JP3319666B2 - エッジ検出装置 - Google Patents
エッジ検出装置Info
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、平行な目盛り線が複
数本配列形成された標準スケールの校正装置等に用いら
れる目盛り線のエッジを光学的に検出するエッジ検出装
置に関する。
数本配列形成された標準スケールの校正装置等に用いら
れる目盛り線のエッジを光学的に検出するエッジ検出装
置に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来この種の標準スケールの目盛り線エ
ッジを光学的に検出する方法として、大きく分けて、目
盛り線エッジ像の明暗の変曲点を計測する変曲点法と、
目盛り線エッジ像の光相対強度を所定のレベルでスライ
スしてエッジ位置を求める光相対強度法とがある。前者
には、受光素子前面に配置したスリットを振動させて得
られる受光信号から変曲点を求める振動スリット法、二
つの受光素子の出力信号を処理してその差動信号から変
曲点を求める二元配置センサ法等がある。後者にも、ピ
ンホール法、スリット法、画像処理法等がある。
ッジを光学的に検出する方法として、大きく分けて、目
盛り線エッジ像の明暗の変曲点を計測する変曲点法と、
目盛り線エッジ像の光相対強度を所定のレベルでスライ
スしてエッジ位置を求める光相対強度法とがある。前者
には、受光素子前面に配置したスリットを振動させて得
られる受光信号から変曲点を求める振動スリット法、二
つの受光素子の出力信号を処理してその差動信号から変
曲点を求める二元配置センサ法等がある。後者にも、ピ
ンホール法、スリット法、画像処理法等がある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】従来のエッジ検出法に
は、一長一短があった。例えば変曲点法は、再現性がよ
く、操作性にも優れており、目盛り線のエッジ間隔の測
定は高精度にできるが、エッジ位置の正確な検出は難し
い。光相対強度法は、高精度のエッジ位置測定が可能で
あるが、反面、明暗の１００％，０％合わせと、これら
との関係でスライスレベルの設定が必要である。
は、一長一短があった。例えば変曲点法は、再現性がよ
く、操作性にも優れており、目盛り線のエッジ間隔の測
定は高精度にできるが、エッジ位置の正確な検出は難し
い。光相対強度法は、高精度のエッジ位置測定が可能で
あるが、反面、明暗の１００％，０％合わせと、これら
との関係でスライスレベルの設定が必要である。
【０００４】この発明は、上記事情を考慮してなされた
もので、比較的低い照明で高精度のエッジ位置検出を可
能としたエッジ検出装置を提供することを目的としてい
る。
もので、比較的低い照明で高精度のエッジ位置検出を可
能としたエッジ検出装置を提供することを目的としてい
る。
【０００５】
【課題を解決するための手段】この発明は、第１に、平
行な目盛り線が複数本配列形成されたスケールの目盛り
線エッジを光学的に検出する装置であって、前記スケー
ルの目盛り線のエッジ像を拡大する対物レンズと、この
対物レンズにより拡大されたエッジ像を半分透過させ半
分反射する第１のビームスプリッタと、この第１のビー
ムスプリッタの透過像を半分透過させ半分反射させる第
２のビームスプリッタと、この第２のビームスプリッタ
の透過像を検出する前記目盛り線エッジと平行な線状受
光面を持つ第１の受光手段と、前記第１のビームスプリ
ッタの反射像を検出する前記目盛り線エッジと平行な線
状受光面を持つ第２の受光手段と、前記第２のビームス
プリッタの反射像を検出する前記目盛り線エッジと平行
な線状受光面を持つ第３の受光手段とを備え、前記第
１，第２及び第３の受光手段は、前記スケールを目盛り
線と直交する方向に移動させたときに目盛り線エッジ像
が順次受光されるように、それらの線状受光面位置が設
定されていることを特徴としている。
