(57)【要約】      （修正有）【課題】測定媒体がフィルムのような薄い透明体でも、挿入状況に影響されることなく、また測定空間内の周囲温度が変動する条件下においても、正確なエッジ部分の検出ができるや構成する各部品の製造ばらつきによらず、容易に遮蔽物のエッジ誤検知を回避できるエッジ検出装置を得る。【解決手段】単色光を発生するレーザ光源と、レーザ光源からの単色光を単色平行光に変換する投光レンズと、単色平行光を放射する投光窓を有する投光器と単色平行光を受光する受光窓と、複数の受光セルを長手方向に配列したラインセンサと、受光窓から侵入した単色平行光を受光セルに対して垂直方向の複数の光路に変更する光路変更部と、光路変更部を介して発生した投光窓と受光窓の光路に存在する遮蔽物のエッジ部における単色平行光のフレネル回折によるラインセンサの光強度分布から遮蔽物のエッジ位置を検知する検知部を備える。【選択図】図１
2009002701.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
単色光を発生するレーザ光源と、該レーザ光源からの単色光を単色平行光に変換する投光レンズと、該単色平行光を放射する投光窓とからなる投光部と、
前記投光窓に対向して設けられた受光窓と、該受光窓から侵入する前記単色平行光を所定方向の複数の光路に変更する光路変更素子と、該光路変更素子から入光する単色光を受光する複数の受光セルを長手方向に所定のピッチで配列したラインセンサとからなる受光部と、
前記ラインセンサの受光量分布を解析して前記単色平行光の光路に存在する遮蔽物の前記受光セルの配列方向におけるエッジ位置を検出する検出部と
単色光を発生するレーザ光源と、前記レーザ光源からの単色光を単色平行光に変換する投光レンズと、前記単色平行光を放射する投光窓を有する投光器と
前記単色平行光を受光する受光窓と、複数の受光セルを長手方向に配列したラインセンサと、前記受光窓から侵入した単色平行光を受光セルに対して垂直方向の複数の光路に変更する光路変更部と、前記光路変更部を介して発生した投光窓と受光窓の光路に存在する遮蔽物のエッジ部における単色平行光のフレネル回折による前記ラインセンサの光強度分布から前記遮蔽物のエッジ位置を検知する検知部、
を備えたエッジ検出装置。
【請求項２】
前記光路変更部変更素子は、三角柱のプリズムであり、該プリズムの三つの側面のうちの一面を前記ラインセンサの受光セルと平行に配置した三角形のプリズムであり、前記プリズムの頂点を前記ラインセンサの受光セルと平行に配置したことを特徴とする請求項１記載のエッジ検出装置。
【請求項３】
前記光路変更部変更素子は、シリンドリカルレンズであり、該レンズの水平の側面を前記ラインセンサの受光セルと平行に配置したシリンドリカルレンズであり、レンズの半円面を前記ラインセンサの受光セルと垂直に配置したことを特徴とする請求項１記載のエッジ検出装置。        
【請求項４】
前記ラインセンサ素子の受光セル上に保護用ガラスが装備され、前記光路変更部は前記該保護用ガラス上に前記光路変更素子を固定することを特徴とする請求項１記載のエッジ検出装置。
【請求項５】
複数の受光セルが長手方向に所定のピッチで配列され、該受光セル上に保護用ガラスを備え、該保護用ガラスに所定形状のプリズムを固定させたことを特徴とするエッジ検出装置用ライセンサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、投光器から照射された単色平光束を受光器で受光し、該単色平光束を遮る遮蔽物のエッジ位置を検出する光学式のエッジ検出装置及び該エッジ検出器に用いるラインセンサに関するに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
図９は、特許文献１に開示される従来のエッジ検出装置の構成を示す図である。図９において、このエッジ検出装置は、ラインセンサ１００、投光器１０１及びエッジ検出部１０２を備える。ラインセンサ１００は、一定方向に所定のピッチで複数の受光セル（画素）が配列されており、投光器１０１から照射された単色平行光を受光する。投光器１０１は、ラインセンサ１００の受光面に対向して配置され、レーザダイオード（ＬＤ）からなる光源１０１ａ、単色光（レーザ光）を導く光ファイバ１０１ｂ、投光レンズ１０１ｃおよびＬＤを制御するドライバＩＣ１０１ｄを備える。
【０００３】
投光器１０１において、光源１０１ａにより発生された単色光（レーザ光）は、光ファイバ１０１ｂを介して投光レンズ１０１ｃに導かれ、投光レンズ１０１ｃによって単色平行光束に変換された後、ラインセンサ１００に照射される。投光器１０１とラインセンサ１００の受光面の間に形成された測定空間１０３を遮蔽物１０４が通過すると、ラインセンサ１００へ照射される単色平行光が遮蔽される。エッジ検出部１０２は、マイクロコンピュータから構成されており、ラインセンサ１００の出力を解析して測定空間１０３で単色平行光を遮蔽した遮蔽物１０４の受光セルの配列方向におけるエッジ位置を検出する。
【０００４】
エッジ検出部１０２による遮蔽物１０４のエッジ位置の検出は、測定空間１０３で遮蔽物１０４が単色平行光束の一部を遮ることにより生じた、ラインセンサ１００の全受光量の変化あるいは遮蔽物１０４のエッジ部分に生じるフレネル回折に起因した受光パターン（受光量の分布）を解析することによりなされる。このようにして、従来のエッジ検出装置は、ラインセンサ１００の受光面上の光強度分布に従って遮蔽物１０４のエッジ位置を高精度に検出する。（例えば、特許文献１を参照）
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−１７７３３５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従来のエッジ検出装置は、上記のように構成されているので、ラインセンサ１００の受光セルに単色平行光が照射されていない幅１０３aから遮蔽物１０４の位置を検出することが可能である。しかしながら、遮蔽物１０４がガラスや薄いフィルムのような透明体のである場合、レーザ光単色光が遮蔽物１０４を透過することから、遮蔽物１０４が不透明体の遮蔽物１０４とである場合と比較してエッジ部分の検出は非常に難しいとされている。特に、透明体の遮蔽物１０４の挿入状況（挿入位置）によっては、遮蔽物１０４のエッジ部分に生じるフレネル回折を用いることにより透明体でもによる受光量の落ち込みを生成することは可能であるが、遮蔽物１０４の位置などにより落ち込みが小さくなってしまい、エッジ判断が困難な場合があった。例えば、遮蔽物１０４である透明のフィルムが単色光レーザ光に対して垂直に挿入されていれば受光量の落ち込みが大きい大きく、エッジ部分の検出が可能であるが、傾いた状態で挿入されるとときに受光量の落ち込みが小さくなるなり、エッジ部分を正確に検出ができない場合があるあった。エッジ検出装置の用途として薄いフィルムの巻き取り時の蛇行検出などがあり、その場合にはフィルムの挿入向きは一定ではないことから、受光量の落ち込みが不安定と小さくなってしまい、エッジ部分の判断正確な検出が困難でな場合があった。
【０００７】
さらには、光源１０１ａは周囲温度によって出力するレーザ光単色光の発光波長が異なることから、温度により照射されるレーザ光単色光の干渉パターンが変化してしまい、ラインセンサ１００に照射される平行光のパターンが変化してしまうという問題もあった。特に透明体のように受光量の落ち込みが小さくなる可能性がある遮蔽物１０４を計測するときには、ラインセンサ１００の信号出力がを安定しているさせる必要がある。しかしながら、周囲温度によりレーザ光単色光の干渉パターンが変化してすると、出力信号が変動してしまうと、遮蔽物１０４が存在しない自由空間でも受光量の落ち込みが発生してしまい、その落ち込み部分をエッジ部分によるフレネル回折による受光量の落ち込みとのであると誤って検出する誤検知の可能性があった。
【０００８】
一方で、ラインセンサ１００は受光セルを機械的損傷から保護するため、透明な保護ガラスを受光セルとを非接触に配置する構造が一般的だが、である。本来この保護ガラスは受光特性に影響を与えないようにするため非常に透明度の高いガラスを使用することが望ましい。しかしながらが、ラインセンサ１００のコストを下げるために、通常透明度の低い安価なガラスをが採用しているされる場合がある。このため、保護ガラスに入光したレーザ光は乱反射や新たな干渉が発生し、各受光セルがの出力する受光信号を変動させてしまうという問題があった。
【０００９】
このように、従来のエッジ検出装置は、周囲温度によって単色光レーザ光の波長や出力パワーの変化により各受光セルが出力する受光信号が変動してしまい、装置の性能に悪影響を及ぼす正確なエッジ検知が困難となるという問題があった。特にフィルムなどの透明体ではエッジ部分のフレネル回折による受光量の落ち込みが小さいことから、不安定な受光量分布ではエッジ部分のみを検知することが困難であった。さらにはラインセンサの保護ガラスに入光した単色光レーザ光がに乱反射や新たな干渉が発生し、各受光セルが出力する受光信号を変動させる程度が大きくさせてしまうなるため、高精度なエッジ部分の検知をする場合行うには安価なラインセンサを使用することは不可能であった。
【００１０】
