JP3976330B1 - Measuring device - Google Patents
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Abstract
【課題】精密な位置の表示・検出装置を提供する。
【解決手段】微細なパターンを、ピクセルの重なりを制御して複数作成し、重ねることで画像を表示する手法を図3に示す。7のパターンの8で示す領域はそのまま、9の領域のみ白黒反転し、11に示すとおり合成する。7と11は位置を合致させて重ねる場合のみ、12のように画像を表示することになる。 23に示すように相対的な位置関係を変えて画像を表示するパターンの組み合わせを並べると、プレートの位置関係の変化で、画像を切り替えて表示できる。 この手法は1次元に限らず、2次元や、回転角の表示に利用でき、時計などのその他の測定器の表示に置き換えることも可能である。また光検出器を用いる装置のスケールとしても、本手法はノイズに強いなどのメリットがある。 無意味なパターンの組み合わせで任意の文字を表示できるので、暗号や透かしに使用することも可能である。
【選択図】図3A precise position display / detection device is provided.
FIG. 3 shows a method of creating a plurality of fine patterns by controlling the overlapping of pixels and displaying an image by overlapping the patterns. The area indicated by 8 in the pattern 7 is left as it is, and only the area 9 is inverted in black and white and synthesized as shown in 11. Only when the positions 7 and 11 are overlapped with matching positions, the image is displayed as in the case of 12. As shown in FIG. 23, by arranging the combinations of patterns for displaying images by changing the relative positional relationship, the images can be switched and displayed by changing the positional relationship of the plates. This method is not limited to one-dimensional but can be used for displaying two-dimensional or rotation angles, and can be replaced with the display of other measuring instruments such as a clock. In addition, this method has a merit that it is resistant to noise as a scale of a device using a photodetector. Arbitrary characters can be displayed with a combination of meaningless patterns, so it can be used for encryption and watermarking.
[Selection] Figure 3
Description
本発明は、複数の物体または平面の、相互の位置関係や回転角を表示・検出する手法と装置の実現方法を明らかにしたものである。精密測定器具および装置、測定工具、設計用品などの測定器で用いられる。また加工対象物と加工機、測定器と被測定物の間の位置合わせを可能とし、工業製品の製造プロセスや複数の版を使用する印刷プロセスの位置の調整や検査に用いることができる。 The present invention clarifies a technique for displaying and detecting the mutual positional relationship and rotation angle of a plurality of objects or planes and a method for realizing the apparatus. Used in measuring instruments such as precision measuring instruments and devices, measuring tools, and design supplies. Further, it is possible to align the processing object and the processing machine, and between the measuring device and the object to be measured, and to adjust the position and inspection of the manufacturing process of the industrial product and the printing process using a plurality of plates.
また、位置や角度の表示・検出に限らず、時計などの各種計測の表示、検出に用いることができる。 Further, the present invention is not limited to display / detection of position and angle, and can be used for display / detection of various measurements such as a clock.
本発明は2枚のまったく無意味な画像から、特定の位置関係においてのみ特定の文字や画像を表示し、変化させることができることから、暗号記録に用いることができる。 Since the present invention can display and change a specific character or image only in a specific positional relationship from two completely meaningless images, it can be used for encryption recording.
2つ以上の物体や紙面の位置合わせ、および位置検出手法としては、線を目視で合わせる、または目盛り上の位置を目視で読む手法が古くから存在する。加工機と加工物、測定器と非測定物の間の位置合わせにおいても線が用いられ、印刷の版合わせはトンボと呼ばれる線の組み合わせが用いられている。目盛りを針で示す表示もその一種であるといえる。精度を要する場合、ノギスのバーニヤ目盛りのように線の合致を見分ける手法が知られている。しかしこれらの線の重複や合致、目盛りを人間が目で見る手法は、人間の判断に拠るところが大きい。また何番目の線か、読み間違いを起こす場合がある。 As a method of aligning two or more objects or paper, and detecting a position, there has been a method of aligning a line visually or reading a position on a scale visually. Lines are also used for alignment between the processing machine and the workpiece, and between the measuring instrument and the non-measurement object, and a combination of lines called register marks is used for printing plate alignment. It can be said that the display indicating the scale with a needle is one type. When accuracy is required, there is known a method for distinguishing line matches such as the caliper vernier scale. However, the method by which a human sees the overlap, coincidence, and scale of these lines depends largely on human judgment. In addition, there may be a mistake in reading the number of lines.
目視以上の精度を求める場合、正確で周期的なパターンを光検出器など光学的、電気的な手段などで読み取り、電子回路を用いてカウントして積算し、表示する手法が広く用いられている。またマイクロメーターなど、差動ねじに代表される精密な機械機構が用いられている。しかし周期的なパターンを検出器で読み取る手法は検出信号を処理する電気系統が必要となり、機械機構を使う場合は精度が要求されるだけでなく構造が複雑になるという欠点がある。 When seeking accuracy beyond visual inspection, an accurate and periodic pattern is read by optical and electrical means such as a photodetector, counted using an electronic circuit, integrated, and displayed. . Moreover, a precise mechanical mechanism represented by a differential screw such as a micrometer is used. However, the method of reading a periodic pattern with a detector requires an electric system for processing a detection signal, and when using a mechanical mechanism, there is a drawback that not only accuracy is required but also the structure becomes complicated.
以上に示す通り、位置合わせや測長器は、目視の分解能に頼って測定を行う手法と、高精度でありながら複雑で高価な機器で実現する手法に二極化している。 As described above, the alignment and length measuring device are bipolarized into a method that performs measurement by relying on visual resolution and a method that can be realized by a complicated and expensive apparatus with high accuracy.
