200921040 九、發明說明 【發明所屬之技術領域】 本發明係有關於，測出透明薄膜或玻璃等之透明體的 邊緣位置，例如是有關於，上記透明體之位置控制中所用 的理想之邊緣偵測裝置。 【先前技術】 若物體存在於以雷射光爲代表之單色光的光路中，則 在該物體的邊緣位置，會產生夫瑞奈（Fresnel )繞射。於 是，使用線條感測器來求出上記夫瑞奈繞射的光量分布， 並解新該光量分布，就可偵測出上記物體之邊緣位置的邊 緣偵測裝置，已有被開發。 此外，於本發明中，所謂的「光量」，係指在線條感 測器的受光面所受光之前記單色光的強度以比率方式來表 現，並不一定一致於基於人類視覺所決定的原本之定義。 亦即，如圖8所示，朝著由複數像素排列而成的線條 感測器1而從打光部2照射單色平行光之光路的一部分是 被遮蔽的方式，來擺放被偵測對象物3的位置，則如圖9 所示，上記線條感測器1的輸出’係以上記被偵測對象物 3的邊緣位置爲交界而有大幅變化。尤其是’線條感測器 1上的光量分布，係受在邊緣位置附近的夫瑞奈繞射之影 響，而有一定的變化傾向。 因此，若將線條感測器1的各像素的輸出予以正規化 ，則可將該光量是全入光時的2 5 %之位置’當成線條感測 200921040 器1之像素排列方向上的被偵測對象物3之邊緣位置而加 以測出。又’在如此解析夫瑞奈繞射之光量分布時，即使 上記被偵測對象物3是透明薄膜或玻璃等之透明體，其邊 緣位置也能精度良好地測出（例如參照日本特開2004-1 773 3 5號公報）。 這是因爲’通過透明體內部的光與在自由空間側的繞 射光的相位是有差異，因此在受光面會發生干涉，在邊緣 部分會產生大幅度的光量跌落之故。此光量之跌落，係通 過透明體內部的光與自由空間側的繞射光的相位差爲1 8〇。 時，跌幅最大。 可是’當被偵測對象物3是透明體的情況下，則被偵 測對象物3不存在時（圖1 〇 ( a )所示的線條感測器1之 全入光狀態）、被偵測對象物3覆蓋光路之略一半時（圖 1 〇 ( b )所示的邊緣偵測狀態）、以及被偵測對象物3覆 蓋上記光路之全部時（圖1 0 ( c )所示的線條感測器1的 全遮光狀態），從這些各線條感測器1之輸出（光量分布 )可知，全入光狀態與全遮光狀態的區別，是非常地困難 〇 亦即，在全入光狀態及全遮光狀態下，由於沒有在被 偵測對象物3的邊緣處所產生的夫瑞奈繞射，因此無法從 線條感測器1的輸出來偵測光量變成前述2 5 %之位置，由 圖 Π所示的邊緣偵測裝置的偵測特性可知，即使是被偵 測對象物3所造成的全遮光狀態下，其也會被偵測成爲全 入光狀態，例如，在一面偵測被偵測對象物3之邊緣位置 200921040 一面調整上記被偵測對象物3之位置的情況下，由於不知 道是處於全遮光狀態及全遮光狀態之哪一者，因此導致不 知道要將被偵測對象物3的位置往哪裡修正等的不良情形 〇 最近’著眼於光量在全遮光狀態下是較全入光狀態較 爲減少’爲了解決上記不良情形，求出線條感測器丨的各 像素之光量的加算値（全體光量），該線條感測器1的全 體光量是小於全入光狀態的全體光量的情況下，係判斷爲 線條感測器1之全體是被屬於透明體的被偵測對象物3所 覆蓋的全遮光狀態’此種方式已被提出（例如參照日本特 開 2 0 0 7 - 6 4 7 3 3 5 號公報）。 在上記的方式下，如圖12所示，從自由空間側（圖 示左側）開始搜尋邊緣位置偵測的像素，當找到閾値以下 的像素時，若被偵測對象物3是在線條感測器1的測定範 圍內’則例如即使被偵測對象物3的內部有髒污部分D， 仍可正常地找出邊緣位置E。 