(57)【要約】【課題】回折光の影響を回避する。【解決手段】エッジセンサは、計測対象物１００に光を照射する投光器１と、投光器１と対向するように配置され、投光器１との間に存在する計測対象物１００によって遮蔽されることなく通過した光を受光して電気信号に変換する受光器２と、受光器２の出力を解析して計測対象物１００のエッジ位置を検出するエッジ検出部３とから構成される。投光器１は、ベッセルビームを計測対象物１００に向けて投光するベッセルビーム生成手段からなる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
計測対象物に光を照射する投光器と、
この投光器と対向するように配置され、前記投光器との間に存在する計測対象物によって遮蔽されることなく通過した光を受光して電気信号に変換する受光器と、
この受光器の出力を解析して計測対象物のエッジ位置を検出するエッジ検出手段とを備え、
前記投光器は、ベッセルビームを計測対象物に向けて投光するベッセルビーム生成手段からなることを特徴とするエッジセンサ。
【請求項２】
請求項１記載のエッジセンサにおいて、
前記ベッセルビーム生成手段は、アキシコン光学系または輪帯開口光学系を含むことを特徴とするエッジセンサ。
【請求項３】
計測対象物に光を照射する投光器と、
この投光器と対向するように配置され、前記投光器との間に存在する計測対象物の隙間を通過した光を受光して電気信号に変換する受光器と、
この受光器の出力を解析して計測対象物の隙間量を検出する隙間検出手段とを備え、
前記投光器は、ベッセルビームを計測対象物に向けて投光するベッセルビーム生成手段からなることを特徴とする隙間センサ。
【請求項４】
請求項３記載のエッジセンサにおいて、
前記ベッセルビーム生成手段は、アキシコン光学系または輪帯開口光学系を含むことを特徴とする隙間センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、計測対象物のエッジ位置を検出するエッジセンサ、または計測対象物の隙間量を検出する隙間センサに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、フィルムやシート等の物品の縁部（エッジ）の位置を検出するエッジセンサが実用化されている（例えば、特許文献１参照）。このエッジセンサは、図５に示すように、レーザ１０００とコリメータレンズ１００１とからなる投光器１００２から物品１００５に向けて平行光を照射し、物品１００５により遮られなかった平行光を、投光器１００２と対峙させて配置したリニアイメージセンサ等からなる受光器１００３で受光し、エッジ検出部１００４が受光器１００３における平行光の受光領域と非受光領域（遮光領域）との境界を物品１００５のエッジの位置として検出するようにしたものである。
【０００３】
また、このようなエッジセンサを応用すれば、例えば２本のローラ間の隙間量を計測する隙間センサを実現することも可能である。また、特許文献１に開示された技術では、レーザ光等の単色平行光を用い、物品１００５のエッジにおける単色平行光のフレネル回折に着目して、例えばマイクロコンピュータからなるエッジ検出部１００４にて受光器１００３の受光面上における光強度分布から物品１００５のエッジの位置を高精度に検出するようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−１７７３３５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
透過型のエッジセンサや隙間センサでは、レーザ光をローラなどの厚みのある計測対象物や間隔が狭い隙間に照射すると、受光器の受光面上に生じる回折パターンがフレネル回折パターンから乖離し、測定精度が低下するという問題点があった。回折パターンがフレネル回折パターンから乖離する原因の１つは、フレネル回折が遮蔽物の厚みをゼロとしているのに対し、実際にはローラなどの計測対象物の厚みの影響で、受光面上の回折パターンがフレネル回折パターンから乖離するためと考えられる。
【０００６】
本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、計測対象物の厚みの影響を低減することができるエッジセンサまたは隙間センサを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明のエッジセンサは、計測対象物に光を照射する投光器と、この投光器と対向するように配置され、前記投光器との間に存在する計測対象物によって遮蔽されることなく通過した光を受光して電気信号に変換する受光器と、この受光器の出力を解析して計測対象物のエッジ位置を検出するエッジ検出手段とを備え、前記投光器は、ベッセルビームを計測対象物に向けて投光するベッセルビーム生成手段からなることを特徴とするものである。
