(57)【要約】【課題】物体のエッジ位置を簡易に、しかも確実に検出することのできるエッジ位置検出装置を提供する。【解決手段】物体のエッジにおけるフレネル回折によって生じた光量分布パターンから前記物体のエッジ位置を検出するに際して、前記フレネル回折により生じた光量変化領域（エッジ近傍の部分）に含まれる１つの受光セルの位置（１点）と当該受光セルでの受光量Ｙnとを求め、上記配列位置と受光量とから前記フレネル回折の光量分布パターンに従って前記物体のエッジ位置を検出する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の受光セルを所定のピッチで配列したラインセンサと、このラインセンサに向けて単色平行光を投光する光源と、前記ラインセンサの出力を解析して前記単色平行光の光路に位置付けられた物体のエッジ位置を検出する演算部とを備え、
前記演算部は、前記物体のエッジにおけるフレネル回折によって生じた光量分布パターンから前記物体のエッジ位置を検出するに際して、前記フレネル回折により生じた光量変化領域に含まれる１つの受光セルの位置と当該受光セルでの受光量とを求め、上記受光セルの位置とその受光量とから前記フレネル回折の光量分布パターンに従って前記物体のエッジ位置を検出することを特徴とするエッジ位置検出装置。
【請求項２】
前記フレネル回折の光量変化領域に含まれる１つの受光セルは、前記ラインセンサの出力を自由空間側からサーチして求められる上記自由空間側での受光量よりも受光量が増大してピークを示す受光セルと、ピークを示す受光セルを検出した後に前記自由空間側での受光量よりも受光量が低下した受光セルとの間の任意の受光セルとして求められるものである請求項１に記載のエッジ位置検出装置。
【請求項３】
前記フレネル回折の光量変化領域に含まれる１つの受光セルは、前記自由空間側での受光量よりもその受光量が連続して低下する受光セルが検出されたときに該受光セルと前記ピークを示す受光セルとの間の任意の受光セルとして求められるものである請求項２に記載のエッジ位置検出装置。
【請求項４】
前記演算部は、予め前記ラインセンサから前記物体までの距離を求める距離算出手段を備え、上記距離に応じて前記受光セルの位置と前記物体のエッジ位置とのずれ量を求めるものである請求項１に記載のエッジ位置検出装置。
【請求項５】
前記受光セルの位置と前記物体のエッジ位置とのずれ量は、フレネル回折の光量分布パターンの最初の立ち上がり特性を近似した近似式に基づいて計算されるものである請求項４に記載のエッジ位置検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、単色平行光路中におかれた物体のエッジでのフレネル回折による光量分布パターンから前記物体のエッジ位置を簡易に検出することのできるエッジ位置検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
物体のエッジ位置を高精度に検出する手法として、本発明者は先に物体のエッジにおける単色平行光のフレネル回折に着目し、複数の受光セルを所定のピッチで配列したラインセンサを用いて検出される光量分布パターンを解析することで上記ラインセンサにおける受光セルの配列ピッチ以上の精度で上記物体のエッジ位置を検出することを提唱した（例えば特許文献１を参照）。
【０００３】
また液晶ガラス等の透明体や半透明体についても、上述したフレネル回折に着目することでそのエッジ位置を高精度に検出する手法を提唱した（例えば特許文献２を参照）。
【特許文献１】特許第３８５８９９４号公報
【特許文献２】特開２００７-６４７３７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで特許文献１,２に示されるエッジ位置の検出処理は、基本的には複数の受光セルにてそれぞれ検出される受光量と上記各受光セルの位置とから、フレネル回折の光量分布パターンの変化を示す近似式に基づく補間処理により正規化光量の［０.２５］となる位置を物体のエッジ位置として高精度に求めている。しかしながら液晶ガラス等の透明体や半透明体の場合には、受光量の落ち込み量が少ない場合やその落ち込み幅が狭い場合もあり、上述した補間処理を行うことができないこともある。しかも補間処理自体、その処理負担が大きいと言う問題もある。