行な目盛り線が複数本配列形成されたスケールの目盛り
線エッジを光学的に検出する装置であって、前記スケー
ルの目盛り線のエッジ像を拡大する対物レンズと、この
対物レンズにより拡大されたエッジ像を半分透過させ半
分反射する第１のビームスプリッタと、この第１のビー
ムスプリッタの透過像を半分透過させ半分反射させる第
２のビームスプリッタと、この第２のビームスプリッタ
の透過像を検出する前記目盛り線エッジと平行な線状受
光面を持つ第１の受光手段と、前記第１のビームスプリ
ッタの反射像を検出する前記目盛り線エッジと平行な線
状受光面を持つ第２の受光手段と、前記第２のビームス
プリッタの反射像を検出する前記目盛り線エッジと平行
な線状受光面を持つ第３の受光手段とを備え、前記第
１，第２及び第３の受光手段は、前記スケールを目盛り
線と直交する方向に移動させたときに目盛り線エッジ像
が順次受光されるように、それらの線状受光面位置が設
定されていることを特徴としている。
【０００６】第１の発明において、前記第１，第２及び
第３の受光手段は、好ましくはそれぞれ受光素子の前面
にスリットを配置して線状受光面位置が設定されたもの
であることを特徴としている。
第３の受光手段は、好ましくはそれぞれ受光素子の前面
にスリットを配置して線状受光面位置が設定されたもの
であることを特徴としている。
【０００７】この発明は、第２に、平行な目盛り線が複
数本配列形成されたスケールの目盛り線エッジを光学的
に検出する装置であって、前記スケールの目盛り線のエ
ッジ像を拡大する対物レンズと、この対物レンズで拡大
されたエッジ像を検出するために、目盛り線エッジと平
行な３個の線状受光面が等間隔で配列された受光素子ア
レイとを有することを特徴としている。
数本配列形成されたスケールの目盛り線エッジを光学的
に検出する装置であって、前記スケールの目盛り線のエ
ッジ像を拡大する対物レンズと、この対物レンズで拡大
されたエッジ像を検出するために、目盛り線エッジと平
行な３個の線状受光面が等間隔で配列された受光素子ア
レイとを有することを特徴としている。
【０００８】
【作用】この発明に係るエッジ検出装置の原理は、拡大
されたエッジ像をこれと平行に並んだ３つの線状受光面
を用いて受光して変曲点法を適用することにある。第１
の発明においては、半分透過、半分反射のビームスプリ
ッタを２個用いている。第１の受光手段は、第２のビー
ムスプリッタの透過像を検出し、第２の受光手段は第１
のビームスプリッタの反射像を検出し、第３の受光手段
は第２のビームスプリッタの反射像を検出する。このと
き第１，第２及び第３の受光手段は、スケールを目盛り
線と直交する方向に移動させたときに目盛り線エッジ像
が順次受光されるように、それらの線状受光面位置が設
定されている。そして、第１，第２及び第３の受光手段
の受光出力Ａ，Ｂ及びＣは、ビームスプリッタによって
それぞれ、これらがない場合に比べて１／４，１／２及
び１／４となるから、Ａ＋Ｃ−Ｂなる演算を行って、変
曲点を求めめことができる。
されたエッジ像をこれと平行に並んだ３つの線状受光面
を用いて受光して変曲点法を適用することにある。第１
の発明においては、半分透過、半分反射のビームスプリ
ッタを２個用いている。第１の受光手段は、第２のビー
ムスプリッタの透過像を検出し、第２の受光手段は第１
のビームスプリッタの反射像を検出し、第３の受光手段
は第２のビームスプリッタの反射像を検出する。このと
き第１，第２及び第３の受光手段は、スケールを目盛り
線と直交する方向に移動させたときに目盛り線エッジ像
が順次受光されるように、それらの線状受光面位置が設
定されている。そして、第１，第２及び第３の受光手段
の受光出力Ａ，Ｂ及びＣは、ビームスプリッタによって
それぞれ、これらがない場合に比べて１／４，１／２及
び１／４となるから、Ａ＋Ｃ−Ｂなる演算を行って、変
曲点を求めめことができる。
【０００９】第２の発明においては、ビームスプリッタ
