JP2004177335A - 位置検出方法および装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】単色平行光のフレネル回折によるラインセンサの受光面上での光強度分布の最初の立ち上がり部分における光強度変化をハイパボリックセカンド関数sech(x)により近似し、このハイパボリックセカンド関数を用いてラインセンサの各受光セルによる受光強度を解析する。特に基準受光強度[0.25]を挟む受光強度の受光セルをそれぞれ求め、これらの各受光セルの受光面において当該受光強度となる受光位置を光強度分布を近似したハイパボリックセカンド関数に従って計算する。そしてこれらの受光位置から補間演算によって基準受光強度となる位置を前記遮蔽物のエッジ位置として求める。
【選択図】 図4
Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えばロールから巻き戻されて一方向に高速に搬送される帯状体の縁部(エッジ)の幅方向における位置変位を高速度に、しかも高精度に検出することのできる位置検出方法および装置に関する。
【0002】
【関連する背景技術】
フィルムやシート等の物品の縁部(エッジ)の位置を検出する位置検出装置として、物品(検査対象物)に向けて平行光を照射する投光部(光源)と、この投光部に対峙させて設けたCCD等の受光部(ラインセンサ)とを備えた光学式のものがある。この種の光学式の位置検出装置は、基本的には上記物品により遮られなかった平行光を受光部にて受光し、該受光部における平行光の受光領域と非受光領域(遮光領域)との境界を前記物品(検査対象物)の縁部(エッジ)の位置として検出するものである。
【0003】
また最近ではレーザ光等の単色平行光を用い、物品(検査対象物)のエッジにおける上記単色平行光のフレネル回折に着目して前記ラインセンサ(受光部)の受光面上における光強度分布から上記物品(検査対象物)の縁部(エッジ)の位置を高精度に検出する装置も提唱されている(例えば特許文献1を参照)。
【0004】
【特許文献1】
特開平8−247726号公報
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
ところで単色平行光のフレネル回折によるラインセンサ(受光部)の受光面上における光強度分布を利用して検査対象物のエッジの位置を検出する場合、予め上記光強度分布の特性を高精度に求めておくことが必要である。ちなみに上記フレネル回折による光強度分布は、図8に示すようにエッジ位置近傍で急峻に立ち上がり、エッジ位置から離れるに従って振動しながら収束する。このような光強度分布の特性は、単色平行光の波長をλ、検査対象物のエッジから受光面までの距離をz、受光面上でのエッジ位置を[x=0]としたとき、∫を[x=0]から[(2/λz)1/2・x]までの積分を示す演算記号として
光強度 =(S(x)2+C(x)2)/2
S(x) =(1/2)+∫sin(π/2)・U2dU
C(x) =(1/2)+∫cos(π/2)・U2dU
として表される。但し、Uは仮の変数である。そして受光面で収束する光強度を[1.00]とした場合、エッジ位置[x=0]における光強度(相対値)は[0.25]となる。
【0006】
尚、上記関数S(x),C(x)については、専ら数学公式集に示されるようにフレネル関数を用いて
S(x)’≒(1/2)−(1/πx)cos(πx2/2)
C(x)’≒(1/2)+(1/πx)sin(πx2/2)
としてそれぞれ近似することができる。従って基本的には上記近似式S(x)’,C(x)’を用いることにより、前記ラインセンサの各受光セルによる受光強度から前述したエッジ位置を計算することができる。
【0007】
しかしながら実際に計算してみると、図9に示すように関数S(x),C(x)とその近似式S(x)’,C(x)’とは、その立ち上がり以降の収束部分(2山目以降)において非常に良好に近似するものの、最初の立ち上がり部分(1山目)において大きなずれがあることが否めない。特にこの最初の立ち上がり部分の特性はエッジ検出において重要な役割を担うものであり、その特性のずれはエッジ位置の検出精度の低下の要因となる。
【0008】
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、フレネル回折による受光面上での光強度分布を、特に最初の立ち上がり部分の特性を高精度に近似し、これによって高精度な位置検出を行い得るエッジ検出方法および装置を提供することにある。
