JPS6177701A - 光学式測定機器におけるエツジ検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 【産業上の利用分野１ この発明は、物体の寸法、変位量等を測定するための光
学式測定機器におけるエツジ検出装置に係り、特に、透
明でない測定対象物に、直接走査光線を照射し、これに
より生じる透過光または反射光、あるいはこれら透過光
または反射光による測定対象物の投影像を、光電索子に
受光させて電気信号を取り出し、この信号に基づき該測
定物の寸法測定、位置判別、形状判断等を行うための光
学式測定機器におけるエツジ検出装置に関する。

【従来の技術１ 従来この種光学式測定機器、例えば、投影機は、載物台
上の測定対象物を平行な光線により照射して、その透過
光または反射光に基づきスクリーン上に該測定対象物の
投影像を結像させ、この結像から測定対象物の寸法形状
等を測定するものであるが、スクリーンに投影された測
定対象物の像のエツジ（端部）は一般的にいわゆるにじ
みがあり、従って、載物台上の測定対象物を移動させ、
そのスクリーン上の結像とヘアラインとの一致から測定
値を正確に読み込むことは困難である。

かかる問題点を解消するために、従来は、結像のエツジ
を光電素子を相対移動させることにより、光電素子の受
光面に投影された像の明部と暗部との面積の割合の変化
から充電素子から出力する電気信号の大きざの変化を、
参照電圧と比較して、投影画像の端部を検出するものが
ある。

しかしながら、この方法は、外乱光等のノイズの影響が
大きいとともに、光電素子から得られる信号または参照
電圧の変動による測定精度の低下が大きいという問題点
がある。

さらに、スクリーン上の投影画像の境界（エツジ）に対
して光電素子を相対移動させ、その時の出力信号を２階
微分して波形信号を得、これと参照電圧との比較によっ
てエツジを検出するものがあるが、光電素子と投影画像
との相対移動速度の大小によって、検出されるエツジの
位置が異なることがあり、ざらに、前記と同様に参照電
圧の変動による測定精度の低下が大きいという問題点が
ある。

さらに、光電素子を２個配置して、これを投影画像のエ
ツジに対して相対移動させ、これにより得られた複数の
出力信号から波形の信号を得、これと参照電圧との比較
によってエツジを検出するものがあるが、前記と同様に
光電素子から得られた出力信号と参照電圧との相対変化
、レベル変動等から測定が非常に不安定となり、ざらに
、照射光線の照度に対する適用範囲が狭く、また、測定
態様が限定されかつ、センサ一部あるいは回路部分が複
雑になるという問題点がある。

特に、投影機においては、照射用の光源ランプの疲労、
投影系のレンズ特性、外乱光によりスクリーン上の投影
画像の明るさが変化し、また、投影倍率の切替により投
影画像の明るさが変化したり、さらには測定者側の条件
として、例えば測定者の瞳の色（人種により異なる）に
より作業に好適な明るさが異なるため、これを適宜に選
択しなければならないが、前記のように照射光線の照度
に対する適用範囲が狭いと、結果として投影機の能力を
低下させてしまうことになる。

また、従来のエツジ検出方法では、投影画像のフォーカ
スがずれていた場合は、光電素子による出力波形がなだ
らかになってしまうので、正確なエツジ検出ができない
という問題点があった。

この問題点は、投影別のみならず、一般的に透進光また
は反射光を検出して、直接的または間接的に測定対象物
の寸法測定等をするための光学式測定機器におけるエツ
ジ検出に共通の問題である。

これに対して例えば特開昭５８−１７３４０８号に・開
示されるように、透過光または反射光を検出して、直接
的または間接的に測定対象物の寸法測定をするための光
学式測定機器におけるエツジ検出装置において、前記測
定対象物との相対移動時に生ずる明暗に基づき、少なく
とも２組の位相ずれ信号を発生するよう移動面と略平行
な面内に配設された４個の受光素子からなるセンサーと
、前記各組の位相ずれ信号の差を演算する第１および第
２の演算手段と、これら第１および第２の演算手段の出
力信号の差を演算する第３の演算手段および和を演算す
る第４の演算手段と、この第４の演算手段の出力信号が
所定レベルにある間に生じる、前記第３の演算手段の出
力信号と基準レベルのクロス信号を出力する検知手段を
設けたものが提案されている。