然而’若線條感測器1全體都被被偵測對象物3所覆 蓋’則當被偵測對象物3的內部沒有髒污部分時，係基於 搜尋後的全體光量，可判斷爲線條感測器1全體是被被偵 測對象物3所覆蓋，可是，當覆蓋線條感測器1全體的透 明體亦即被偵測對象物3的內部有髒污部分D存在時，則 如圖13所示’該髒污部分D、亦即閾値以下之像素會被 偵測，會將此處當成邊緣位置而加以輸出，存在有如此問 題。 -6 - 200921040 【發明內容】 本發明的目的在於，除了能夠正確地偵測出透明體的 邊緣位置，還能確實地判定線條感測器是處於全入光狀態 或是處於全遮光狀態，再加上，覆蓋線條感測器1全體的 透明體的內部有髒污部分存在時，可避免將該髒污部分誤 探測成邊緣位置，例如，提供一種可理想適用於上記透明 體之位置控制的邊緣偵測裝置。 爲了達成上述目的，本發明所述之邊緣偵測裝置，其 特徵爲，具備：線條感測器，係將複數像素以所定間隔排 列而成；和光源，係朝著該線條感測器照射單色光；和邊 緣位置解析手段，係根據被放置在前記單色光之光路中的 透明體的邊緣上的光量分布，偵測出前記線條感測器之像 素排列方向上的前記透明體之邊緣位置；和全遮光狀態判 斷手段，係在以該邊緣位置解析手段偵測出前記透明體之 邊緣位置的時點上，求出前記線條感測器中的對應於前記 透明體之邊緣位置的自由空間側的像素的全受光量，當該 全受光量與預先記憶之該線條感測器的全入光狀態下的對 應於前記邊緣位置的像素爲止的全受光量的差，是超過所 定閩値時，則判斷成是前記透明體所造成的全遮光狀態。 又，本發明之其他樣態所述之邊緣偵測裝置，其特徵 爲，具備：線條感測器，係將複數像素以所定間隔排列而 成；和光源，係朝著該線條感測器照射單色光；和邊緣位 置解析手段，係根據被放置在前記單色光之光路中的透明 200921040 體的邊緣上的光量分布，偵測出前記線條感測 列方向上的前記透明體之邊緣位置；和全遮光 段，係在以該邊緣位置解析手段偵測出前記透 位置的時點上，求出前記線條感測器中的對應 體之邊緣位置的自由空間側的像素的全受光量 記線條感測器之複數像素上的各受光量之總和 全受光量而予以測出，當與預先記憶之全入光 受光量進行比較，而前記透明體之邊緣位置測 光量是低於預先設定之比率時（例如爲了察覺 變動而設定的90%之光量）’判斷成是前記透 的全遮光狀態。 若依據這些邊緣偵測裝置’則在從自由空 邊緣位置的階段中，與此同時地加算線條感測 之光量，將其受光量與全入光時的受光量進行 可以根據上記比較結果’簡易地判定是處於光 明體存在的全入光狀態’還是處於線條感測器 覆蓋之全遮光狀態。 尤其是，因爲可根據線條感測器的輸出來 光路中有無透明體，所以例如，在透明體的製 中安裝邊緣偵測裝置以進行該透明體的定位時 的優點是非常的大。 理想係爲，可將卽全遮光狀悲判斷手段 構成前記線條感測器之複數像素當中的位於前 邊緣位置偵測開始的自由空間側之數像素的受 器之像素排 狀態判斷手 明體之邊緣 於前記透明 ，將構成前 或平均當作 狀態下的全 出時的全受 1 0 %的光量 明體所造成 間側起搜尋 器的各像素 比較，因此 路中沒有透 被透明體所 簡易地判定 造、檢查線 ，其工業上 設計成，將 記透明體之 光等級與該 -8- 200921040 數像素之全入光狀態下的受光等級進行比較’當位於前言己 透明體之邊緣位置偵測特性之自由空間側的數像素1^ @ f 等級是低於該數像素之全入光狀態下的受光等級時’則判 斷成是前記透明體所造成的全遮光狀態° 藉此，在從自由空間側起捜尋邊緣位置的階段中’可 簡易地判定是否處於線條感測器全體被透明體所覆蓋之全 遮光狀態。 