を用いず、目盛り線エッジと平行な３個の線状受光面が
等間隔で配列された受光素子アレイを用いる。このと
き、スケールを目盛り線と直交する方向に移動させたと
きの各受光面での受光出力をＡ，Ｂ，Ｃとすれば、Ａ＋
Ｃ−２Ｂなる演算により、やはりこれが０になる点が変
曲点として求められる。第１、第２の発明共に、対物レ
ンズによるエッジ像拡大を行い、その拡大されたエッジ
像を実質的に並列配置された３個の線状受光面を用いて
受光して、その受光出力を処理する結果、高精度のエッ
ジ検出が可能である。
を用いず、目盛り線エッジと平行な３個の線状受光面が
等間隔で配列された受光素子アレイを用いる。このと
き、スケールを目盛り線と直交する方向に移動させたと
きの各受光面での受光出力をＡ，Ｂ，Ｃとすれば、Ａ＋
Ｃ−２Ｂなる演算により、やはりこれが０になる点が変
曲点として求められる。第１、第２の発明共に、対物レ
ンズによるエッジ像拡大を行い、その拡大されたエッジ
像を実質的に並列配置された３個の線状受光面を用いて
受光して、その受光出力を処理する結果、高精度のエッ
ジ検出が可能である。
【００１０】
【実施例】以下、図面を参照して、この発明の実施例を
説明する。図１は、この発明の一実施例に係るエッジ検
出装置の構成を示す。標準スケール１には、平行な目盛
り線が多数配列形成されている。この標準スケール１は
例えば、ガラスに金属膜を蒸着した目盛りが形成された
もの、又は金属に彫刻した目盛りが形成されたものであ
る。目盛り幅は、２〜２０μm とする。
説明する。図１は、この発明の一実施例に係るエッジ検
出装置の構成を示す。標準スケール１には、平行な目盛
り線が多数配列形成されている。この標準スケール１は
例えば、ガラスに金属膜を蒸着した目盛りが形成された
もの、又は金属に彫刻した目盛りが形成されたものであ
る。目盛り幅は、２〜２０μm とする。
【００１１】この標準スケール１の目盛り線の例えば裏
面からの透過照明によるエッジ像は対物レンズ２で拡大
され、第１のビームスプリッタ３に入射される。第１の
ビームスプリッタ３の透過像は更に第２のビームスプリ
ッタ４に入射される。これらのビームスプリッタ３，４
は、透過／反射＝５０／５０の同じ特性を持つものとす
る。その具体的な型は、プリズムタイプでも、プレート
タイプでもよい。
面からの透過照明によるエッジ像は対物レンズ２で拡大
され、第１のビームスプリッタ３に入射される。第１の
ビームスプリッタ３の透過像は更に第２のビームスプリ
ッタ４に入射される。これらのビームスプリッタ３，４
は、透過／反射＝５０／５０の同じ特性を持つものとす
る。その具体的な型は、プリズムタイプでも、プレート
タイプでもよい。
【００１２】第２のビームスプリッタ４の透過像は、前
面にスリット６ａが配置されて線状受光面位置が設定さ
れた第１の受光素子５ａにより検出される。第１のビー
ムスプリッタ３の反射像は、前面にスリット６ｂが配置
されて線状受光面位置が設定された第２の受光素子５ｂ
により検出される。第２のビームスプリッタ４の反射像
は同様に、前面にスリット６ｃが配置されて線状受光面
位置が設定された第３の受光素子５ｃにより検出され
る。
面にスリット６ａが配置されて線状受光面位置が設定さ
れた第１の受光素子５ａにより検出される。第１のビー
ムスプリッタ３の反射像は、前面にスリット６ｂが配置
されて線状受光面位置が設定された第２の受光素子５ｂ
により検出される。第２のビームスプリッタ４の反射像
は同様に、前面にスリット６ｃが配置されて線状受光面
位置が設定された第３の受光素子５ｃにより検出され
る。
【００１３】ここで各スリット６ａ，６ｂ，６ｃは、標
準スケール１をその目盛り線と直交する方向に移動させ
たときに、目盛り線エッジ像が、第１の受光素子５ａ，
第２の受光素子５ｂ，第３の受光素子５ｃの順に受光さ
れるように配置されて、それぞれの線状受光面位置を決
定している。具体的に各スリット６ａ，６ｂ，６ｃの開
