U59936 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明’係關於以受光器接收由投光器照射的單色平 行光’檢測遮蔽該單色平行光的遮蔽物之邊緣位置的光學 式邊緣檢測裝置及該邊緣檢測裝置所使用的線感測器。 【先前技術】 圖9係表示揭示於專利文獻丨的習知之邊緣檢測裝置 的構成圖。在圖9中，該邊緣檢測裝置，具備線感測器i 〇〇、 投光益1 01以及邊緣檢測部1 〇2。線感測器1 〇〇，係在一 定方向上以既定間距排列有複數個受光元件（像素），接 收由投光器101照射的單色平行光。投光器1〇1，配置成 與線感測器100的受光面相對向，具備由雷射二極體（LD ) 構成的光源l〇la、導引單色光（雷射光）的光纖i〇ib、投 光透鏡101c以及控制ld的驅動iciOld。 在投光器10卜由光源丨〇la産生的單色光（雷射光）， 通過光纖101b而被導至投光透鏡l〇lc，由投光透鏡101c 轉換成單色平行光之後’照射到線感測器100上。當遮蔽 04通過在投光器101與線感測器100的受光面之間所 形成的測量空間i 03時，射向線感測器i 00的單色平行光 破遮敝。邊緣檢測部102由微電腦構成，對線感測器100 的輸出進订解析’檢測在測量空自103遮蔽單色平行光的 遮蔽物1 04在文&元件的排列方向上之邊緣位置。 由邊緣檢測部102所進行的遮蔽物1〇4之邊緣位置的 1359936 檢測，係藉由對在測量空間103因遮蔽物104遮蔽單色平 行光的一部分而産生的線感測器1〇〇的全部受光量的變 化、或起因於産生在遮蔽物104邊緣部分的菲涅耳（Fresnel) 繞射的受光圖案（受光量分布）進行解析而進行。如此， 習知之邊緣檢測裝置，根據線感測器100的受光面上的光 強度分布來高精度地檢測遮蔽物104之邊緣位置^ (例如， 參照專利文獻1 ) [專利文獻]日本特開2004-177335號公報 【發明内容】 習知之邊緣檢測裝置，由於如上述般構成，因此可根 據線感測器1 00的受光元件上未被照射單色平行光的寬度 l〇3a來檢測遮蔽物1()4的位£。但是，當遮蔽物刚爲如 玻璃或薄膠月般的透明體的情況下，由 蔽物-，所以與遮蔽一爲不透明體的
緣部分的檢測非常困難。特別是，根據透明體的遮蔽物ι〇4 的插入狀況（插入位置），由於在遮蔽物1〇4之邊緣部分 產生的菲埋耳繞射所引起的受光量的衰減很小，有時難以 進行邊緣判斷。例如，如果將作爲遮蔽物1()4的透明滕片 相對於單色光垂直插入，則受光量的衰減很大，可檢測出 邊緣部分，但是當以傾斜的㈣插人時，受光量的衰減較 小’而有無法正確地檢測出邊緣部分之情形。作爲邊緣檢 測裝置的料’有於薄膠片捲繞時的蛇行檢測等，此時由 於膠片的插入方向不十所以受光量的衰減小，有難以 6 1359936 正確檢測邊緣部分之情形β 此外’還有下述問題：由於光源l〇la會因周圍溫度而 使輸出的單色光的波長不同，所以照射的單色光的干涉圖 案會因溫度而變化’照射到線感測器100上的平行光的圖 案發生變化《特別是，對如透明體般存在受光量的衰減變 小的可此性之遮蔽物丨04進行測量時’需要使線感測器1 〇 〇 的或號輸出穩定。但是，當單色光的干涉圖案因周圍溫度 而發生變化時，輸出訊號會産生變動，甚至於不存在遮蔽 物104的自由空間亦發生了受光量的衰減，因而會有將其 衰減部分誤檢測爲由邊緣部分的菲涅耳繞射所引起的受光 1的衰減之誤檢測可能性。 另一方面’爲了保護受光元件免於機械損傷，一般線 感測器100採取與受光元件非接觸地配置透明的保護玻璃 的構造。