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、透明な遮蔽物であってもエッジ部分の正確な検出が可能となり、測定空間内の周囲温度のにばらつきによらず変動がある場合でも、安定したエッジ部分の検出ができるエッジ検出装置を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
この発明に係るエッジ検出装置は、単色光を発生するレーザ光源と、該レーザ光源からの単色光を単色平行光に変換する投光レンズと、該単色平行光を放射する投光窓を有するとからなる投光器投光部と、前記投光窓に対向して設けられた単色平行光を受光する受光窓と、該受光窓から侵入する前記単色平行光を所定方向の複数の光路に変更する光路変更素子と、該光路変更素子から入光する単色光を受光する複数の受光セルを長手方向に所定のピッチでに配列したラインセンサとからなる受光部と、受光窓から侵入した単色平行光を受光セルに対して垂直方向の複数の光路に変更する光路変更部と、前記ラインセンサの受光量分布を解析して前記単色平行光の光路に存在する遮蔽物の前記受光セルの配列方向におけるエッジ位置を検出する光路変更部を介して発生した投光窓と受光窓の光路に存在する遮蔽物のエッジ部における単色平行光のフレネル回折によるラインセンサの光強度分布から遮蔽物のエッジ位置を検知する検知部検出部とを備えたエッジ検出装置である。
【００１２】
また、この発明に係るエッジ検出装置の光路変更部変更素子は、三角形三角柱のプリズムであり、該プリズムの三つの側面のうちの一面を前記ラインセンサの受光セルと平行に配置したものである。
【００１３】
またこの発明に係るエッジ検出装置の光路変更部変更素子は、任意の形状のシリンドリカルレンズであり、該レンズの水平の側面半円面を前記ラインセンサの受光セルと垂直平行に配置したものである。
【００１４】
また、この発明に係るエッジ検出装置は、前記ラインセンサ素子の受光セル上に保護用ガラスが装備され、前記光路変更部変更素子は該保護用ガラス上に固定するものである。
【発明の効果】
【００１５】
この発明によれば、単色光を発生するレーザ光源と、該レーザ光源からの単色光を単色平行光に変換する投光レンズと、該単色平行光を放射する投光窓とからなる投光部と、前記投光窓に対向して設けられた受光窓と、該受光窓から侵入する前記単色平行光を所定方向の複数の光路に変更する光路変更素子と、該光路変更素子から入光する単色光を受光する複数の受光セルを長手方向に所定のピッチで配列したラインセンサとからなる受光部と、前記ラインセンサの受光量分布を解析して前記単色平行光の光路に存在する遮蔽物の前記受光セルの配列方向におけるエッジ位置を検出する検出部とを備える単色光を発生するレーザ光源と、レーザ光源からの単色光を単色平行光に変換する投光レンズと、単色平行光を放射する投光窓を有する投光器と、単色平行光を受光する受光窓と、複数の受光セルを長手方向に配列したラインセンサと、受光窓から侵入した単色平行光を受光セルに対して垂直方向の複数の光路に変更する光路変更部と、光路変更部を介して発生した投光窓と受光窓の光路に存在する遮蔽物のエッジ部における単色平行光のフレネル回折によるラインセンサの光強度分布から遮蔽物のエッジ位置を検知する検知部を備えるので、遮蔽物が透明体の場合でも複数の光路から生成されるエッジ部分によるフレネル回折により光強度分布の落ち込みが大きくなるのできくなるなり、エッジ位置をの正確な検出することが可能となる。さらには周囲温度の変化によりレーザ光単色光の波長が変化した場合でも、受光セルからの出力信号に急激な変化を生じることなく、安定した出力信号をエッジ検出部に供給することが可能となるという効果がある。
【００１６】
またこの発明によれば、光路変更部変更素子はとして三角形三角柱のプリズムでありを用い、該プリズムの頂点三つの側面のうちの一面を前記ラインセンサの受光セルと平行に配置するのでことで、平行単色光に乱反射や新たな干渉パターンが発生しても、受光セルへの安定した入光を確保できるため、安価な構成によって遮蔽物のエッジ部分による大きな受光量の落ち込みを発生させ、かつ受光セルからの出力信号のばらつきや急激な変化を生じることなく、安定した出力信号をエッジ検出部に供給することが可能となるという効果がある。
【００１７】
またこの発明によれば、光路変更部光路変更素子はとして任意の形状のシリンドリカルレンズでありを用い、該レンズの半円面水平の側面を前記ラインセンサの受光セルと垂直平行に配置するのでことで、平行単色光に乱反射や新たな干渉パターンが発生しても、受光セルへの安定した入光を確保できるため、多数の光路によってエッジ部分によるフレネル回折の結果を収集して、より大きな受光量の落ち込みを発生させるのでことができ、非常に透明度の高いな遮蔽物のであっても、エッジ部分の正確な検出が可能となるという効果がある。
【００１８】
更にこの発明によれば、前記ラインセンサ素子の受光セル上に保護用ガラスが装備され、前記光路変更部変更素子は該保護用ガラス上に固定するので構造とすることで、保護用ガラスによるレーザ光単色光の乱反射や新たな干渉パターンの影響を除去でき、安価なラインセンサを使用できるという効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
実施の形態
図１は、この発明の実施の形態によるエッジ検出装置の構成を示す図である。図１において、実施の形態による本エッジ検出装置は、投光器投光部１、受光器受光部２及びエッジ検出部３を備える。投光器投光部１は、受光器受光部２の受光窓２３の受光面に対向して配置され、レーザダイオード（ＬＤ）からなる光源１０、光源１０を制御するドライバＩＣ１１、投光レンズ１２、および及び投光窓１３を備える。投光レンズ１２は、光源１０により発生された単色光を、受光器２のラインセンサ２１の中央部にむけて投光窓１３を介して出力放射する。なお、ここでいう単色光は、工業的に生産されているレーザダイオードや光フィルタを用いて得られる程度の波長分布特性を有する光のことである。なお、投光窓１３は不透明の筐体１に設けられた透明なガラスである。
【００２０】
受光器受光部２は、受光窓２３、光路変更部変更素子２２、及びラインセンサ２１を備える。ラインセンサ２１は、一定方向に所定のピッチで配列された複数の受光セル（画素）が配列された受光面を有しており、投光器投光部１から照射された単色平行光束を受光する。ここで受光窓２３は使用する光源１０のレーザ光単色光の波長に合わせたフィルタ機能を持たせることにより、ラインセンサ２１への外乱光の影響を緩和できる。
【００２１】
エッジ検出部３は、Ａ／Ｄ変換部３１、プロセッサ３２及び表示部３３を備える。Ａ／Ｄ変換部３１は受光器受光部２のラインセンサ２１から出力される受光セルの出力信号をアナログ値からデジタル値に変換する。プロセッサ３２は、Ａ／Ｄ変換部３１によってデジタル変換されたラインセンサ２１の出力信号を解析して、測定空間４で単色平行光束の一部を遮蔽した遮蔽物５の受光セルの配列方向におけるエッジ位置を検出する。表示部３３は、プロセッサ１０３２による検出結果を表示する。なお、Ａ／Ｄ変換部３１かつ／またはプロセッサ３２は、受光器受光部２内に設けてもよい。その場合には、受光器受光部２とエッジ検知部３との間はデジタルによる通信となることから、ノイズに強くなり、配線距離を延ばすことが可能となる。また、エッジ検出部３全てを受光器受光部２内に含めて設けても良い。
【００２２】
図２はラインセンサ２１の各受光セルの出力信号受光量を示すもの図である。横軸は各受光セルの位置であり、縦軸は受光したレーザ光単色光の強さ（受光量）である。測定空間４は投光窓１３と受光窓２３の間を示しの空間であり、遮蔽物５が透明体の場合、測定空間４を遮蔽すると、遮蔽された部分５ａは遮蔽物の無い自由空間にくらべて受光セルの出力受光量がやや落ち込む。一方、遮蔽物のエッジの部分５ｂにはフレネル回折による急激な受光量の落ち込みが発生する。エッジ検出部３において、受光量の落ち込んでいる５ｂを検出し、ラインセンサ２１における受光セルの配列長２１ａとの比率から、遮蔽物５のエッジ部分の位置を計算、して判断する。なお、遮蔽物５が何も入っていない状態に比べて受光量が減少する割合に関しては、遮蔽物５の透明度などに依存する。
【００２３】
図３はエッジ部分の検出に使用するフレネル回折を説明する図である。フレネル回折による光強度分布は、図３に示すようにエッジ位置近傍で急峻に立ち上がり、エッジ位置から離れるに従って振動しながら収束する。なお、単色平行光のフレネル回折によるラインセンサ２１の受光面上における光強度分布を利用して遮蔽物５のエッジ部分の位置を検出する場合、予め光強度分布の特性を高精度に求めておくことが必要である。が、本特性の高精度な近似方法に関しては、特開２００４−１７７３３５号公報に開示されている。
【００２４】
受光器受光部２において、受光窓２３とラインセンサ２１の間に光路変更部変更素子２２を設置することにより平行単色光に乱反射や新たな干渉パターンが発生しても、受光セルへの安定した入光を確保できるため、本発明の係る透明体のエッジ検知とラインセンサ２１の出力信号の安定化を実現する。その構成と位置関係を図４、図５に示す。図４は光路変更部変更素子２２として断面が二等辺直角三角形の三角柱プリズム２２１を用いた一例である。三角形の該プリズムは、一般に直角プリズムと呼ばれているものであり、断面が二等辺直角三角形になっているある。図４-（1）に示すように、直角プリズム２２１は９０°の頂点に対向する側面をラインセンサ２１の受光セル２１１が配列されている方向と平行に配置される。また図４−（２）に示すように、ラインセンサ２１は、受光セル２１１をゴミなどから保護するための保護用ガラス２１２がセル上の数ｍｍの位置に配置されている。保護用ガラス２１２には限りなく透明なガラスを採用することが好ましいが、ラインセンサ２１のコストが高くなってしまうことから、一般には透明度を高くすることが困難である。