また本発明の別の目的は、複数の受光セルの配列ピッチが粗い安価なラインセンサを用いた場合であっても、エッジ位置の検出を高精度に、しかも高速度に行い得るエッジ検出装置を提供するにある。
【0009】
【課題を解決するための手段】
上述した目的を達成するべく本発明に係る位置検出方法は、一方向に所定のピッチで配列された複数の受光セルを備えたラインセンサ(受光部)と、このラインセンサに対峙して設けられて該ラインセンサの上記複数の受光セルに向けて単色平行光を投光する投光部と、前記ラインセンサの出力を解析して前記単色平行光の光路に存在する遮蔽物の前記受光セルの配設方向におけるエッジ位置を検出するエッジ検出部とを具備した位置検出装置に適用されるものであって、
特に前記エッジ検出部においては、前記遮蔽物による単色平行光のフレネル回折による前記ラインセンサの受光面上での光強度分布の最初の立ち上がり部分における光強度変化をハイパボリックセカンド関数sech(x)により近似し、このハイパボリックセカンド関数sech(x)を用いて前記ラインセンサの各受光セルによる受光強度を解析して前記遮蔽物のエッジ位置を求めることを特徴としている。
【0010】
即ち、本発明に係る位置検出方法は、単色平行光のフレネル回折による受光面上での光強度分布の最初の立ち上がり部分、特にその1山目の分布特性が、a,b,cをそれぞれ係数として
y=a/cosh(bx+c)
なるハイパボリックコサイン関数cosh(x)の逆数、つまりハイパボリックセカンド関数sech(x)に極めて良好に近似することを見出してなされている。そしてこのハイパボリックセカンド関数sech(x)を用いて前記ラインセンサの出力(光強度)を解析し、前記フレネル回折による受光面上での光強度分布において光強度(相対値)が[0.25]となる位置[x=0]を、前記遮蔽物のエッジ位置として検出することを特徴としている。
【0011】
好ましくは前記ハイパボリックセカンド関数sech(x)を用いた前記ラインセンサの各受光セルによる受光強度の解析を、例えば
予め規定された基準受光強度[0.25]の近傍の該基準受光強度より大きい受光強度を得た受光セルおよび上記基準受光強度より小さい受光強度を得た受光セルをそれぞれ求め(第1段階)、
これらの各受光セルの受光面において当該受光強度となる受光位置をハイパボリックセカンド関数sech(x)の逆関数ln[(1/Y)+(1−Y2)1/2]に従ってそれぞれ求めた後(第2段階)、
これらの受光位置から前記基準受光強度となる位置を前記遮蔽物のエッジ位置として求める(第3段階)ことを特徴としている。
【0012】
また本発明に係る位置検出装置は、一方向に所定のピッチで配列された複数の受光セルを備えたラインセンサと、このラインセンサに対峙して設けられて該ラインセンサの上記複数の受光セルに向けて単色平行光を投光する投光部と、前記遮蔽物による単色平行光のフレネル回折による前記ラインセンサの受光面上での光強度分布に従って前記ラインセンサの出力を解析して、前記単色平行光の光路に存在する遮蔽物の前記受光セルの配設方向におけるエッジの位置を検出するエッジ検出部とを備えたものであって、特に前記エッジ検出部として、
前記ラインセンサの出力から予め規定された基準受光強度[0.25]の近傍の該基準受光強度より大きい受光強度を得た受光セルと上記基準受光強度より小さい受光強度を得た受光セルとをそれぞれ特定する受光セル特定手段と、
ハイパボリックセカンド関数sech(x)の逆関数ln[(1/Y)+(1−Y2)1/2]により近似した光強度分布に従って前記受光セル特定手段にて特定した各受光セルの受光面において当該受光セルの受光強度となる受光位置をそれぞれ求める受光位置算出手段と、
この受光位置算出手段でそれぞれ求められた受光位置から前記基準受光強度となる位置を前記遮蔽物のエッジ位置として検出する補間演算手段と
を設けたことを特徴としている。
【0013】
好ましくは前記受光セル特定手段は、前記ラインセンサの出力を予め正規化した後、前記基準受光強度[0.25]より大きい受光強度を得た受光セルと上記基準受光強度[0.25]より小さい受光強度を得た受光セルとを、具体的には前記基準受光強度[0.25]の近傍の受光強度が得られた少なくとも2つの互いに隣接する受光セルCn,Cn−1を特定するように構成することが望ましい。
【0014】