構造が単純で安価に製作でき、精密な位置合わせや計測において、目視で容易に位置の合致や値を読み取ることができる、表示手段を実現する。 A display means is realized that is simple in structure and can be manufactured at low cost, and that can be easily read visually for position alignment and values in precise alignment and measurement.
また前記の表示手段に検出器を組み合わせ、信頼度が高い計測器を実現する。 Moreover, a detector is combined with the display means to realize a highly reliable measuring instrument.
また本発明の趣旨ではないが、本発明の表示手段は暗号システムに応用することが期待される。 Although not the gist of the present invention, the display means of the present invention is expected to be applied to a cryptographic system.
本発明はモアレが光量分布を生じる現象の基礎的な原理を高度な手法で利用し、全体で見ると中間調に見える一見無秩序なディザ法で用いられるような微細なパターンを複数重ねることにより、任意の画像や文字の形の光量分布を発生させる手法を用いることを特徴とする。 The present invention uses the basic principle of the phenomenon that moire produces a light quantity distribution in an advanced manner, and by superimposing a plurality of fine patterns that are used in a seemingly disordered dither method that looks halftone when viewed as a whole, It is characterized by using a method for generating a light quantity distribution in the form of an arbitrary image or character.
ディザ法とは印刷や表示装置において濃淡を表す手法のひとつで、画像を微細なピクセルに区切り、表示に用いるピクセル数と並びを制御することによって中間の階調を表す手法である。各点で表せる階調が少ない画面の表示やオフセット印刷、プリンターなどの印刷で用いられる。 The dither method is one of methods for expressing shading in a printing or display device, and is a method for expressing an intermediate gradation by dividing an image into fine pixels and controlling the number and arrangement of pixels used for display. It is used for screen display, offset printing, printer printing, etc. with few gradations that can be expressed at each point.
古くから知られているモアレは、目や撮像系の空間分解能と同程度かそれ以下の、1次元または2次元の周期的な構造が複数重なり合うことによって、光量の分布を生じる現象であり、テレビで縞模様を映した場合などに目にすることが出来る。モアレの原因は、周期が近いために生じるとされるが、局所的に見ると、領域毎の透過光量または反射光量が、複数のパターンの間における重なりの有無によって変化することが根本的な原因となっている。一般的なモアレの場合、新たに生じる模様が差周波で広い範囲で現れ、かつ多少の移動があっても縞模様が持続するので、認識されやすいと考えることができる。 Moire, which has been known for a long time, is a phenomenon in which a light quantity distribution is generated by overlapping a plurality of one-dimensional or two-dimensional periodic structures having a degree equal to or less than the spatial resolution of eyes or an imaging system. This can be seen when a striped pattern is projected on the screen. The cause of moire is said to be due to the short period, but when viewed locally, the fundamental cause is that the amount of transmitted light or reflected light in each region changes depending on the presence or absence of overlap between multiple patterns It has become. In the case of general moire, a newly generated pattern appears in a wide range with a difference frequency, and even if there is some movement, the striped pattern persists, so it can be considered that it is easily recognized.
2枚の微細なパターンを印刷した透過プレートを重ねることで、光量分布を作ることができる理由を示す断面図を図1に示す。1は透過プレートA、2は透過プレートBである。両透過プレートには、ディザ法で用いられるような目視で観察可能な分解能と同程度かそれ以上微細なパターンが、透過率100%と0%の濃淡で印刷されているものとする。 FIG. 1 is a cross-sectional view showing the reason why a light quantity distribution can be created by overlapping two transmission plates on which fine patterns are printed. 1 is a transmission plate A, and 2 is a transmission plate B. Both transmission plates are printed with a pattern with a lightness of 100% and 0%, which is as fine as or higher than the resolution that can be visually observed as used in the dither method.
ここではピクセルよりも広い範囲の、人間や検出器が1つ画像として認識する広さの単位として区画という呼称を用いる。観察者や撮像システムは微細なパターンは細かすぎるために、中間調のグレーの板として認識し、区画について濃淡を識別するものとする。 Here, the term “compartment” is used as a unit of width that is recognized as one image by a human or a detector in a wider range than pixels. The observer or the imaging system recognizes the gray pattern as a halftone gray plate because the fine pattern is too fine, and distinguishes the shades of the sections.
各区画は透過部分と透過しない部分がプレートAにおいてT1、プレートBにおいてT2の確率で存在するものとする。 In each section, it is assumed that a transmission part and a non-transmission part exist at a probability of T 1 in the plate A and T 2 in the plate B.
3で示すエリアは両プレートの微細なパターンが一致している場合を示し、透過プレートBを透過した光は全て透過プレートAも通過するため、T1の光を透過する。4のエリアは微細なパターンが反転しているため、透過プレートBを透過した光は全て透過プレートAで遮られる。5は微細なパターンが一致しない、あるいは、位置がずれている場合を示し、もし微細なパターンに相関がない場合はT1×T2の光が透過することになる。
Area indicated by 3 shows the case where a fine pattern of the plates are coincident, the light transmitted through the transmission plate B is to be passed through all transmission plate A, and transmits light of T 1. Since the fine pattern is reversed in the
以上の結果を総合すると、透過率Ttotalは以下の式で表されることになる。 When the above results are combined, the transmittance T total is expressed by the following equation.
(数1)
Ttotal=T1×q1,2
(Equation 1)
T total = T 1 × q 1,2
ここで、q1,2はプレート1の透過領域のうちプレート2が透過領域となっている確率を表す。よって領域毎のq1,2をコントロールすることで、任意の画像や文字を表示することができることになる。二つのプレートの平均透過率が50%の場合、微細なパターンの位置が一致しない部分の透過率は平均25%、一致した部分の平均透過率は50%、微細なパターンを反転させて位置を一致させた部分の透過率0%となる。
Here, q 1 and 2 represent the probability that the
図2に表示を行うための具体的な素子の組み合わせを示す。表示を行うプレートは、以下の組み合わせが可能である。 FIG. 2 shows a specific combination of elements for performing display. The following combinations are possible for the plate for display.