又，理想係爲，可將前記邊緣位置解析手段設計成’ 將前記線條感測器之各像素上的受光量’從已呈全入光狀 態的自由空間的像素側起依序讀入，將該受光量是從全受 光狀態起恰好降低所定比率之像素的位置’具體而言係考 慮到被偵測對象物是透明體，例如，將光量變成75%或 50%的光量位置加以測出，根據該像素位置與上記受光量 的降低比率，偵測出前記透明體之邊緣位置（光量25%之 位置）即可，藉此，可間接地求出透明體的邊緣位置。 如此測出邊緣位置之際，係不會受到穿透過透明體之 光的影響，將來自所謂入光側的線條感測器之端部的受光 量加以捜尋，將受光量降低的、所謂光量分布下挫之部分 ，當作有邊緣位置存在，來執行上記邊緣位置的偵測處理 ，較爲理想。如此，則即使透明體的內部有髒污’仍可僅 根據線條感測器的全受光量之衰減來判斷髒污，因此可避 免把該髒污當成邊緣位置而誤測之可能性。 再者，當透明體的透明度高時的理想樣態係爲，前記 線條感測器與光源係定位成，形成對前記透明體的表面傾 -9- 200921040 斜的光路爲較佳。 這是因爲，藉由傾斜可使表面反射變大而使穿透的光 衰減，及，藉由傾斜可使通過透明體內部的光與自由空間 側之光的相位差增大，使千涉所致之邊緣部分處的光量跌 落更爲增大，藉此，可更正確地求出透明體的邊緣位置。 更理想係爲，可將前記邊緣位置解析手段構成爲，根 據被放置在前記單色光之光路中的透明體的邊緣上的夫瑞 奈繞射之光量分布，偵測出前記線條感測器之像素排列方 向上的前記透明體之邊緣位置，將該夫瑞奈繞射所產生的 前記線條感測器之各像素上的受光量之變化，使用近似曲 線函數來取近似，使用上記近似曲線函數而將前記線條感 測器上的像素排列方向中成爲所定光量之位置，解析成爲 前記透明體之邊緣位置。 藉此，即使透明體的內部有髒污，仍可避免把該髒污 當成邊緣位置而誤測。 【實施方式】 以下參照圖面，說明本發明之實施形態所述之邊緣偵 測裝置。 圖1係本實施形態所述之邊緣偵測裝置的要部槪略構 成；如圖1所示，具備：將複數像素以所定間隔排列而成 的線條感測器1 ;和對峙於該線條感測器1而設置以向線 條感測器1照射單色平行光的光源2 ;和微電腦4，係具 備邊緣位置解析手段4a，用以解析來自線條感測器1的輸 -10- 200921040 出訊號（光量），而偵測出線條感測器1之像素排列方向 上的被偵測對象物3之邊緣位置；上記光源2，係主要是 由雷射元件2a、及將從該雷射元件2a所發出之雷射光轉 成平行光而照射至線條感測器1的打光透鏡2b所構成， 將上記線條感測器1與光源2之間的上記單色平行光之光 路，當作用來偵測被偵測對象物3之邊緣用的偵測領域。 此例子中，微電腦4係具備全遮光狀態判定手段4b， 用以在以邊緣位置解析手段4a偵測出屬於透明體之被偵 測對象物3之邊緣位置的時點上，求出線條感測器1中的 對應於被偵測對象物3之邊緣位置的像素爲止的全受光量 ，以判定線條感測器1是否處於被覆蓋之狀態。 此處，微電腦4的邊緣位置解析手段4a，係如前述專 利文獻1所記載，將線條感測器1的輸出訊號就每一項素 進行正規化之正規化手段；將已被正規化之各像素所得之 受光量加以表示的輸出訊號（光量）加以解析，將光量爲 25%之位置，當成線條感測器丨之像素排列方向上的被偵 測對象物3之邊緣位置而加以測出。 更具體而言，上記邊緣位置解析手段4a，係調查已被 正規化之各像素1 1，1 2〜1 η的輸出訊號（光量），例如， 求出該光量爲25%前後的2個像素1]^，1]<+1(让=1〜11-1 )’這些像素lk，lk+l的各光量之差異係依存於因夫瑞 射所產生的光星分布’將該光量之變化（光量分布） 使用雙曲線函數等之近似曲線函數來取近似，然後，使用 該近似曲線函數（光量分布）而在像素排列方向上將光量 -11 - 200921040 爲25°/。