このように構成された位置検出装置によれば、基準受光強度[0.25]を挟む受光強度が得られた少なくとも受光セルにおいて当該受光セルの受光強度となる受光位置を、フレネル回折による光強度分布の最初の立ち上がり部分の特性を高精度に近似したハイパボリックセカンド関数sech(x)を用いることでそれぞれ高精度に求めることができるので、これらの受光位置からラインセンサの受光面上におけるエッジの位置、つまり受光強度が[0.25]となる位置を高精度に求めることができる。しかも上記ハイパボリックセカンド関数sech(x)の逆関数ln[(1/Y)+(1−Y2)1/2]については、これを級数展開やCPUに実装されている命令に従って演算することができるので、その演算処理速度(位置検出速度)を十分に高速化することができる。
【0015】
尚、ラインセンサの出力の最初にピーク値をとる受光セルとその手前の受光セルをそれぞれ求め、これらの各受光セルの各受光強度から前述したハイパボリックセカンド関数sech(x)の逆関数ln[(1/Y)+(1−Y2)1/2]に従ってエッジ位置を求めることも可能である。このようにしてエッジ位置を検出すれば、例えば検出対象物が半透明体からなり、検出対象物によって単色平行光を完全に遮光することができない場合であっても上記検出対象物の縁部(エッジ)の位置を高精度に検出することが可能となる。
【0016】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の一実施形態に係る位置検出方法および装置について説明する。
図1はこの実施形態に係る位置検出装置の概略構成図であり、基本的には図2に示すように一方向に所定のピッチpで配列した複数の受光セル1aを備えたラインセンサ(受光部)1と、このラインセンサ1の受光面に対峙して設けられて該ラインセンサ1の複数の受光セル1aに向けて単色平行光4を投光する投光部2と、前記ラインセンサ1の出力を解析して前記単色平行光4の光路に位置付けられた、例えば帯状体からなる遮蔽物(検出対象物)7の前記受光セル1aの配設方向におけるエッジ位置を検出するエッジ検出部3とを備える。
【0017】
尚、投光部2は、例えばレーザダイオード(LD)からなる光源2aが発した単色光(レーザ光)を導く光ファイバ2bと、この光ファイバ2bを介して導かれた単色光を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)2cとを具備したものからなる。このような投光部2は、前記ラインセンサ1と共に所定の隙間を形成したコの字状の筐体5に上記隙間を挟んで互いに対峙させて一体に組み込まれて、1つのセンシングユニットとして形成されている。
【0018】
前述したエッジ検出部3は、このようなセンシングユニットの隙間を通過する前記遮蔽物(検出対象物)7の端部(エッジ)の位置を、前記ラインセンサ1の出力から検出する役割を担う。具体的には前記エッジ検出部3は、前記単色平行光の一部が遮蔽物(検出対象物)7にて遮られたとき、その端部(エッジ)においてフレネル回折が生じること、そしてフレネル回折を生じて前記ラインセンサ1の受光面に到達する光の強度が、前述した図7に示したようにエッジ位置近傍で急峻に立ち上がり、エッジ位置から離れるに従って振動しながら収束する分布特性を持つことに着目し、受光面上での光強度分布に従って前記遮蔽物7の端部(エッジ)の位置を高精度に検出するように構成される。
【0019】
基本的には上述したラインセンサ1、投光部2、およびエッジ検出部3を備えて構成される位置検出装置は、例えばロールから巻き戻されて一方向に高速度に走行させて搬送される帯状体(遮蔽物;検出対象物)7の幅方向の位置ずれを、その縁部(エッジ)位置の変化として検出するように設けられる。そして検出した上記帯状体7の縁部(エッジ)の位置を、該帯状体7の走行駆動系にフィードバックすることで、その走行駆動を制御するために用いられる。
【0020】
さてこのような位置検出装置において、この発明に係る位置検出方法および装置が特徴とするところは、前記エッジ検出部3においてラインセンサ1の出力から遮蔽物7のエッジの位置を検出するに際して、フレネル回折による光強度分布を近似したハイパボリックセカンド関数sech(x)を用いてエッジ位置を算出する点にある。即ち、フレネル回折による前記ラインセンサ1の受光面上での光強度分布を、特にその最初の立ち上がり部分(1山目)における光強度変化をハイパボリックセカンド関数sech(x)により近似し、このハイパボリックセカンド関数sech(x)を用いて近似した光強度分布に従って前記ラインセンサ1の各受光セル1aによる受光強度を解析して前記遮蔽物7のエッジ位置を求めるようにした点にある。
