JP2008286711A - Edge detector and line sensor for edge detector - Google Patents
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Abstract
【課題】 測定空間内の周囲温度の変動や構成する各部品に製造時の特性ばらつきがある場合でも、正確に遮蔽物のエッジ部分を検出できるエッジ検出装置を得ることを目的とする。
【解決手段】 単色光を発生するレーザ光源と、該レーザ光源からの単色光を単色平行光に変換する投光レンズと、該単色平行光を放射する投光窓とからなる投光部と、前記投光窓に対向して設けられた受光窓と、該受光窓から侵入する前記単色平行光を所定の範囲で拡散する光拡散素子と、該拡散させた単色光を受光する複数の受光セルを一方向に所定のピッチで配列したラインセンサとからなる受光部と、前記ラインセンサの受光量分布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列方向におけるエッジ位置を検出する検出部とを備える。
【選択図】図1PROBLEM TO BE SOLVED: To obtain an edge detection device capable of accurately detecting an edge portion of a shielding object even when there are fluctuations in ambient temperature in a measurement space and variations in characteristics of each constituent component during manufacture.
A light projecting unit comprising: a laser light source that generates monochromatic light; a light projecting lens that converts monochromatic light from the laser light source into monochromatic parallel light; and a light projecting window that emits the monochromatic parallel light; A light receiving window provided opposite to the light projecting window, a light diffusing element for diffusing the monochromatic parallel light entering from the light receiving window in a predetermined range, and a plurality of light receiving cells for receiving the diffused monochromatic light And an edge in the arrangement direction of the light receiving cells of the shielding object present in the optical path of the monochromatic parallel light by analyzing the light reception amount distribution of the line sensor. A detection unit for detecting the position.
[Selection] Figure 1
Description
この発明は、投光器から照射された単色光を受光器で受光し、該単色光を遮る遮蔽物のエッジ位置を検出する光学式のエッジ検出装置及び該エッジ検出装置に用いるラインセンサに関するものである。 The present invention relates to an optical edge detection device that receives monochromatic light emitted from a projector by a light receiver and detects an edge position of a shielding object that blocks the monochromatic light, and a line sensor used in the edge detection device. .
図10は、特許文献1に開示される従来のエッジ検出装置の構成を示す図である。図10において、このエッジ検出装置は、ラインセンサ100、投光器101及びエッジ検出部102を備える。ラインセンサ100は、一定方向に所定のピッチで複数の受光セル(画素)が配列されており、投光器101から照射された単色平行光を受光する。投光器101は、ラインセンサ100の受光面に対向して配置され、レーザダイオード(LD)からなる光源101a、単色光(レーザ光)を導く光ファイバ101b、投光レンズ101cおよびLDを制御するドライバIC101dを備える。尚、図10において投光部1、受光部2等は筐体内に収納されている。
FIG. 10 is a diagram illustrating a configuration of a conventional edge detection device disclosed in
投光器101において、光源101aにより発生された単色光(レーザ光)は、光ファイバ101bを介して投光レンズ101cに導かれ、投光レンズ101cによって単色平行光に変換された後、ラインセンサ100に照射される。投光器101とラインセンサ100の受光面の間に形成された測定空間103を遮蔽物104が通過すると、ラインセンサ100へ照射される単色平行光が遮蔽される。エッジ検出部102は、マイクロコンピュータから構成されており、ラインセンサ100の出力を解析して測定空間103で単色平行光を遮蔽した遮蔽物104の受光セルの配列方向におけるエッジ位置を検出する。
In the
エッジ検出部102による遮蔽物104のエッジ位置の検出は、測定空間103で遮蔽物104が単色平行光の一部を遮ることにより生じた、ラインセンサ100の全受光量の変化あるいは遮蔽物104のエッジ部分に生じるフレネル回折に起因した受光パターン(受光量の分布)を解析することによりなされる。このようにして、従来のエッジ検出装置は、ラインセンサ100の受光面上の光強度分布に従って遮蔽物104のエッジ位置を高精度に検出する。(例えば、特許文献1を参照)