このエツジ検出装置は、測定対象物を照射する光強度、
測定中の外乱光等のノイズ、充電素子の出力信号あるい
は参照電圧の変動による影響を伴なうことなく、しかも
簡単な構成で、測定対象物のエツジを検出することがで
き、また投影機において、投影画像の焦点ずれがあって
も、正確にエツジを検出することができ、さらに、光電
素子からのアナログ信号を直接処理することにより、測
定対象物のエツジを検出することができるという利点が
ある。

しかしながら、上記特開昭５８−１７３４０８号公報に
開示されるエツジ検出装置は、そのセンサーが田型に配
置された４個の受光素子から形成されているために、例
えば投影機におけるスクリーン上の投影画像に対する相
対移動時に、受光素子の境界線と移動方向が一致したと
き、投影画像のエツジを検出できない場合があり、従っ
て、投影画像に対するセンサーの移動方向の制限が生じ
るという問題点がある。

【発明が解決しようとする問題点Ｉ この発明は、上記問題点に鑑みてなされたちのであって
、投影画像に対するセンサーの相対移動方向に制限がな
く、どの方向でも確実にエツジを検出することができる
ようにした光学式測定機器におけるエツジ検出装置を提
供することを目的とする。

（問題点を解決するための手段］ この発明は、透過光または反射光を検出して、直接的ま
たは間接的に測定対象物の寸法測定をするための光学式
測定機器におけるエツジ検出装置において、前記測定対
象物との相対移動時に生ずる明暗に基づき、位相ずれ信
号を発生するよう移動面と略平行な面内に同心状に配設
された２個の受光素子を含み、両受光素子の出力に基づ
くセンサ出力信号のセンサ出力端子におけるレベルが、
前記相対移動時に生ずる明及び暗のそれぞれの時に等値
となるよう形成されたセンサーと、このセンサーにおけ
る前記センサ出力端子に接続され、前記位相ずれ信号の
差を演算する差演算器と、前記センサーの出力信号の一
方を入力信号とし、前記位相ずれ信号の基準レベル信号
とのクロスポイントを含む特定領域で信号を出力する領
域信号発生器と、この領域信号発生器から信号が出力さ
れている間に、前記差演算器の出力信号と予め設定され
た基準レベル信号とのクロス信号を出力する検知手段と
、を設けることにより上記目的を達成するものである。

またこの発明は、前記２個の受光素子の外周を−′ 円形とすると共に、その受光面積を等しくすることによ
り上記目的を達成するものである。

また前記センサーを、前記２個の受光素子の一方と対応
する前記センサ出力端子との間に配置されたプレアンプ
を含み、これにより、２個の受光素子の同一受光量に対
する、対応するセンサ出力端子での信号の出力レベルが
等しくなるようにして上記目的を達成するものである。

また、この発明は前記領域信号発生器を、前記センサ出
力信号の一方の信号と参照信号とを比較し、該一方の信
号のレベルが一定範囲にあるとき領域信号を発生するウ
ィンドコンパレータを含むようにして上記目的を達成す
るものである。

またこの発明は、前記領域信号発生器を、前記センサ出
力信号の一方の信号と第１の参照信号とを比較し、該一
方の信号が第１の参照信号よりも小さいとき信号を出力
する第１の比較器と、前記一方の信号と第２の参照信号
とを比較し、該一方の信号が第２の参照信号よりも小さ
いとき信号を出力する第２の比較器と、前記第１及び第
２の比較器の一方のみが信号を出力するとき領域信号を
発生するエクスクル−シブＯＲゲートと、を含むように
して上記目的を達成するものである。

【作用１ この発明において、センサーを構成する一対の受光素子
は、同心円状に配置され、従って、受光素子の境界線と
移動方向が一致することがなく、該センサーの測定対象
物に対する相対移動方向の如何にかかわらず、確実にエ
ツジを検出するものである。

