JPS58173408A

JPS58173408A - 光学式測定機器におけるエツジ検出装置

Info

Publication number: JPS58173408A
Application number: JP57056372A
Authority: JP
Inventors: Morimasa Ueda; 上田　守正
Original assignee: Mitsutoyo Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Mitsutoyo Manufacturing Co Ltd
Priority date: 1982-04-05
Filing date: 1982-04-05
Publication date: 1983-10-12
Also published as: US4557602A; DE3312203A1; GB2118299A; GB2118299B; DE3312203C2; JPS6244201B2

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】この発明は、透明でない物体の寸法、変位最等を測定す
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、
光電素子゛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１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＠胃に関
する。

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−を結像させ、この帖―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−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、充電素子の受
光面に投影されたー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さの変化を、
参照電圧と比較して、投影画像の暗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、充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一の境界（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
位置が興なることがあり、さらに、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
、さらに、照射光線の照度に対づる適用平凹が狭く、ま
た、ｌ９Ｉｌ！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−Ｆの投
影画一の明るさが変化し、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（人種により興なる）
により作業に好適な明るさが興なるため、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
る適用艶聞が狭いと、結宋として投影機の能力を低下さ
せでしまうことになる。

また、従来のエツジ検出方法では、投影画一のフォーカ
スがずれ℃いた場合は、充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ぐきない
という問題点があった。

この問題点は、投影機のみならず、一般的に透過光また
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。

この発明は上記従来の問題点に鑑みてなされたものであ
うで、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る光学式測定機
器におけるエツジ検出装隨を提供することを目的とする
。

またこの発明は、例えば、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
きる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。

さらに、この発明は、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。

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−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山
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
レベルにある闇に生じる、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
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、前記光学式測定機器におけるエツジ検
出＠胃において、前記センサーにおける４個の受光素子
を、相互に直交する２本の直線上にその交点の両側に各
々２個配置す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、前記光学式測定機器にお番ノるエツジ
検出装■において、前記センサーを前記測定対祭物に対
して２次元的に相対移動可能にすることにより上記目的
を達成するものである。

エツジ検出＠獣において、前記第４の演算手段の出力に
より、前記第１および第２の演算手段の作動範囲を調整
するようにして上記目的を達成するものである。

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＠１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
るための投影機Ｐ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、
２組の位相ずれ信号を発生するよう移動面と略平行な園
内に配設された４個の受光素子７Ａ、７Ｂ、７Ｃ，７Ｄ
からなるセンサー７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８および９と、これ
ら第１および第２の１１Ｉｖ＃手段８および９の出力信
号の差を演算する第３の演算手段１０および和を演算す
る第４の演算手段１１と、この第４の演算手段１１の出
力信号が所定レベルにある藺に生じる、前記第３の演算
手段１０の出力信号と基準レベルのクロス信号を出ｈイ
る検知手段１２とを設けたものである。

前記センサー７は、第１図に示されるように、投影ＩＩ
Ｐ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１３と一体的に設けられている。

また、前記センサー７における４１ｉの受光素子ｉＡな
いし７１〕は前記隼影機Ｐにおけるスクリーン６上の、
相互に、−交する２本の１轢すなわちＸ軸およびＹ軸上
に、その交点の両側に各々２個配置されている。

前記センサー７の受光素子７Ａないし７Ｄの前記Ｘ軸お
よびＹ軸上の配列は、受光素子７Ａおよび７ＤがＸ軸上
に、また受光素子７Ｂ、７ＣがＹ軸上にそれぞれ起重さ
れ、前記受光素子７Ａ１７Ｄの出力信号は、前記第１の
演算手段に、また受光素子７Ｂ、７Ｇの出力信号は前記
第２の演算手段９に、それぞれ入力するように接続され
てし蔦る。

また前記透明板１３は、センサー７と、ともに、前記Ｘ
軸またはＹ軸に沿って移動できるようにされている。

前記検知手段１２は第２図に示されるように、第３の演
算手段１０からの出力信号が、基準レベルにあるか否か
を判定して、基準レベルにある時、信号を出力するよう
にされた判定回路１４と、前記第４の演算手段１１の出
力信号が、一定値以上あるか否かを判定して、一定値以
上の場合に信号を出力する判定回路１５と、これら２つ
の判定回路１４および１５から、出力信号が同時にある
場合に、クロス信号を出力するＡＮＤ回路１６とから構
成されている。

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と投彩画１４
Ａに対して、センサー７を、前記スクリーン６上のＸ軸
およびＹ軸に沿って相対的に移動させ、投影ｌｌ１１１
４のエツジがセンサー７を横切るようにする。。

例えば、投影−１１４Ａが、第２図に示されるように、
Ｘ軸に沿つ（、受光素子７Ａ側からセンサー７に相対的
に接近しかつこれを通過した場合は。

受光素子７Ａないし７Ｄにより轡られる出力信号は、第
３図に符＠ＡないしＤによって示されるように、時間軸
に沿って八からＤに等しい位相ずれ信号となる（ＢとＣ
−は位相ずれはない）、これらの出力信号は、第３図（
ｂ　）に示されるように、第１の演算手段８および第２
の演算手段９によりＡ、、−８およびＣ【）に演算され
、それぞれ出りされる。

これらΔ　ＢおよびＣ−Ｄの出力信号は、それぞれ第３
の演算手段によって腫が演評されるとともに、第４のＷ
４粋丁段１１によって和が演算され、その演稗枯栗の出
力信号は第３図（Ｃ）に示されるようになる。

判定回路１４に入力され、この判定回路１４は、第３図
（ｄ　）に示されるように、第３の演算手段１０の出力
信号が０となる時に１のデジタル信号を出力するもので
ある。