両方を透過プレートとして、透過で観察する(図2、6に示す)、 Observe both as transmission plates (shown in FIGS. 2 and 6),
1つを透過、もうひとつを白または鏡面として反射光で観察する(図2、7に示す)、 Observe with reflected light with one passing through and the other white or mirrored (shown in Figures 2 and 7),
一方を像を表示するブラウン管や液晶などの発光デバイス、もう1つを透過プレートとして透過プレート側から観察する(図2、8に示す)、 One side is a light-emitting device such as a cathode ray tube or a liquid crystal that displays an image, and the other side is a transmission plate and is observed from the transmission plate side (shown in FIGS. 2 and 8).
両方のプレートに偏光を用いて微細なパターンを描画、透過として観察する(図2、9に示す)、 Draw a fine pattern using polarized light on both plates and observe as transmission (shown in FIGS. 2 and 9).
両方のプレートに偏光を用いて微細なパターンを描画、白または鏡面をバックにして反射光で観察する(図2、10に示す)、 Draw a fine pattern using polarized light on both plates and observe with reflected light with white or mirrored back (shown in FIGS. 2 and 10),
上記の手法のうち6、7、8では、片方の透過プレートの代わりに、プレートの微細なパターンを、光学系を使用するなどして投影して使用することでも代用できる。 Among the above methods, 6, 7, and 8 can be used by projecting a fine pattern of a plate by using an optical system instead of one of the transmission plates.
また上記の手法のうち9、10については、偏光した光を入射、片方の偏光板の代わりに波長板を使用する形でも代用できる。 Of the above methods, 9 and 10 can be substituted by entering polarized light and using a wave plate instead of one polarizing plate.
濃淡をモノクロで印刷する手法以外に、任意の色、または複数の色を用いることも可能である。 In addition to the method of printing the shades in monochrome, any color or a plurality of colors can be used.
微細なパターンの要素は3角形、6角形などの規則的な構造だけでなく、サイズの異なる無秩序な形状の分布を用いることも考えられる。しかし現実にはパターンの反転などの計算を考慮すると矩形を用いることが好ましいと考えられる。 It is conceivable that the elements of the fine pattern use not only regular structures such as triangles and hexagons but also random distributions of shapes having different sizes. However, in reality, it is considered preferable to use a rectangle in consideration of calculations such as pattern inversion.
図1および図2で示した原理を使用して重複によって画像や文字を示すための微細なパターンの決定方法を図3に示す。 FIG. 3 shows a method for determining a fine pattern for showing an image or a character by overlapping using the principle shown in FIGS.
16は表示したい画像、17は周期性のない微細なパターンである。明るく表示する部分である18の領域はそのまま、暗く表示する部分19は20のように反転させ、18と20を21のように再び合成する。元の微細なパターンである17と合成して作製した21を重ねることで、22のように画像が現れる。
16 is an image to be displayed, and 17 is a fine pattern without periodicity. The
つまり、複数のプレートを上記の手法により画像や文字を表示出来るように作成するプロセスと、それらを特定の位置関係で重ねる、という2つのプロセスにより、意味を持たない2つ画像から新たな画像を表示できることになる。 In other words, a new image is created from two images that have no meaning by two processes: creating a plurality of plates so that images and characters can be displayed by the above method and overlaying them in a specific positional relationship. It can be displayed.
また、透過率0%とする部分は、対応するピクセルのどちらかをランダムに選んで黒とし、透過率最大とする部分はランダムに微細なパターンを決定し、両プレートの対応するピクセルを黒とする方法でも、透過率50%のプレートの組み合わせを作ることができる。また中間調のある画像を表示する場合は、期待する透過光量の2倍の確率で微細なパターンをそのまま転写、他は反転することで、階調を表現することが可能である。 In addition, for the portion where the transmittance is 0%, one of the corresponding pixels is randomly selected to be black, and for the portion where the transmittance is maximum, a fine pattern is randomly determined, and the corresponding pixels of both plates are determined to be black. Even with this method, a combination of plates with a transmittance of 50% can be made. Further, when displaying an image having a halftone, it is possible to express gradation by transferring a fine pattern as it is with a probability twice as much as the expected transmitted light amount and inverting the others.
本発明の表示は、微細なパターンを複数重ねて用いるため、周期性のあるパターン同士が生じるモアレと異なり、僅かな移動で画像や文字が消えてしまう。この位置変化に敏感である特性、および画像やサイズを任意に決められる特性により、測定の表示および検出に利用可能である。 Since the display according to the present invention uses a plurality of superposed fine patterns, images and characters disappear with a slight movement, unlike a moire pattern in which periodic patterns are generated. This characteristic that is sensitive to a change in position and the characteristic that can arbitrarily determine the image and size can be used for display and detection of measurement.
図3の下部に1次元の位置検出のためのプレートの作製例を示す。23a、23bはプレートA、プレートBを示し、接する面に微細なパターンが印刷されている。24aで示すプレートAの区画A−1と24bで示すプレートBの区画B−1が対応する区画で、区画が重なったときに画像や文字が表示されるように微細なパターンを決めて印刷する。同様に25aで示す区画A−2と25bで示す区画B−2、26aで示す区画A−3と26bで示す区画B−3についても図柄や文字が表示される微細なパターンを印刷する。
An example of producing a plate for one-dimensional position detection is shown in the lower part of FIG.