【実施例］ 以下本発明の実施例を図面を参照して説明する。

この実施例は、本発明を、投影機に適用したものであり
、第１図ないし第４図に示されるように、光源ランプ１
からの光をコンデンサレンズ２を介して載物台３の下方
から、あるいは他の光路を介して載物台３の上方から、
該載物台３上の測定対象物４を照射して、その透過光ま
たは反射光に基づき、投影レンズ５を介してスクリーン
６上に、測定対象物４の投影画像を結像させ、この投影
画像により、間接的に測定対象物４の寸法測定等をする
ための投影１１１１０におけるエツジ検出装置において
、前記測定対象物４との相対移動時に生ずる明暗に基づ
き、位相ずれ信号を発生するよう移動面と略平行な面内
に同心状に配設された２個の受光素子１２Ａ、１２Ｂを
含み、両受光素子１２Ａ、１２Ｂの出力に基づくセンサ
出力信号のセンサ出力端子１４Ａ、１４Ｂにおけるレベ
ルが、前記相対移動時に生ずる明及び暗のそれぞれの時
に等値となるよう形成されたセンサー１２と、このセン
サー１２における前記センサ出力端子１４Ａ１１４Ｂに
接続され、前記位相ずれ信号の差を演算する差演算器１
６と、前記センサー１２の出力信号の一方を入力信号と
し、前記位相ずれ信号の基準レベル信号とのクロスポイ
ントを含む特定領域で信号を出力する＠域信号発生器１
８と、この領域信号発生器１日から信号が出力されてい
る間に、前記差演算器１６の出力信号と予め設定された
基準レベル信号とのクロス信号を出力する検知手段２０
とを設けたものである。

前記センサー１２は、第１図に示されるように、投影機
１ｏのスクリーン６の上面にこれと平行にかつ摺動可能
に載置された透明板２２と一体的に設けられ、前記透明
板２２とともに、移動できるようにされている。

前記センサー１２を構成する受光素子１２Ａは、断面円
形状に形成され、また、受光素子１２Ｂは、受光素子１
２Ａの周囲に、半径方向の間隔をおいて受光素子１２Ａ
と同心の輪状に形成されている。

ここで、前記センサー１２は、前記受光素子１２Ａ、１
２Ｂの他に、受光素子１２Ａ及び受光素子１２Ｂの出力
を電気交換するためのＮ流−電圧変換器２４Ａ１２４Ｂ
及びこれらの出力電圧を増幅するためのアンプ２６Ａ、
２６Ｂを備えている。

これらのアンプ２６Ａ及び２６Ｂは、全町で、前記受光
索子１２Ａ、１２Ｂの暗電圧をキャンセルするようにオ
フセット調整されるとともに、全開で、センサ出力端子
１４Ａ、１４Ｂでの出力が同一レベルとなるようにゲイ
ンの調整がなされている。

前記領域信号発生器１８は、前記センサ出力信号の一方
の信号ａ（ｂ）と第１の参照信号ｖｒｅｆ＋とを比較し
、該一方の信号ａが第１の参照信号Ｖｒｅｆ＋よりも小
さいとき信号を出力する第１の比較器２６と、前記一方
の信号と第２の参照信号Ｖｒｅｆ−とを比較し、該一方
の信号が第２の参照信号よりも小さいとき信号を出力す
る第２の比較器２８と、前記第１及び第２の比較器２６
及び２８の一方のみが信号を出力するとき領域信号を発
生するエクスクル−シブＯＲゲート３０と、を備えて形
成されている。

また、前記検知手段２０は、前記差演算器１６の出力信
号と基準レベルの信号とを比較して、両者が一致すると
き、即ちクロスポイントにおいて信号を出力する比較器
３２と、この比較器３２から信号が出力されたとき、こ
れに基づいてエツジパルス信号を発生するパルス信号発
生器３４と、このパルス信号発生器３４及び前記領域信
号発生器１８の両者から信号が出力されているときのみ
エツジ検出信号を出力するＡＮＤゲート３６と、を備え
ている。

次に上記実施例の作用を説明する。

スクリーン６上に結像された測定対象物４の投影画像４
Ａに対して、センサー１２を、位置方向に相対的に移動
させ、投影画像４Ａのエツジがセンサー１２を横切るよ
うにする。

投影画像４Ａが、センサー１２に相対的に接近しかつこ
れを通過した場合は、受光素子１２Ａ及び１２Ｂにより
得られ、且つ、電流−電圧変換器２４Ａ、２４Ｂを経て
アンプ２６Ａ、２６Ｂにより調整されて、センサ出力端
子１４Ａ、１４Ｂから発生する出力信号は、第３図＜Ａ
＞に符号ａ及びｂによって示されるように、振幅の等し
い位相ずれ信号となる。これらの出力信号は、第３図（
Ｂ）に示されるように、差演算器１６によりａ−ｂに演
算され、出力される。

差演算器１６によって出力される信号は検知手段２０の
比較器３２に入力され、この比較器３２は、第３図（Ｂ
）に示されるように、出力信号Ａ−８が○の基準レベル
信号とクロスする時に１のデジタル信号を出力する。