The detection of the edge position of the
従来のエッジ検出装置は、上記のように構成されているので、ラインセンサ100の受光セルに単色平行光が照射されていない幅103aから遮蔽物104の位置を検出することが可能である。しかしながら、ラインセンサの受光セルや投光レンズの製造時の特性ばらつきなどにより、製品毎にレーザ光の発光または受光の量、さらには放射されるレーザの干渉パターンにばらつきが生じる場合がある。尚、干渉パターンとは、筐体内での散乱、反射して複数のレーザ光が合わさって生じるものをいう。また光源101aは周囲温度によって出力するレーザ光の発光波長が異なることから、周囲温度により干渉パターンが変化し、ラインセンサ100に照射される単色平行光のパターンが変化してしまう。更にレーザ光を制御するドライバIC100dも温度特性を持っているため、周囲温度により光源の出力パワーなどが変わってしまう。これら製造ばらつきや周囲温度による各素子の特性の変動により、各受光セルが出力する受光信号が変動し、検出精度の向上の妨げとなる。特にドライバIC100dは電源投入後数十分かけて表面温度が上昇して放熱するので、それにより投光器内部の温度上昇を招くことから、エッジ検出装置の電源投入から温度が安定して正確に計測できるまでにある程度の時間が必要となってしまう。
Since the conventional edge detection apparatus is configured as described above, it is possible to detect the position of the
次に、ラインセンサ100は受光セルを機械的損傷から保護するため、透明な保護ガラスを受光セルと非接触に配置する構造が一般的である。本来この保護ガラスは受光特性に影響を与えないようにするため非常に透明度の高いガラスを使用することが望ましいが、ラインセンサ100のコストを下げるために、透明度の低い安価なガラスが採用される場合がある。このため、保護ガラスに入光したレーザ光は乱反射や新たな干渉が発生し、各受光セルの出力信号を変動させてしまうという問題があった。
Next, in order to protect the light receiving cell from mechanical damage, the
図11は、図10において測定空間103にガラスなどの透明な遮蔽物104を挿入したときのラインセンサ100の各受光セルの受光量を示した図である。図11−(1)に示すようにラインセンサ100にレーザ光が照射されると、受光セルはその受光量に応じた信号を出力する。尚、投光レンズ101cや光源101aの理想的な特性としては、受光側においてラインセンサ100の真ん中を中心に弧を描くような受光特性となることである。ここで、図11−(1)では、Aの部分にガラスのエッジ部分があることを示している。エッジ部分ではフレネル回折によりガラス表面部分よりも受光量の落ち込みが大きくなるため、エッジ検出部102がその落ち込み具合からエッジ部分と判断する。
FIG. 11 is a diagram showing the amount of light received by each light receiving cell of the
一方、図11−(2)は周囲温度が変化したことにより、レーザ光の波長、出力パワーが変化し、ラインセンサ100への照射状態が変化し、受光セルの受光量が変化したことを示す図である。ここで、図11−(1)と同様に遮蔽物104としてガラスを挿入した場合、Aの部分にガラスのエッジによる受光量の落ち込みが発生するが、自由空間部分であるBの部分にも温度変化やレーザ光の干渉パターンの変動による受光量の落ち込みが発生する場合がある。この場合、エッジ検出部102は所定の受光量の落ち込みを基準しきい値として判断しているので、自由空間部分であるBの部分にもエッジがあると誤って判断してしまうことになる。従来、この誤判断を回避する方法として、検出対象が存在しない場合の受光量の最小値から所定レベルの基準値を設定して、この基準値以下の受光量を検出した場合にのみエッジ部分と判断する方法が提案されている。しかしながら、周囲温度は常時変化するものであり、それに合わせて受光量が変化してしまうことから、周囲温度が変動する環境では採用することができない。また一方では温度センサー等で周囲温度を測定し、周囲温度の変化に合わせて基準値を可変にする機能を具備させる方法もあるが、非常に複雑な制御が必要となってしまう。従って、実際には光源周辺部の周囲温度を安定させる必要が生じ、高価で大規模なシステムの構築を余儀なくされるという問題があった。
On the other hand, FIG. 11- (2) shows that the wavelength of the laser beam and the output power change due to the change in the ambient temperature, the irradiation state to the
このように、従来のエッジ検出装置は、周囲温度によってレーザ光の波長や出力パワーの変化により各受光セルが出力する受光信号が異なってしまい、装置の性能に悪影響を及ぼすという問題があった。また、ラインセンサの受光セルや投光レンズの製造時の特性ばらつきなどにより、製品毎にレーザ光の発光または受光の量にばらつきが生じ、装置の性能に悪影響を及ぼすという問題があった。さらには安価なラインセンサにおいてはラインセンサの保護ガラスに入光したレーザ光に乱反射や新たな干渉が発生し、各受光セルが出力する受光信号を変動させる程度が大きくなってしまうため、高精度なエッジの検知をする場合には安価なラインセンサを使用することは不可能であった。 