【0021】
このフレネル回折による光強度分布のハイパボリックセカンド関数sech(x)による近似について説明すると、前述したようにフレネル関数を用いた場合、光強度分布の最初の立ち上がり部分(1山目)における誤差が非常に大きいと言う問題がある。そこで光強度分布の最初の立ち上がり部分(1山目)だけに着目し、その山の形状(光強度の変化傾向)から2乗の有理関数、ハイパボリックコサイン関数、および指数関数を用いてそれぞれ近似することを試みた。
【0022】
具体的には2乗の有理関数として
y=a/[(x+b)2+c]
ハイパボリックコサイン関数の逆数として
y=a/cosh(bx+c)
そして指数関数として
y=a・exp[−b(x+c)2]
なる3つの関数を考え、これらの各関数に示される係数a,b,cにそれぞれ適当な値を代入しながらその特性曲線を求めたところ、図3に示すような計算結果が得られた。
【0023】
ちなみに図3において特性Aは光強度分布の理論値を示しており、また特性Bは上記2乗の有理関数における係数a,b,cをそれぞれ[0.057],[−0.38],[0.0417]としたときの光強度yの変化、特性Cは前記ハイパボリックコサイン関数の逆数における係数a,b,cをそれぞれ[1.37],[6.29],[−2.40]としたときの光強度yの変化、そして特性Dは前記指数関数における係数a,b,cをそれぞれ[1.37],[16.30],[−0.38]としたときの光強度yの変化をそれぞれ示している。但し、これらの計算は、単色光の波長λを670μm、遮蔽物7のエッジからラインセンサ1の受光面迄の距離zを300mmとして行った。
【0024】
これらの計算結果に示されるように、ハイパボリックコサイン関数の逆数、即ち、ハイパボリックセカンド関数sech(x)を用いれば、フレネル回折による光強度分布の、特に最初の立ち上がり部分(1山目)の特性を非常に高精度に近似し得ることが明らかとなった。特に所定の基準受光強度[0.25]となるエッジ位置の理論値に対する誤差が6.77μmと非常に小さく、フレネル回折による光強度分布を極めて精度良く近似し得ることを見出した。
【0025】
ちなみに前記ハイパボリックコサイン関数の逆数を前述したフレネル回折による光強度分布の式に当て嵌めて該光強度分の最初の立ち上がり部分(1山目)までを近似すると、そのハイパボリックセカンド関数sech(x)は
光強度 =1.37・sech{1.983(2/λz)1/2x−2.386}
として示される。そしてこの近似式は、3桁程度の精度で光強度分布の理論式に一致することが確認できた。
【0026】
本発明はこのような知見に立脚し、フレネル回折による光強度分布を、特にその最初の立ち上がり部分を上述したハイパボリックセカンド関数sech(x)を用いて近似し、この光強度分布を近似したハイパボリックセカンド関数sech(x)を用いて前述したラインセンサ1の出力から遮蔽物7のエッジ位置を高精度に検出するようにしている。
【0027】
この際、その計算処理を簡略化し、エッジ位置の検出処理速度の高速化を図るべく次のような工夫をしている。この計算処理のアルゴリズムについて説明すると、ハイパボリックセカンド関数sech(x)を用いて近似される光強度は、前述したように
光強度 =1.37・sech{1.983(2/λz)1/2x−2.386}
として示される。ここで光強度(相対値)が[0.25]の位置が(x−a)であるとすると、上式から
0.25 =1.37・sech(x−a)
なる関係を導くことができ、上記位置(x−a)は
(x−a)= sech−1(0.25/1.37)=1.866
として計算することができる。
【0028】
そこで光強度(相対値)が[0.25]となる位置を原点とするX−Y座標に上述した光強度分布の式を置き換えて光強度yを表すと
y=1.37・sech(X−1.866)
となる。そしてその逆関数を計算すると、X−Y座標上での光強度Yは
Y=y/1.37
となり、このX−Y座標上での光強度分布の関係を
X=1.866−ln[(1/Y)+(1−Y2)1/2}
として表すことができる。尚、上式における[1.866]は、
Y=(0.25/1.37)=0.18
のとき、[X=0]となるように設定した値である。
【0029】
