JPS6244201B2 - - Google Patents

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、従つて、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光電素子から出力す
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つ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
大小によつて、検出されるエツジの位置が異なる
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つ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、センサー部あるいは回路部
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
フオ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つてしまうので、正確な
エツジ検出ができないという問題点があつた。

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
ものであつて、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、光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
ツジ検出装置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つても、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、前記測定対象物との相対移動時の移動
面と略平行な面内に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
置してなるセンサーと、前記４個の受光素子の内
隣接する２個の受光素子の出力信号の差を演算す
る第１の演算手段と、他の２個の受光素子の出力
信号の差を演算する第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
手段と、を設けることにより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面内に配設された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の演算手段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間に生じ
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力する検知手段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、
投影機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４個の受光素子
７Ａないし７Ｄは前記投影機Ｐにおけるスクリー
ン６上の、相互に直交する２本の直線すなわち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
軸上にそれぞれ配置され、前記受光素子７Ａ，７
Ｂの出力信号は、前記第１の演算手段に、また受
光素子７Ｃ，７Ｄ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い
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軸に沿つ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１
６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
影画像４Ａ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軸に沿つて相対的に移動
させ、投影画像４のエツジがセンサー７を横切る
ようにする。

例えば、投影画像４Ａが、第２図に示されるよ
うに、Ｘ軸に沿つて、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により得られる出力
信号は、第３図に符号ＡないしＤによつて示され
るように、時間軸に沿つてＡ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―ＢおよびＣ―Ｄに演算され、それぞれ出力さ
れる。

これらＡ―ＢおよびＣ―Ｄの出力信号は、それ
ぞれ第３の演算手段によつて差が演算されるとと
もに、第４の演算手段１１によつて和が演算さ
れ、その演算結果の出力信号は第３図ｃに示され
るようになる。

第３の演算手段１０によつて出力される信号は
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１４および１５からの出力信号が共
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。

従つて、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、これをそれぞれの差を演算して、
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によつ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によつて得られた信号を、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７Ａないし７Ｄより得
られた出力信号を、単純な差および和演算によつ
て処理するので、アナログ信号の状態で処理でき
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
の差演算によつ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で、
投影画像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。

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軸に沿つて、これらＸ軸Ｙ軸の
交点を挟んでそれぞれの軸に一対づつ計４個配置
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
る出力、鎖線は同下段に示される出力すなわちゲ
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７
Ｄは、それぞれ独立して十字状に配置したもので
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
割あるいは田型に配置してもよい。

さらに前記実施例は、投影画像４Ａ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４
Ａ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。

従つて、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ツ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。

本発明は上記のように構成したので、光電素子
を利用した光学式測定機器におけるエツジ検出装
置において、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、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。

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か１ル
ツ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、第２図は同実施例の構成を示
すブロツク図、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図は同実施例の効果を
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施例を示す平
面図である。 ４…測定対象物、４Ａ…投影画像、７Ａ，７
Ｂ，７Ｃ，７Ｄ…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の演算手段、１２…検
知手段、１４…判定回路、１５…判定回路、１６
…AND回路。

Claims (1)

【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ツジ検出装置において、
   前記測定対象物との相対移動時の移動面と略平行
   な面内に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個配置してなる
   センサーと、前記４個の受光素子の内隣接する２
   個の受光素子の出力信号の差を演算する第１の演
   算手段と、他の２個の受光素子の出力信号の差を
   演算する第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
   エツジ検出装置。