As described above, the conventional edge detection device has a problem in that the light reception signal output from each light receiving cell differs depending on the ambient temperature and the change in the wavelength of the laser light and the output power, which adversely affects the performance of the device. In addition, there is a problem in that the amount of laser light emitted or received varies from product to product due to variations in the characteristics of the light receiving cell of the line sensor and the light projecting lens, and the performance of the apparatus is adversely affected. Furthermore, in an inexpensive line sensor, the laser light incident on the protective glass of the line sensor is subject to irregular reflection and new interference, which increases the degree to which the received light signal output from each light receiving cell fluctuates. When detecting a simple edge, it was impossible to use an inexpensive line sensor.
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、測定空間内の周囲温度の変動や構成する各部品の製造ばらつきの影響を低減して、容易に遮蔽物のエッジ部分の誤検知を回避できるエッジ検出装置を得ることを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and reduces the influence of fluctuations in the ambient temperature in the measurement space and manufacturing variations of the constituent parts, so that the edge portion of the shield can be easily formed. An object of the present invention is to obtain an edge detection device that can avoid erroneous detection.
この発明に係るエッジ検出装置は、単色光を発生するレーザ光源と、該レーザ光源からの単色光を単色平行光に変換する投光レンズと、該単色平行光を放射する投光窓とからなる投光部と、前記投光窓に対向して設けられた受光窓と、該受光窓から侵入する前記単色平行光を所定の範囲で拡散する光拡散素子と、該拡散させた単色光を受光する複数の受光セルを一方向に所定のピッチで配列したラインセンサとからなる受光部と、前記ラインセンサの受光量分布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列方向におけるエッジ位置を検出する検出部とを備えたエッジ検出装置である。 An edge detection apparatus according to the present invention includes a laser light source that generates monochromatic light, a light projecting lens that converts the monochromatic light from the laser light source into monochromatic parallel light, and a light projection window that emits the monochromatic parallel light. A light projecting unit, a light receiving window provided opposite to the light projecting window, a light diffusing element that diffuses the monochromatic parallel light entering from the light receiving window within a predetermined range, and receiving the diffused monochromatic light A light receiving unit comprising a line sensor in which a plurality of light receiving cells are arranged at a predetermined pitch in one direction, and the light receiving cell of a shielding object present in the optical path of the monochromatic parallel light by analyzing a light receiving amount distribution of the line sensor And an edge detecting device that detects an edge position in the arrangement direction.
またこの発明に係るエッジ検出装置は、前記遮蔽物の種類により変わる該遮蔽物の透過率に応じて前記光拡散素子のヘイズを選択して使用するものである。 Moreover, the edge detection apparatus according to the present invention selects and uses the haze of the light diffusing element in accordance with the transmittance of the shielding object that varies depending on the type of the shielding object.