本來爲了避免該保護玻璃對受光特性產生影響， 較佳係使用透明度非常高的玻璃’但是爲了降低線感測器 100的成本’有時採用透明度低的便宜玻璃。因此，會有 入射到保護玻璃上的雷射光發生漫反射或新的干涉，而使 各文光元件輸出的接收訊號變動的問題。 如此，習知之邊緣檢測裝置，會有單色光的波長或輸 2功率因周圍溫度的變化，使各受光元件輸出的接收訊號 變動，對裝置性能產生不良影響，而難以進行正確之檢測 的問題。特别是，膠片等透明體由於邊緣部分的菲涅耳繞 射所引起的受光量的衰减小，所以在不穩定的受光量分布 中難以僅檢測邊緣部分。此外，由於入射在線感測器的保 7 1359936 護玻璃之早色光發生漫反射或新的干涉，使各受先元件輸 出的接收訊號變動的程度增大’因而爲了進行高精度之邊 緣部分的檢測，無法使用便宜的線感測器β 本發明，爲解決上述問題而成者，其目的在於提供一 種邊緣檢測裝置，即使是透明的遮蔽物亦能正確地檢測邊 緣部分，即使在測量空間内的周圍溫度變動的情況下亦 能進行穩定之邊緣部分的檢測。 本發明之邊緣檢測裝置，具備：投光部，由產生單色 Φ 光的雷射光源、將來自該雷射光源的單色光轉換爲單色平 行光的投光透鏡、以及放射該單色平行光的投光窗所構 成，受光部’由與該投光窗對向設置的受光窗、將從該受 光窗射入的該單色平行光變.更到既定方向的複數條光路上 的光路變更元件、以及線感測器所構成，該線感測器係在 長邊方向上以既定間距將複數個用於接收從該光路變更元 件入射的單色光的受光元件排列而成；及檢測部，對該線 籲 感測器的受光量分布進行解析’檢測存在於該單色平行光 的光路上之遮蔽物在該受光元件的排列方向上之邊緣位 置。 此外，本發明之邊緣檢測裝置的光路變更元件係三角 柱棱鏡，將該稜鏡的三個側面之一個面與該線感測器的受 光元件平行配置。 此外’本發明之邊緣檢測裝置的光路變更元件係任意 形狀的圓柱狀透鏡，將該透鏡的水平側面與該線感測器的 受光元件平行配置。 8 1359936 又，本發明之邊緣檢測裝置，在該線感測器的受光元 件上具備保護用玻璃，該光路變更元件固定在該保護用破 璃上。 根據本發明，由於具備：投光部，由產生單色光的雷 射光源、將來自該雷射光源的單色光轉換為單色平行光的 投光透镜、以及放射該單色平行光的投光窗所構成；受光 泮，由與该投光窗對向設置的受光窗、將從該受光窗射入 的。玄單色平行光變更到g无冑彳向的複數條光路上的光路變 更兀件、以及線感測器所構成，該線感測器係在長邊方向 上以既定間距將複數個用於接收從該光路變更元件入射的 單色光的受光兀件排列而成；檢測部，對該線感測器的受 光量分布進行解析，檢測存在於該單色平行光的光路上之 遮蔽物在該受光元件的排列方向上之邊緣位置，因此具有 下述效果：即使遮蔽物為透明體的情况下，由複數條光路 生成之邊緣部分的菲涅耳繞射所引起光强度分布的衰减增 大，亦能够正確地檢測邊緣位置。此外，即使在單色光的 波長因周圍溫度的變化而變化的情況下，來自受光元件的 輸出訊號亦不會産生急劇的變化，可對邊緣檢測部供應穩 定的輸出訊號。 又，根據本發明，具有以下效果：使用三角枉稜鏡作 爲光路變更元件、將該稜鏡的三個側面之一個面與該線感 測器的受光元件平行配置，藉此，即使在平行單色光發生 漫反射與新的干涉圖案，亦能確保對受光元件的穩定的入 射，故可利用便宜的構成來使遮蔽物之邊緣部分發生大的 9 又光里衰'咸’並且來自受光元件的輸出訊號不會産生偏差 與急劇的變化’能夠對邊緣檢測部供應穩定的輸出訊號。 