比較器３２の出力に基づき、パルス信号発生器３４は、
第３図（Ｃ）に示されるようなパルス信号ｆをＡＮＤゲ
ート３６に出力する。

一方、前記センサ出力端子１４Ａからの出力信号ａは、
前記領域信号発生器１８の第１及び第２の比較器２６．
２８にそれぞれ入力される。

第４図に示されるように、前記第１の比較器２６は、参
照電圧Ｖ　ｒｅｆ＋と入力信号ａとを比較して信号ａが
Ｖ　ｒｅｆ＋よりも小さいとき信号を前記エクスクル−
シブＯＲゲート３０に出力する。また、前記第２の比較
器２８は、入力された信号ａとＶ　ｒｅｆ−とを比較し
て、信号ａがＶ　ｒｅｆ−よりも小さい時信号をエクス
クル−シブＯＲゲート３Ｑに出力する。

前記エクスクル−シブＯＲゲート３０は、第１の比較Ｂ
２６及び第２の比較器２８の一方のみから信号が出力さ
れている時に、第３図（Ｄ）及び第４図に示されるよう
に１のデジタル信号ｅを出力する。

前記パルス信号発生器３４からのパルス信号「と、エク
スクル−シブＯＲゲート３０からのデジタル信＠ｅは、
ＡＮＤゲート３６に入力され、このＡＮＤゲートは、該
入力信号が共に１の時に、第３図（Ｅ）で示されるよう
に、例えば、１０μｓｅＣのパルス信号９を出力し、こ
の時点で、投影画像４Ａのエツジを検出するものである
。

ここで、この実施例においては、センサー１２を構成す
る受光素子１２Ａ、１２Ｂが、同心円状に形成され、且
つこれらによって発生するセンサ出力端子１４Ａ、１４
Ｂにおける信号の出力レベルが等しくされているので、
受光素子１４Δと１４Ｂの境界線と移動方向が一致する
ことなく、センサー１２の投影画像４Ａに対する相対的
移動方向の如何にかかわらず、均一の出力の信号を得る
ことができ、従ってセンサーの、被測定物に対する相対
移動方向の制限がなく、高精度にエツジ検出を行うこと
ができる。

また、上記のように、センサー１２を構成する受光素子
１２Ａ１１２Ｂを同心円状に構成しているので、受光素
子１２Ａ、１２Ｂの受光面の、被測定物に対する対面面
積を小さくすることができ、従って、小型の測定機器に
も適用できるのみならず、その支持手段の簡素化、また
、投影機においてはスクリーンの目視有効範囲を増大さ
せることができる。

また、センサー１２が小型であるので、複雑な形状の被
測定対象物のエツジ検出にも適用できる。

なお、上記実施例は、受光素子１２Ａを円形状に、受光
素子１２Ｂを円形の受光素子１２Ａの周囲を間隔をおい
て囲む同心輪状に形成したものであるが、本発明はこれ
に限定されるものでな（、センサーを構成する受光素子
は、その外周形状が同心円状となるものであればよい。

従って、例えば、第５図に示されるように、内側の円形
の受光素子１２Ｂに対して半径方向の間隔を設けること
なく、輪状の受光素子１２Ｃを配置するようにしてもよ
い。

また、２個の受光素子を、第６図に示されるように同心
リング状の受光素子１２Ｄ及び１２Ｅから構成するよう
にしてもよい。

また、上記実施例において領域信号発生器１８は、２つ
の比較器２６及びエクスクル−シブＯＲゲート３０とか
ら構成されたものであるが、この′領域信号発生器は、
センサーからの出力信号の一方の立上りまたは立下がり
を検出するものであればよく、実施例の構成に限定され
ない。

また、前記実施例において、受光素子１２Ａ１１２Ｂは
、その受光面積が等しくされることによって、センサ出
力端子１４Ａ、１４Ｂが等しくなるようにされているが
、これは、センサ出力端子１４Ａと１４Ｂにおける出力
信号が同一レベルとなるものであればよく、従って、受
光素子１２Ａ１１２Ｂとセンサ出力端子１４Ａ、１４Ｂ
との間にアンプを配置したり、または、アンプを設ける
ことなく、両センサ出力端子１４Ａ、１４Ｂの出力レベ
ルを等しくするようにしてもよい。

さらに前記実施例は、投影向１４Ａに対してセンサー７
を移動させるものであるが、これは、例えば載物台３を
移動させることにより投影画像４Ａをセンサー７に対し
て移動するようにしてもよい。

、また、上記実施例は、投影機においてそのスクリーン
上の投影画像のエツジを測定する場合のものであるが、
本発明はこれに限定されるものでなく、透過光または反
射光を検出して、直接的または間接的に測定対象物の寸
法測定をするための光学式測定ｉ器におけるエツジ検出
装置に一般的に適用されるものである。