好ましくは、前記光拡散素子のヘイズが50%以下であるエッジ検出装置である。 Preferably, the edge detection device has a haze of the light diffusing element of 50% or less.
またこの発明に係るエッジ検出装置は、前記ラインセンサの受光セル上に保護用ガラスが装備され、該保護用ガラスに前記光拡散素子が接着されたものである。 In the edge detection device according to the present invention, a protective glass is provided on the light receiving cell of the line sensor, and the light diffusing element is bonded to the protective glass.
この発明に係るエッジ検出装置によれば、単色光を発生するレーザ光源と、該レーザ光源からの単色光を単色平行光に変換する投光レンズと、該単色平行光を放射する投光窓とからなる投光部と、前記投光窓に対向して設けられた受光窓と、該受光窓から侵入する前記単色平行光を所定の範囲で拡散する光拡散素子と、該拡散させた単色光を受光する複数の受光セルを一方向に所定のピッチで配列したラインセンサとからなる受光部と、前記ラインセンサの受光量分布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列方向におけるエッジ位置を検出する検出部とを備えるので、周囲温度の変化により、レーザ光の波長や出力パワーが変化した場合でも、受光セルからの出力信号に急激な変化を生じることなく、また、ラインセンサの受光セルや投光レンズに製造時の特性ばらつきがある場合でも、安定した出力信号をエッジ検出部に供給することができ、遮蔽物のない空間部分をエッジ部分と誤って検出することを防止できるという効果がある。 According to the edge detection device of the present invention, a laser light source that generates monochromatic light, a projection lens that converts the monochromatic light from the laser light source into monochromatic parallel light, and a projection window that emits the monochromatic parallel light; A light projecting unit comprising: a light receiving window provided opposite to the light projecting window; a light diffusing element that diffuses the monochromatic parallel light entering from the light receiving window within a predetermined range; and the diffused monochromatic light A light receiving unit comprising a line sensor in which a plurality of light receiving cells for receiving light are arranged at a predetermined pitch in one direction, and analyzing the received light amount distribution of the line sensor, the shielding member existing in the optical path of the monochromatic parallel light Since it has a detector that detects the edge position in the array direction of the light receiving cells, even if the wavelength or output power of the laser light changes due to changes in the ambient temperature, a sudden change occurs in the output signal from the light receiving cells. Not again Even if the in-sensor light-receiving cell or the projection lens has variations in manufacturing characteristics, a stable output signal can be supplied to the edge detection unit, and a space part without an obstruction can be erroneously detected as an edge part. There is an effect that it can be prevented.
またこの発明によれば、前記遮蔽物の透過率にあわせて前記光拡散素子のヘイズ(曇度)を選択するので、受光セルからの出力信号のばらつきや急激な変化を生じることなく、遮蔽物の種別が変わっても安定した出力信号をエッジ検出部に供給することができるという効果がある。 According to the invention, since the haze (cloudiness) of the light diffusing element is selected in accordance with the transmittance of the shielding object, the shielding object does not cause variations in output signals from the light receiving cells or abrupt changes. Even if the type changes, a stable output signal can be supplied to the edge detection unit.
またこの発明によれば、光拡散素子のヘイズを50%以下とすることで、受光セルからの出力信号のばらつきや急激な変化を生じることなく、安定した出力信号をエッジ検出部に供給するとともに、ガラスなどの透明体のエッジ部分も正確に検出できるという効果がある。 Further, according to the present invention, by setting the haze of the light diffusing element to 50% or less, a stable output signal is supplied to the edge detection unit without causing a variation in output signal from the light receiving cell or a sudden change. There is an effect that an edge portion of a transparent body such as glass can be accurately detected.
