って直線上に配列した素子構造のイメージセンサを用いることを考慮した場合、現在の技術的レベルでは上述したピッチで受光セルを２次元配列した大きな２次元イメージセンサ（面アレイセンサ）を実現することは甚だ困難である。しかも仮にこのような素子構造の２次元イメージセンサを実現したとしても、複数の受光セルからの信号読み出しに時間が掛かることが否めない。

この点、上述した構成のエッジセンサによれば、一定のピッチで複数の受光セルを所定長に亘って直線上に配列した２つまたは３つのリニアイメージセンサを、その検出ライン方向を直交させて配置して前記第１および第２のリニアイメージセンサとするだけで良いので、その構成が簡単であり実現が容易である。しかも各リニアイメージセンサからそれぞれ独立に信号読み出すことができるので、その読み出し速度を十分に高くすることができ、短時間に高精度な位置検出を行う上での工業的な利点が多大である。

また本発明に係る位置検出方法によれば、前述した構成のエッジセンサの特徴を有効に活用して第１および第２のリニアイメージセンサの一方を単色平行光の光軸中心に位置合わせし、その上で上記リニアイメージセンサの出力から検出対象物のエッジ位置を検出するので、例えば光源におけるアパーチャマスクの影響を受けることなく上記エッジ位置を高精度に検出することが可能となる。

また同様に前述した構成のエッジセンサの特徴を有効に活用して第１および第２のリニアイメージセンサの一方をドリル刃の回転中心に位置合わせし、その上で上記リニアイメージセンサの出力からドリル刃の先端位置を検出するので、該ドリル刃の先端位置を高精度に検出することが可能となる。
また本発明に係る位置合わせ方法によれば、矩形状の検出対象物の１つの隅部に相当する位置と、この隅部に連なる一方の辺を横切る位置に前述した構成のエッジセンサをそれぞれ設けるだけで、これらのエッジセンサが有する特徴、即ち、各エッジセンサがそれぞれ備える第１および第２のリニアイメージセンサを有効に活用して、前記検出対象物の１つの隅部において隣接する２辺の各エッジ位置（ｘ１,ｙ１）と、上記隅部に連なる一方の辺のエッジ位置（ｙ２）とを一括して検出することができる。そしてこれらのエッジ位置検出情報に従って直交座標似対する検出対象物の傾き角θ、および直交座標の基準位置に対する各軸方向のずれ量（Δｘ,Δｙ）を求め、これを補正するように検出対象物を回転・移動するだけで良いので、その位置合わせを簡易に、しかも精度良く実行することができる。

従って液晶ガラス基板等の大面積を有する矩形状の大型検出対象物を高精度に位置合わせする場合、上述したエッジセンサを用いた位置合わせ方法が非常に有効である。特に検出対象物の１つの隅部に相当する位置とこの隅部に連なる辺を横切る位置とに前述した構成のエッジセンサをそれぞれ設けるだけで良いので、例えばエッジセンサを組み込む為の空間に種々の制約が多い液晶パネル（検出対象物）の生産ラインに比較的容易に上記エッジセンサを組み込むことが可能となる。そして検出対象物の位置検出とその基準位置への位置合わせを精度良く行うことができるので、液晶パネルの生産性を高めることができる等の効果が奏せられる。

以下、図面を参照して本発明に係るエッジセンサと、このエッジセンサを用いた位置検出方法および位置合わせ方法について説明する。
図３はこの発明に係るエッジセンサの概略構成を示している。このエッジセンサは、概略的には所定の光線束幅の単色平行光を照射する投光器１と、この投光器１に所定の距離を隔てて対向配置され、上記単色平行光の光路中に位置付けられた検出対象物Ｓのエッジ位置にて生じた前記単色平行光の回折パターンを検出する受光器２と、例えばマイクロコンピュータを主体として構成され、上記受光器２の出力を解析して前記検出対象物Ｓのエッジ位置を検出する信号処理部３とを具備して構成される。