又’根據本發明，具有下述效果：使用任意形狀的圓 狀，鏡作爲光路變更元件’將該透鏡的水平側面與該線 感測:的Μ元件平行配置，藉此，即使在平行單色光上 發生漫反射與新的干涉圖案’亦能確保對受光元件的穩定 入射’所以’利用多數條光路來收集由邊緣部分引起的菲 運耳繞射的結果，能夠發生更大的受光量的衰減，即使是 透明度非常高的遮蔽物，亦能進行邊緣部分的正確檢測。 一另外，根據本發明，具有下述效果：在該線感測器的 叉光凡件上具備保護用玻璃、該光路變更元件係固定在該 保濩用玻璃上，藉此，能去除因保護用玻璃所引起的單色 光的<反射與新的干涉圖案的影響，而能使用便宜的線感 測器。 【實施方式】 圖1係表示本發明之實施形態之邊緣檢測裝置的構成 圖。該邊緣檢測裝置，具備投光部1、受光部2、以及邊 緣檢測部3。投光部1 ’係與受光部2之受光窗23的受光 面對向配置，並具有由雷射二極體（LD)構成的光源1〇、 控制光源1 0的驅動1C 11、投光透鏡1 2以及投光窗1 3。 投光透鏡12，藉由投光窗13朝向受光器2之線感測器21 的中央部放射由光源10產生的單色光。又，在此所謂的 單色光’係指使用工業方法生産的雷射二極體或光濾波器 1359936 所能獲得的程度之具有波長分布特性的光。又，投光窗13 係設置在不透明筐體1的透明玻璃。 受光部2，具有受光窗23、光路變更元件22以及線感 測器2 1。線感測器2 1，具有在一定方向上以既定間距將 複數個受光元件（像素）排列而成的受光面，接收由投光 部1照射的單色平行光。在此，藉由使受光窗23具有與 所使用的光源10之單色光的波長匹配的濾波器功能，而 能緩和雜散光對線感測器21的影響。 邊緣檢測部3 ’具有A/D轉換部31、處理器32與顯 示部33。A/D轉換部31，將由受光部2的線感測器21輸 出之文光疋件的輸出訊號從類比值轉換爲數位值。處理器 32，對以A/D轉換部3 1數位轉換後的線感測器2丨的輸出 訊號進行解析，檢測在測量空間4遮蔽單色平行光的一部 分之遮蔽物5在受光元件的排列方向上之邊緣位置。顯示 部33係顯示處理器32的檢測結果。又，a/d轉換部^及 /或處理g 32,亦可設置在受光部2内。在此情況下，由 於受光部2與邊緣檢測_ 3之間成爲數位通訊，故抗雜訊 性月b增強，可延長配線距離。此外，亦可將整個邊緣檢測 部3設置在受光部2内。 圖2係表示線感測器21之各受光元件的受光量。橫轴 =光广件的位置’縱轴係所接收的單色光的 光夏）。測量空間4係投光窗13與 叫兴又尤囪23之間的空間， 在遮蔽物5爲透明體的情況 L 、 遲敞測量空間4時，被遮龄 的部分5 a與沒有遮蔽物的自 曰田二間相比，受光元件的受光 1)59936 量略微衰減。另一方面，在遮蔽物之邊緣部分5b發生因 菲涅耳繞射所引起的急劇的受光量衰減。在邊緣檢測部3， 檢測受光量衰減之邊緣部分5b，根據其與線感測器21上 的受光元件的排列長度21a之間的比例，來計算判斷遮蔽 物5之邊緣部分的位置。又，有關與完全沒插入遮蔽物5 的狀態相比受光量減少的比例，係取決於遮蔽物5的透明 度等。