之位置，當作被偵測對象物3之邊緣位置而加以求 出。 另一方面’前記全遮光狀態判定手段4b，係具備：預 先在該邊緣偵測裝置的啓動時等，在前述光路中未插介有 被偵測對象物3之狀態下，根據所測出的全入光狀態時的 線條感測器1之輸出訊號，來求出其全受光量，將其當成 初期値而加以記憶之手段；上記全受光量，係藉由求出構 成線條感測器1之複數像素1 1，1 2〜1 η的各輸出訊號（光 量）之總和，而被求出。 在此全遮光狀態判定手段4b中，係其運用時（邊緣 偵測時）’在邊緣位置解析手段4a偵測出被偵測對象物3 的邊緣位置的時點上，求出線條感測器1上的對應於被偵 測對象物3之邊緣位置的像素1 1，1 2〜1 n爲止的輸出訊號 (光量）之總和，以求出全受光量，當該全受光量係小於 ’如前述所記憶之作爲初期値的全受光量爲基礎而得到之 對應於上記邊緣位置的像素11,12〜In爲止的全受光量時 ’將其判定成係處於線條感測器1是被被偵測對象物3所 覆蓋的全遮光狀態。 例如，如圖2所示，在邊緣位置解析手段4a偵測出 被偵測對象物3的邊緣位置E的時點上，線條感測器1上 的對應於被偵測對象物3之邊緣位置E的第20像素爲止 的每一個的光量是約爲1 · 〇的情況下，由於其全受光量（ 圖2中以實線包圍的領域，是與全入光時的第20像素爲 止的全受光量幾乎沒有差異，因此在全遮光狀態判定手段 -12- 200921040 4b中，係將該部位判定爲邊緣位置。 又，當線條感測器1是被被偵測對象物3所覆芸的情 況下’如圖3所示，邊緣位置解析手段4 a在第4 8像素偵 測到似乎是邊緣位置之部位（例如髒污部分D ) @胃點上 ’由於桌48像素爲止的全受光量（圖3中以實線包圍的 頁域’是小於全入光時的桌48像素爲止的全受光量約 10%程度，因此在全遮光狀態判定手段4b中，係不將該部 位D視爲邊緣位置，而是判斷爲處於線條感測器1全體是 被被偵測對象物3所覆蓋的全遮光狀態，而輸出〇mm。 亦即’全遮光狀態與全入光狀態可獲得不同的輸出結 果以外，即使屬於透明體之被偵測對象物3的內部有髒污 時，仍可避免將該髒污誤測成邊緣位置。 此處’在全入光狀態下邊緣位置（邊緣偵測位置）爲 最大’且該偵測特性係被定爲，隨著被偵測對象物3往光 路的進入量逐漸增大，上記邊緣位置則會減少的情況下， 則如圖4所示，當變爲全遮光狀態時，可將該邊緣位置維 持成最小。 換言之，如先前在變成全遮光狀態時，因爲無法將其 與全入光狀態做區別而造成其邊緣位置會劇烈地變化成最 大値的此種不良情形，可獲得抑制。 其結果爲，由於可正確地獲得相應於被偵測對象物3 往光路之進入量的邊緣位置，因此例如，可相應於該邊緣 位置來使被偵測對象物3在線條感測器1的像素排列方向 上改變位置以調整該邊緣位置。尤其是，即使無法測出邊 -13- 200921040 緣位置的情況下，也能夠容易判斷出，要將被偵測對象物 3往哪個方向改變位置使被偵測對象物3的邊緣位置置於 光路中，就可偵測到該邊緣位置，因此對於被偵測對象物 3的位置調整是有效且有用的。 順便一提，如本實施形態，當被偵測對象物3是透明 體的情況下，因爲是藉由使來自光源2的單色光穿透被偵 測對象物3後的光、與自由空間側之單色光的繞射光兩者 重合而產生的干涉，是利用其來偵測邊緣，因此有可能導 致來自光源2的單色光無法完全被遮光，在該被偵測對象 物3的邊緣所發生的夫瑞奈繞射之光量分布係被被偵測對 象物3的穿透光所掩蓋’導致前述2 5 %之光量的位置難以 被偵測。