口は、例えば、幅１０μm 、長さ５mmの大きさとし、間
隔は１０〜２０μm とする。
準スケール１をその目盛り線と直交する方向に移動させ
たときに、目盛り線エッジ像が、第１の受光素子５ａ，
第２の受光素子５ｂ，第３の受光素子５ｃの順に受光さ
れるように配置されて、それぞれの線状受光面位置を決
定している。具体的に各スリット６ａ，６ｂ，６ｃの開
口は、例えば、幅１０μm 、長さ５mmの大きさとし、間
隔は１０〜２０μm とする。
【００１４】図２は、以上の第１，第２及び第３の受光
素子５ａ，５ｂ及び５ｃと、スリット６ａ，６ｂおよび
６ｃの位置関係を具体的に示す。図２において、目盛り
線エッジ９の右側斜線部は暗部、左側が明部を示してい
る。いまスケール１の任意の位置で、第２の受光素子５
ｂに対してスリット６ｂの丁度真ん中に目盛り線エッジ
９があるとして、第１の受光素子５ａではスリット６ａ
の開口が全て明部、逆に第３の受光素子５ｃではスリッ
ト６ｃの開口が全て暗部となるように、各スリット６
ａ，６ｂ，６ｃが各受光素子の線状受光面を決定してい
る。
素子５ａ，５ｂ及び５ｃと、スリット６ａ，６ｂおよび
６ｃの位置関係を具体的に示す。図２において、目盛り
線エッジ９の右側斜線部は暗部、左側が明部を示してい
る。いまスケール１の任意の位置で、第２の受光素子５
ｂに対してスリット６ｂの丁度真ん中に目盛り線エッジ
９があるとして、第１の受光素子５ａではスリット６ａ
の開口が全て明部、逆に第３の受光素子５ｃではスリッ
ト６ｃの開口が全て暗部となるように、各スリット６
ａ，６ｂ，６ｃが各受光素子の線状受光面を決定してい
る。
【００１５】各受光素子５ａ，５ｂ，５ｃの受光出力
Ａ，Ｂ，Ｃは、それぞれ電流電圧変換を含む前置増幅器
７ａ，７ｂ，７ｃを介し、演算処理回路８に送られる。
演算処理回路８では、各受光出力に対して、Ａ＋Ｃ−Ｂ
なる演算を行い、これがゼロになる点を変曲点、即ち目
盛り線のエッジ位置として検出する。
Ａ，Ｂ，Ｃは、それぞれ電流電圧変換を含む前置増幅器
７ａ，７ｂ，７ｃを介し、演算処理回路８に送られる。
演算処理回路８では、各受光出力に対して、Ａ＋Ｃ−Ｂ
なる演算を行い、これがゼロになる点を変曲点、即ち目
盛り線のエッジ位置として検出する。
【００１６】図３は、この実施例でのエッジ検出原理を
分かり易く示している。図示のようにスケール１の目盛
り線の拡大像のエッジ９が移動したとき、移動方向に沿
って線状受光面が配置された３つの受光素子５ａ，５
ｂ，５ｃの出力Ａ0 ，Ｂ0 ，Ｃ0 は、図示のように順次
変化する。これらの出力について、Ａ0 ＋Ｃ0 −２Ｂ0
なる演算処理を行うと、左側エッジ９が受光素子５ｂの
位置にあるときに、その値が丁度ゼロになり、エッジ検
出ができる。また隣接する二つの目盛りのエッジ位置か
ら目盛り間隔が求められる。更に目盛りの左右のエッジ
検出を行えば、演算により目盛り線の中央位置が求めら
れる。
分かり易く示している。図示のようにスケール１の目盛
り線の拡大像のエッジ９が移動したとき、移動方向に沿
って線状受光面が配置された３つの受光素子５ａ，５
ｂ，５ｃの出力Ａ0 ，Ｂ0 ，Ｃ0 は、図示のように順次
変化する。これらの出力について、Ａ0 ＋Ｃ0 −２Ｂ0
なる演算処理を行うと、左側エッジ９が受光素子５ｂの
位置にあるときに、その値が丁度ゼロになり、エッジ検
出ができる。また隣接する二つの目盛りのエッジ位置か
ら目盛り間隔が求められる。更に目盛りの左右のエッジ
検出を行えば、演算により目盛り線の中央位置が求めら
れる。
【００１７】図１の構成においては、２個のビームスプ
リッタ３，４を用いているために、第１の受光素子５ａ
及び第３の受光素子５ｃに入る入射光強度は、もとの１
／４になり、第２の受光素子５ｂに入る入射光強度は１
／２になる。このため、前述のように、Ａ＋Ｃ−Ｂなる
演算で同様の結果が得られることになる。
リッタ３，４を用いているために、第１の受光素子５ａ