この保護用ガラス２１２の上に直角プリズム２２１を配置する。なお、光路変更手段として直角プリズムを用いることが入手容易性や集光性能の点で望ましいが、これに限られるものではない。直角プリズムの代わりに、頂角が鋭角または鈍角の三角プリズムを用いることも可能である。
【００２５】
一方、図５には光路変更部変更素子２２として半円柱状のシリンドリカルレンズ２２２を用いた例である。本シリンドリカルレンズ２２２は、円柱を軸方向に２つに割った形をしている。図４図５-（1）に示すように、シリンドリカルレンズ２２２は半円柱の頂点水平の側面をラインセンサ２１の受光セル２１１が配列されている方向と平行に配置される。シリンドリカルレンズ２２２は断面の２２２ａ方向には曲率を持っているので光は曲げられるが、断面２２２ｂ方向には曲率がないために平行平面ガラスを光が通過するのと同じように方向が少し変化するだけで素通りしてしまう特性がある。また図４図５−（２）に示すように、ラインセンサ２１の保護用ガラス２１２の上にシリンドリカルレンズ２２２を配置する。なお、固定方法としては、光学系に影響を与えないように、レンズなどの光学部品を接着するための透光性接着剤などを用いることが考えられる。更に、光路変換素子として半円柱状のシリンドリカルレンズに限られるものではなく、任意の形状のシリンドリカルレンズを用いることも可能である。
【００２６】
ここで、光路変更部変更素子２２による受光量分布出力の違いを図６に示す。図６−（１）は光路変更部変更素子２２を設置しない状態の各受光セルの受光量分布を示すものであり、レーザ光単色光の干渉パターンによって各受光セルに均等に単色光レーザ光が照射されず、±２０％以上の受光量のばらつきが生じる。特に干渉によっては数十セル分毎の単位で受光量分布にうねりが生じたりする生じている。ここで一方、図４図６−（２）では光路変更部変更素子２２を設置した場合の受光量分布であり、全体に受光量が増加し、数十セル毎に発生していた受光量分布のうねりが除去され、かつ隣接するセル毎の受光量のばらつきも抑えられ、安定した受光量分布を得ることができる。これはラインセンサ２１に入光する直前に光路変更部変更素子２２を設置することでレーザ光単色光が受光セルに対して垂直の複数の方向から収集され、受光セルには収集されたレーザ光単色光が照射されるからである。さらにはまた垂直方向から所定の幅をもって収集されるので、隣接する受光セルどうしの受光量のばらつきが抑えられ、干渉パターンの影響も小さくなる。さらには、周囲温度の変動によりレーザ光の波長が変化して干渉パターンが変わったとしても、限定されたレーザ平行光単色光の大きな変化には左右されずは限定され、微妙微量な受光量の変化に留まることから、周囲温度に影響されないエッジ検出装置を構成することが可能となる。また、受光量の増加分を考慮して、投光器投光部１からの単色光出力を小さくできるため、はエッジ検出に必要なレーザ光出力が半分でよいことから、低消費電力化を実現できる。なお、光路変更素子がシリンドリカルレンズ２２２の場合には、受光面が円柱状であることから、より複数の方向からレーザ光を収集することができる。
【００２７】
図７は周囲温度による受光量の変動を示した図である。遮蔽物５が測定空間４に入っていないときの各セルの受光量を単位量基準量１．００としたときして、周囲温度を数度変化させてみる。図９に示す従来のエッジ検出装置では図７−（１）のようにレーザ光単色光の波長変化による干渉パターンの変動により±２０％程度の受光量の変動が生じてしまう。一方、図７−（２）は光路変更部変更素子２２を設置した場合であり、周囲温度を変化させても受光量の変動はほとんど発生しない。これは光源付近のドライバＩＣ１１による発熱の影響を除去する上でも有効であり、電源投入してから計測可能となるまでの安定時間を短くできる効果がある。
【００２８】
図８には測定空間４に薄いフィルムのような透明体の遮蔽物５を挿入したときの受光量の変動の値を比較したものを示しているした図である。図８−（１）は図９に示す従来のエッジ検出装置であり、５ａはフィルムが挿入されている部分であり、５ｂは遮蔽物５の無い自由空間である。この場合、フィルムのエッジ部分にはフレネル回折により５ｃのような受光量の落ち込みが発生し、この落ち込みからエッジの位置を検出することが可能となる。しかしながら、遮蔽物５が非常に薄いフィルムの場合、受光量の落ち込みが０．５以下になることは難しく、更にフィルムの向きによるが傾いて挿入された場合の受光量の落ち込みの低下を考慮すると、エッジ部分と判断する受光量の変動のしきい値をは０．７５程度となる。このしきい値でも受光量が安定していれば問題ないが、前述したように周囲温度の変動する条件下ではによりレーザ光単色光の波長変化による干渉パターンのが変化が生じてしまいし、±２０％程度の受光量の変動が生じてしまう生じることから、０．７５のしきい値ではフィルムが入っていないにもかかわらず、自由空間５ｂにてにおいても０．７５程度まで受光量の変動による落ち込みが生じてエッジ部分がであると誤判断誤って判断してしまう可能性が高い。
【００２９】
そこで、本発明者は、光路変更部変更素子２２を配置することでその課題が解決することを確認した。図８−（２）は光路変更部変更素子２２としてシリンドリカルレンズ２２２を使用して薄いフィルムを挿入したときの受光量分布の正規化を示す図である。シリンドリカルレンズ２２２は一次元方向にのみ結像集光することから、ラインセンサ２１の上に設置して所定の幅でレーザ光単色光が入光した場合、フィルムのエッジ部分におけるフレネル回折を収集し、その現象をより強調する方向に働かせることができる。それにより、従来のフレネル回折による受光量の落ち込みが図８−（１）の５ｃ（１）であったものが、図８−（２）の５ｃ（２）のように０．３程度まで明確に落ち込ませることができる。さらには、従来生じていた周囲温度による受光量の変動も上述の理由により安定させる抑えることができることから、安定したエッジ検出が可能となる。なお、シリンドリカルレンズ２２２にて上述の効果を出すためには、図５に示すように、該レンズ半円面の水平の側面を受光セル２１１とできる限り垂直平行となるように位置合わせをおこなうことが好ましい。
【００３０】
上述のように、本発明を実施することで、従来困難であった薄いフィルムなどの透明体であっても、挿入状況に影響されることなく安定してしたエッジ部分の検出をおこなうことが可能となる。さらにはまた、周囲温度の変化によりレーザ光単色光の波長や出力パワーが変化した場合でも、受光セルからの出力信号に急激な変化を生じることなく、安定したシステムを構築することが可能となる。また更に副次的な効果として、ラインセンサの保護用ガラスによるレーザ光の乱反射や新たな干渉パターンの影響を除去でき、安価なラインセンサを使用できるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】この発明の実施の形態１によるエッジ検出装置の構成を示す図である。
【図２】図１中の実施形態１におけるラインセンサの各受光セルの出力信号受光量を示す図である。
【図３】エッジ部分の検出に使用するフレネル回折を説明する図である。
【図４】ラインセンサと光路変更部変更素子の位置関係を示す実施例の図である。
【図５】ラインセンサと光路変更部変更素子の位置関係を示す別の実施例図である。
【図６】光路変更部変更素子を配置したときの受光量の変動の値を説明するを示した図である。
【図７】周囲温度が変化したときのによる受光量の変動の値を比較したを説明する図である。
【図８】薄いフィルムを挿入したときの受光量の変動の値を比較した示した図である。
【図９】従来のエッジ検出装置の構成を示す図である。
【符号の説明】
【００３２】
１      投光器投光部
２      受光器受光部
３      エッジ検出部
４      測定空間  
５      遮蔽物
１０    光源
１１    ドライバＩＣ
１２    投光レンズ
１３    投光窓
２１    ラインセンサ
２１１  受光セル
２１２  保護用ガラス
２２    光路変更部変更素子
２２１  直角プリズム
２２２  シリンドリカルレンズ
２３    受光窓
３１    Ａ／Ｄ変換部
３２    プロセッサ
３３    表示部
１００   ラインセンサ
１０１   投光器
１０１ａ  光源
１０１ｂ  光ファイバ
１０１ｃ  投光レンズ
１０１ｄ  ドライバＩＣ
１０２   エッジ検出部
１０３   測定空間
１０４，１０４ａ，１０４ｂ   遮蔽物
１０５  
受光セル
【図１】
2009002701.tif 000003
【図２】
2009002701.tif 000004
【図３】
2009002701.tif 000005
【図４】
2009002701.tif 000006
【図５】
2009002701.tif 000007
【図６】
2009002701.tif 000008
【図７】
2009002701.tif 000009
【図８】
2009002701.tif 000010
【図９】
2009002701.tif 000011