ちなみに投光器１は、例えばレーザダイオード（ＬＤ）からなる光源１ａが発した単色光（レーザ光）を反射するミラー（例えばアルミ蒸着により鏡面処理を施したプリズム）１ｂと、このミラー１ｂを介して導かれた単色光の光線束形状を矩形状に規定するアパーチャマスク（投光窓）１ｃと、このアパーチャマスク１ｃを介した光を平行光線束（単色平行光）に変換して投射する投射レンズ（コリメータレンズ）１ｄとを備える。この投射レンズ１ｄと前記受光器２との間に、つまり上記単色平行光の光路中に前記検出対象物Ｓが位置付けられる。すると上記検出対象物Ｓのエッジにて前記単色平行光がフレネル回折を生じ、フレネル回折を生じた単色光が投影される前記受光器２の受光面上には上記フレネル回折に起因する回折パターン（光の強弱）が生じる。

前記受光器２は、その受光面にリニアイメージセンサ（ラインセンサ）２ａを備えたもので、上記リニアイメージセンサ２ａのセンシング幅に亘って上述した回折パターンを受光（検出）し、その受光出力を前記信号処理部３に与えることでエッジ位置の検出に供する役割を担う。ちなみにリニアイメージセンサ２ａは、例えば１００μｍ以下の微小なピッチで複数の受光セルを略５０ｍｍ程度の幅（長さ）に亘って直線上に配列した素子構造の光センシング素子からなる。

具体的には上記リニアイメージセンサ２ａは、図５にその概略的な素子構造を示すように、６５μｍのピッチで１２８個の受光セル５を直線上に配列したセンサチップ６を、その端部を突き合わせながら基板７上に並べて配置し、これによって所定の幅（長さ）に亘る直線上の光検出ラインを形成したものからなる。ちなみに上記センサチップ６を直線上に６個並べて配置し、これらセンサチップ６を順次電気的に直列に結合することで略５０ｍｍに亘る幅（長さ）の検出ラインを有するリニアイメージセンサ２ａが実現される。

さて本発明に係るエッジセンサは、前述した投光器１に対向配置された受光器２に、その検出ライン方向を互いに直交させて第１および第２のリニアイメージセンサ（ラインセンサ）２ｙ,２ｘを設けたことを特徴としている。これらの第１および第２のリニアイメージセンサ（ラインセンサ）２ｙ,２ｘは、それぞれ前述した素子構造のリニアイメージセンサ２ａからなるものであって、２つまたは３つのリニアイメージセンサ２ａをその検出ライン方向を直交させて配置することにより、例えばその一方を前記単色平行光の光路断面に直交する面内の予め定めた軸方向（ｙ軸）、具体的には位置検出に用いる回折パターンを検出する為の第１のリニアイメージセンサ（ラインセンサ）２ｙ、そして残りのリニアイメージセンサ２ａを上記軸方向（ｙ軸）に直交する軸方向（ｘ軸）の回折パターンを検出する為の第２のリニアイメージセンサ（ラインセンサ）２ｘとしたものである。

このような第１および第２のリニアイメージセンサ（ラインセンサ）２ｙ,２ｘを構築する２つまたは３つのリニアイメージセンサ２ａは、例えば図４(ａ)〜(ｆ)にそれぞれ示すようにＴ字型、Ｈ字型、十字型、Ｌ字型、ＴＬ字型（Ｔ字型とＬ字型とを組み合わせたτ字型）、ＬＬ字型（２つのＬ字型を逆向きにして組み合わせた鈎型形状）のように配列される。

尚、前述したセンサチップ６を、１つの基板７上に図４(ａ)〜(ｆ)にそれぞれ示すパターンを形成して配列することで、上記第１および第２のリニアイメージセンサ（ラインセンサ）２ｙ,２ｘを１つの光センシング素子として実現するようにしても良い。また前述した投光器１と受光器２とを、例えば所定の隙間Ｌを形成したコの字状の筐体にその投光部と受光部とを対峙させて一体に組み込み、１つのセンシングユニットとして構築することも勿論可能である。

このような構成のエッジセンサによれば、受光器２に設けられた第１および第２のリニアイメージセンサ（ラインセンサ）２ｙ,２ｘを用いて前記単色平行光の光路断面に生じる回折パターンを、互いに直交する２軸（ｘ軸とｙ軸）においてそれぞれ検出することができる。従って、図１を参照して説明した液晶ガラスのエッジによって生じた回折パターンを検出するに際しても、一方のエッジセンサ２ｘを用いて投光器１のアパーチャマスク１ｃに起因する干渉縞の影響が少ない領域を検出し、その領域にて他方のエッジセンサ２ｙを用いて液晶ガラス（検出対象物）のエッジによる干渉縞（回折パターン）を検出することで、エッジ検出の計測精度を容易に高めることができる等の効果が奏せられる。