圖3係在邊緣部分的檢測所使用的菲涅耳繞射之說明 圖。由菲涅耳繞射引起的光強度分布，如圖3所示，在邊 緣位置附近急劇上升，隨著遠離邊緣位置而邊振蕩邊收 傲。又’在利用單色平行光之因菲涅耳繞射引起的線感測 器21的受光面上的光強度分布，來檢測遮蔽物$之邊緣 部分的位置時，需要預先高精度地求得光強度分布的特 性’有關此特性的高精度之近似.方法，已揭示於日本特開 2004-177335 號公報。 在受光部2，藉由在受光窗23與線感測器21之間設 置光路變更it# 22,即使在平行單色光發生漫反射及新的 干涉圖案，亦能確保對受光元件的穩定入射，故能實現本 ，明之透明體之邊緣檢測與線感測器21㈣出訊號的穩 定化。圖4、β 5表示其構成與位置關係。圖*係使用截 面爲等腰直角三角形的三稜柱㈣221作爲光路變更元件 Μ的一個例子。該稜鏡，一般稱爲直角棱鏡。如圖4_(ι) 所不’直角稜鏡221 ’將與9〇。的頂點相對向的側面配置 爲與線感測器21的受光元件2"排列的方向平行。此外， 12 1359936 如圖4- (2)所不，線感測益21在元件上面的數m m的位 置配置用於保護受光元件211免於灰塵等污染的保護用玻 璃212。在該保護用玻璃212上配置直角稜鏡221。又， 作爲光路變更手段，就獲得容易性與聚光性能之點而言， 較佳係使用直角稜鏡’但未限於此。亦可取代直角稜鏡， 而使用頂角爲銳角或鈍角的三稜鏡。 另一方面，圖5係使用半圓柱狀的圓柱狀透鏡222作 爲光路變更元件22的例子》此圓柱狀透鏡222，係將圓柱 於軸方向分割爲兩個而成的形狀。如圖5_(i)所示，圓 柱狀透鏡222，係將其半圓柱的水平側面與線感測器2 i的 受光元件211的排列方向平行配置。圓柱狀透鏡222具有 下述特性：由於在截面222a方向上具有曲率，所以光被彎 曲而在截面222b方向上沒有曲率，所以如光通過平行 平面玻璃同樣地，只稍微改變一下方向就直接通過。又， 如圖5- (2)所示，在線感測器21的保護用玻璃212上配 置圓柱狀透鏡222 ^此外，作爲固定方法，考慮使用用於 黏接透鏡等光學零件的透光性黏著劑等，以避免對光學系 統產生影響。此外，作爲光路變更元件不限於半圓柱狀的 圓柱狀透鏡，亦可使用任意形狀的圓柱狀透鏡。 在此，圖6表示因光路變更元件22所引起的受光量分 布輸出的差異。圖6·⑴表示未設置光路變更元件22的 狀態之各受光元件的受光量分布’由於單色光的干涉圖 案，各受光元件未被均句地照射單色光，產生±2()%以上的 受光量偏I。特別是，因干涉而以數十個元件份量爲單位 13 1359936 在受光量分布上産生波動。在此，另一方面，圖6_(2) 係設置有光路變更元件22情況下的受光量分布，整體受 光量增加，去除了按每數十個元件發生的受光量分布的波 動’並且連相鄰的每個元件之受光量分布的偏差亦被抑 制’而能獲得穩定的受光量分布。此係由於藉由在光入射 到線感測器21之别設置光路變更元件2 2，從相對於受光 元件垂直的複數個方向收集單色光，並朝向受光元件照射 單色光的緣故。又’從垂直方向上以既定寬度進行收集， 所以抑制了相鄰的受光元件彼此間的受光量的偏差，減小 干涉圖案的影響。此外，即使雷射波長因周圍溫度的變動 而變化’干涉圖案改變，單色光的變化被限制，僅限於微 量的受光量的變化，所以可構成不會受到周圍溫度影響之 邊緣檢測裝置。又，考慮受光量的增加量可減小來自投光 部1的單色光輸出’所以可實現低功率消耗化。又，在光 路變更元件爲圓柱狀透鏡222的情況下，由於受光面爲圓 柱狀，所以能夠從更多的方向收集雷射。 圖7係表示因周圍溫度所引起的受光量的變動圖。當 設以遮蔽物5未進入測量空間4時各元件的受光量爲基準 里1.00，試著多次改變周圍溫度。在圖9所示的習知之邊 緣檢測裝置，如圖7_ ( i )所示，因單色光的波長變化所 引起的干涉圖案的變動，産生土2〇0/〇左右的受光量的變動。 另一方面’圖7_ ( 2 )係設置有光路變更元件22的情況， 即使改變周圍溫度，受光量幾乎沒有發生變動。此對於消 除因光源附近的驅動IC11散熱的影響上亦有效，具有能 1 物 936 將自電源投入到可進行測量爲止的穩定時間縮短的效果。