また、前記第４の演算手段１１からの出力信号は、判定
回路１５に入力され、判定回路１５は、この信号のレベ
ルが一定”値以上の場合に、１のデジタル信号を出力す
るものである。

これら判定回路１４および１５からの出力は、ＡＮＤ回
路１６に入力され、このＡＮＤ回路１６は、判定回路１
４および１５からの出力信号が鶏に１の時に、第３図（
ｅ　）で示されるように、例えば、１０μｓｅＣのパル
ス信号を出力し、この時点で、投影−１１１４Ａのエツ
ジを検出するものであ′る。

従って、この実施例においては、４つの光学素子７Ａな
いし７Ｄを組合わせて、２組の位相ずれ信号を取出し、
これをそれぞれの斧を演算して、かつその差信号を処理
して投影画像４Ａのエツジを検出するようにしているの
で、受光素子７Ａないし７Ｄによって得られる出力信号
の大幅な変動の影響が相殺されかつ、エツジを検出する
ための基準電圧のレベルの相対変動の影響が解消される
。

また、この実施例においては、第４の演算手段１１によ
って得られた信号を、ゲート信号として利用しているの
で、検知有効領域のみにおいてＡＮＤ回路１６からエツ
ジパルス信号を得ることができるという利点がある。さ
らにまた、この実施例′においては、受光素子７八ない
し７Ｄより得られた出力信号を、申純な鯵および和演綽
によって処理するので、アブ［］グ信号の状態でｔ８１
１１できるという利点がある。

また、４つの受光素子から得た出力信号を２回の差演稗
によって波型の信号を得ることができ、しかもその傾き
を大きくとることができるのＣ１投影画慟の焦点がずれ
ていても、正確にエツジを検出することができる。

また、受光素子は、直交するＸ軸およびＹ軸の交点を挾
んで各々の軸に一対配冒されて・いるので、投影画一の
エツジをＸ軸方向およびＹ軸方向に対して同時に検出す
ることができるとともに、該エツジはこれら４つの受光
素子間の相対位置によって決定されるポイント、すなわ
ちこの実施例においてはＸ軸およびＹ軸の交点によって
定められるので、センサー７の投影画像４Ａに対する相
対移動方向の影響が極めて小さいという利点がある。

なお上記実施例においては、センサー７における受光素
子７Ａないし７Ｄの配列は、スクリーン６のＸ軸および
Ｙ軸に沿って、これらＸ軸Ｙ軸の交点を挾んでそれぞの
軸に一対づつ計４個装置したものであるが、これは正確
にＸ軸およびＹ軸上に配置しなくても、その交点を中心
として軸線周りにずらして配置してもよい。また、測定
中に交点を中心として回転方向にずれても問題はない。

例えば本発明者等の実験によれば、第４図に示されるよ
うに、受光素子の位置がＸ軸およびＹ軸に対して４５°
ずれた場合を除き、その出力の若干の低下はあるが、測
定に充分な出力は得ることはできた（実線は第３図の（
Ｃ）の上段の波形で示される出ｈ、Ｉｌｌ線は同ト段に
示される出力１なわもゲート出力をそれぞれ示す）。

なお前記実施例において受光素子７Ａないし７Ｄは、そ
れぞれ独立して４字状に起重したものであるが、これは
、例えば、第５図および第６図に示されるように、受光
素子を４分の１円弧状に分割あるいは円型に配−しても
よい。

さらに前記実施例は、投影画像４Ａ１．：Ｈ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′ｉ４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、充電的に寸
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＠１にも適用されるものである。

本発明は上記のように構成したので、充電素子を利用し
た光学式測定機器におけるエツジ検出装−において、測
定対象物を照射する光の強度、外乱光等に影響されるこ
となく、また、受光素子の出力信号のレベル変動あるい
は出力信号と参照電圧との相対変化等に影響されること
なく、筒中な構成で精度＾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。

本発明者の実験によれば、投影機において、スクリーン
上の投影画像の明部の明るさが僅力Ｘ１ルックス程度の
場合でもエツジを正確に検出することができた。

【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、ｆＪＡ２図は同実施例の構成を承りブロック図、第
３＠ｌは同実施例における信号処叩の過程を示１輪図、
第４図は同実施例の効果を示１轢図、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
施例を示すψ面図である。４・・・測定対象物、　　　４Ａ・・・投影画像、７Ａ
、７Ｂ、７Ｃ１７Ｄ・・・受光素子、７・・・センサー
、　　　　８・・・第１の演算手段、９・・・第２の演
算手段、　１０・・・第３の演算手段、１１・・・第４
の演一手段、１２・・・検知手段、１４・・・判定回路
、　　　１５・・・判定回路、１６・・・ＡＮＤ回路。代理人　　　松　　山　　圭　　佑（ほか１名）

Claims

【特許請求の範囲】

（１）透過光または反射光を検出して、直接的または間
接的に測定対蒙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＠胃において、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ｔＬｔｌｔ＠を発生するよう移動面と略平行な
山内に配設された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ＷＡ粋平手段よび和を演算す
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
ツジ検出ｌｓ＠。
（２）前記センサーにおける４個の受光素子を、相互に
直交する２本の直線上にその交点の両側に各々２個配置
したことを特徴とする特許請求の範囲第１墳記載の光学
式測定機器におけるエツジ検出装■。
（３）前記センサーを前記測定対象物に対して２次元的
に相対移動可能としたことを特徴とする特許請求の範囲
第１項または第２項記載の光学式測定機器におけるエツ
ジ検出装置。
（４）前記第４の演算手段の出力により、前記第１およ
び第２の演算手段の作動範囲を調整するようにしたこと
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ツジ検出１ｉ＠。