そこでエッジ検出部3においては、例えば図4に示す手順に従い、先ずラインセンサ1における複数(m個)の受光セル1aによる各受光強度y1,y2,〜ymを上述した係数[1.37]で除算してX−Y座標上での光強度Y1,Y2,〜Ymに変換している(ステップS1)。そしてこれらの複数の受光セル1aの内、例えば互いに隣接して前述した基準光強度[0.25]よりも大きい受光強度を得た受光セルCnと、上記基準光強度[0.25]よりも小さい受光強度を得た受光セルCn−1とをそれぞれ求めている(受光セル特定手段;ステップS2)。つまり複数の受光セル1a(C1,C2,〜Cm)間のそれぞれにおいて受光強度が[0.25]となる、互いに隣接する2つの受光セルCn,Cn−1を求めている。
【0030】
そしてこれらの各受光セルCn,Cn−1の受光強度Yn,Yn−1が得られる該受光セルCn,Cn−1の受光面上での位置Xn,Xn−1を、前述した近似式に従って
Xn=1.866−ln[(1/Yn)+(1−Yn2)1/2}
Xn−1=1.866−ln[(1/Yn−1)+(1−Yn−12)1/2}
としてそれぞれ逆変換により計算し(受光位置算出手段;ステップS3)、これらの位置Xn,Xn−1から図5にその概念を示すように受光強度が[0.25]となる位置(エッジ位置)を補間演算により計算している(補間演算手段;ステップS4)。この補間演算については前述した近似式を用いて実行しても良いが、上述した2つの受光セルCn,Cn−1間での光強度の変化が直線的であると見なし得る場合には、単純な直線補間であっても良い。
【0031】
尚、ここでは隣接する受光セル1a間で光強度が[0.25]となる位置を見出し、その位置をセル境界とする2つの受光セルCn,Cn−1を特定したが、単に上記位置を挟む2つ以上の受光セルを特定しても良い。但し、この場合には必ず前述した近似式を用いて補間演算を行うことで、その演算精度の低下を防止するようにすれば良い。また上述した逆変換については、例えば予めその計算値を記憶したテーブルを用いることで、その演算処理負担を大幅に軽減して瞬時に実行することが可能である。
【0032】
かくして上述した如くして遮光物7のエッジ位置を検出する位置検出方法および装置によれば、フレネル回折による光強度分布を高精度に近似したハイパボリックセカンド関数sech(x)を用いて、ラインセンサ1の複数の受光セル1aによる受光強度yからその光強度が[0.25]となる位置Xを算出するので、その検出精度を十分に高くすることができる。また自然対数関数(ln関数)は、通常の浮動小数点演算(FPU)機能を備えたマイクロプロセッサではその命令の中に含まれているが、このようなFPU機能を備えていないマイクロプロセッサであっても、例えば上記ハイパボリックセカンド関数sech(x)、特にその逆数であるハイパボリックコサイン関数cosh(x)については、例えば
ln(x)=−1.0537+1.4285x−0.0382x2
+0.0607x3−0.0040x4+…
として級数展開が可能であり、その収束も速いので計算が容易である。従ってエッジ位置の検出を簡単に、しかも高精度に行うことが可能となる等の効果が奏せられる。
【0033】
またラインセンサ1の出力は、該ラインセンサ1における各受光セル1aの配列ピッチpとセル数によって変化する。ちなみに7μmの配列ピッチpで5000セルを備えた分解能の高いイメージセンサを用いた場合には、例えば図6(a)に示すように非常に緻密なセンサ出力が得られる。この点、85μmの配列ピッチpで102セルを備えた汎用の安価なイメージセンサを用いた場合には、図6(b)に示すように粗いセンサ出力しか得ることができない。しかしセル数が少ない分だけセンサ出力の高速な読み出しが可能である。
【0034】
しかしこのような分解能の低い安価なラインセンサ1を用いたとしても、前述したように本発明に係る位置検出方法および装置によれば、フレネル回折による光強度分布を高精度に近似したハイパボリックセカンド関数sech(x)を用いるので受光セル1a間の受光強度の変化を高精度に補間することができる。従って分解能の低い安価なラインセンサ1を用いてセンサ出力の読み出し速度を十分に速くしながら、簡単な演算処理によってエッジ位置検出を高精度に行うことが可能となる等の実用上多大なる効果が奏せられる。
【0035】
ところで検出対象物7が完全な遮光体でない場合、例えば半透明体からなる場合には単色平行光を完全に遮光することができない。この場合、ラインセンサ1の出力は検出対象物7を透過した光成分が重畳したものとなり、図7に示すようにその受光強度がラインセンサ1の全受光領域に亘って[0.25]を上回ることがある。すると前述したアルゴリズムに従ってエッジ位置を検出することができなくなる。