図3の下部の拡大を図4に示す。プレートAとプレートBでは、区画の間の間隔は異なっている。プレートBをプレートAの上に設置し区画A−1と区画B−1が一致したときには、その区画だけ画像や文字が表示され、他の区画は位置がずれるため画像や文字は表示されない。同様に区画A−2と区画B−2が一致したときには、これらの区画のみしか画像や文字は表示されない。よって区画の間隔の差だけ移動するたびに、それぞれの領域に画像や文字が表示されることになる。 An enlarged view of the lower part of FIG. 3 is shown in FIG. In plate A and plate B, the spacing between the compartments is different. When the plate B is placed on the plate A and the section A-1 and the section B-1 coincide with each other, an image or character is displayed only in that section, and the position or position of the other section is shifted, so that no image or character is displayed. Similarly, when section A-2 and section B-2 match, only these sections display images and characters. Therefore, every time the area moves by the difference between the sections, an image or a character is displayed in each area.
つまり、意図した画像や文字を表示する微細なパターンの組み合わせを作るプロセスと、これらを意図した間隔で複数のプレートに並べて印刷をするプロセスにより、重ねて位置を移動するというプロセスによって位置を表す画像や文字を表示することが可能となる。 In other words, an image that represents a position by a process of making a combination of fine patterns that display an intended image or character and a process of printing these by arranging them on a plurality of plates at an intended interval, and moving the position in an overlapping manner And characters can be displayed.
図4の例では、10ピクセルの1区画に対し、1ピクセルの間隔があるため、実際のプレートの移動の10倍の速度で表示が移動することになる。また表示部分に数字を表示する微細なパターンを用いることで、位置を数字として読み取ることが可能となる。
In the example of FIG. 4, since there is an interval of one pixel for one section of 10 pixels, the display moves at a
移動を大きく表示することができるメリットの半面、プレートのサイズには限界があるため区画の数が増えるとプレートの面積が不足するという問題が生じる。その解決策として区画を複数の列にすることが考えられる。図5に表示を複数の列としたプレートの例を示す。 On the other hand, there is a merit that the movement can be displayed greatly. On the other hand, there is a limit to the size of the plate. As a solution for this, it is conceivable to make the partitions into a plurality of rows. FIG. 5 shows an example of a plate whose display is a plurality of columns.
31aと31bのプレートの組み合わせは複数の列を平行に並べて順番に使用する手法を示したものである。プレートは図面の横方向に移動するものとする。33aと33b、34aと34b、35aと35bの区画がそれぞれ相当する区画で、33から34と横方向に表示が移動し、端に達したのち35の行に表示が移動する。
The combination of the plates 31a and 31b shows a method of arranging a plurality of rows in parallel and using them in order. The plate shall move in the lateral direction of the drawing. The
32aと32bのプレートの組み合わせは表示を垂直に移動する手法を示したものである。プレートは図面の横方向に移動するものとする。36aと36b、37aと37b、38aと38bの区画がそれぞれ相当する区画で、36から37と縦方向に表示が移動し、端に達したら38の列に表示が移動する。
The combination of the plates 32a and 32b shows a method of moving the display vertically. The plate shall move in the lateral direction of the drawing. The
またノギスなどの測定器で使用する場合は、大きなスケールは従来どおりに目盛りを読むものとして、微細な読みについてのみ、本発明の手法を用いて、繰り返し表示することが適当であると考えられる。具体的には0から9までの文字を表示させ、それ以上移動した場合に再び0の表示に戻して繰り返し表示することが考えられる。 Further, when used with a measuring instrument such as a caliper, it is considered appropriate to repeatedly display only a fine reading using the method of the present invention, assuming that a large scale reads the scale as usual. Specifically, it is conceivable that characters from 0 to 9 are displayed, and when moved further, the display is returned to 0 again and repeatedly displayed.
図4において0から9までを繰り返して表示するためには、区画の間隔を1ピクセルとした場合、23aのプレートの移動方向に10ピクセルの周期で同じ微細なパターンを繰り返す。23bのプレートには、23aのプレートの微細なパターンを、1ピクセルずつ開けて、図3の手法で転写する。その結果、左端が一致したところから0から順に数字が表示され、10ピクセルだけ動くと、再び0の画像が現れることになる。
In order to display repeatedly from 0 to 9 in FIG. 4, when the interval of the section is 1 pixel, the same fine pattern is repeated at a cycle of 10 pixels in the moving direction of the
本発明は、1次元だけでなく、2次元に拡張することが可能である。位置合わせに用いる例を図6に示す。 The present invention can be extended to two dimensions as well as one dimension. An example used for alignment is shown in FIG.
39aで示すプレート(以下ベースプレートと示す)について、周期性のない微細なパターンを印刷する。ベースプレートの区画を適切な隙間を設けて微細なパターンを切り取り、39bで示す別のプレート(以下移動プレートと示す)に、隙間なく、反転、あるいは数値などの画像を表示するパターンで転写して印刷する。図6では41aと41b、42aと42b、43aと43bが対応する区画を表す。 A fine pattern having no periodicity is printed on the plate indicated by 39a (hereinafter referred to as a base plate). A fine pattern is cut out from the base plate section with an appropriate gap, and printed on another plate (hereinafter referred to as a moving plate) indicated by 39b with a pattern that displays an image such as a reversal or numerical value without a gap. To do. In FIG. 6, 41a and 41b, 42a and 42b, and 43a and 43b represent the corresponding sections.