従って、例えば、光学格子を形成したメインスケールお
よびインデックススケールの相対移動から、光電的に寸
法等を測定するための光電式測長器、あるいはレーザー
光等により測定対象物を平行走査して、その明部と暗部
から該測定対象物の寸法等を測定する測定機器等におけ
るエツジ検出装置にも適用されるものである。

【発明の効果］ 本発明は上記のように構成したので、受光素子を利用し
た光学式測定機器におけるエツジ検出装置において、測
定対象物に対するセンサーの相対移動方向に影響される
ことなく、簡単な構成で精度高くエツジを検出すること
ができるという優れた効果を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る光学式測定機器におけるエツジ検
出装置を投影機に実施した場合の実施例を示す光学系統
図、第２図は同実施例の構成を示すブロック図、第３図
は同実施例における信号処理の過程を示す線図、第４図
は同実施例の領域信号発生器における信号処理の過程を
示す線図、第５図および第６図は本発明におけるセンサ
ーの受光素子の配列の他の実流例を示す平面図である。 ４・・・測定対象物、　　　４Ａ・・・投影画像、１２
・・・センサー、 １２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃ１１２Ｄ１１２Ｅ・・・受光素
子、 １４Ａ、１４Ｂ・・・センサ出力端子、１６・・・差演
算器、　　　１８・・・領域信号発生器、２０・・・検
知手段、　　　２６・・・第１の比較器、２８・・・第
２の比較器、 ３０・・・エクスクル−シブＯＲゲート、３２・・・比
較器、　　　　３４・・・パルス信号発生器、３６・・
・ＡＮＤ）ゲート。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）透過光または反射光を検出して、直接的または間
   接的に測定対象物の寸法測定をするための光学式測定機
   器におけるエッジ検出装置において、前記測定対象物と
   の相対移動時に生ずる明暗に基づき、位相ずれ信号を発
   生するよう移動面と略平行な面内に同心状に配設された
   ２個の受光素子を含み、両受光素子の出力に基づくセン
   サ出力信号のセンサ出力端子におけるレベルが、前記相
   対移動時に生ずる明及び暗のそれぞれの時に等値となる
   よう形成されたセンサーと、このセンサーにおける前記
   センサ出力端子に接続され、前記位相ずれ信号の差を演
   算する差演算器と、前記センサーの出力側から前記差演
   算器の出力側に至る信号処理系統から取出される少なく
   とも一個の出力信号を入力信号とし、前記位相ずれ信号
   の基準レベル信号とのクロスポイントを含む特定領域で
   信号を出力する領域信号発生器と、この領域信号発生器
   から信号が出力されている間に、前記差演算器の出力信
   号と予め設定された基準レベル信号とのクロス信号を出
   力する検知手段と、を設けたことを特徴とする光学式測
   定機器におけるエッジ検出装置。
2. （２）前記２個の受光素子の外周が円形とされると共に
   、その受光面積が等しくされた特許請求の範囲第１項記
   載の光学式測定機器におけるエッジ検出装置。
3. （３）前記センサーは、前記２個の受光素子の一方と対
   応する前記センサ出力端子との間に配置されたプレアン
   プを含み、これにより、２個の受光素子の同一受光量に
   対する、対応するセンサ出力端子での信号の出力レベル
   が等しくなるようされた特許請求の範囲第１項または第
   ２項記載の光学式測定機器におけるエッジ検出装置。
4. （４）前記領域信号発生器は、前記センサ出力信号の一
   方の信号と参照信号とを比較し、該一方の信号のレベル
   が一定範囲にあるとき領域信号を発生するウインドコン
   パレータを含むことを特徴とする特許請求の範囲第１項
   、第２項または第３項記載の光学式測定機器におけるエ
   ッジ検出装置。
5. （５）前記領域信号発生器は、前記センサ出力信号の一
   方の信号と第１の参照信号とを比較し、該一方の信号が
   第１の参照信号よりも小さいとき信号を出力する第１の
   比較器と、前記一方の信号と第２の参照信号とを比較し
   、該一方の信号が第２の参照信号よりも小さいとき信号
   を出力する第２の比較器と、前記第１及び第２の比較器
   の一方のみが信号を出力するとき領域信号を発生するエ
   クスクルーシブＯＲゲートと、を有してなる特許請求の
   範囲第１項、第２項または第３項記載の光学式測定機器
   におけるエッジ検出装置。