【0036】
そこでこのような場合には、例えば先ず半透明体からなる検出対象物7にてラインセンサ1の受光領域の全てを覆い、そのときに検出される単色平行光の受光パターンと検出対象物7がないときの単色平行光の受光パターンとの差を求める。そしてこの差に基づいてラインセンサ1の出力に対するオフセットとゲインとを調整する。
【0037】
具体的には検出対象物7がないときのラインセンサ7の各受光セル1aの受光強度Ai(i=1,2,〜m)と、ラインセンサ7の全受光領域を検出対象物7で覆ったときの該ラインセンサ1の受光強度Ci(i=1,2,〜m)とをそれぞれ求める。そして上記受光強度Ci(i=1,2,〜m)の最低値Cminをラインセンサ7の出力に対するオフセットとしてセットし、その上で受光強度Ai(i=1,2,〜m)と上記最低値Cminとの差の平均値が該ラインセンサ7の最大出力の半値となるようにその出力ゲインを調整する。しかる後、再度、前記単色平行光の出力を得、この出力を[1]とする係数(正規化パラメータ)Ni(i=1,2,〜m)を求める。但し、上記オフセットとゲイン調整は、検出対象物7が半透明体であることに起因してラインセンサ1の出力における明暗の分解能が小さいとき、これを補うことを目的として行われるものであり、分解能が十分に高い場合には必要はない。
【0038】
その後、実際のエッジ位置の検出においては、その受光パターンYi(i=1,2,〜m)を求め、上記係数Ni(i=1,2,〜m)に従ってラインセンサ7の出力を正規化する。そして受光パターンの最初の立ち上がり部分からそのピーク値と、例えばその1つの手前の受光セル1aの出力値とをそれぞれ求め、これらの各受光値を得た2つの受光セル1aをそれぞれ特定する。次いで前述した近似式(逆フレネル関数)
Xp=1.866−ln[(1/Yp)+(1−Yp2)1/2}
Xp−1=1.866−ln[(1/Yp−1)+(1−Yp−12)1/2}
に従って図7に示すように受光強度Yp,Yp−1をX軸に逆写像する。そして逆写像した受光位置Xp,Xp−1から図7に示すように受光強度が[0.25]となるエッジ位置を算出するようにしても良い。
【0039】
このようにすればラインセンサ1の受光セル1aでの受光強度が[0.25]を上回るような場合であっても、つまり検出対象物7が半透明体であるような場合でも、そのエッジ位置を高精度に検出することが可能となる。即ち、この例に示されるように、基準受光強度[0.25]を挟む受光強度のセルを特定しなくても、例えばそのピーク値をとる受光セル1aとその手前の受光強度の受光セル1aとから検出対象物7のエッジ位置を算出することができ、前述した実施形態と同様な効果が奏せられる。
【0040】
尚、本発明は上述した各実施形態に限定されるものではない。例えばイメージセンサ1が備える受光セル1aの数やその配列ピッチpについては、その検出仕様に応じたものを用いれば十分である。またエッジ検出部3については、汎用のマイクロプロセッサを用いて実現すれば良く、前述した演算式をROM化して与えるようにしても良い。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。
【0041】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、フレネル回折による受光強度分布をハイパボリックセカンド関数sech(x)を用いて近似し、この近似式を用いてラインセンサの出力からエッジ位置を計算するので、簡易にして高精度に、しかも高速度にエッジ位置を検出することができる。特に分解能の低い安価なラインセンサを用いた場合であっても、その計測精度を十分に高め得る等の実用上多大なる効果が奏せられる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施形態に係る位置検出装置の基本的な構成を示す図。
【図2】ラインセンサにおける受光セルの配列を示す図。
【図3】フレネル回折による光強度分布の理論値と、関数を用いた近似特性とを対比して示す図。
【図4】本発明の一実施形態に係る一検出方法および装置におけるエッジ検出処理の手順の一例を示す図。
【図5】連接する2つの受光セルにおいて求められる受光強度と、これらの受光強度が得られた位置から求められるエッジ位置の関係を示す図。