移動プレートには、40で示すように、表示されている区画を判別するための目盛りを脇に印刷しておく。ベースプレートの下には光源を設置し、斑なく照明する。この状態で移動プレートを動かすことで、プレートの位置ずれに応じた場所の画像や文字が表示される。44は39aと39bを重ねた例を示し、45の区画が合致して透過光量がゼロとなっている。よって、移動プレートが左に1ピクセル、上方向に1ピクセルずれていることが分かる。
On the moving plate, as indicated by 40, a scale for determining the displayed section is printed on the side. A light source is installed under the base plate and illuminated without spots. By moving the moving plate in this state, an image or a character of a place corresponding to the positional deviation of the plate is displayed. 44 shows an example in which 39a and 39b are overlapped, and the
本発明は円筒の側面に微細なパターンを表示することで、回転角の表示や検出に利用することもできる。また、ピクセルや区画を扇形で構成し平面状でリング状にして重ねることで、円盤の回転の表示や検出に用いることが出来る。 The present invention displays the fine pattern on the side surface of the cylinder, and can be used for displaying and detecting the rotation angle. Further, the pixels and sections are formed in a sector shape and are stacked in a planar shape in a ring shape, which can be used for displaying and detecting the rotation of the disk.
本発明は、人間が眼視で読み取る測定器だけでなく、光検出器などを用いた電子スケールに利用することも可能である。検出器を用いた位置検出においては、文字などを表示しない代わりに対応する区画の位置が合致すると区画全面の光量が最大あるいは最小となるパターンを用い、光量の信号の変化から移動量と方向を認識し、積算を行う。 The present invention can be used not only for a measuring instrument that a human reads visually but also for an electronic scale using a photodetector or the like. In position detection using a detector, instead of displaying characters, etc., a pattern that maximizes or minimizes the amount of light on the entire surface of the section when the position of the corresponding section matches is used. Recognize and integrate.
一般的なリニアスケールでは、周期的なパターンから、ピクセル以下の分解能の移動を検出器の信号の強弱から算出することが多く行われているが、本手法では、ランダムにパターンを決めると、区画がピクセルに対して十分大きくない場合、ピクセル以下の分解能の検出が信用できない可能性があるため、特殊なパターンを使用する必要がある。 In a general linear scale, the movement of resolution below the pixel is often calculated from the periodic pattern based on the strength of the detector signal. However, in this method, if the pattern is randomly determined, If is not large enough for a pixel, the detection of sub-pixel resolution may not be reliable and a special pattern must be used.
図7に光検出器を用いる場合のパターンの設計例を示す。46は4×4ピクセルのパターンであるが、このパターンは、合致箇所以外は一定の透過率となるという特性を持つ。同様に移動時に合致箇所以外の透過(あるいは反射)光量が一定となるパターンを図8に示す。4×4ピクセルで2つ、6×6ピクセルで9つの基本的なパターンがある。これらの濃淡の反転、90度単位の回転、ミラー反転、および列、行列の循環(右3列を左にずらし、一番左の列は右に付け足すなどする)によって同様なパターンを作ることができる。
FIG. 7 shows an example of pattern design when a photodetector is used.
47aは46のパターンを敷き詰めたもの、47bは47aから5列、5行毎に1ラインを差し引き反転して作製したパターンである。47aのベースプレートに47bを重ねた場合、48で示す区画が合致箇所であり、他の4×4ピクセルの区画の中で4ピクセルずつ透過している。47bの太線で示される4×4ピクセルの区画に1つずつ、計16個の検出器を儲け、その透過光量をモニターすることで、47aと47bの相対位置を正確に検出することが可能となる。
47a is a pattern in which 46 patterns are spread, and 47b is a pattern produced by subtracting one line from 47a every 5 columns and 5 rows. When 47b is overlaid on the 47a base plate, the section indicated by 48 is a coincidence portion, and is transmitted four pixels at a time in the other 4 × 4 pixel sections. It is possible to accurately detect the relative positions of 47a and 47b by placing a total of 16 detectors, one for each 4 × 4 pixel section indicated by the
また、本発明は、一次元、二次元の位置や回転角の表示や検出に限らず、最終的に位置の変化や針の回転を利用して表示や検出のプロセスを行う装置であれば、利用することが出来る。針で目盛りを指し示す場合は、回転盤に置き換える必要があるが、その他、パターンの決め方などは、前記の一次元、二次元の位置と回転角の表示や検出と同じである。具体的には、ばね秤や時計の表示といった測定器が考えられる。
In addition, the present invention is not limited to display and detection of one-dimensional and two-dimensional positions and rotation angles, but if it is an apparatus that finally performs a display or detection process using position change or needle rotation, It can be used. When the scale is pointed with a needle, it is necessary to replace it with a rotating disk, but the pattern determination method is the same as the one-dimensional and two-dimensional position and rotation angle display and detection. Specifically, a measuring instrument such as a spring balance or a clock display can be considered.
本発明を暗号記録媒体として使用することができるが、その手法は図3の原理の説明で示されたものと同等なものである。 The present invention can be used as an encryption recording medium, but the method is equivalent to that shown in the explanation of the principle of FIG.
ただし、暗号に用いる場合、1つのプレートを保管していても、もう一方のプレートを多数取得されると、文字の位置が同じ場合、プレート間において文字や余白の重なる部分の微細なパターンが一致することから、解読される可能性が生じる。例えば、一文字目が1のプレートと3のプレートを入手されると、縦に重複部分が3点あることから、片方が1、残りが3,6,8,9のいずれかであるという推定が成り立つ。 However, when used for encryption, even if one plate is stored, if a large number of other plates are acquired, if the character positions are the same, the fine patterns of the overlapping parts of characters and margins match between the plates. This creates the possibility of being deciphered. For example, if you get a plate with 1 as the first character and a plate with 3 characters, there are 3 overlapping parts in the vertical direction, so there is an estimate that one is 1 and the other is 3, 6, 8, or 9. It holds.