ここで上述した構成のエッジセンサを用いた位置検出方法について、透明または半透明の検出対象物（例えば液晶ガラス）のエッジ検出を例に説明する。図６(ａ)〜(ｃ)および図７(ａ)〜(ｃ)は、第１および第２のリニアイメージセンサ（ラインセンサ）２ｙ,２ｘを前述したＴ字型、Ｈ字型、十字型、Ｌ字型、ＴＬ字型、およびＬＬ字型にそれぞれ配列したエッジセンサを用いたときの、液晶ガラス（検出対象物）のエッジ位置の検出方法を示している。この場合、例えばエッジ位置を検出する方向をｙ軸とし、ｙ軸方向に沿って複数の受光セルを配列したリニアイメージセンサ２ａを第１のリニアイメージセンサ２ｙとし、ｘ軸方向に沿って複数の受光セルを配列したリニアイメージセンサ２ａを第２のリニアイメージセンサ２ｘとして用いる。

この場合、先ず第２のリニアイメージセンサ２ｘの出力から、エッジ位置の検出方向と直交するｘ軸方向の受光分布パターンを調べ、該受光分布パターンがｘ軸方向に対称となる中心位置を前述した単色平行光の光軸中心として求める。そしてこの光軸中心に前記第１のリニアイメージセンサ２ｙを位置合わせする。尚、Ｔ字型、Ｈ字型、および十字型のように第２のリニアイメージセンサ２ｘの中心位置に第１のリニアイメージセンサ２ｙが設けられているような場合には、第２のリニアイメージセンサ２ｘにより検出されるｘ軸方向の受光分布パターンが対称となるように受光器２をｘ軸方向に位置調整することで、前記第１のリニアイメージセンサ２ｙを単色平行光の光軸中心に位置合わせするようにしても良い。

このようにして第１のリニアイメージセンサ２ｙを単色平行光の光軸中心に位置合わせした後、該第１のリニアイメージセンサ２ｙにて検出されるｙ軸方向の受光分布パターンから前記検出対象物のエッジにより生じた回折パターンを求め、前述した特許文献１に示されるように上記回折パターンを分析して前記検出対象物のエッジ位置を検出する。尚、図７(ａ),(ｃ)にそれぞれ示すように第２のリニアイメージセンサ２ｘの端部に第１のリニアイメージセンサ２ｙが設けられているような場合には、上記第２のリニアイメージセンサ２ｘを用いて干渉縞が生じていない領域を探し、この領域に第１のリニアイメージセンサ２ｙを位置付けて前記検出対象物のエッジ位置を検出するようにしても良い。

かくして上述した如くして検出対象物のエッジ位置を検出する位置検出方法によれば、投光器１のアパーチャマスク２ｃに起因する影響を避けて検出対象物のエッジ位置を検出することができるので、その検出精度を十分に高めることができる。特に単色平行光の光軸中心に第１のリニアイメージセンサ２ｙを位置付けることにより、前記アパーチャマスク２ｃの相対向するエッジにおけるフレネル回折の影響を相殺することができるので、検出対象物のエッジにより生じた回折パターンだけを確実に検出することが可能となる。特に検出対象物が透明または半透明である場合、検出対象物の領域Ｂにも干渉縞が生じ易いので、このような干渉縞の影響を受けることなく検出対象物のエッジによる回折パターンだけを検出する上で、上述した構造のエッジセンサを用いた位置検出方法は非常に有用であると言える。

ところでドリル刃の先端位置を検出する場合には、例えば第１および第２のリニアイメージセンサ２ｙ,２ｘをＴ字型に配置したエッジセンサを用い、図８に示すように第２のリニアイメージセンサ２ｘを用いてドリル刃（検出対象物）の回転中心を求め、その回転中心に第１のリニアイメージセンサ２ｙを位置付けるようにする。そしてこの状態で第１のリニアイメージセンサ２ｙの出力から該ドリル刃の先端位置を検出するようにすれば良い。この際、第２のリニアイメージセンサ２ｘを用いて、前述した特許文献２,３に示されるようにしてドリル刃（検出対象物）の径や芯振れ量を計測することも可能である。