また、本発明のエッジセンサの１構成例において、前記ベッセルビーム生成手段は、アキシコン光学系または輪帯開口光学系を含むことを特徴とするものである。
【０００８】
また、本発明の隙間センサは、計測対象物に光を照射する投光器と、この投光器と対向するように配置され、前記投光器との間に存在する計測対象物の隙間を通過した光を受光して電気信号に変換する受光器と、この受光器の出力を解析して計測対象物の隙間量を検出する隙間検出手段とを備え、前記投光器は、ベッセルビームを計測対象物に向けて投光するベッセルビーム生成手段からなることを特徴とするものである。
また、本発明の隙間センサの１構成例において、前記ベッセルビーム生成手段は、アキシコン光学系または輪帯開口光学系を含むことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、エッジセンサの投光器としてベッセルビーム生成手段を用いることにより、計測対象物の厚みの影響を低減して計測対象物のエッジ位置を検出することができ、高精度なエッジ位置検出を実現することができる。
【００１０】
また、本発明では、隙間センサの投光器としてベッセルビーム生成手段を用いることにより、計測対象物の厚みの影響を低減して計測対象物の隙間量を検出することができ、高精度な隙間検出を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係るエッジセンサの構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態に係るエッジセンサの投光器の構成を示すブロック図である。
【図３】輪帯開口光学系の形状を示す平面図である。
【図４】本発明の第２の実施の形態に係る隙間センサの構成を示すブロック図である。
【図５】従来のエッジセンサの構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
［第１の実施の形態］
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。図１は本発明の第１の実施の形態に係るエッジセンサの構成を示すブロック図である。エッジセンサは、計測対象物１００に光を照射する投光器１と、投光器１と対向するように配置され、投光器１との間に存在する計測対象物１００によって遮蔽されることなく通過した光を受光して電気信号に変換する例えばＣＣＤ（Charge-Coupled Device）センサからなる受光器２と、受光器２の出力を解析して計測対象物１００のエッジ位置を検出するエッジ検出部３とから構成される。
【００１３】
図２は本実施の形態の投光器１の構成を示すブロック図である。本実施の形態の投光器１は、ベッセルビーム生成手段を構成している。具体的には、投光器１は、例えば半導体レーザからなる光源１０と、光源１０から放射される光ビームをベッセルビームに変換するアキシコン光学系（アキシコンレンズ）１１とから構成される。なお、光源１０の構成はコリメートレンズなどの光学系を含むものであってもよいことは言うまでもない。
【００１４】
通常、レーザから出射する光はガウシアンビームである。このようなガウシアンビームを円錐型のアキシコン光学系１１で集光すると、擬似的なベッセルビームに変換できることが知られている。図２の例では、１２で示す斜線部にベッセルビームが発生する。ベッセルビームは、非回折光（光ビーム幅が距離によって変化せず一定の光）であり、集光したまま拡がることなく伝搬する。
【００１５】
ベッセルビームについては、例えば文献「杉岡幸次，“高品質・高アスペクト比微細加工を実現するフェムト秒ベッセルビーム最適化技術”，国立研究開発法人理化学研究所，２０１６年，＜https://shingi.jst.go.jp/var/rev1/0000/1114/2016_riken_4.pdf＞」に記載されている。
【００１６】
したがって、ベッセルビーム生成手段である投光器１からベッセルビームを計測対象物１００に向けて投光して、計測対象物１００によって遮蔽されなかった光を受光器２で受光すれば、計測対象物１００のエッジよりも投光器１に近いところでの回折を減少させることができるので、計測対象物１００の厚みの影響を低減して計測対象物１００のエッジ位置を検出することができる。