【手続補正書】
【提出日】平成20年8月4日(2008.8.4)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
単色光を発生するレーザ光源と、該レーザ光源からの単色光を単色平行光に変換する投光レンズと、該単色平行光を放射する投光窓とからなる投光部と、
前記投光窓に対向して設けられた受光窓と、該受光窓から侵入する前記単色平行光を所定方向の複数の光路に変更する光路変更素子と、該光路変更素子から入光する単色光を受光する複数の受光セルを長手方向に所定のピッチで配列したラインセンサとからなる受光部と、
前記ラインセンサの受光量分布を解析して前記単色平行光の光路に存在する遮蔽物の前記受光セルの配列方向におけるエッジ位置を検出する検出部と
を備えたエッジ検出装置。
【請求項２】
前記光路変更素子は、三角柱のプリズムであり、該プリズムの三つの側面のうちの一面を前記ラインセンサの受光セルと平行に配置したことを特徴とする請求項１記載のエッジ検出装置。
【請求項３】
前記光路変更素子は、シリンドリカルレンズであり、該レンズの水平の側面を前記ラインセンサの受光セルと平行に配置したことを特徴とする請求項１記載のエッジ検出装置。  
【請求項４】
前記ラインセンサの受光セル上に保護用ガラスが装備され、該保護用ガラス上に前記光路変更素子を固定することを特徴とする請求項１記載のエッジ検出装置。
【請求項５】
複数の受光セルが長手方向に所定のピッチで配列され、該受光セル上に保護用ガラスを備え、該保護用ガラスに所定形状のプリズムを固定させたことを特徴とするエッジ検出装置用ライセンサ。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、投光器から照射された単色平光を受光器で受光し、該単色平光光を遮る遮蔽物のエッジ位置を検出する光学式のエッジ検出装置及び該エッジ検出器に用いるラインセンサに関するに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
図９は、特許文献１に開示される従来のエッジ検出装置の構成を示す図である。図９において、このエッジ検出装置は、ラインセンサ１００、投光器１０１及びエッジ検出部１０２を備える。ラインセンサ１００は、一定方向に所定のピッチで複数の受光セル（画素）が配列されており、投光器１０１から照射された単色平行光を受光する。投光器１０１は、ラインセンサ１００の受光面に対向して配置され、レーザダイオード（ＬＤ）からなる光源１０１ａ、単色光（レーザ光）を導く光ファイバ１０１ｂ、投光レンズ１０１ｃおよびＬＤを制御するドライバＩＣ１０１ｄを備える。
【０００３】
投光器１０１において、光源１０１ａにより発生された単色光（レーザ光）は、光ファイバ１０１ｂを介して投光レンズ１０１ｃに導かれ、投光レンズ１０１ｃによって単色平行光に変換された後、ラインセンサ１００に照射される。投光器１０１とラインセンサ１００の受光面の間に形成された測定空間１０３を遮蔽物１０４が通過すると、ラインセンサ１００へ照射される単色平行光が遮蔽される。エッジ検出部１０２は、マイクロコンピュータから構成されており、ラインセンサ１００の出力を解析して測定空間１０３で単色平行光を遮蔽した遮蔽物１０４の受光セルの配列方向におけるエッジ位置を検出する。
【０００４】
エッジ検出部１０２による遮蔽物１０４のエッジ位置の検出は、測定空間１０３で遮蔽物１０４が単色平行光の一部を遮ることにより生じた、ラインセンサ１００の全受光量の変化あるいは遮蔽物１０４のエッジ部分に生じるフレネル回折に起因した受光パターン（受光量の分布）を解析することによりなされる。このようにして、従来のエッジ検出装置は、ラインセンサ１００の受光面上の光強度分布に従って遮蔽物１０４のエッジ位置を高精度に検出する。（例えば、特許文献１を参照）
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−１７７３３５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従来のエッジ検出装置は、上記のように構成されているので、ラインセンサ１００の受光セルに単色平行光が照射されていない幅１０３aから遮蔽物１０４の位置を検出することが可能である。しかしながら、遮蔽物１０４がガラスや薄いフィルムのような透明体である場合、単色光が遮蔽物１０４を透過することから、遮蔽物１０４が不透明体である場合と比較してエッジ部分の検出は非常に難しいとされている。特に、透明体の遮蔽物１０４の挿入状況（挿入位置）によっては、遮蔽物１０４のエッジ部分に生じるフレネル回折による受光量の落ち込みが小さくなってしまい、エッジ判断が困難な場合があった。例えば、遮蔽物１０４である透明のフィルムが単色光に対して垂直に挿入されていれば受光量の落ち込みが大きく、エッジ部分の検出が可能であるが、傾いた状態で挿入されるとときに受光量の落ち込みが小さくなり、エッジ部分を正確に検出ができない場合があった。エッジ検出装置の用途として薄いフィルムの巻き取り時の蛇行検出などがあり、その場合にはフィルムの挿入向きは一定ではないことから、受光量の落ち込みが小さくなってしまい、エッジ部分の正確な検出が困難な場合があった。
【０００７】
さらには、光源１０１ａは周囲温度によって出力する単色光の波長が異なることから、温度により照射される単色光の干渉パターンが変化してしまい、ラインセンサ１００に照射される平行光のパターンが変化してしまうという問題もあった。特に透明体のように受光量の落ち込みが小さくなる可能性がある遮蔽物１０４を計測するときには、ラインセンサ１００の信号出力を安定させる必要がある。しかしながら、周囲温度により単色光の干渉パターンが変化すると、出力信号が変動し、遮蔽物１０４が存在しない自由空間でも受光量の落ち込みが発生してしまい、その落ち込み部分をエッジ部分によるフレネル回折による受光量の落ち込みであると誤って検出する可能性があった。
【０００８】
一方で、ラインセンサ１００は受光セルを機械的損傷から保護するため、透明な保護ガラスを受光セルとを非接触に配置する構造が一般的である。本来この保護ガラスは受光特性に影響を与えないようにするため非常に透明度の高いガラスを使用することが望ましい。しかしながら、ラインセンサ１００のコストを下げるために、透明度の低い安価なガラスが採用される場合がある。このため、保護ガラスに入光した単色光は乱反射や新たな干渉が発生し、各受光セルが出力する受光信号を変動させてしまうという問題があった。
【０００９】
このように、従来のエッジ検出装置は、周囲温度によって単色光の波長や出力パワーの変化により各受光セルが出力する受光信号が変動してしまい、装置の性能に悪影響を及ぼし正確なエッジ検知が困難となるという問題があった。特にフィルムなどの透明体ではエッジ部分のフレネル回折による受光量の落ち込みが小さいことから、不安定な受光量分布ではエッジ部分のみを検知することが困難であった。さらにはラインセンサの保護ガラスに入光した単色光に乱反射や新たな干渉が発生し、各受光セルが出力する受光信号を変動させる程度が大きくなるため、高精度なエッジ部分の検知を行うには安価なラインセンサを使用することは不可能であった。
【００１０】
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、透明な遮蔽物であってもエッジ部分の正確な検出が可能となり、測定空間内の周囲温度に変動がある場合でも、安定したエッジ部分の検出ができるエッジ検出装置を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
この発明に係るエッジ検出装置は、単色光を発生するレーザ光源と、該レーザ光源からの単色光を単色平行光に変換する投光レンズと、該単色平行光を放射する投光窓とからなる投光部と、前記投光窓に対向して設けられた受光窓と、該受光窓から侵入する前記単色平行光を所定方向の複数の光路に変更する光路変更素子と、該光路変更素子から入光する単色光を受光する複数の受光セルを長手方向に所定のピッチで配列したラインセンサとからなる受光部と、前記ラインセンサの受光量分布を解析して前記単色平行光の光路に存在する遮蔽物の前記受光セルの配列方向におけるエッジ位置を検出する検出部とを備えたエッジ検出装置である。
【００１２】
また、この発明に係るエッジ検出装置の光路変更素子は、三角柱のプリズムであり、該プリズムの三つの側面のうちの一面を前記ラインセンサの受光セルと平行に配置したものである。
【００１３】
またこの発明に係るエッジ検出装置の光路変更素子は、任意の形状のシリンドリカルレンズであり、該レンズの水平の側面を前記ラインセンサの受光セルと平行に配置したものである。
【００１４】
また、この発明に係るエッジ検出装置は、前記ラインセンサの受光セル上に保護用ガラスが装備され、前記光路変更素子は該保護用ガラス上上に固定するものである。
【発明の効果】
【００１５】
