(57)【要約】【課題】簡単な回路構成で、オフセット電圧変動に追従させ、エッジ検出精度を向上させる。【解決手段】検出対象パターンの関与を受けた信号から生成したＳ字状信号が、零レベルをクロスした時に得られる零クロス信号から、検出対象パターンのエッジを検出するようにされたパターンのエッジ検出装置において、零クロス検出前に前記Ｓ字状信号を通すハイパスフィルタ（ＨＰＦ）６０を設ける。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
検出対象パターンの関与を受けた信号から生成したＳ字状信号が、零レベルをクロスした時に得られる零クロス信号から、検出対象パターンのエッジを検出するようにされたパターンのエッジ検出装置において、
零クロス検出前に前記Ｓ字状信号を通すハイパスフィルタを設けたことを特徴とするパターンのエッジ検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、パターンのエッジ検出装置に係り、特に、光電式エンコーダのスケールパターンや標準尺パターンのエッジ検出に用いるのに好適な、検出対象パターンの関与を受けた信号から生成したＳ字状信号が、零レベルをクロスした時に得られる零クロス信号から、検出対象パターンのエッジを検出するようにされたパターンのエッジ検出装置の改良に関する。
【背景技術】
【０００２】
光電式エンコーダ等に使われるガラススケール、金属スケールや、標準尺の表面には、格子状のパターンが形成されている。このパターンのエッジを測定するため、特許文献１では、図１（上段）に示すように、検出部に２つの受光素子１２Ａ、１２Ｂを同心円状に配置し、各々から得られる信号ａ、ｂを差演算器１６で差動処理（ｃ＝ｂ−ａ）して、図１（下段）に示すようなＳ字状信号を生成している。そして、このＳ字状信号が零レベルを通過した時に、測定対象物の投影画像４Ａのエッジ位置を通過したと認識している。図において、２４Ａ、２４Ｂは電流−電圧変換器、２６Ａ、２６Ｂはアンプである。
【０００３】
又、特許文献２や３には、特許文献２の例を図２に示す如く、複数のスリット３６ａ〜３６ｃを通過した光信号をアナログ信号処理でＳ字状信号に生成する方法も提案されている。図において、３１は標準スケール、３２は対物レンズ、３３はビームスプリッタ、３４、３５は受光素子、３７、３８はスリット板、３９、４０はアンプ、４１は差動演算部、５１は目盛り線エッジである。
【０００４】
更に、特許文献４には、周期的パターンからＳ字状パターンが連続した正弦波状パターンを得て検出対象とすることが記載されている。
【０００５】
これらの方法の前提として、Ｓ字状信号の閾値は、零レベル、あるいは一定のレベルで安定である必要がある。
【０００６】
しかしながら、被測定スケールの平面度や移動テーブルの真直度が悪くて、測定中に測定対象物が対物レンズの焦点からずれてしまうようなとき、個々の光学系が全くの同一ではないために、個々の受光部に集光される光の量が異なってきてしまうような状況が生じる。このとき、Ｓ字状信号は、図３のようにオフセット電圧が変化してしまい、閾値を固定していると、エッジ位置の検出に誤差が生じてしまう。図において、３０は光源、３１はスケール、３２は対物レンズである。
【０００７】
そこで、特許文献５では、図４に示す如く、直近のＳ字状信号の最大値Ｖmax(n)と最小値Ｖmin(n)の平均値を閾値Ｖth(n)として、Ｓ字状信号のオフセット電圧変動に対して追従できるようにしている。
【０００８】
【特許文献１】特公平３−１５１２４号公報（第２図、第３図）
【特許文献２】特開２０００−１７１２１０号公報（図１、図３）
【特許文献３】特開平８−１４５６２１号公報（図１、図３）
【特許文献４】特開平７−１５９１３６号公報
【特許文献５】特開２００１−２４９０３１号公報（図４、図５）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら特許文献５に記載された方法は、その図５に示されるように、Ｓ字状信号の最大値と最小値を求める回路構成が非常に複雑となり、コストも高くなるという問題点を有していた。
【００１０】
本発明は、前記従来の問題点を解決するべくなされたもので、簡単な回路構成で、オフセット電圧変動に追従させ、エッジ検出精度を向上させることを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、検出対象パターンの関与を受けた信号から生成したＳ字状信号が、零レベルをクロスした時に得られる零クロス信号から、検出対象パターンのエッジを検出するようにされたパターンのエッジ検出装置において、零クロス検出前に前記Ｓ字状信号を通すハイパスフィルタを設けることにより、前記課題を解決したものである。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、ハイパスフィルタを追加するだけの簡単な回路構成で、オフセット電圧変動に追従させ、エッジ検出精度を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下図面を参照して、本発明の実施形態を詳細に説明する。