1つのプレートに対し、相手のプレートが多数取得またはコピーされ続けても気が付かない可能性がある場合、または大きな被害が生じかねない場合には、プレートを大きく作り、毎回文字の位置を換える必要がある。この場合、微細なパターンを意味のない乱数のみを使って作っている限りは読み取られる可能性はない。表示位置を毎回完全に変えることが合理的でない場合、文字の位置や間隔を毎回変化させる、使用する文字を数字だけでなく英字大小、ひらがなカタカナなど多種組み合わせる、フォントのサイズ、向き、種類を変える、白黒を反転するなどの対策を行うことが考えられ、解読される可能性は低く抑えられるため、利用回数や被害が限られている場合に使用することが可能となる。 If there is a possibility that a large number of opponent plates may continue to be acquired or copied for one plate, or if there is a risk of serious damage, it is necessary to make the plate larger and change the position of the characters each time. is there. In this case, as long as a fine pattern is created using only meaningless random numbers, there is no possibility of reading. If it is not reasonable to completely change the display position each time, change the position and spacing of the characters each time, change the font size, orientation, type, etc. It is conceivable to take measures such as reversing black and white, and the possibility of decoding is kept low, so that it can be used when the number of uses and damage is limited.
また特定の位置関係でなければ表示されないことを利用し、安全性を高めることも出来る。2枚のプレートの外形を加工し、特定の位置関係にならなければ重ねられない形にしておくことで、正規の利用者はすぐ読み取ることができ、違法にコピーを使う人は合致位置探しに時間を法することになる。 In addition, it is possible to improve safety by using the fact that it is not displayed unless it is in a specific positional relationship. By processing the outer shape of the two plates so that they cannot be stacked unless they have a specific positional relationship, legitimate users can read them immediately, and those who use illegal copies can search for matching positions. You will be deciding the time.
ものさしやノギス、印刷のトンボなどの表示は、肉眼による読み取りを必要とするため、読み間違いが起こる可能性があり、また精度が直接的な人間の目の分解能に制限されている。本発明の表示を用いることで、肉眼で読み取りが困難な僅かな位置の変化を大きな表示で、画像や数字などの文字で表示することが可能となる。 Display such as a ruler, caliper, or printing dragonfly requires reading with the naked eye, so reading errors may occur, and accuracy is limited to direct human eye resolution. By using the display of the present invention, it is possible to display a slight change in position, which is difficult to read with the naked eye, with a large display and characters such as images and numbers.
また、微細なパターンは印刷、転写で生産できる。面内の距離の精度だけが必要なので、精密な立体的な機械的構造を用いる場合と比較して、コンパクトに、安価に製造できる。また測長だけでなく、回転角の表示、2次元の面内の位置検出に利用できる。 A fine pattern can be produced by printing and transfer. Since only the accuracy of the in-plane distance is required, it can be manufactured in a compact and inexpensive manner compared to the case of using a precise three-dimensional mechanical structure. Moreover, it can be used not only for length measurement, but also for displaying a rotation angle and detecting a position in a two-dimensional plane.
本発明は光の検出器と組み合わせて、電子的な処理を行うシステムに組み込むことも可能である。2次元で濃淡を表すため、従来の1次元や2次元の周期構造を使用する場合と比較して多数の点が検出に関与するため、傷やごみに影響される誤差を軽減することが可能となる。また読み取るスケールに比較して、広い面積で検出を行うことができるため、微細な領域を読み取るための光学系を省略できるなどの効果が期待できる。 The present invention can also be incorporated into a system for electronic processing in combination with a light detector. Since two-dimensional shading is used, many points are involved in detection compared to the case of using a conventional one-dimensional or two-dimensional periodic structure, so it is possible to reduce errors affected by scratches and dust. It becomes. In addition, since the detection can be performed in a wider area compared to the reading scale, an effect such as the omission of an optical system for reading a fine region can be expected.
本発明は円筒の側面に使用することで回転角の測定に用いることができる。また、針や円盤を回転して値を指し示す機器などで円盤に本発明の表示・検出方法を用いることもできる。傾斜計やセオドライトの方位検出、回転機構のエンコーダーなどの角度を測定する計測器の精密表示に使用できる。これらは精密になると電子的なエンコーダーを利用するものが多いが、本発明を用いることで、精密な表示を容易に実現できるため、安価な製品を作ることが期待できる。 The present invention can be used for measuring a rotation angle by being used on a side surface of a cylinder. In addition, the display / detection method of the present invention can be used for a disk with a device that rotates a needle or disk to indicate a value. It can be used for precise display of measuring instruments that measure angles such as tilt sensors, theodolite detection, and encoders of rotating mechanisms. Many of these use electronic encoders when they become precise, but by using the present invention, precise display can be easily realized, so that it can be expected to produce an inexpensive product.
また、本発明は直接的に位置や角度を測定するときの表示や検出に用いられるだけでなく、測定値の表示を最終的に物体の移動で表したり、針を回転して指し示す測定器に使用することができる。バネ秤やストップウォッチ、時計、温度計、湿度計、体重計、電圧・電流計、ダイヤルゲージなど、移動や回転機構で表示を行う各種計測器の表示で利用できる。 In addition, the present invention is not only used for display and detection when directly measuring the position and angle, but is also used in a measuring instrument that finally represents the display of the measured value by the movement of the object or rotates and points the needle. Can be used. It can be used to display various measuring instruments such as spring scales, stopwatches, clocks, thermometers, hygrometers, weight scales, voltmeters / ammeters, dial gauges, etc. that display with moving and rotating mechanisms.
本発明の表示を暗号に用いる場合、非常に安価に製造できることが特徴である。ビットマップ画像として送付し、プリンターで紙やOHP用紙などに印刷する形でも実現できる。頻繁に手元で暗号表示を変える必要がある場合などに利用しやすい。 When the display of the present invention is used for encryption, it can be manufactured at a very low cost. It can also be realized by sending it as a bitmap image and printing it on paper or OHP paper. It is easy to use when you need to change the encryption display frequently at hand.