更にこの発明によれば、ラインセンサ素子の受光セル上に保護用ガラスが装備され、該保護用ガラスに光拡散素子を接着することにより、保護用ガラスによるレーザ光の乱反射や新たな干渉パターンの影響を除去でき、安価なラインセンサを使用できるという効果がある。 Furthermore, according to the present invention, a protective glass is provided on the light receiving cell of the line sensor element, and by adhering a light diffusion element to the protective glass, irregular reflection of the laser beam by the protective glass or a new interference pattern can be obtained. The effect can be eliminated, and an inexpensive line sensor can be used.
図1は、この発明の実施の形態によるエッジ検出装置の構成を示す図である。本エッジ検出装置は、投光部1、受光部2及びエッジ検出部3を備える。投光部1は、受光部2の受光窓23の受光面に対向して配置され、レーザダイオード(LD)からなる光源10、光源10を制御するドライバIC11、投光レンズ12及び投光窓13を備える。投光レンズ12は、光源10により発生された単色光を、受光部2のラインセンサ21の中央部にむけて投光窓13を介して放射する。なお、ここでいう単色光は、工業的に生産されているレーザダイオードや光フィルタを用いて得られる程度の波長分布特性を有する光のことである。なお、投光窓13は透明なガラスである。
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of an edge detection apparatus according to an embodiment of the present invention. The edge detection apparatus includes a
受光部2は、受光窓23、光拡散素子22及びラインセンサ21を備える。ラインセンサ21は、一定方向に所定のピッチで配列された複数の受光セル(画素)を有しており、投光部1から照射された単色光を受光する。ここで受光窓23は使用する光源10の単色光の波長に合わせたフィルタ機能を持たせることにより、ラインセンサ21への外乱光の影響を緩和できる。
The
エッジ検出部3は、A/D変換部31、プロセッサ32及び表示部33を備える。A/D変換部31は受光部2のラインセンサ21から出力される受光セルの出力信号をアナログ値からデジタル値に変換する。プロセッサ32は、A/D変換部31によってデジタル変換されたラインセンサ21の出力信号を解析して、測定空間4で単色平行光の一部を遮蔽した遮蔽物5の受光セルの配列方向におけるエッジ位置を検出する。表示部33は、プロセッサ32による検出結果を表示する。なお、A/D変換部31かつ/またはプロセッサ32は、受光部2内に設けてもよい。その場合には、受光部2とエッジ検出部3との間はデジタル通信となることから、ノイズに強くなり、配線距離を延ばすことが可能となる。また、エッジ検出部3全てを受光部2内に設けても良い。
The
図2はラインセンサ21の各受光セルの受光量を示す図である。横軸は各受光セルの位置であり、縦軸は受光した単色光の強さ(受光量)である。測定空間4は投光窓13と受光窓23の間の空間であり、遮蔽物5が不透明体の場合、測定空間4を遮蔽すると、遮蔽された部分5aは受光セルの受光量がほぼ0となる。エッジ検出部3において、ラインセンサ21における受光セルの配列長21aと遮蔽された部分5aの比率から、遮蔽物5のエッジ部分の位置を計算して判断する。なお、ガラスやフィルムのような透明な物体(透明体)の場合には、遮蔽された部分5aの受光セルの受光量は0にはならず、遮蔽物5が何も入っていない状態に比べて受光量が減少する状態となる。尚、減少の割合に関しては、遮蔽物5の透明度などに依存する。
FIG. 2 is a diagram showing the amount of light received by each light receiving cell of the
図3はエッジ部分の検出に使用するフレネル回折を説明する図である。フレネル回折による光強度分布は、図3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。なお、単色平行光のフレネル回折によるラインセンサ21の受光面上における光強度分布を利用して遮蔽物5のエッジ部分の位置を検出する場合、予め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が、本特性の高精度な近似方法に関しては、特開2004−177335号公報に開示されている。
FIG. 3 is a diagram for explaining Fresnel diffraction used for detection of an edge portion. The light intensity distribution by Fresnel diffraction rises steeply near the edge position as shown in FIG. 3, and converges while oscillating as the distance from the edge position increases. When detecting the position of the edge portion of the