この発明によれば、単色光を発生するレーザ光源と、該レーザ光源からの単色光を単色平行光に変換する投光レンズと、該単色平行光を放射する投光窓とからなる投光部と、前記投光窓に対向して設けられた受光窓と、該受光窓から侵入する前記単色平行光を所定方向の複数の光路に変更する光路変更素子と、該光路変更素子から入光する単色光を受光する複数の受光セルを長手方向に所定のピッチで配列したラインセンサとからなる受光部と、前記ラインセンサの受光量分布を解析して前記単色平行光の光路に存在する遮蔽物の前記受光セルの配列方向におけるエッジ位置を検出する検出部とを備えるので、遮蔽物が透明体の場合でも複数の光路から生成されるエッジ部分によるフレネル回折により光強度分布の落ち込みが大きくなり、エッジ位置の正確な検出が可能となる。さらには周囲温度の変化により単色光の波長が変化した場合でも、受光セルからの出力信号に急激な変化を生じることなく、安定した出力信号をエッジ検出部に供給することが可能となるという効果がある。
【００１６】
またこの発明によれば、光路変更素子として三角柱のプリズムを用い、該プリズムの三つの側面のうちの一面を前記ラインセンサの受光セルと平行に配置することで、平行単色光に乱反射や新たな干渉パターンが発生しても、受光セルへの安定した入光を確保できるため、安価な構成によって遮蔽物のエッジ部分による大きな受光量の落ち込みを発生させ、かつ受光セルからの出力信号のばらつきや急激な変化を生じることなく、安定した出力信号をエッジ検出部に供給することが可能となるという効果がある。
【００１７】
またこの発明によれば、光路変更素子として任意の形状のシリンドリカルレンズを用い、該レンズの水平の側面を前記ラインセンサの受光セルと平行に配置することで、平行単色光に乱反射や新たな干渉パターンが発生しても、受光セルへの安定した入光を確保できるため、多数の光路によってエッジ部分によるフレネル回折の結果を収集して、より大きな受光量の落ち込みを発生させることができ、透明度の高い遮蔽物であっても、エッジ部分の正確な検出が可能となるという効果がある。
【００１８】
更にこの発明によれば、前記ラインセンサの受光セル上に保護用ガラスが装備され、前記光路変更素子は該保護用ガラス上に固定する構造とすることで、保護用ガラスによる単色光の乱反射や新たな干渉パターンの影響を除去でき、安価なラインセンサを使用できるという効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
図１は、この発明の実施の形態１によるエッジ検出装置の構成を示す図である。本エッジ検出装置は、投光部１、受光部２及びエッジ検出部３を備える。投光部１は、受光部２の受光窓２３の受光面に対向して配置され、レーザダイオード（ＬＤ）からなる光源１０、光源１０を制御するドライバＩＣ１１、投光レンズ１２及投光窓１３を備える。投光レンズ１２は、光源１０により発生された単色光を、受光器２のラインセンサ２１の中央部にむけて投光窓１３を介して放射する。なお、ここでいう単色光は、工業的に生産されているレーザダイオードや光フィルタを用いて得られる程度の波長分布特性を有する光のことである。なお、投光窓１３は不透明の筐体１に設けられた透明なガラスである。
【００２０】
受光部２は、受光窓２３、光路変更素子２２及びラインセンサ２１を備える。ラインセンサ２１は、一定方向に所定のピッチで配列された複数の受光セル（画素）が配列された受光面を有しており、投光部１から照射された単色平行光を受光する。ここで受光窓２３は使用する光源１０の単色光の波長に合わせたフィルタ機能を持たせることにより、ラインセンサ２１への外乱光の影響を緩和できる。
【００２１】
エッジ検出部３は、Ａ／Ｄ変換部３１、プロセッサ３２及び表示部３３を備える。Ａ／Ｄ変換部３１は受光部２のラインセンサ２１から出力される受光セルの出力信号をアナログ値からデジタル値に変換する。プロセッサ３２は、Ａ／Ｄ変換部３１によってデジタル変換されたラインセンサ２１の出力信号を解析して、測定空間４で単色平行光の一部を遮蔽した遮蔽物５の受光セルの配列方向におけるエッジ位置を検出する。表示部３３は、プロセッサ３２による検出結果を表示する。なお、Ａ／Ｄ変換部３１かつ／またはプロセッサ３２は、受光部２内に設けてもよい。その場合には、受光部２とエッジ検知部３との間はデジタル通信となることから、ノイズに強くなり、配線距離を延ばすことが可能となる。また、エッジ検出部３全てを受光部２内に設けても良い。
【００２２】
図２はラインセンサ２１の各受光セルの受光量を示す図である。横軸は各受光セルの位置であり、縦軸は受光した光単色光の強さ（受光量）である。測定空間４は投光窓１３と受光窓２３の間の空間であり、遮蔽物５が透明体の場合、測定空間４を遮蔽すると、遮蔽された部分５ａは遮蔽物の無い自由空間にくらべて受光セルの受光量がやや落ち込む。一方、遮蔽物のエッジの部分５ｂにはフレネル回折による急激な受光量の落ち込みが発生する。エッジ検出部３において、受光量の落ち込んでいる５ｂを検出し、ラインセンサ２１における受光セルの配列長２１ａとの比率から、遮蔽物５のエッジ部分の位置を計算して判断する。なお、遮蔽物５が何も入っていない状態に比べて受光量が減少する割合に関しては、遮蔽物５の透明度などに依存する。
【００２３】
図３はエッジ部分の検出に使用するフレネル回折を説明する図である。フレネル回折による光強度分布は、図３に示すようにエッジ位置近傍で急峻に立ち上がり、エッジ位置から離れるに従って振動しながら収束する。なお、単色平行光のフレネル回折によるラインセンサ２１の受光面上における光強度分布を利用して遮蔽物５のエッジ部分の位置を検出する場合、予め光強度分布の特性を高精度に求めておくことが必要である。本特性の高精度な近似方法に関しては、特開２００４−１７７３３５号公報に開示されている。
【００２４】
受光部２において、受光窓２３とラインセンサ２１の間に光路変更素子２２を設置することにより平行単色光に乱反射や新たな干渉パターンが発生しても、受光セルへの安定した入光を確保できるため、本発明の係る透明体のエッジ検知とラインセンサ２１の出力信号の安定化を実現する。その構成と位置関係を図４、図５に示す。図４は光路変更素子２２として断面が二等辺直角三角形の三角柱プリズム２２１を用いた一例である。該プリズムは、一般に直角プリズムと呼ばれているものである。図４-（1）に示すように、直角プリズム２２１は９０°の頂点に対向する側面をラインセンサ２１の受光セル２１１が配列されている方向と平行に配置される。また図４−（２）に示すように、ラインセンサ２１は、受光セル２１１をゴミなどから保護するための保護用ガラス２１２がセル上の数ｍｍの位置に配置されている。この保護用ガラス２１２の上に直角プリズム２２１を配置する。なお、光路変更手段として直角プリズムを用いることが入手容易性や集光性能の点で望ましいが、これに限られるものではない。直角プリズムの代わりに、頂角が鋭角または鈍角の三角プリズムを用いることも可能である。
【００２５】
一方、図５は光路変更素子２２として半円柱状のシリンドリカルレンズ２２２を用いた例である。本シリンドリカルレンズ２２２は、円柱を軸方向に２つに割った形をしている。図５-（1）に示すように、シリンドリカルレンズ２２２は半円柱の水平の側面をラインセンサ２１の受光セル２１１が配列されている方向と平行に配置される。シリンドリカルレンズ２２２は断面の２２２ａ方向には曲率を持っているので光は曲げられるが、断面２２２ｂ方向には曲率がないために平行平面ガラスを光が通過するのと同じように方向が少し変化するだけで素通りしてしまう特性がある。また図５−（２）に示すように、ラインセンサ２１の保護用ガラス２１２の上にシリンドリカルレンズ２２２を配置する。なお、固定方法としては、光学系に影響を与えないように、レンズなどの光学部品を接着するための透光性接着剤などを用いることが考えられる。更に、光路変換素子として半円柱状のシリンドリカルレンズに限られるものではなく、任意の形状のシリンドリカルレンズを用いることも可能である。
【００２６】
ここで、光路変更素子２２による受光量分布出力の違いを図６に示す。図６−（１）は光路変更素子２２を設置しない状態の各受光セルの受光量分布を示すものであり、単色光の干渉パターンによって各受光セルに均等に単色光が照射されず、±２０％以上の受光量のばらつきが生じる。特に干渉によっては数十セル分毎の単位で受光量分布にうねりが生じている。一方、図６−（２）は光路変更素子２２を設置した場合の受光量分布であり、全体に受光量が増加し、数十セル毎に発生していた受光量分布のうねりが除去され、かつ隣接するセル毎の受光量のばらつきも抑えられ、安定した受光量分布を得ることができる。これはラインセンサ２１に入光する直前に光路変更素子２２を設置することで単色光が受光セルに対して垂直の複数の方向から収集され、受光セルには収集された単色光が照射されるからである。また垂直方向から所定の幅をもって収集されるので、隣接する受光セルどうしの受光量のばらつきが抑えられ、干渉パターンの影響も小さくなる。さらには、周囲温度の変動により単色光の波長が変化して干渉パターンが変わったとしても、単色光の変化は限定され、微量な受光量の変化に留まることから、周囲温度に影響されないエッジ検出装置を構成することが可能となる。また、受光量の増加分を考慮して、投光部１からの単色光出力を小さくできるため、低消費電力化を実現できる。なお、光路変更素子がシリンドリカルレンズ２２２の場合には、受光面が円柱状であることから、より複数の方向からレーザ光を収集することができる。
【００２７】
図７は周囲温度による受光量の変動を比較した図である。遮蔽物５が測定空間４に入っていないときの各セルの受光量を基準量１．００として、周囲温度を数度変化させてみる。図９に示す従来のエッジ検出装置では図７−（１）のように単色光の波長変化による干渉パターンの変動により±２０％程度の受光量の変動が生じてしまう。一方、図７−（２）は光路変更素子２２を設置した場合であり、周囲温度を変化させても受光量の変動はほとんど発生しない。これは光源付近のドライバＩＣ１１による発熱の影響を除去する上でも有効であり、電源投入してから計測可能となるまでの安定時間を短くできる効果がある。