及び第３の受光素子５ｃに入る入射光強度は、もとの１
／４になり、第２の受光素子５ｂに入る入射光強度は１
／２になる。このため、前述のように、Ａ＋Ｃ−Ｂなる
演算で同様の結果が得られることになる。
【００１８】図４は、この発明の別の実施例のエッジ検
出装置の構成を示す。この実施例では、図４（ａ）に示
すように、標準スケール１の目盛り線エッジ像を対物レ
ンズで拡大し、これを直接受光素子アレイ１０で検出す
る。受光素子アレイ１０は、同図（ｂ）に示すように、
３個の線状受光面１０ａ，１０ｂ，１０ｃが、スケール
１の目盛り線エッジと平行に互いに近接して配置されて
いる。これらの線状受光面１０ａ，１０ｂ，１０ｃは例
えば、一枚の半導体基板に集積形成されたフォトダイオ
ードであって、その出力Ａ，Ｂ，Ｃは独立に取り出さ
れ、先の実施例と同様に演算処理される。ただし演算処
理は、図３の原理にしたがって、Ａ＋Ｃ−２Ｂとなる。
出装置の構成を示す。この実施例では、図４（ａ）に示
すように、標準スケール１の目盛り線エッジ像を対物レ
ンズで拡大し、これを直接受光素子アレイ１０で検出す
る。受光素子アレイ１０は、同図（ｂ）に示すように、
３個の線状受光面１０ａ，１０ｂ，１０ｃが、スケール
１の目盛り線エッジと平行に互いに近接して配置されて
いる。これらの線状受光面１０ａ，１０ｂ，１０ｃは例
えば、一枚の半導体基板に集積形成されたフォトダイオ
ードであって、その出力Ａ，Ｂ，Ｃは独立に取り出さ
れ、先の実施例と同様に演算処理される。ただし演算処
理は、図３の原理にしたがって、Ａ＋Ｃ−２Ｂとなる。
【００１９】この発明は上記実施例に限られない。例え
ば図１の実施例において、スリット６ａ，６ｂ，６ｃを
省略して、受光素子５ａ，５ｂ，５ｃをそれぞれ、スリ
ット６ａ，６ｂ，６ｃにより設定される線状受光面を持
つ素子としして構成することもできる。また図４の実施
例において、３個の線状受光面がそれぞれ独立に出力端
子を持つフォトダイオードでなく、これをＣＣＤとして
構成することもできる。
ば図１の実施例において、スリット６ａ，６ｂ，６ｃを
省略して、受光素子５ａ，５ｂ，５ｃをそれぞれ、スリ
ット６ａ，６ｂ，６ｃにより設定される線状受光面を持
つ素子としして構成することもできる。また図４の実施
例において、３個の線状受光面がそれぞれ独立に出力端
子を持つフォトダイオードでなく、これをＣＣＤとして
構成することもできる。
【００２０】
【発明の効果】以上述べたようにこの発明によるエッジ
検出装置によれば、対物レンズにより拡大されたエッジ
像をこれと平行に並んだ３つの線状受光面を用いて受光
して変曲点法を適用することにより、比較的低い照明で
も高精度にスケールの目盛り線のエッジ検出を行うこと
ができる。
検出装置によれば、対物レンズにより拡大されたエッジ
像をこれと平行に並んだ３つの線状受光面を用いて受光
して変曲点法を適用することにより、比較的低い照明で
も高精度にスケールの目盛り線のエッジ検出を行うこと
ができる。
【図１】 この発明の一実施例に係るエッジ検出装置の
構成を示す。
構成を示す。
【図２】 同実施例の受光素子とスリットの配置関係を
示す。
示す。
【図３】 同実施例のエッジ検出原理を説明する図であ
る。
る。
【図４】 この発明の他の実施例に係るエッジ検出装置
の構成を示す。
の構成を示す。
１…標準スケール、２…対物レンズ、３…第１のビーム
スプリッタ、４…第２のビームスプリッタ、５ａ…第１
の受光素子、５ｂ…第２の受光素子、５ｃ…第３の受光
素子、６ａ，６ｂ，６ｃ…スリット、７ａ，７ｂ，７ｃ
…前置増幅器、８…演算処理回路、９…エッジ、１０…
受光素子アレイ、１０ａ，１０ｂ，１０ｃ…線状受光
面。
スプリッタ、４…第２のビームスプリッタ、５ａ…第１
の受光素子、５ｂ…第２の受光素子、５ｃ…第３の受光
素子、６ａ，６ｂ，６ｃ…スリット、７ａ，７ｂ，７ｃ
…前置増幅器、８…演算処理回路、９…エッジ、１０…