【０００５】
本発明はこのような事情を考慮してなされたもので、その目的は、透明または半透明の物体のエッジ位置を検出する場合であっても、その処理負担を軽減して上記物体のエッジ位置を簡易に、しかも確実に検出することのできるエッジ位置検出装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上述した目的を達成するべく本発明に係るエッジ位置検出装置は、複数の受光セルを所定のピッチで配列したラインセンサと、このラインセンサに向けて単色平行光を投光する光源と、前記ラインセンサの出力を解析して前記単色平行光の光路に位置付けられた物体のエッジ位置を検出する演算部とを備えたものであって、
前記演算部は、前記物体のエッジにおけるフレネル回折によって生じた光量分布パターンから前記物体のエッジ位置を検出するに際して、前記フレネル回折により生じた光量変化領域に含まれる１つの受光セルの配列位置（１点）と当該受光セルでの受光量とを求め、上記配列位置と受光量とから前記フレネル回折の光量分布パターンに従って前記物体のエッジ位置を検出することを特徴としている。
【０００７】
即ち、本発明は、ラインセンサの出力を解析し、予め定められた光量閾値となる位置を前記フレネル回折の光量分布パターンに従って求めることに代えて、ラインセンサの出力を自由空間側からサーチしてフレネル回折による最初の受光量の変化点を見つけ、この１点の受光量からフレネル回折の光量分布パターンに従って物体のエッジ位置を直接的に算出することを特徴としている。
【０００８】
ちなみに前記フレネル回折の光量変化領域に含まれる１つの受光セルは、例えば前記ラインセンサの出力を自由空間側からサーチして求められる自由空間側での受光量よりも受光量が増大してピークを示す受光セルと、ピークを示す受光セルを検出した後に前記自由空間側での受光量よりも受光量が低下した受光セルとの間の任意の受光セルとして求めるようにすれば良い。この際、前記自由空間側での受光量よりもその受光量が連続して低下する受光セルが検出されたときに該受光セルと前記ピークを示す受光セルとの間の受光セルとして求めることで、自由空間側に生じる光量低下位置とエッジ位置近傍に生じる光量変化位置とを区別することが望ましい。
【０００９】
また前記演算部については、予め前記ラインセンサから前記物体までの距離（ワーキングディスタンス）を求める距離算出手段を備え、上記距離に応じて前記受光セルの位置と前記物体のエッジ位置とのずれ量を求めるように構成しておけば良い。そして上記受光セルの位置と前記物体のエッジ位置とのずれ量については、フレネル回折の光量分布パターンの最初の立ち上がり特性を近似した近似式に基づいて計算するようにすれば良い。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、エッジ付近で測定した１点での光量から直接エッジ位置を算出するだけなのでフレネル回折の補間処理が不要であり、その処理負担を大幅に軽減することができる。しかもエッジ付近におけるフレネル回折による光量の落ち込み量やその落ち込み幅が十分に大きくない場合であっても、自由空間での正規化受光量に比較してエッジ付近において受光量が落ち込んだ１つの受光セルを特定するだけで、その受光セルでの受光量からエッジ位置を精度良く確実に求めることができるので、特に透明または半透明の物体のエッジ位置を検出する場合に好適である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明の一実施形態に係るエッジ位置検出装置について説明する。
このエッジ位置検出装置は、図１にその概略構成を示すように複数の受光セルを所定のピッチで配列したラインセンサ１と、このラインセンサ１に対向配置されて該ラインセンサ１に向けて単色平行光（例えばレーザ光束）を投光する光源２と、前記ラインセンサ１の出力を解析して前記単色平行光の光路に位置付けられた物体Ａのエッジ位置を検出する演算器３とを備えて構成される。尚、上記ラインセンサ１および光源２は、前述した特許文献１,２等に記載されるような一般的なものである。また前記演算器３は、例えばマイクロコンピュータ（ＣＰＵ）からなり、前記単色平行光の前記物体Ａのエッジにおけるフレネル回折によって生じた前記ラインセンサ１上での光量分布パターンから前記物体Ａのエッジ位置を検出するように構成される。