ちなみにドリル刃の先端部での軸方向の光量変化は、図９に示すようにフレネル回折により生じた回折パターンとなる。従って上述したようにしてドリル刃の軸心（回転中心）に第１のリニアイメージセンサ２ｙを位置付ければ、この第１のリニアイメージセンサ２ｙにて検出される回折パターンを分析することにより、前述した液晶ガラスのエッジ位置検出の場合と同様にしてドリル刃の先端位置を高精度に検出することが可能となる。従って簡易にして高精度にドリル刃の先端位置を検出し、例えば該ドリル刃による多層プリント基板に対する予め定められた深さの穴開け等に活用することが可能となる。

一方、前述したエッジセンサを用いることで、例えば矩形状の大型の液晶ガラス等を予め定めた基準位置に容易に、しかも正確に位置合わせすることもできる。即ち、矩形状の大型の液晶ガラスを、直交座標系の予め定めた基準位置に位置合わせする場合には、直交座標系の軸（例えばｘ軸）に対する該液晶ガラスの回転角θを補正すると共に、上記直交座標系のｘ軸およびｙ軸方向に対する液晶ガラスの位置ずれ（Δｘ,Δｙ）をそれぞれ補正することが必要となる。

このような直交座標系の基準位置に対する液晶ガラスの回転角θと各軸方向に対する位置ずれ量（Δｘ,Δｙ）とをそれぞれ検出してその位置合わせを行うべく、本発明に係る位置合わせ方法においては、図１０に例示するように基準位置において前記液晶ガラス（検出対象物）１０の隣接する２つの隅部１０ａ,１０ｂに相当する位置に前記エッジセンサ１１,１２をそれぞれ設ける。尚、前記液晶ガラス（検出対象物）１０の１つの隅部１０ａと、この隅部１０ａに連なる一方の辺ａを横切る位置とエッジセンサ１１,１２を設けるようにしても良い。また、図１０においては、第１および第２のリニアイメージセンサ２ｙ,２ｘをＴ字型に配置したエッジセンサ１１,１２を用いた例を示している。

そしてこれらの２つのエッジセンサ１１,１２にて、前記検出対象物１０の各隅部１０ａ,１０ｂにおける隣接した２辺（ａ,ｂ）,（ａ,ｃ）の各エッジ位置をそれぞれ検出するようにする。ちなみにａは２つのエッジセンサ１１,１２が並べて設けられる側の辺であって、ｂ,ｃは上記辺ａの両端部にそれぞれ連なって互いに対向する辺である。尚、エッジセンサ１２を隅部１０ｂに設けない場合には、隅部１０ａにおける隣接した２辺（ａ,ｂ）のエッジ位置と、上記隅部１ａから離れた位置での前記辺ａのエッジ位置を検出することになる。

そして本発明に係る位置合わせ方法は、上述した２つのエッジセンサ１１,１２の前記各第１のリニアイメージセンサ２ｙによりそれぞれ検出される前記検出対象物１０の一辺ａのエッジ位置が予め指定した位置となるように前記検出対象物１０を回転させ、ｙ軸方向に移動させると共に、前記２つのエッジセンサ１１,１２の前記各第２のリニアイメージセンサ２ｘによりそれぞれ検出される前記検出対象物１０の相対向する２辺ｂ,ｃ、または一辺ｂの各エッジ位置が予め指定した位置となるように前記検出対象物１０をｘ軸方向に移動させることにより実行される。

この際、２つのエッジセンサ１１,１２の離間距離Ｄと、上記各エッジセンサ１１,１２の第１のリニアイメージセンサ２ｙによりそれぞれ検出される前記検出対象物１０の一辺ａのエッジ位置ｙ１,ｙ２の差［ｙ１−ｙ２］とから、前記検出対象物１０の回転角θを
θ＝arctan［（ｙ１−ｙ２）／Ｄ］
（＝tan^−１［（ｙ１−ｙ２）／Ｄ］）
として求め、この回転角θが零［０］となるように検出対象物１０を回転させる。そして検出対象物１０を回転補正した後、この状態で改めて検出される検出対象物１０の一辺ａのエッジ位置ｙ１',ｙ２'（＝ｙ１'）が予め設定された基準位置からの距離となるように検出対象物１０をｙ軸方向に移動させるようにしても良い。