受光部2において、受光窓23とラインセンサ21の間に光拡散素子22を設置することにより、光拡散素子22を透過した単色光は所定の拡散幅にて拡散され、ラインセンサ21に照射されため、本発明の係るラインセンサ21の出力信号の安定化を実現する。すなわち、光拡散素子22をラインセンサ21の前面に設置することにより、受光セルに入力する単色光が拡散され、多方向から各受光セルに照射するので受光量が安定するとともに、一方で平行な単色光を遮蔽物5に照射してそのエッジ部分のフレネル回折をラインセンサ21に入力することが可能となる。なお、当然のことながら拡散したレーザ光を遮蔽物5に照射してもフレネル回折は起こらないので、例えば投光窓13の表面に光拡散素子22を貼付して用いることはできない。尚、光拡散素子22は薄いフィルム状や板状のものなど、耐久性などを考慮しながら選択する。具体的には、透明性プラスチックスやすりガラス等を用いることができ、特にポリエチレンテレフタレート(PET)等の基材にコーティング処理を施した光拡散フィルムが有効である。光拡散素子22を透過した単色光は所定の拡散幅にて拡散され、ラインセンサ21に照射される。
In the
また、ラインセンサの受光セルが受光する受光量等の特性は、光拡散素子22のヘイズ(濁度または曇度)の違いで異なってくる。ここで、ヘイズ(Haze)とは拡散透過光の全光線透過光に対する割合から求められるもので、光拡散素子22の表面の粗さに影響されるものであり、パーセンテージ(%)で表される。ヘイズの違いによる受光量分布出力の違いを図4に示す。図4−(1)は光拡散素子22を設置しない状態の各受光セルの受光量分布を示すものであり、単色光の干渉パターンによって各受光セルに均等に単色光が照射されず、±20%以上の受光量のばらつきが生じる。特に干渉によっては数十セル毎の単位で受光量分布にうねりが生じている。ここで図4−(2)ではヘイズが50%の光拡散素子22を設置した場合の受光量分布であり、数十セル毎に発生していた受光量分布のうねりが除去されている。さらに、図4−(3)はヘイズ90%の光拡散素子22を設置した場合の受光量分布であり、隣接するセル毎の受光量のばらつきも抑えられ、更に安定した受光量分布を得ることができる。これはラインセンサ21に入光する直前に光拡散素子22を設置することでレーザ光が拡散され、受光セルには拡散されたレーザ光単色光が照射されることから、複数方向からの単色光が照射されるからであり、干渉パターンの影響も小さくなる。さらには、周囲温度により単色光の波長が変化して干渉パターンが変わったとしても、単色光の変化は限定され、微量な受光量の変化に留まることから、周囲温度に影響されないエッジ検出装置を構成することが可能となる。
Further, the characteristics such as the amount of light received by the light receiving cells of the line sensor differ depending on the difference in haze (turbidity or haze) of the
図5は周囲温度による受光量の変動を示した図である。遮蔽物5が測定空間4に入っていないときの各セルの受光量を基準量1.00として、周囲温度を変化させてみる。図10に示す従来のエッジ検出装置では図5−(1)のように単色光の波長変化による干渉パターンの変動により±20%程度の受光量の変動が生じている。一方、図5−(2)はヘイズ90%の光拡散素子22を設置した場合であり、周囲温度を変化させても受光量の変動はほとんど発生しない。特にヘイズの大きい光拡散素子22を挿入する程、単色光の拡散が大きくなり、単色光の波長の変動に強くなる。
FIG. 5 is a diagram showing fluctuations in the amount of received light depending on the ambient temperature. Let the received light amount of each cell when the
ここで図6は、ヘイズ90%の光拡散素子22を設置して測定空間4に不透明体の遮蔽物5を挿入したときの受光量を示した図である。図10に示す従来の光拡散素子22を使用しないエッジ検出装置同様に、フレネル回折が発生し、問題なく遮蔽物5のエッジ部分を検出することができる。
Here, FIG. 6 is a diagram showing the amount of light received when the
一方図7は、測定空間4にガラスのような透明体の遮蔽物5を挿入したときの受光量を示した図である。図7−(1)は図10に示す従来のエッジ検出装置であり、5aはガラスが挿入されている部分であり、5bは遮蔽物5の無い自由空間である。この場合、エッジ部分にはフレネル回折により5cのような大きな受光量の落ち込みが発生し、この落ち込みからエッジの位置を検出することが可能となる。例えば、図7−(1)において、エッジと判断する受光量の変動のしきい値を0.5とすると、ガラスの挿入されている部分5aの受光量(換算値)の落ち込みは0.8程度であるので、エッジ部分を正確に検知することが可能となる。
On the other hand, FIG. 7 is a diagram showing the amount of received light when a