【００２８】
図８には測定空間４に薄いフィルムのような透明体の遮蔽物５を挿入したときの受光量の変動を比較した図である。図８−（１）は図９に示す従来のエッジ検出装置であり、５ａはフィルムが挿入されている部分であり、５ｂは遮蔽物５の無い自由空間である。この場合、フィルムのエッジ部分にはフレネル回折により５ｃのような受光量の落ち込みが発生し、この落ち込みからエッジの位置を検出することが可能となる。しかしながら、遮蔽物５が非常に薄いフィルムの場合、受光量の落ち込みが０．５以下になることは難しく、更にフィルムが傾いて挿入された場合の受光量の落ち込みの低下を考慮すると、エッジ部分と判断する受光量の変動のしきい値は０．７５程度となる。このしきい値でも受光量が安定していれば問題ないが、前述したように周囲温度の変動する条件下では単色光の波長変化による干渉パターンが変化し、±２０％程度の受光量の変動が生じてしまうことから、０．７５のしきい値ではフィルムが入っていないにもかかわらず、自由空間５ｂにてにおいても０．７５程度まで受光量の変動による落ち込みが生じてエッジ部分がであると誤って判断してしまう可能性が高い。
【００２９】
そこで、本発明者は、光路変更素子２２を配置することでその課題が解決することを確認した。図８−（２）は光路変更素子２２としてシリンドリカルレンズ２２２を使用して薄いフィルムを挿入したときの受光量分布の正規化を示す図である。シリンドリカルレンズ２２２は一次元方向にのみ集光することから、ラインセンサ２１の上に設置して所定の幅で単色光が入光した場合、フィルムのエッジ部分におけるフレネル回折を収集し、その現象をより強調する方向に働かせることができる。それにより、従来のフレネル回折による受光量の落ち込みが図８−（１）の５ｃ（１）であったものが、図８−（２）の５ｃ（２）のように０．３程度まで明確に落ち込ませることができる。さらには、従来生じていた周囲温度による受光量の変動も抑えることができることから、安定したエッジ検出が可能となる。なお、シリンドリカルレンズ２２２にて上述の効果を出すためには、図５に示すように、該レンズの水平の側面を受光セル２１１とできる限り平行となるように位置合わせをおこなうことが好ましい。
【００３０】
上述のように、本発明を実施することで、従来困難であった薄いフィルムなどの透明体であっても、挿入状況に影響されることなく安定したエッジ部分の検出をおこなうことが可能となる。また、周囲温度の変化により単色光の波長や出力パワーが変化した場合でも、受光セルからの出力信号に急激な変化を生じることなく、安定したシステムを構築することが可能となる。更に副次的な効果として、ラインセンサの保護用ガラスによるレーザ光の乱反射や新たな干渉パターンの影響を除去でき、安価なラインセンサを使用できるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】この発明の実施の形態１によるエッジ検出装置の構成を示す図である。
【図２】実施形態１におけるラインセンサの各受光セルの受光量を示す図である。
【図３】エッジ部分の検出に使用するフレネル回折を説明する図である。
【図４】ラインセンサと光路変更素子の位置関係を示す実施例の図である。
【図５】ラインセンサと光路変更素子の位置関係を示す別の実施例図である。
【図６】光路変更素子を配置したときの受光量の変動を示した図である。
【図７】周囲温度が変化したときの受光量の変動を比較した図である。
【図８】薄いフィルムを挿入したときの受光量の変動を比較した図である。
【図９】従来のエッジ検出装置の構成を示す図である。
【符号の説明】
【００３２】
１      投光部
２      受光部
３      エッジ検出部
４      測定空間  
５      遮蔽物
１０    光源
１１    ドライバＩＣ
１２    投光レンズ
１３    投光窓
２１    ラインセンサ
２１１  受光セル
２１２  保護用ガラス
２２    光路変更素子
２２１  直角プリズム
２２２  シリンドリカルレンズ
２３    受光窓
３１    Ａ／Ｄ変換部
３２    プロセッサ
３３    表示部
１００   ラインセンサ
１０１   投光器
１０１ａ  光源
１０１ｂ  光ファイバ
１０１ｃ  投光レンズ
１０１ｄ  ドライバＩＣ
１０２   エッジ検出部
１０３   測定空間
１０４，１０４ａ，１０４ｂ  遮蔽物
１０５  受光セル
【手続補正書】
【提出日】平成20年8月4日(2008.8.4)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
単色光を発生するレーザ光源と、該レーザ光源からの単色光を単色平行光に変換する投光レンズと、該単色平行光を放射する投光窓とからなる投光部と、
前記投光窓に対向して設けられた受光窓と、該受光窓から侵入する前記単色平行光を所定方向の複数の光路に変更する光路変更素子と、該光路変更素子から入光する単色光を受光する複数の受光セルを長手方向に所定のピッチで配列したラインセンサとからなる受光部と、
前記ラインセンサの受光量分布を解析して前記単色平行光の光路に存在する遮蔽物の前記受光セルの配列方向におけるエッジ位置を検出する検出部と
を備えたエッジ検出装置。
【請求項２】
前記光路変更素子は、三角柱のプリズムであり、該プリズムの三つの側面のうちの一面を前記ラインセンサの受光セルと平行に配置したことを特徴とする請求項１記載のエッジ検出装置。
【請求項３】
前記光路変更素子は、シリンドリカルレンズであり、該レンズの水平の側面を前記ラインセンサの受光セルと平行に配置したことを特徴とする請求項１記載のエッジ検出装置。  
【請求項４】
前記ラインセンサの受光セル上に保護用ガラスが装備され、該保護用ガラス上に前記光路変更素子を固定することを特徴とする請求項１記載のエッジ検出装置。
【請求項５】
複数の受光セルが長手方向に所定のピッチで配列され、該受光セル上に保護用ガラスを備え、該保護用ガラスに所定形状のプリズムを固定させたことを特徴とするエッジ検出装置用ライセンサ。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、投光器から照射された単色平光を受光器で受光し、該単色平光光を遮る遮蔽物のエッジ位置を検出する光学式のエッジ検出装置及び該エッジ検出器に用いるラインセンサに関するに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
図９は、特許文献１に開示される従来のエッジ検出装置の構成を示す図である。図９において、このエッジ検出装置は、ラインセンサ１００、投光器１０１及びエッジ検出部１０２を備える。ラインセンサ１００は、一定方向に所定のピッチで複数の受光セル（画素）が配列されており、投光器１０１から照射された単色平行光を受光する。投光器１０１は、ラインセンサ１００の受光面に対向して配置され、レーザダイオード（ＬＤ）からなる光源１０１ａ、単色光（レーザ光）を導く光ファイバ１０１ｂ、投光レンズ１０１ｃおよびＬＤを制御するドライバＩＣ１０１ｄを備える。
【０００３】
投光器１０１において、光源１０１ａにより発生された単色光（レーザ光）は、光ファイバ１０１ｂを介して投光レンズ１０１ｃに導かれ、投光レンズ１０１ｃによって単色平行光に変換された後、ラインセンサ１００に照射される。投光器１０１とラインセンサ１００の受光面の間に形成された測定空間１０３を遮蔽物１０４が通過すると、ラインセンサ１００へ照射される単色平行光が遮蔽される。エッジ検出部１０２は、マイクロコンピュータから構成されており、ラインセンサ１００の出力を解析して測定空間１０３で単色平行光を遮蔽した遮蔽物１０４の受光セルの配列方向におけるエッジ位置を検出する。
【０００４】
エッジ検出部１０２による遮蔽物１０４のエッジ位置の検出は、測定空間１０３で遮蔽物１０４が単色平行光の一部を遮ることにより生じた、ラインセンサ１００の全受光量の変化あるいは遮蔽物１０４のエッジ部分に生じるフレネル回折に起因した受光パターン（受光量の分布）を解析することによりなされる。このようにして、従来のエッジ検出装置は、ラインセンサ１００の受光面上の光強度分布に従って遮蔽物１０４のエッジ位置を高精度に検出する。（例えば、特許文献１を参照）
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−１７７３３５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従来のエッジ検出装置は、上記のように構成されているので、ラインセンサ１００の受光セルに単色平行光が照射されていない幅１０３aから遮蔽物１０４の位置を検出することが可能である。しかしながら、遮蔽物１０４がガラスや薄いフィルムのような透明体である場合、単色光が遮蔽物１０４を透過することから、遮蔽物１０４が不透明体である場合と比較してエッジ部分の検出は非常に難しいとされている。特に、透明体の遮蔽物１０４の挿入状況（挿入位置）によっては、遮蔽物１０４のエッジ部分に生じるフレネル回折による受光量の落ち込みが小さくなってしまい、エッジ判断が困難な場合があった。例えば、遮蔽物１０４である透明のフィルムが単色光に対して垂直に挿入されていれば受光量の落ち込みが大きく、エッジ部分の検出が可能であるが、傾いた状態で挿入されるとときに受光量の落ち込みが小さくなり、エッジ部分を正確に検出ができない場合があった。エッジ検出装置の用途として薄いフィルムの巻き取り時の蛇行検出などがあり、その場合にはフィルムの挿入向きは一定ではないことから、受光量の落ち込みが小さくなってしまい、エッジ部分の正確な検出が困難な場合があった。