またｘ軸方向の位置合わせについては、前述した２つのエッジセンサ１１,１２が予め指定された位置に設けられているので、例えば各エッジセンサ１１,１２の第２のリニアイメージセンサ２ｘによりそれぞれ相対的に検出される前記検出対象物１０の辺ｂ,ｃのエッジ位置ｘ１,ｘ２が
ｘ１＝（ｄ−ｘ２）
或いは
（ｄ−ｘ１）＝ｘ２
となるように、検出対象物１０をｘ軸方向に移動させるようにすれば良い。但し、上記ｄは第２のリニアイメージセンサ２ｘのセンサ長である。また上記各辺ｂ,ｃのエッジ位置ｘ１,ｘ２は、第２のリニアイメージセンサ２ｘの一端側、例えば左側端を基準として求められるものとしている。

しかし上記各辺ｂ,ｃのエッジ位置ｘ１,ｘ２が、リニアイメージセンサ２ｘにより検出される自由空間領域Ｃの長さとして定義されるような場合には、
ｘ１＝ｘ２
となるように検出対象物１０をｘ軸方向に移動させるようにすれば良い。またエッジセンサ１１,１２を、前記検出対象物１０の隅部と、この隅部に隣接した一方の辺ａ上に配置した場合は、前記検出対象物１０の辺ｂのエッジ位置ｘ１が予め設定された基準位置（原点）になるように検出対象物１０をｘ軸方向に移動させるようにすれば十分である。

尚、検出対象物１０をｘ軸方向およびｙ軸方向にそれぞれ移動制御すると同時にθ方向に回転制御する場合には、一般的には検出対象物１０の回転中心が前述した直交座標において一定の位置に保たれるとは限らないので、検出対象物１０の回転に伴って変化する前記各辺ａ,ｂ,ｃの位置変化を考慮してｘ軸方向およびｙ軸方向への移動を制御する必要があることは言うまでもない。従って検出対象物１０の回転に伴う前記直交座標系での回転中心の変化を計算し、この回転中心の変化を補正して検出対象物１０をｘ軸方向およびｙ軸方向にそれぞれ移動制御するようにすれば良い。

かくして上述した如く本発明に係る位置合わせ方法によれば、例えば基準位置において液晶ガラス（検出対象物）１０の隣接する２つの隅部１０ａ,１０ｂに相当する位置にエッジセンサ１１,１２をそれぞれ設けるだけで、これらの各エッジセンサ１１,１２により検出される前記液晶ガラス（検出対象物）１０の３つの辺ａ,ｂ,ｃ、或いは２つの辺ａ,ｂの検出位置に従って、前記検出対象物１０を直交座標系の面内において回転させると共に、そのｘ軸方向およびｙ軸方向に移動させて基準位置に位置合わせすることができるので、その実施が非常に簡単である。特に前述した構成の２つのエッジセンサ１１,１２を用いるだけで良いので、位置合わせ装置自体の構成の簡素化を図ることができる等の効果も奏せられる。しかもこの種の位置合わせ装置においては、検出対象物１０の辺の位置を検出する為のエッジセンサを設ける空間を確保するだけでも種々の制約を伴うことが多いので、その実用的利点が多大である。

尚、本発明は上述した実施形態に限定されるものではない。例えばエッジセンサにおける第１および第２のリニアイメージセンサ２ｙ,２ｘの配置については種々変形可能であり、要は第１および第２のリニアイメージセンサ２ｙ,２ｘを直交させて配置すれば十分である。またリニアメージセンサ２ａを構成する受光セル３の数やその配列ピッチ、更には受光セル６の大きさについては、第１および第２のリニアイメージセンサ２ｙ,２ｘ間において異なっていても良い。また前述したように第１および第２のリニアイメージセンサ２ｙ,２ｘを一体に形成することも勿論可能である。その他、本発明はその要旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。