ここで、ヘイズ90%の光拡散素子22を配置した場合、図7−(2)のようにエッジによる受光量の変動の落ち込みは非常に小さくなる。これは光拡散素子22により単色光の拡散が大きくなり、多数の拡散された単色光が各方向から受光セルに入光され、フィルタがかかったような状態となるからである。不透明体であれば遮蔽物5による遮光部分が明確であるためエッジ検出を正確におこなうことができるが、一方、遮蔽物5が透明体の場合にはエッジ部分におけるフレネル回折の効果が減少してしまい、正確なエッジ検出ができなくなるという課題が生じる。
Here, when the
そこで、本発明者は、光拡散素子のヘイズ値を低くすることでその課題が解決することを確認した。図7−(3)はヘイズ50%の光拡散素子22を配置した場合の受光量を示したものであり、図7−(1)に示す光拡散素子22が無い場合に比べてややエッジによる落ち込みは小さくなるが、エッジの判断しきい値を0.6にすれば十分にエッジ部分を検出することができる。さらには、ガラスが挿入されている5aの部分は光拡散素子22により安定化されるので、受光量の落ち込みが小さく安定しており、かつ周囲温度による自由空間5b部分の受光量の変動も少ないので、エッジ判断のしきい値を高くすることが可能となり、エッジ部分の検出は十分可能である。なお、遮蔽物5が透明度の高いガラスや非常に薄いフィルムの場合には、更にヘイズが小さいものを選択することが有効となる。一方、遮蔽物5がナイフエッジのような不透明体の場合には、ヘイズが高いほうが受光量の変動が少なく安定した計測ができる。このように、光拡散素子22は遮蔽物5の透過率に合わせてヘイズを選択することすることが有効である。なお、光拡散素子のヘイズが50%以下であれば、透明体のエッジ部分の正確な検出と各受光セルの受光量の安定の両立ができより好ましい。
Then, this inventor confirmed that the subject was solved by making the haze value of a light-diffusion element low. FIG. 7- (3) shows the amount of light received when the
図8はラインセンサ21と光拡散素子22の構成を示す一例である。ラインセンサ21は一方向に所定のピッチで配列された複数の受光セル211により単色光を受光するが、受光セル211をゴミなどから保護するための保護用ガラス212がセル上数mmの位置に配置される。各々の位置関係は図9に示す通り、受光窓23の下にラインセンサ21がくるように配置する。ここで、光拡散素子22を保護用ガラス212の上に接着することにより、受光セル211と光拡散素子22の位置関係が固定されるため、受光量分布の特性の変動が抑えられる。また、光拡散素子22を受光セル211に近づけるほど拡散によるエッジ部分のフレネル回折の落ち込み低下を回避できるのでより近づけることが好ましい。更に、保護用ガラス212には単色光の乱反射や干渉を抑える観点から限りなく透明なガラスを採用することが好ましいが、ラインセンサ21のコストが高くなってしまうことから、一般には透明度の低いガラスが採用されている。しかし、本発明の光拡散素子22を受光窓23と保護用ガラス212の間に配置し、さらにはラインセンサ21の保護用ガラス212と接着することで、レーザ光の乱反射や干渉を軽減できるという効果がある。なお、保護用ガラス212と受光セル211の間に光拡散素子22を設置しても同様の効果がある。尚、光拡散素子と保護用ガラスの接着は、例えば光学部品用の接着剤など透光性を有する接着剤で行う。
FIG. 8 shows an example of the configuration of the
上述のように、本発明を実施することで、周囲温度の変化によりレーザ光の波長や出力パワーが変化した場合でも、受光セルからの出力信号に急激な変化を生じることなく、また、ラインセンサの受光セルや投光レンズに製造時の特性ばらつきがある場合でも、安定した出力信号をエッジ検出部に供給することがすることができ、遮蔽物のない空間部分をエッジ部分と誤って検出することを防止できるという効果がある。また副次的な効果として、光源付近のドライバICによる発熱の影響を除去する上でも有効であり、電源投入してから計測可能となるまでの安定時間を短くできる効果がある。さらに副次的な効果として、ラインセンサの保護用ガラスによるレーザ光の乱反射や新たな干渉パターンの影響を除去でき、安価なラインセンサを使用できるという効果がある。 As described above, by implementing the present invention, even when the wavelength or output power of the laser beam changes due to a change in ambient temperature, the output signal from the light receiving cell does not change suddenly, and the line sensor Even if there are variations in manufacturing characteristics of the light receiving cell and the light projecting lens, a stable output signal can be supplied to the edge detection unit, and a space part without a