【０００７】
さらには、光源１０１ａは周囲温度によって出力する単色光の波長が異なることから、温度により照射される単色光の干渉パターンが変化してしまい、ラインセンサ１００に照射される平行光のパターンが変化してしまうという問題もあった。特に透明体のように受光量の落ち込みが小さくなる可能性がある遮蔽物１０４を計測するときには、ラインセンサ１００の信号出力を安定させる必要がある。しかしながら、周囲温度により単色光の干渉パターンが変化すると、出力信号が変動し、遮蔽物１０４が存在しない自由空間でも受光量の落ち込みが発生してしまい、その落ち込み部分をエッジ部分によるフレネル回折による受光量の落ち込みであると誤って検出する可能性があった。
【０００８】
一方で、ラインセンサ１００は受光セルを機械的損傷から保護するため、透明な保護ガラスを受光セルとを非接触に配置する構造が一般的である。本来この保護ガラスは受光特性に影響を与えないようにするため非常に透明度の高いガラスを使用することが望ましい。しかしながら、ラインセンサ１００のコストを下げるために、透明度の低い安価なガラスが採用される場合がある。このため、保護ガラスに入光した単色光は乱反射や新たな干渉が発生し、各受光セルが出力する受光信号を変動させてしまうという問題があった。
【０００９】
このように、従来のエッジ検出装置は、周囲温度によって単色光の波長や出力パワーの変化により各受光セルが出力する受光信号が変動してしまい、装置の性能に悪影響を及ぼし正確なエッジ検知が困難となるという問題があった。特にフィルムなどの透明体ではエッジ部分のフレネル回折による受光量の落ち込みが小さいことから、不安定な受光量分布ではエッジ部分のみを検知することが困難であった。さらにはラインセンサの保護ガラスに入光した単色光に乱反射や新たな干渉が発生し、各受光セルが出力する受光信号を変動させる程度が大きくなるため、高精度なエッジ部分の検知を行うには安価なラインセンサを使用することは不可能であった。
【００１０】
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、透明な遮蔽物であってもエッジ部分の正確な検出が可能となり、測定空間内の周囲温度に変動がある場合でも、安定したエッジ部分の検出ができるエッジ検出装置を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
この発明に係るエッジ検出装置は、単色光を発生するレーザ光源と、該レーザ光源からの単色光を単色平行光に変換する投光レンズと、該単色平行光を放射する投光窓とからなる投光部と、前記投光窓に対向して設けられた受光窓と、該受光窓から侵入する前記単色平行光を所定方向の複数の光路に変更する光路変更素子と、該光路変更素子から入光する単色光を受光する複数の受光セルを長手方向に所定のピッチで配列したラインセンサとからなる受光部と、前記ラインセンサの受光量分布を解析して前記単色平行光の光路に存在する遮蔽物の前記受光セルの配列方向におけるエッジ位置を検出する検出部とを備えたエッジ検出装置である。
【００１２】
また、この発明に係るエッジ検出装置の光路変更素子は、三角柱のプリズムであり、該プリズムの三つの側面のうちの一面を前記ラインセンサの受光セルと平行に配置したものである。
【００１３】
またこの発明に係るエッジ検出装置の光路変更素子は、任意の形状のシリンドリカルレンズであり、該レンズの水平の側面を前記ラインセンサの受光セルと平行に配置したものである。
【００１４】
また、この発明に係るエッジ検出装置は、前記ラインセンサの受光セル上に保護用ガラスが装備され、前記光路変更素子は該保護用ガラス上上に固定するものである。
【発明の効果】
【００１５】
この発明によれば、単色光を発生するレーザ光源と、該レーザ光源からの単色光を単色平行光に変換する投光レンズと、該単色平行光を放射する投光窓とからなる投光部と、前記投光窓に対向して設けられた受光窓と、該受光窓から侵入する前記単色平行光を所定方向の複数の光路に変更する光路変更素子と、該光路変更素子から入光する単色光を受光する複数の受光セルを長手方向に所定のピッチで配列したラインセンサとからなる受光部と、前記ラインセンサの受光量分布を解析して前記単色平行光の光路に存在する遮蔽物の前記受光セルの配列方向におけるエッジ位置を検出する検出部とを備えるので、遮蔽物が透明体の場合でも複数の光路から生成されるエッジ部分によるフレネル回折により光強度分布の落ち込みが大きくなり、エッジ位置の正確な検出が可能となる。さらには周囲温度の変化により単色光の波長が変化した場合でも、受光セルからの出力信号に急激な変化を生じることなく、安定した出力信号をエッジ検出部に供給することが可能となるという効果がある。
【００１６】
またこの発明によれば、光路変更素子として三角柱のプリズムを用い、該プリズムの三つの側面のうちの一面を前記ラインセンサの受光セルと平行に配置することで、平行単色光に乱反射や新たな干渉パターンが発生しても、受光セルへの安定した入光を確保できるため、安価な構成によって遮蔽物のエッジ部分による大きな受光量の落ち込みを発生させ、かつ受光セルからの出力信号のばらつきや急激な変化を生じることなく、安定した出力信号をエッジ検出部に供給することが可能となるという効果がある。
【００１７】
またこの発明によれば、光路変更素子として任意の形状のシリンドリカルレンズを用い、該レンズの水平の側面を前記ラインセンサの受光セルと平行に配置することで、平行単色光に乱反射や新たな干渉パターンが発生しても、受光セルへの安定した入光を確保できるため、多数の光路によってエッジ部分によるフレネル回折の結果を収集して、より大きな受光量の落ち込みを発生させることができ、透明度の高い遮蔽物であっても、エッジ部分の正確な検出が可能となるという効果がある。
【００１８】
更にこの発明によれば、前記ラインセンサの受光セル上に保護用ガラスが装備され、前記光路変更素子は該保護用ガラス上に固定する構造とすることで、保護用ガラスによる単色光の乱反射や新たな干渉パターンの影響を除去でき、安価なラインセンサを使用できるという効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
図１は、この発明の実施の形態１によるエッジ検出装置の構成を示す図である。本エッジ検出装置は、投光部１、受光部２及びエッジ検出部３を備える。投光部１は、受光部２の受光窓２３の受光面に対向して配置され、レーザダイオード（ＬＤ）からなる光源１０、光源１０を制御するドライバＩＣ１１、投光レンズ１２及投光窓１３を備える。投光レンズ１２は、光源１０により発生された単色光を、受光器２のラインセンサ２１の中央部にむけて投光窓１３を介して放射する。なお、ここでいう単色光は、工業的に生産されているレーザダイオードや光フィルタを用いて得られる程度の波長分布特性を有する光のことである。なお、投光窓１３は不透明の筐体１に設けられた透明なガラスである。
【００２０】
受光部２は、受光窓２３、光路変更素子２２及びラインセンサ２１を備える。ラインセンサ２１は、一定方向に所定のピッチで配列された複数の受光セル（画素）が配列された受光面を有しており、投光部１から照射された単色平行光を受光する。ここで受光窓２３は使用する光源１０の単色光の波長に合わせたフィルタ機能を持たせることにより、ラインセンサ２１への外乱光の影響を緩和できる。
【００２１】
エッジ検出部３は、Ａ／Ｄ変換部３１、プロセッサ３２及び表示部３３を備える。Ａ／Ｄ変換部３１は受光部２のラインセンサ２１から出力される受光セルの出力信号をアナログ値からデジタル値に変換する。プロセッサ３２は、Ａ／Ｄ変換部３１によってデジタル変換されたラインセンサ２１の出力信号を解析して、測定空間４で単色平行光の一部を遮蔽した遮蔽物５の受光セルの配列方向におけるエッジ位置を検出する。表示部３３は、プロセッサ３２による検出結果を表示する。なお、Ａ／Ｄ変換部３１かつ／またはプロセッサ３２は、受光部２内に設けてもよい。その場合には、受光部２とエッジ検知部３との間はデジタル通信となることから、ノイズに強くなり、配線距離を延ばすことが可能となる。また、エッジ検出部３全てを受光部２内に設けても良い。
【００２２】
図２はラインセンサ２１の各受光セルの受光量を示す図である。横軸は各受光セルの位置であり、縦軸は受光した光単色光の強さ（受光量）である。測定空間４は投光窓１３と受光窓２３の間の空間であり、遮蔽物５が透明体の場合、測定空間４を遮蔽すると、遮蔽された部分５ａは遮蔽物の無い自由空間にくらべて受光セルの受光量がやや落ち込む。一方、遮蔽物のエッジの部分５ｂにはフレネル回折による急激な受光量の落ち込みが発生する。エッジ検出部３において、受光量の落ち込んでいる５ｂを検出し、ラインセンサ２１における受光セルの配列長２１ａとの比率から、遮蔽物５のエッジ部分の位置を計算して判断する。なお、遮蔽物５が何も入っていない状態に比べて受光量が減少する割合に関しては、遮蔽物５の透明度などに依存する。