【図6】ラインセンサの分解能の違いによるセンサ出力の例を示す図。
【図7】検出対象物が半透明体の場合におけるエッジ検出の作用を説明する為の図。
【図8】フレネル回折による光強度分布特性を示す図。
【図9】フレネル回折による光強度分布のフレネル関数を用いた近似における問題点を説明する為の図。
【符号の説明】
1 ラインセンサ
2 投光部
3 エッジ検出部
7 遮蔽物(検出対象物)
Claims (6)
- 一方向に所定のピッチで配列された複数の受光セルを備えたラインセンサと、このラインセンサに対峙して設けられて該ラインセンサの上記複数の受光セルに向けて単色平行光を投光する投光部と、前記ラインセンサの出力を解析して前記単色平行光の光路に存在する遮蔽物の前記受光セルの配設方向におけるエッジ位置を検出するエッジ検出部とを具備し、
前記エッジ検出部は、前記遮蔽物による単色平行光のフレネル回折による前記ラインセンサの受光面上での光強度分布の立ち上がり部分における光強度変化をハイパボリックセカンド関数sech(x)により近似し、このハイパボリックセカンド関数sech(x)を用いて前記ラインセンサの各受光セルによる受光強度を解析して前記遮蔽物のエッジ位置を求めることを特徴とする位置検出方法。 - 前記ハイパボリックセカンド関数sech(x)を用いた前記ラインセンサの各受光セルによる受光強度の解析は、
前記ラインセンサの出力を[1]に正規化したとき、その受光強度が[0.25]より大きい受光強度を得た受光セルおよび上記受光強度が[0.25]より小さい受光強度を得た受光セルをそれぞれ求め、
これらの各受光セルの受光面において当該受光セルの受光強度となる受光位置を前記ハイパボリックセカンド関数sech(x)の逆関数ln{(1/Y)+(1−Y2)1/2}により変換した後、
これらの受光位置から前記受光強度が[0.25]となる位置を前記遮蔽物のエッジ位置として求めるものである請求項1に記載の位置検出方法。 - 一方向に所定のピッチで配列された複数の受光セルを備えたラインセンサと、このラインセンサに対峙して設けられて該ラインセンサの上記複数の受光セルに向けて単色平行光を投光する投光部と、前記ラインセンサの出力を解析して前記単色平行光の光路に存在する遮蔽物の前記受光セルの配設方向におけるエッジの位置を検出するエッジ検出部とを備え、
前記エッジ検出部は、前記遮蔽物による単色平行光のフレネル回折による前記ラインセンサの受光面上での光強度分布から前記遮蔽物のエッジ位置を求めるものであって、
前記ラインセンサの正規化出力から受光強度が[0.25]より大きい受光強度を得た受光セルと上記受光強度が[0.25]より小さい受光強度を得た受光セルとをそれぞれ特定する受光セル特定手段と、
ハイパボリックセカンド関数sech(x)の逆関数ln[(1/Y)+(1−Y2)1/2]により近似した光強度分布に従って前記受光セル特定手段にて特定した各受光セルの受光面において当該受光セルの受光強度となる受光位置をそれぞれ求める受光位置算出手段と、
この受光位置算出手段でそれぞれ求められた受光位置から前記基準受光強度となる位置を前記遮蔽物のエッジ位置として検出する補間演算手段と
を具備したことを特徴とする位置検出装置。 - 前記受光セル特定手段は、前記ラインセンサの出力を予め[1]に正規化した後、予め規定された基準受光強度より大きい受光強度を得た受光セルと上記基準受光強度より小さい受光強度を得た受光セルとをそれぞれ特定するものである請求項3に記載の位置検出装置。
- 前記受光セル特定手段は、前記受光強度が[0.25]の近傍の受光強度が得られた少なくとも2つの隣接する受光セルを特定するものである請求項3または4に記載の位置検出装置。
- 前記ハイパボリックセカンド関数sech(x)を用いた前記ラインセンサの各受光セルによる受光強度の解析は、
前記ラインセンサの出力を[1]に正規化した後、最初に受光強度がピーク値をとる受光セルおよびその手前の受光セルをそれぞれ求め、
これらの各受光セルの受光面において当該受光セルの受光強度となる受光位置を前記ハイパボリックセカンド関数sech(x)の逆関数ln{(1/Y)+(1−Y2)1/2}により変換した後、
これらの受光位置から前記受光強度が[0.25]となる位置を前記遮蔽物のエッジ位置として求めるものである請求項1に記載の位置検出方法。
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