尤其是，當被偵測對象物3的透明度較高時，根 據2 5 %之光量的位置來偵測邊緣位置是變得較爲困難。 因此’在此種情況下，則於前述之邊緣位置解析手段 4a中，亦可爲，例如，如圖5所示，是求出光量爲75%的 位置。 具體而言，於邊緣位置解析手段4a中，調查已被正 規化之各像素U，1 2〜1 η的輸出訊號，例如，求出該光量 爲75%前後的2個像素1§,4+1(§=1〜11-1)，這些像 素lg，lg+l的各光量之差異係也依存於前述的因夫瑞奈 繞射所產生的光量分布，將該光量之變化（光量分布）使 用雙曲線函數等之近似曲線函數來取近似，然後，使用該 近似曲線函數（光量分布）而在像素排列方向上將光量爲 25 %之位置，當作被偵測對象物3之邊緣位置而加以求出 -14- 200921040 即可。 換言之，上述光量爲7 5 %之位置，係如圖5所示是從 光量25%之邊緣位置起偏置恰好△ X後的位置，該偏置量 係由單色光的波長λ、線條感測器1與被偵測對象物3之 距離ζ等所決定。因此，即使不像上述般地直接求出光量 2 5 %之位置，也可藉由從如上述所求出的光量爲7 5 %之位 置起實施上記偏置△ X的補正，就可間接地求出被偵測對 象物3的邊緣位置。 此外，如上述在偵測邊緣位置之際，係不會受到穿透 過被偵測對象物3之光的影響，將來自所謂入光側的線條 感測器之端部的受光量加以搜尋，將受光量降低的、所謂 光量分布下挫之部分，當作有邊緣位置存在，來執行上記 邊緣位置的偵測處理，較爲理想。如此，則即使被偵測對 象物3的內部有髒污，仍可僅根據線條感測器丨的全受光 量之衰減來判斷髒污，因此可避免把該髒污當成邊緣位置 而誤測之可能性。 亦即’即使被偵測對象物3的內部有髒污時，仍不會 將其當成邊緣位置而誤測’可判定其狀態係處於全入光狀 態還是全遮光狀態，因此例如，在一面偵測被偵測對象物 3之邊緣位置一面調整被偵測對象物3之位置的情況下， 仍可正確地判定上記被偵測對象物3的位置所應修正的方 向。亦即’不會受到附著在被偵測對象物3表面的髒污等 之影響’可正確地偵測出其邊緣位置。 又’在述之全遮光狀態判定手段4b中，雖然是著 -15- 200921040 眼於線條感測器1所作的全受光量來判定全遮光狀態，但 於全遮光狀態下係如前述圖10 ( c )所示般地，在線條感 測器1的各像素U,12〜In的輸出訊號中會產生參差，因 此亦可調查該參差來判定是否處於全遮光狀態。 但是，由於線條感測器1的經年（衰老）變化而造成 各像素11,12〜In的輸出訊號會產生參差，因此定期定檢 查線條感測器1的輸出特性後，再來判定上述各像素 11,12〜In的輸出訊號（光量）之參差，較爲理想。又， 因爲隨著被偵測對象物3之式樣也會導致上述參差的程度 有所改變，所以最好是考慮到這點，再來判定是否處於全 遮光狀態，較爲理想。 再者，在前述之全遮光狀態判定手段4b中，雖然是 著眼於線條感測器1所作的全受光量來判定全遮光狀態， 但亦可設計成，將位於所謂的入光側之線條感測器1的端 部側的數像素的受光等級、與該數像素之全入光狀態時的 受光等級進行比較，當位於線條感測器1端部側之數像素 的受光等級是低於該數像素之全入光狀態下的受光等級時 ，則判斷成是被偵測對象物3所造成的全遮光狀態。換言 之，位於入光側之線條感測器1之端部側的數像素的輸出 訊號，是否在1 .0附近、例如0.9〜1 . 1，隨應於該判定， 也可得知是否處於線條感測器1全體是被被偵測對象物3 所覆蓋的全遮光狀態。 可是，當被偵測對象物3的透明度較高時’如前述， 即使以全遮光狀態判定手段4b來調查線條感測器1上的 -16- 200921040 受光量之總和（全受光量）’也料想到可能不會發生10% 以上的受光量之變化。