単色平行光を用いて液晶ガラスのエッジを検出する際の受光面上での光像の例を示す図。 単色平行光を用いてドリル刃の先端を検出する際の受光面上での光像の例を示す図。 本発明の一実施形態に係るエッジセンサの概略構成を示す図。 図３に示すエッジセンサにおける第１および第２のリニアイメージセンサの配列構造の例を示す図。 リニアイメージセンサの素子構造を示す図。 本発明に係るエッジセンサを用いて液晶ガラスのエッジ位置を検出する位置検出方法の例を示す図。 本発明に係るエッジセンサを用いて液晶ガラスのエッジ位置を検出する位置検出方法の別の例を示す図。 本発明に係るエッジセンサを用いたドリル刃の先端位置を検出する位置検出方法の例を示す図。 ドリル刃の先端部における回折パターンの光量変化を示す図。 本発明に係るエッジセンサを用いた液晶ガラスの位置合わせ方法を示す図。

符号の説明

１ 投光器
２ 受光器
２ａ リニアイメージセンサ（ラインセンサ）
２ｘ 第１のリニアイメージセンサ
２ｙ 第２のリニアイメージセンサ
３ 信号処理部
１０ 検出対象物
１１,１２ エッジセンサ

Claims (7)

1. 予め定めた光線束幅の単色平行光を照射する投光器と、
   この投光器に対向配置され、前記単色平行光の光路中に位置付けられた検出対象物のエッジによる前記単色平行光の回折パターンを検出する受光器とを具備し、
   前記受光器は、前記単色平行光の光軸に垂直な面において互いに直交して設けられた第１および第２のリニアイメージセンサを備えることを特徴とするエッジセンサ。
2. 前記受光器は、一定のピッチで複数の受光セルを所定長に亘って直線上に配列した２つまたは３つのリニアイメージセンサの１つを前記第１のリニアイメージセンサとし、残りのリニアイメージセンサを前記第２のリニアイメージセンサとして、これらのリニアイメージセンサをＴ字状、十字状、Ｌ字状、またはＨ字状に配置したものである請求項１に記載のエッジセンサ。
3. 前記投光器は、前記受光器の互いに直交して設けられた前記第１および第２のリニアイメージセンサの受光領域幅にそれぞれ相当する光線束幅の光路断面を有する単色平行光を照射するものである請求項１に記載のエッジセンサ。
4. 請求項１〜３のいずれかに記載のエッジセンサを用いて、透明または半透明の検出対象物のエッジ位置を検出する位置検出方法であって、
   前記第１および第２のリニアイメージセンサの一方の出力から前記単色平行光の光軸中心を検出し、検出した光軸中心に他方のリニアイメージセンサを位置付けた後、該他方のリニアイメージセンサの出力から前記検出対象物のエッジ位置を検出することを特徴とする位置検出方法。
5. 請求項１〜３のいずれかに記載のエッジセンサを用いて、ドリル刃の先端位置を検出する位置検出方法であって、
   前記第１および第２のリニアイメージセンサの一方の出力から前記ドリル刃の回転中心を検出し、検出した回転中心に他方のリニアイメージセンサを位置付けた後、該他方のリニアイメージセンサの出力から前記ドリル刃の先端位置を検出することを特徴とする位置検出方法。
6. 請求項１〜３のいずれかに記載のエッジセンサを用いて、基準となる直交座標の各軸方向に矩形状の検出対象物をそれぞれ移動させると共に、これらの各軸方向に直交する軸を中心として上記検出対象物を回転させて該検出対象物を基準位置に位置合わせする位置合わせ方法であって、
   前記検出対象物が位置合わせされる基準位置において、前記検出対象物の隣接した２辺が交わる隅部に相当する位置およびこの隅部に連なる一方の辺を横切る位置に前記エッジセンサをそれぞれ設けて、これらの各エッジセンサにて前記検出対象物における上記各辺のエッジ位置をそれぞれ検出するようにし、
   上記２つのエッジセンサの前記各第１のリニアイメージセンサによりそれぞれ検出される前記検出対象物の一辺のエッジ位置が予め指定した位置となるように前記検出対象物を回転・移動させると共に、
   前記検出対象物の隅部に位置付けた前記エッジセンサの前記第２のリニアイメージセンサにより検出される前記検出対象物の他の一辺のエッジ位置が予め指定した位置となるように前記検出対象物を移動させることを特徴とする位置合わせ方法。
7. 前記矩形状の検出対象物は、前記エッジセンサにおけるの単色平行光の光線束幅に比較して十分に大きい大型の液晶ガラス基板である請求項６に記載の位置合わせ方法。