【００１４】
本実施形態は、図２に示した従来例と同様のエッジ検出装置において、図５に示す如く、２つの受光素子３４、３５の差動信号を得るための差動演算部４１の出力側に、カットオフ周波数ｆｃのハイパスフィルタ（ＨＰＦ）６０を設けて、Ｓ字状信号を該ＨＰＦ６０に通すことで、オフセット電圧変動、即ち、低周波で変動する成分を削除するようにしたものである。
【００１５】
ここで、前記ＨＰＦ６０のカットオフ周波数ｆｃは、Ｓ字状信号の波形形状が通過するのに十分な帯域を確保して、Ｓ字状信号の波形が変形しないように設定する。具体的には、図６に示す如く、Ｓ字状信号に重畳しているオフセット電圧変動の影響を除去するために、カットオフ周波数ｆｃは、ノイズスペクトラムレベル以上の、オフセット電圧変動に係る周波数成分の上限周波数ｆｅよりも高く設定する。また、ｆｃが、ノイズスペクトラムレベル以上の、Ｓ字状信号の周波数成分の下限周波数ｆｓよりも高い場合、ＨＰＦ６０を通過したＳ字状信号が変形してしまって、検出誤差が生じる恐れがある。そのため、ｆｃはｆｓよりも低い値に設定する。
【００１６】
本実施形態において、スケール３１の目盛り線エッジ像は対物レンズ３２で拡大されてビームスプリッタ３３に入り、その透過像は第１の受光素子３４で受光され、反射像は第２の受光素子３５で受光される。第１の受光素子３４の受光面の前面には第１及び第３のスリット３６ａ、３６ｃが形成されたスリット板３７が配置される。第２の受光素子３５の受光面の前面には第２のスリット３６ｂが形成されたスリット板３８が配置される。各スリット３６ａ、３６ｃは、スリット３６ｂを中心として、その両側に均等距離をおいて配置される。スリット３６ａ、３６ｂ、３６ｃは、スケール３１をその目盛り線と直交する方向に移動させたときに、目盛り線エッジの像が、スリット３６ａ、３６ｂ、３６ｃを順に介して第１の受光素子３４、第２の受光素子３５、第１の受光素子３４の順で受光されるように、目盛り線エッジ５１と平行に配置される。
【００１７】
ここで、図２に示したようにスケール３１の目盛り線の拡大像のエッジ５１が移動したとき、スリット３６ａ、３６ｂ、３６ｃをそれぞれ介した光が受光素子３４、３５に受光されることにより得られる出力をそれぞれａ、ｂ、ｃとすると、第１の受光素子３４からの出力信号はａ＋ｃとなるので、同図（Ｅ）に示すように、目盛り線エッジ５１がスリット３６ａ→３６ｂ→３６ｃの順に移動するのに従って、そのレベルが段階的に大きくなるような出力となる。又、第２の受光素子３５からの出力信号ｂは、同図（Ｆ）に示すように、スリット３６ｂの通過を境にして高レベルに変化する。差動演算部４１では、エッジ検出信号ｓを
ｓ＝ａ＋ｃ−２ｂ
となる演算によって求める。求められるエッジ検出信号ｓは、同図（Ｇ）のように、スリット３６ｂの中央が０で、その前後が一定の傾きで急峻に変化するＳ字状信号となる。このエッジ検出信号ｓのゼロクロス点を検出することにより、目盛り線エッジ５１の正確な位置を検出することができる。そして、差動演算部４１の出力をＨＰＦ６０に通すことで、オフセット電圧変動、即ち、低周波で変動する成分を削除することができる。
【００１８】
他の点については、図２に示した従来例と同じであるので、同じ符号を付して説明は省略する。
【００１９】
なお、前記実施形態においては、本発明が特許文献２に記載のエッジ検出装置に適用されていたが、本発明の適用対象はこれに限定されず、例えば特許文献１に記載されたような同心円状の受光素子を持つエッジ検出装置、特許文献３の記載されたような３つの受光素子を持つエッジ検出装置、特許文献４に記載されたようなＳ字状パターンが連続した正弦波状パターンを検出対象とするエッジ検出装置等、他のエッジ検出装置にも同様に適用できる。
【００２０】
更に、検出対象パターンも周期的に連続するものに限定されず、パターンが１つだけ、あるいは間隔が広い場合でも、移動しながら測定することにより、Ｓ字状信号が１つ、あるいは、時間間隔が大きく空いた状態で出力されるので、このような場合にも本発明が適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】特許文献１に記載された先行技術を示す図
【図２】特許文献２に記載された先行技術を示す図
【図３】従来の問題点を説明するための図
【図４】特許文献５に記載された先行技術の信号処理を示す図
【図５】本発明の実施形態の構成を示す図
【図６】本発明の実施形態のカットオフ周波数ｆｃを説明するための図
【符号の説明】
【００２２】
３１…スケール
３２…対物レンズ
３３…ビームスプリッタ
３４、３５…受光素子
３６ａ、３６ｂ、３６ｃ…スリット
３９、４０…アンプ
４１…差動演算部
６０…ハイパスフィルタ（ＨＰＦ）
【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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【図６】
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