【００１７】
エッジ検出部３は、受光器２の出力を解析して計測対象物１００のエッジ位置を検出するが、このようなエッジ位置検出処理はエッジセンサにおいて周知の技術であるので、詳細な説明は省略する。
【００１８】
なお、本実施の形態では、アキシコン光学系１１を用いているが、アキシコン光学系１１の代わりに、図３に示すように、不透明な部材１３０に輪状の開口部１３１を同心円状に形成した輪帯開口光学系１３を用いてもよい。なお、図３は光源の方向または受光器の方向から見た輪帯開口光学系１３の平面形状を示している。
【００１９】
また、本実施の形態では、２次元のベッセルビームを生成することを想定して、図２のアキシコン光学系１１または図３の輪帯開口光学系１３を用いる例を説明している。計測対象物１００の幅方向（図１、図２の紙面に垂直な方向）に沿ってエッジ位置が変化する可能性がある場合には、エッジ位置を２次元的に測定することが望ましい。計測対象物１００のエッジ位置を２次元的に測定する場合には、２次元方向（図１、図２の上下方向と図１、図２の紙面に垂直な方向）の非回折性を有する２次元ベッセルビームが必要となる。
【００２０】
一方、１次元方向（図１の上下方向）についてのみエッジ位置を検出すればよい場合には、１次元ベッセルビームを使用すればよい。１次元のベッセルビーム生成手段としては、１次元方向のみ円錐のアキシコン光学系または輪帯開口光学系と同じ形状を有する光学系を用いればよい。
【００２１】
２次元方向の測定を行う場合、受光素子をマトリクス状に配置した受光器２が必要となるが、１次元方向のみ測定を行う場合には、受光素子を１次元方向に配置した受光器２（ラインセンサ）を使用すればよい。
【００２２】
［第２の実施の形態］
次に、本発明の第２の実施の形態について説明する。図４は本発明の第２の実施の形態に係る隙間センサの構成を示すブロック図であり、図１と同一の構成には同一の符号を付してある。隙間センサは、投光器１と、受光器２と、受光器２の出力を解析して計測対象物２００の隙間量を検出する隙間検出部４とから構成される。
【００２３】
本実施の形態の計測対象物２００は、例えばフィルムなどの物体（不図示）を搬送する搬送機構であり、上下２本のローラ２０１，２０２で物体を挟持して、ローラ２０１，２０２の回転により物体を送り出す機構である。図４の例では、左方向から右方向へ物体を搬送することになる。この２本のローラ２０１，２０２間の隙間量を適切に設定することは搬送機構にとって重要であるが、従来のエッジセンサではローラ２０１，２０２の厚みの影響により測定精度の低下が生じる。
【００２４】
本実施の形態の隙間センサは、第１の実施の形態で説明したエッジセンサの技術を応用して、ローラ２０１，２０２間の隙間量を検出する。すなわち、受光器２の受光面上には、投光器１からの光がローラ２０１によって遮蔽されることによる非受光領域と、投光器１からの光がローラ２０２によって遮蔽されることによる非受光領域と、投光器１からの光がローラ２０１，２０２間の隙間を通過したことによる受光領域とが現れる。
【００２５】
したがって、隙間検出部４は、ローラ２０１の下端のエッジ位置とローラ２０２の上端のエッジ位置とを検出して、これらのエッジ位置の間隔を隙間量として算出することが可能である。エッジ位置は第１の実施の形態で説明したエッジセンサの技術により容易に検出可能である。
【００２６】
投光器１と受光器２については第１、第２の実施の形態で説明したとおりである。２次元方向（図４の上下方向と図４の紙面に垂直な方向）の測定を行う場合には、２次元ベッセルビーム生成手段である投光器１と２次元の受光器２とを使用すればよく、１次元方向（図４の上下方向）のみ測定を行う場合には、１次元ベッセルビーム生成手段である投光器１と１次元の受光器２とを使用すればよい。
【００２７】
こうして、本実施の形態では、投光器１としてベッセルビーム生成手段を用いることにより、高精度な隙間検出を実現することができる。
【産業上の利用可能性】
【００２８】
本発明は、エッジセンサまたは隙間センサに適用することができる。
【符号の説明】
【００２９】
１…投光器、２…受光器、３…エッジ検出部、４…隙間検出部、１０…光源、１１…アキシコン光学系、１３…輪帯開口光学系、１００，２００…計測対象物。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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