電子画像にディザ法を用いて暗号を組み込む手法は既知となっているが、本発明では印刷物の暗号の読み取りが可能であり、画像の中に透かしとして組み込み、印刷物から直接判読することができるというメリットがある。また既に印刷されている印刷物でも中間的な濃度の部分があれば、対応するパターンを作って使用することができるというメリットがある。 Although a technique for incorporating a cipher into an electronic image using a dither method is known, the present invention can read a cipher of a printed matter, and can be incorporated as a watermark into an image and directly read from the printed matter. There are benefits. Moreover, even if the printed matter is already printed, if there is an intermediate density portion, there is an advantage that a corresponding pattern can be created and used.
本発明の請求項1および請求項2に関わる例を実施例1と実施例2、請求項1および請求項2および請求項3に関わる例を実施例3、請求項1および請求項4に関わる例を実施例4に示す。
Examples related to
ノギスに本発明の表示を採用する例を図9に示す。 An example in which the display of the present invention is adopted for the caliper is shown in FIG.
通常のノギスの目盛りに平行して、微細なパターン51aを印字し、51aに対応して0から9の数字を表示する微細なパターン51bを可動部分の透過板に印刷する。1ミリメートル単位の移動は52の針に相当する線と53の目盛りで読み取り、1ミリメートル以下を本発明の表示で読み取るものとする。51aのパターンは1ピクセル0.1ミリメートルとして作製し、10ピクセル毎に繰り返すものとする。51bの各区画は、51aから1ピクセルずつ飛ばして、隙間を詰めて、数字部分はそのまま、背景は反転したパターンを印刷する。
A
これによって、ノギスを0.1ミリメートル移動するたびに表示が移動し、0.1ミリメートルの読みが容易に行える。また、隣り合った区画に数値が現れる場合は0.05ミリメートル単位の移動と認識できることから、20分の1ミリメートルの読み取りが可能となる。 Thus, the display moves each time the caliper is moved by 0.1 mm, and reading of 0.1 mm can be easily performed. Further, when a numerical value appears in an adjacent section, it can be recognized as a movement in units of 0.05 millimeters, so that reading of 1/20 millimeter is possible.
アナログ時計のストップウォッチでは、針を高速に回転させて1分の20秒を表示しているものがある。しかし本発明の手法を用いることで、秒針と同じ速度で回転するプレートによって1秒以下を表示することが可能となる。 Some analog watch stopwatches display 20 seconds by rotating the hands at high speed. However, by using the method of the present invention, it is possible to display 1 second or less by a plate rotating at the same speed as the second hand.
図10に20分の1秒を表示するストップウォッチの例を示す。54は表示板、55は回転板で、59aと59bは本発明の微細なパターンAおよびB、60は秒針を示す線である。一周100秒の場合、微細なパターンは一周2000ピクセルとし、表示板では周回方向に20ピクセルずつ同じ微細なパターンを繰り返す。回転板は100秒で一周し、微細なパターンにより1分の20秒で1秒以下を表示する。58はその微細パターンのための目盛りである。 FIG. 10 shows an example of a stopwatch that displays 1/20 second. 54 is a display plate, 55 is a rotating plate, 59a and 59b are fine patterns A and B of the present invention, and 60 is a line indicating a second hand. In the case of 100 seconds per round, the fine pattern is 2000 pixels per round, and the same fine pattern is repeated on the display board by 20 pixels in the circumferential direction. The rotating plate makes a round in 100 seconds and displays less than 1 second in 20 minutes per minute with a fine pattern. 58 is a scale for the fine pattern.
検出器を用いる実施例として、加工機と加工物、測定器と測定物、印刷機と印刷物などにおける位置関係の検出方法に用いることが考えられる。例として加工を取り上げる。 As an embodiment using a detector, it can be considered to be used for a method of detecting a positional relationship between a processing machine and a workpiece, a measuring instrument and a measurement object, a printing machine and a printed material, and the like. Take machining as an example.
ベルトコンベアーに、台座に固定された被加工物が乗せられて、複数の加工機の間を移動する場合を想定する。まず加工物の加工に関係のない場所や台座に図6の39aで示した透明なベースプレートを水平に貼り付けておく。各加工機で、39bの各区画の光量分布を持った像を39aに下方から投影する。加工機に設置されたカメラにより39aを上方から撮像し、コンピュータで画像を解析、各区画の光量を算出し、位置ずれ量を得て、加工機の制御プログラムにオフセット量として渡す。
A case is assumed in which a workpiece fixed to a pedestal is placed on a belt conveyor and moved between a plurality of processing machines. First, a transparent base plate indicated by 39a in FIG. 6 is attached horizontally to a place or pedestal that is not related to the processing of the workpiece. Each processing machine projects an image having a light amount distribution of each
この手法では、カメラの空間分解能は区画に対して十分あればよく、ピクセル単位の精度は必要ない。これによって、複数の加工機において常に一定の位置関係で加工ができることになる。 In this method, the spatial resolution of the camera only needs to be sufficient for the section, and accuracy in units of pixels is not necessary. As a result, it is possible to always perform processing with a fixed positional relationship in a plurality of processing machines.
本発明の2つのプレートは単独では情報を持たないにも関わらず、組み合わせることで画像や文字を表示できる。そのため暗号の記録に用いることが可能である。紙幣、キャッシュカードやクレジットカードなどの判別を容易に行う道具として利用することが考えられる。 Although the two plates of the present invention alone have no information, they can display images and characters by combining them. Therefore, it can be used for encryption recording. It can be used as a tool for easily discriminating bills, cash cards and credit cards.