圖8係表不於測量空間4插入有薄膠片般的透明體之 遮蔽物5時受光量的變動值之比較圖。圖8_(1)係圖9 所示的習知之邊緣檢測裝置’ 5a爲插入有膠片的部分，5b 爲沒有遮蔽物5的自由空間。此種情況下，在膠片之邊緣 部分因菲淫耳繞射而發生如5c所示的受光量的衰減，可根 據該衰減來檢測邊緣的位置。但是’當遮蔽物5爲非常薄 的膠片時，受光嚴的哀減很難成為〇5以下，進而，考慮 因膠片在傾斜插入時的受光量的衰減降低，將被判斷爲^ 緣部分的受光量的變動閾值爲〇·75左右。即使是此閾值， 只要受光量穩定就沒有問題，但，如前所述，在周圍溫度 變動的條件Τ ’單色光的波長變動所引起的干涉圖案變 化，從而産生±20%左右的受光量變動’因此，在未插入膠 片的自由工間5b發生丈光夏衰減至〇 75左右而誤判斷爲 邊緣部分的可能性很高。 因此，本發明人，確認出藉由配置光路變更元件Η來 解決該問題的事實。圖8_⑺係表示使關柱狀透鏡⑵ 作爲光路變更元件22’在插入有薄膠片時的受光量分布的 正規化的圖。由於圓柱狀透冑222僅在一維方向上聚光， 所以當設置在線感測器21上並以既定寬度人射以光時， 收=膠片邊緣部分的㈣耳繞射，並且能夠使其現象朝更 砧a Γ:向動作。藉此’就算係習知因菲涅耳繞射所引起 :又、、的衣減爲圖8- ( 1 )的5C⑴，亦能如圖8· ( 2 ) 的5C(2)所示，明確地衰減到0.3左右。另外，由於習 15 1359936 知産生的因周園溫度所引起的受光量的變動亦能抑制，故 可進行穩定之邊緣檢測。又，爲了利用圓柱狀透鏡222來 獲得上述效果，如圖5所示’較佳係使該透鏡的水平側面 儘量與受光元件211平行的方式進行定位。 如上所述，藉由實施本發明，即使是習知困難的薄膠 片等透明體，亦不會受到插入狀態的影響而能進行穩定之 邊緣部分的檢測。又’即使在單色光的波長與輸出功率因 周圍温度的變化而變化的情况下，來自受光元件的輸出訊 號亦不會產生急劇的變化，能構築穩定的系統。此外，作 爲次要的效果，能去除因線感測器的保護用玻璃所引起的 雷射光之漫反射及新的干涉圖案的影響，能使用便宜的線 感測器的效果。 【圖式簡單說明】 圖1係表示本發明之實施形態i之邊緣檢測裝置的構 成圖。 圖2係表示實施形態1之線感測器之各受光元件的受 光量。 圖3係在邊緣部&的檢測所使用的菲淫耳繞射之說明 圖。 圖4-(1)、（2)係表示線感測器與光路變更元件的位置 關係之實施例。 圖5-(1)、（2)係表示線感測器與光路變更元件的位置 關係的另一實施例。 16 1359936 4 圖6-(1)、（2)係表示配置有光路變更元件時的受光量 之變動圖。 圖7-(1)、（2)係說明周圍溫度所引起的受光量之變動 圖。 圖8-(1)、（2)係表示對插入有薄膠片時的受光量之變 動圖。 圖9係表示習知之邊緣檢測裝置的構成圖。 【主要元件符號說明】 1 投光部 2 受光部 3 邊緣檢測部 4 測量空間 5 遮蔽物 10 光源 11 驅動1C 12 投光透鏡 13 投光窗 21 線感測 211 受光元件 212 保護用玻璃 22 光路變更元件 221 直角棱鏡 222 圓柱狀透鏡 17 1359936 23 受光窗 3 1 A/D轉換部 32 處理器 33 顯示部 100 線感測器 102 投光器 101a 光源 101b 光纖 101c 投光透鏡 lOld 驅動1C 102 邊緣檢測部 103 測量空間 104、 104a、104b遮蔽物 105 受光元件 18