【００１２】
特にこのエッジ位置検出装置における演算器３は、前述したフレネル回折の光量分布パターンに従って物体Ａのエッジ位置を検出するに際し、フレネル回折による光量変化が生じるエッジ近傍の１つの受光セルでの受光量Ｙnに着目し、該受光セルの位置Ｘとその受光量Ｙnとに応じて正規化光量の［０.２５］の位置として示されるエッジ位置を前記フレネル回折の光量分布パターンから直接的に計算することを特徴としている。
【００１３】
具体的には前記演算器３は、前記ラインセンサ１２の出力を自由空間側からサーチすることで、先ずその受光量が自由空間側での正規化光量を超えて増大し、ピーク値をとる受光セルを検出する（ピーク検出手段４）。次いで上記ピーク値をとる受光セルから受光量が低下し、その受光量が自由空間側での正規化光量よりも落ち込んだ受光セルを検出する（落ち込み検出手段５）。この落ち込み受光セルを検出するに際しては、隣接する受光セル間での受光量の変化を調べるだけでなく、複数の受光セルに亘って連続して受光量が低下するか否かを判定してフレネル回折により生じた受光量の落ち込み部分を検出することが好ましい。
【００１４】
次いで上述した如く求めた受光量の落ち込み部分での受光セルと前述した受光量がピーク値をとる受光セルとの間の任意の１つの受光セルをエッジ位置検出に用いる受光セルとして特定し、この受光セルでの受光量Ｙnを検出する（光量検出手段６）。つまりラインセンサ１上におけるエッジ位置近傍の受光セルにおいては、物体Ａのエッジにおけるフレネル回折によって該フレネル回折に固有な光量変化を呈する光量分布パターンが生じることから、ラインセンサ１の出力を自由空間側からサーチすることで、図２(ａ)(ｂ)に示すようにフレネル回折の光量分布パターンのピーク位置αと、このピーク位置から物体側に向けて次第に光量が低下するフレネル回折の光量分布パターンにおける光量落ち込み位置βとを検出する。
【００１５】
そしてこれらの受光セルの位置α,βによって示されるエッジ近傍の、フレネル回折による光量分布パターンが生じている範囲（光量変化領域）における受光セルの１つを特定し、その受光セルでの受光量Ｙnを求める。同時にこの受光セルの位置を、例えば前記ラインセンサ１における受光セルの並びの順序を示す画素番号Ｎ等として特定する。この画素番号Ｎによって上記受光セルの位置（受光セルの中心位置）が、例えばその配列ピッチをｐとして前記ラインセンサ１の一端部から［（Ｎ−１／２）×ｐ］なる距離として示される。
【００１６】
以上のようにしてエッジ近傍における特定の受光セルでの受光量Ｙnと、その受光セルの位置とを求めたならば、次にフレネル回折の光量分布パターンを近似した近似式に従って光量が［０.２５］となる位置（エッジ位置）と前記受光セルの位置とのずれ量Δｘを計算する。即ち、フレネル回折の光量分布パターンは、図３に示すように物体Ａのエッジ部において自由空間側に向けてその光量が増大する立ち上がり特性を示し、その特性曲線については前述した特許文献１に示されるようにハイパボリックセカント関数等を用いて精度良く近似することができる。
【００１７】
具体的には前記単色平行光の波長をλとし、ラインセンサ１から物体Ａまでの距離（ワーキングディスタンス）をｚとしたとき、その光量Ｙはエッジ位置での光量を［０.２５］として
Ｙ＝１.３７sech［１.９８（２／λｚ）１／２ｘ−２.３９］
として示すことができる。従って前述した如く光量がＹnとなる受光セルの位置は上記エッジ位置からΔｘだけずれた位置であって
Ｙｎ＝１.３７sech［１.９８（２／λｚ）１／２Δｘ−２.３９］
なる関係を満たすことになる。
【００１８】
従ってこの関係式を解くことにより前記光量がＹnとなる受光セルの位置とエッジ位置とのずれ量Δｘを
Δｘ＝[（λｚ／２）１／２／１.９８]
×｛２.３９−ln［（１＋（１−α２）１／２）／α］｝
但し、α＝Ｙn／１.３７
として求めることができる。そしてこのずれ量Δｘを前記受光セルの位置Ｘに加えれば、これによって前記ラインセンサ１上での前記物体Ａのエッジ位置を正確に求めることが可能となる。換言すればエッジ近傍の１つの受光セルにおける受光量Ｙnと、該受光セルの位置Ｘとから物体Ａのエッジ位置を簡単に計算することが可能となる。