また、様々なWEBサービス、販売やユーザーサポートなどでは、利用者へパスワードやID番号を送る場合、封書で送られるが、郵便物を奪われると暗証がそのまま記載されているため、読み取られてしまう。本発明の暗号化を用いると、一方のプレートを直接手渡し、または商品に貼り付ける形でユーザーに予め送付しておくことで、暗号を印刷物の形のもう一方のプレートとして送付することで直接読み取られる心配なく、安価に暗証番号を送付することが可能となる。 Also, in various WEB services, sales, user support, etc., when sending a password or ID number to a user, it is sent in a sealed letter, but if the mail is stolen, it will be read because the password is written as it is. . With the encryption of the present invention, one plate is directly handed or sent to the user in advance by pasting it on the product, so that the cipher is sent as the other plate in the form of printed matter and read directly. It is possible to send a password at a low cost without worrying about being lost.
また、高分解能のプリンターがあれば、一方をE−mailの添付ファイルの図として送付することも可能である。これをプリントアウトして、予め渡されている透過プレートを重ね合わせることで、安全に暗証番号を伝達することが可能となる。 If there is a high-resolution printer, one of them can be sent as an E-mail attached file diagram. By printing this out and superimposing the preliminarily passed transmission plates, it is possible to safely transmit the password.
本発明は、その特異な表示方法から、玩具や装飾品として使用することも考えられる。各プレートのパターンは中間的な濃度でないとコントラストが悪化することになるが、必ずしも完全に均一である必要はなく、多少の模様があっても重ね合わせによる表示を行うことはできる。任意の中間濃度の淡い透過画像2枚を重ねると、全く異なる画像が現れる、といったパターンを作ることも可能である。 The present invention can also be used as a toy or a decorative article because of its unique display method. If the density of each plate pattern is not intermediate, the contrast will deteriorate, but it is not always necessary to be completely uniform, and even if there are some patterns, it is possible to perform display by superposition. It is also possible to create a pattern in which a completely different image appears when two light transmission images having an arbitrary intermediate density are overlapped.
同様に画像のある印刷物に透かしとして本手法を使用することもできる。ただし濃い印刷部分はプレートを乗せても淡くはできず、また淡い印刷部分で濃い像を表示するためのプレートを作ると、プレートにそのままの画像が見えてしまう。中程度の濃度のコントラストの低い画像についてのみ有効な技術であると考えられる。 Similarly, the present technique can also be used as a watermark on printed matter with images. However, the dark print portion cannot be made light even if the plate is placed, and if a plate for displaying a dark image is made with the light print portion, an image as it is can be seen on the plate. This is considered to be an effective technique only for images with a medium density and low contrast.
1 プレートA
2 プレートB
3 同一パターン合致区画
4 反転パターン合致区画
5 パターン不一致区画
6 透過+透過タイプ
7 透過+反射タイプ
8 透過+発光表示機タイプ
9 偏光透過+偏光透過タイプ
10 偏光透過+偏光反射タイプ
11 非透過部分
12 反射面
13 発光素子
14 偏光板0度
15 偏光板90度
16 表示したい画像
17 微細なパターン
18 明部の区画
19 暗部の区画
20 19の反転パターン
21 18と20の合成
22 21と17の重ね合わせ
23a プレートA
23b プレートB
24a 区画A−1
24b 区画B−1
25a 区画A−2
25b 区画B−2
26a 区画A−3
26b 区画B−3
27a 複数列表示(表示平行移動)プレートA
27b 複数列表示(表示平行移動)プレートB
28a 複数列表示(表示垂直移動)プレートA
28b 複数列表示(表示垂直移動)プレートB
29 余白部(表示に不使用)
30 隙間部(表示に不使用)
31 10の桁の目盛り
32 1の桁の目盛り
33a 区画A−1
33b 区画B−1
34a 区画A−2
34b 区画B−2
35a 区画A−3
35b 区画B−3
36a 区画A−1
36b 区画B−1
37a 区画A−2
37b 区画B−2
38a 区画A−3
38b 区画B−3
39a プレートA
39 プレートB
40 目盛り
41a 区画A−1
41b 区画B−1
42a 区画A−2
42b 区画B−2
43a 区画A−3
43b 区画B−3
44 プレートAとプレートBの合成
45 合致箇所
46 基本パターンの例
47a ベースプレート
47b 移動プレート
48 合致箇所
49a〜49b 4×4ピクセルの不合致箇所濃度一定パターン
50a〜50i 6×6ピクセルの不合致箇所濃度一定パターン
51a ベースプレートのパターン
51b 移動プレートのパターン
52 指標
53 目盛り
54 表示板
55 回転板
56 表示板と回転板
57 目盛り(秒)
58 目盛り(1/20秒)
59a 微細なパターンA
59b 微細なパターンB
60 秒針
61 1/20表示
1 Plate A
2 Plate B
3 Same
23b Plate B
24a Section A-1
24b Section B-1
25a Section A-2
25b Section B-2
26a Section A-3
26b Section B-3
27a Multiple row display (display translation) Plate A
27b Multiple row display (display translation) Plate B
28a Multiple row display (display vertical movement) Plate A
28b Multiple row display (display vertical movement) Plate B
29 Margin (not used for display)
30 Clearance (not used for display)
31 Scale of 10
33b Section B-1
34a Section A-2
34b Section B-2
35a Section A-3
35b Section B-3
36a Section A-1
36b Section B-1
37a Section A-2
37b Section B-2
38a Section A-3
38b Section B-3
39a Plate A
39 Plate B
40
41b Section B-1
42a Section A-2
42b Section B-2
43a Section A-3
43b Section B-3
44 Composite of Plate A and
58 scales (1/20 seconds)
59a Fine pattern A
59b Fine pattern B
60
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