【００２３】
図３はエッジ部分の検出に使用するフレネル回折を説明する図である。フレネル回折による光強度分布は、図３に示すようにエッジ位置近傍で急峻に立ち上がり、エッジ位置から離れるに従って振動しながら収束する。なお、単色平行光のフレネル回折によるラインセンサ２１の受光面上における光強度分布を利用して遮蔽物５のエッジ部分の位置を検出する場合、予め光強度分布の特性を高精度に求めておくことが必要である。本特性の高精度な近似方法に関しては、特開２００４−１７７３３５号公報に開示されている。
【００２４】
受光部２において、受光窓２３とラインセンサ２１の間に光路変更素子２２を設置することにより平行単色光に乱反射や新たな干渉パターンが発生しても、受光セルへの安定した入光を確保できるため、本発明の係る透明体のエッジ検知とラインセンサ２１の出力信号の安定化を実現する。その構成と位置関係を図４、図５に示す。図４は光路変更素子２２として断面が二等辺直角三角形の三角柱プリズム２２１を用いた一例である。該プリズムは、一般に直角プリズムと呼ばれているものである。図４-（1）に示すように、直角プリズム２２１は９０°の頂点に対向する側面をラインセンサ２１の受光セル２１１が配列されている方向と平行に配置される。また図４−（２）に示すように、ラインセンサ２１は、受光セル２１１をゴミなどから保護するための保護用ガラス２１２がセル上の数ｍｍの位置に配置されている。この保護用ガラス２１２の上に直角プリズム２２１を配置する。なお、光路変更手段として直角プリズムを用いることが入手容易性や集光性能の点で望ましいが、これに限られるものではない。直角プリズムの代わりに、頂角が鋭角または鈍角の三角プリズムを用いることも可能である。
【００２５】
一方、図５は光路変更素子２２として半円柱状のシリンドリカルレンズ２２２を用いた例である。本シリンドリカルレンズ２２２は、円柱を軸方向に２つに割った形をしている。図５-（1）に示すように、シリンドリカルレンズ２２２は半円柱の水平の側面をラインセンサ２１の受光セル２１１が配列されている方向と平行に配置される。シリンドリカルレンズ２２２は断面の２２２ａ方向には曲率を持っているので光は曲げられるが、断面２２２ｂ方向には曲率がないために平行平面ガラスを光が通過するのと同じように方向が少し変化するだけで素通りしてしまう特性がある。また図５−（２）に示すように、ラインセンサ２１の保護用ガラス２１２の上にシリンドリカルレンズ２２２を配置する。なお、固定方法としては、光学系に影響を与えないように、レンズなどの光学部品を接着するための透光性接着剤などを用いることが考えられる。更に、光路変換素子として半円柱状のシリンドリカルレンズに限られるものではなく、任意の形状のシリンドリカルレンズを用いることも可能である。
【００２６】
ここで、光路変更素子２２による受光量分布出力の違いを図６に示す。図６−（１）は光路変更素子２２を設置しない状態の各受光セルの受光量分布を示すものであり、単色光の干渉パターンによって各受光セルに均等に単色光が照射されず、±２０％以上の受光量のばらつきが生じる。特に干渉によっては数十セル分毎の単位で受光量分布にうねりが生じている。一方、図６−（２）は光路変更素子２２を設置した場合の受光量分布であり、全体に受光量が増加し、数十セル毎に発生していた受光量分布のうねりが除去され、かつ隣接するセル毎の受光量のばらつきも抑えられ、安定した受光量分布を得ることができる。これはラインセンサ２１に入光する直前に光路変更素子２２を設置することで単色光が受光セルに対して垂直の複数の方向から収集され、受光セルには収集された単色光が照射されるからである。また垂直方向から所定の幅をもって収集されるので、隣接する受光セルどうしの受光量のばらつきが抑えられ、干渉パターンの影響も小さくなる。さらには、周囲温度の変動により単色光の波長が変化して干渉パターンが変わったとしても、単色光の変化は限定され、微量な受光量の変化に留まることから、周囲温度に影響されないエッジ検出装置を構成することが可能となる。また、受光量の増加分を考慮して、投光部１からの単色光出力を小さくできるため、低消費電力化を実現できる。なお、光路変更素子がシリンドリカルレンズ２２２の場合には、受光面が円柱状であることから、より複数の方向からレーザ光を収集することができる。
【００２７】
図７は周囲温度による受光量の変動を比較した図である。遮蔽物５が測定空間４に入っていないときの各セルの受光量を基準量１．００として、周囲温度を数度変化させてみる。図９に示す従来のエッジ検出装置では図７−（１）のように単色光の波長変化による干渉パターンの変動により±２０％程度の受光量の変動が生じてしまう。一方、図７−（２）は光路変更素子２２を設置した場合であり、周囲温度を変化させても受光量の変動はほとんど発生しない。これは光源付近のドライバＩＣ１１による発熱の影響を除去する上でも有効であり、電源投入してから計測可能となるまでの安定時間を短くできる効果がある。
【００２８】
図８には測定空間４に薄いフィルムのような透明体の遮蔽物５を挿入したときの受光量の変動を比較した図である。図８−（１）は図９に示す従来のエッジ検出装置であり、５ａはフィルムが挿入されている部分であり、５ｂは遮蔽物５の無い自由空間である。この場合、フィルムのエッジ部分にはフレネル回折により５ｃのような受光量の落ち込みが発生し、この落ち込みからエッジの位置を検出することが可能となる。しかしながら、遮蔽物５が非常に薄いフィルムの場合、受光量の落ち込みが０．５以下になることは難しく、更にフィルムが傾いて挿入された場合の受光量の落ち込みの低下を考慮すると、エッジ部分と判断する受光量の変動のしきい値は０．７５程度となる。このしきい値でも受光量が安定していれば問題ないが、前述したように周囲温度の変動する条件下では単色光の波長変化による干渉パターンが変化し、±２０％程度の受光量の変動が生じてしまうことから、０．７５のしきい値ではフィルムが入っていないにもかかわらず、自由空間５ｂにてにおいても０．７５程度まで受光量の変動による落ち込みが生じてエッジ部分がであると誤って判断してしまう可能性が高い。
【００２９】
そこで、本発明者は、光路変更素子２２を配置することでその課題が解決することを確認した。図８−（２）は光路変更素子２２としてシリンドリカルレンズ２２２を使用して薄いフィルムを挿入したときの受光量分布の正規化を示す図である。シリンドリカルレンズ２２２は一次元方向にのみ集光することから、ラインセンサ２１の上に設置して所定の幅で単色光が入光した場合、フィルムのエッジ部分におけるフレネル回折を収集し、その現象をより強調する方向に働かせることができる。それにより、従来のフレネル回折による受光量の落ち込みが図８−（１）の５ｃ（１）であったものが、図８−（２）の５ｃ（２）のように０．３程度まで明確に落ち込ませることができる。さらには、従来生じていた周囲温度による受光量の変動も抑えることができることから、安定したエッジ検出が可能となる。なお、シリンドリカルレンズ２２２にて上述の効果を出すためには、図５に示すように、該レンズの水平の側面を受光セル２１１とできる限り平行となるように位置合わせをおこなうことが好ましい。
【００３０】
上述のように、本発明を実施することで、従来困難であった薄いフィルムなどの透明体であっても、挿入状況に影響されることなく安定したエッジ部分の検出をおこなうことが可能となる。また、周囲温度の変化により単色光の波長や出力パワーが変化した場合でも、受光セルからの出力信号に急激な変化を生じることなく、安定したシステムを構築することが可能となる。更に副次的な効果として、ラインセンサの保護用ガラスによるレーザ光の乱反射や新たな干渉パターンの影響を除去でき、安価なラインセンサを使用できるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】この発明の実施の形態１によるエッジ検出装置の構成を示す図である。
【図２】実施形態１におけるラインセンサの各受光セルの受光量を示す図である。
【図３】エッジ部分の検出に使用するフレネル回折を説明する図である。
【図４】ラインセンサと光路変更素子の位置関係を示す実施例の図である。
【図５】ラインセンサと光路変更素子の位置関係を示す別の実施例図である。
【図６】光路変更素子を配置したときの受光量の変動を示した図である。
【図７】周囲温度が変化したときの受光量の変動を比較した図である。
【図８】薄いフィルムを挿入したときの受光量の変動を比較した図である。
【図９】従来のエッジ検出装置の構成を示す図である。
【符号の説明】
【００３２】
１      投光部
２      受光部
３      エッジ検出部
４      測定空間  
５      遮蔽物
１０    光源
１１    ドライバＩＣ
１２    投光レンズ
１３    投光窓
２１    ラインセンサ
２１１  受光セル
２１２  保護用ガラス
２２    光路変更素子
２２１  直角プリズム
２２２  シリンドリカルレンズ
２３    受光窓
３１    Ａ／Ｄ変換部
３２    プロセッサ
３３    表示部
１００   ラインセンサ
１０１   投光器
１０１ａ  光源
１０１ｂ  光ファイバ
１０１ｃ  投光レンズ
１０１ｄ  ドライバＩＣ
１０２   エッジ検出部
１０３   測定空間
１０４，１０４ａ，１０４ｂ  遮蔽物
１０５  受光セル