shield is erroneously detected as an edge part. There is an effect that can be prevented. Further, as a secondary effect, it is effective in removing the influence of heat generated by the driver IC near the light source, and there is an effect of shortening the stable time from when the power is turned on until measurement is possible. Further, as a secondary effect, there is an effect that an inexpensive line sensor can be used because the influence of the irregular reflection of the laser beam by the protective glass of the line sensor and the influence of a new interference pattern can be removed.
1 投光部
2 受光部
3 エッジ検出部
4 測定空間
5 遮蔽物
10 光源
11 ドライバIC
12 投光レンズ
13 投光窓
21 ラインセンサ
211 受光セル
212 保護用ガラス
22 光拡散素子
23 受光窓
31 A/D変換部
32 プロセッサ
33 表示部
100 ラインセンサ
101 投光器
101a 光源
101b 光ファイバ
101c 投光レンズ
101d ドライバIC
102 エッジ検出部
103 測定空間
104,104a,104b 遮蔽物
105 受光セル
DESCRIPTION OF
DESCRIPTION OF
102
Claims (5)
前記投光窓に対向して設けられた受光窓と、該受光窓から侵入する前記単色平行光を所定の範囲で拡散する光拡散素子と、該拡散させた単色光を受光する複数の受光セルを一方向に所定のピッチで配列したラインセンサとからなる受光部と、
前記ラインセンサの受光量分布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列方向におけるエッジ位置を検出する検出部と
を備えたエッジ検出装置。 A light projecting unit comprising: a laser light source that generates monochromatic light; a light projecting lens that converts the monochromatic light from the laser light source into monochromatic parallel light; and a light projecting window that emits the monochromatic parallel light;
A light receiving window provided opposite to the light projecting window, a light diffusing element for diffusing the monochromatic parallel light entering from the light receiving window in a predetermined range, and a plurality of light receiving cells for receiving the diffused monochromatic light A light receiving unit composed of line sensors arranged at a predetermined pitch in one direction,
An edge detection apparatus comprising: a detection unit that analyzes a received light amount distribution of the line sensor and detects an edge position in an arrangement direction of the light receiving cells of a shielding object present in the optical path of the monochromatic parallel light.
Edge detection characterized in that a plurality of light receiving cells are arranged at a predetermined pitch in one direction, a protective glass is provided on the light receiving cells, and a light diffusing element having a predetermined haze is bonded to the protective glass. Licenser for equipment.
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