【００１９】
尚、上述した演算を実行するに際しては、計測に用いた単色平行光（レーザ光）の波長λと、前記ラインセンサ１と物体Ａとの距離（ワーキングディスタンス；ＷＤ）ｚとを明らかにしておくことが必要である。従ってこれらの情報λ,ｚについては、予め設定した計測条件に応じて前記演算器３に入力しておくようにすれば良い。またこのエッジ位置検出装置を透明フィルムの蛇行制御に用いるような場合、上記透明フィルムのブレによって前記ワーキングディスタンスＷＤ（＝ｚ）が多少変動することが予想される。しかしこのワーキングディスタンスＷＤのずれは、前述した計算式で示されるように前述したずれ量Δｘに対して平方根（ルート）でしか影響を及ぼさない。
【００２０】
次表はエッジ近傍におけるフレネル回折の光量分布パターンに示される任意の光量（正規化光量）Ｙnによって示される受光セルの位置のエッジ位置からのずれ量Δｘを、ワーキングディスタンスＷＤ（＝ｚ）に応じて前述した演算式に従ってそれぞれ計算したものである。
【００２１】
【表１】
2009058271.tif 000003
【００２２】
この表に示されるように、仮にワーキングディスタンスＷＤに１０ｍｍのずれが生じたとしても、前述した如く求められるずれ量Δｘには高々数μｍ程度の誤差が生じるだけである。従ってこのエッジ位置検出装置を物体（透明フィルム）のエッジ位置を高精度に検出して蛇行制御に用いる上で、実際上、上述したワーキングディスタンスＷＤの変動は殆ど問題となることはない。
【００２３】
またこの表に示されるエッジ近傍の任意の受光セルによる受光量Ｙnと、該受光セルのエッジ位置からのずれ量Δｘとの関係をテーブル７として前記演算器（ＣＰＵ）３に登録しておけば、前述したようにラインセンサ１の出力からエッジ近傍の任意の受光セルによる受光量Ｙnを求めるだけで、この受光量Ｙnから物体Ａのエッジ位置を直接的に求めることが可能となる。従って従来一般的に行われてきたフレネル回折の光量分布パターンに対する補間処理に比較して、非常に簡単に、しかも検出精度を犠牲にすることなくエッジ位置を検出することができる。
【００２４】
更には物体Ａが透明または半透明であって、エッジ部分での光量の落ち込み量が少ない場合や、その落ち込み幅が狭い場合であっても、フレネル回折による光量分布パターンの任意の１点からエッジ位置を求めるだけなので、エッジ検出に支障が生じることがない。換言すれば物体Ａが透明または半透明であっても、そのエッジ位置を簡易に、しかも確実に検出することができる等の実用上多大なる効果が奏せられる。
【００２５】
尚、本発明は上述した実施形態に限定されるものではない。例えばラインセンサ１の出力からエッジ近傍における光量変化領域を検出するに際して、例えば光量のピーク位置が検出されるまで光量の落ち込み部分の検出を行わないようにすれば、自由空間における光量の落ち込みをエッジ部分として誤検出することがなくなり、その検出精度を高めることが可能となる。またラインセンサ１の出力からエッジ近傍での光量分布パターンを検出する場合、例えば隣接する３つ以上の受光セルでの受光量の落ち込みを検出するようにすれば、安定したエッジ検出が可能となる。その他、本発明はその要旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の一実施形態に係るエッジ位置検出装置の概略構成図。
【図２】単色平行光の光路中に透明フィルムを位置付けたときのラインセンサの出力の例を示す図。
【図３】フレネル回折による光量分布パターンによって示される、エッジ位置と任意の位置での光量Ｙnとの関係を示す図。
【符号の説明】
【００２７】
１  ラインセンサ
２  光源
３  演算器（ＣＰＵ）
４  ピーク検出手段
５  落ち込み検出手段
６  光量検出手段
７  テーブル
【図１】
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【図２】
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【図３】
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