爲了避免此種不良情形，例如，如 圖6所示之槪念，使得線條感測器i與光源2之間所形成 的光路’對於被偵測對象物3的表面成傾斜狀地設置即可 。然後’光路對上記被偵測對象物3的表面傾斜的份量， 將邊緣位置解析手段4a中所測出的邊緣位置按照上記傾 斜角度0而加以補正’則藉此就可正確地偵測出被偵測對 象物3的邊緣位置。 亦即’即使被偵測對象物3的透明度較高，藉由使光 路對該被偵測對象物3之表面呈傾斜，就可增加其表面上 的反射’可減少穿透被偵測對象物3而到達線條感測器1 的光量。其結果爲，相較於光路對被偵測對象物3表面呈 直角設定的情況，上記光路傾斜設定的情況下，如圖7 ( a )、（b )中將各個線條感測器1的輸出加以對比表示， 光路傾斜設定時’其受光量較爲降低，並且各像素1 1，1 2 〜In上的受光量的參差係較大。 因此’若將光路對被偵測對象物3表面傾斜設定，則 即使被偵測對象物3的透明度較高時，仍可增大其表面反 射，因此可確實地偵測出遮掩光路之被偵測對象物3的存 在。 此外’本發明係不限定於上述實施形態，例如，於上 記實施形態中雖然說明，邊緣位置解析手段4a係根據被 置於單色光之光路中的被偵測對象物3之邊緣上的夫瑞奈 繞射之光量分布來偵測出線條感測器1之像素排列方向上 -17- 200921040 的被偵測對象物3之邊緣位置，但並非限定於此。 又’於上記實施形態中，雖然說明邊緣位置解析手段 4a係用雙曲線二級函數來解析夫瑞奈繞射之光量分布，但 當然亦可採用其他的近似曲線函數。 甚至’作爲線條感測器1的全受光量之資訊，雖然只 言及求取複數像素之各受光量之平均，但關於全遮光狀態 的判定條件’只要考慮到作爲邊緣偵測位置的透明體3的 透明度或外光等擾亂因素來加以設定即可。 【圖式簡單說明】 圖1係本發明之實施形態所述之邊緣偵測裝置的要部 槪略構成圖。 圖2係藉由邊緣偵測裝置，偵測出屬於透明體之被偵 測對象物的邊緣位置之狀況下的線條感測器之輸出變化例 之圖示。 圖3係藉由邊緣偵測裝置，判定爲處於線條感測器是 被透明體之被偵測對象物所覆蓋之狀況下的線條感測器之 輸出變化例之圖示。 圖4係表示邊緣偵測裝置之邊緣位置偵測特性的圖形 〇 圖5係邊緣位置偵測之另一手法之圖示。 圖6係屬於透明體之被偵測對象物的透明度較高時的 邊緣位置偵測之手法的圖示。 圖7係光路對屬於透明體的被偵測對象物之表面成正 -18- 200921040 交時的受光變化量，與傾斜時的受光量變化的對比圖（a )、（b ) ° 圖8係先前的邊緣偵測裝置之槪略構成圖。 圖9係用來說明邊緣偵測裝置的邊緣偵測原理用的線 條感測器之輸出例圖。 圖1 〇係屬於透明體之被偵測對象物不在光路上之狀 態下的線條感測器之輸出變化例的圖示（a )、線條感 '測 器是被被偵測對象物覆蓋一半之狀態下的線條感測器之輸 出變化例的圖示（b )、及線條感測器全體是被被偵測對 象物所覆蓋之狀態下的線條感測器之輸出變化例的圖示（ C ) ° 圖1 1係先前之邊緣偵測裝置上的邊緣偵測特性之圖 示。 圖1 2係藉由先前之邊緣偵測裝置’偵測出屬於透明 體之被偵測對象物的邊緣位置之狀況下的線條感測器之輸 出變化例之圖示。 圖1 3係藉由先前之邊緣偵測裝置’將髒污部分誤判 成被偵測對象物之邊緣位置之狀況下的線條感測器之輸出 變化例之圖示。 【主要元件符號說明】 1 :線條感測器 2 :光源 3 :被偵測對象物 -19- 200921040 4 :微電腦 2a :雷射元件 2b :打光透鏡 4a :邊緣位置解析手段 4b :全遮光狀態判定手段 E :邊緣位置 -20-