受光素子アレイ、１０ａ，１０ｂ，１０ｃ…線状受光
面。
Claims (3)
- 【請求項１】 平行な目盛り線が複数本配列形成された
スケールの目盛り線エッジを光学的に検出する装置であ
って、 前記スケールの目盛り線のエッジ像を拡大する対物レン
ズと、 この対物レンズにより拡大されたエッジ像を半分透過さ
せ半分反射する第１のビームスプリッタと、 この第１のビームスプリッタの透過像を半分透過させ半
分反射させる第２のビームスプリッタと、 この第２のビームスプリッタの透過像を検出する前記目
盛り線エッジと平行な線状受光面を持つ第１の受光手段
と、 前記第１のビームスプリッタの反射像を検出する前記目
盛り線エッジと平行な線状受光面を持つ第２の受光手段
と、 前記第２のビームスプリッタの反射像を検出する前記目
盛り線エッジと平行な線状受光面を持つ第３の受光手段
とを備え、 前記第１，第２及び第３の受光手段は、前記スケールを
目盛り線と直交する方向に移動させたときに目盛り線エ
ッジ像が順次受光されるように、それらの線状受光面位
置が設定されていることを特徴とするエッジ検出装置。 - 【請求項２】 前記第１，第２及び第３の受光手段は、
それぞれ受光素子の前面にスリットを配置して線状受光
面位置が設定されたものであることを特徴とする請求項
１記載のエッジ検出装置。 - 【請求項３】 平行な目盛り線が複数本配列形成された
スケールの目盛り線エッジを光学的に検出する装置であ
って、 前記スケールの目盛り線のエッジ像を拡大する対物レン
ズと、 この対物レンズで拡大されたエッジ像を検出するため
に、目盛り線エッジと平行な３個の線状受光面が等間隔
で配列された受光素子アレイとを有することを特徴とす
るエッジ検出装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP31403094A JP3319666B2 (ja) | 1994-11-24 | 1994-11-24 | エッジ検出装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP31403094A JP3319666B2 (ja) | 1994-11-24 | 1994-11-24 | エッジ検出装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08145621A JPH08145621A (ja) | 1996-06-07 |
| JP3319666B2 true JP3319666B2 (ja) | 2002-09-03 |
Family
ID=18048375
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP31403094A Expired - Fee Related JP3319666B2 (ja) | 1994-11-24 | 1994-11-24 | エッジ検出装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3319666B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1186928B1 (de) * | 2000-09-07 | 2006-01-18 | Heidelberger Druckmaschinen Aktiengesellschaft | Parallelverarbeitender optischer Entfernungsmesser |
-
1994
- 1994-11-24 JP JP31403094A patent/JP3319666B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH08145621A (ja) | 1996-06-07 |
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