JP4989993B2 - エッジ検出装置及びその光束調整方法 - Google Patents

Description

この発明は、投光器から照射された単色光束を受光器で受光し、該単色光束を遮る測定対象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その光束調整方法に関するものである。

図７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７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、光ファイバ１０１ｂ及び投光レンズ１０１ｃを備える。

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を測定対象物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測定対象物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。

エッジ検出部１０２による測定対象物１０４のエッジ位置の検出は、測定空間１０３で測定対象物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測定対象物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測定対象物１０４のエッジ位置を高精度に検出する。

特開２００４−１７７３３５号公報

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の全ての受光セルに単色平行光が照射されていれば、ラインセンサ１００の受光セル配列方向の幅分だけ、測定対象物１０４を検出することが可能である。しかしながら、エッジ検出装置を製造するにあたり、部品間の個体差等を考慮すると、全ての製品で投光器１０１における単色光の出射位置（光ファイバ１０１ｂの出射面位置）を投光レンズ１０１ｃの焦点位置に一致させて完全な平行光とすることは困難である。

そこで、従来のエッジ検出装置では、製造時のばらつきなどにより、投光レンズ１０１ｃで単色光をラインセンサ１００の受光セル配列方向の幅より広げた単色光束となる場合がある。

図８は、投光レンズによって単色光束をラインセンサの受光セル配列方向の幅より広げた場合を示す図であり、測定対象物１０４が測定空間１０３における単色光の光路を横断する方向に移動する場合を示している。図８（ａ）において、測定対象物１０４ｂは、測定空間１０３のラインセンサ１００側を移動し、図８（ａ）中の移動方向の位置でエッジがラインセンサ１００の最端部に配置された受光セル１０５に受光されるべき単色光を遮っている。

一方、測定対象物１０４ａは、エッジ位置からラインセンサ１００の受光面までの距離Ｂが測定対象物１０４ｂよりも大きく、測定空間１０３の投光レンズ１０１ｃ側を移動している。この場合、測定対象物１０４ａは、図８（ａ）に示すように、測定対象物１０４ｂと同一の移動方向の位置であっても、ラインセンサ１００に受光されるべき単色光を遮っていない。つまり、測定対象物１０４ａは、図８（ｂ）に示すようにさらに距離Ｃだけ移動しないと、エッジがラインセンサ１００の受光セル１０５に受光されるべき単色光を遮らない。

従って、投光レンズ１０１ｃによって単色光束がラインセンサ１００の受光セル配列方向の幅より広がっている場合、ラインセンサ１００の受光面からの距離が近い測定対象物１０４ａは、測定対象物１０４ｂよりも測定空間１０３内を移動方向にさらに進んだ位置まで移動しないと、ラインセンサ１００が検出できない。

図９は、図８中のエッジ検出装置による測定対象物の移動量に対するエッジ位置の移動量測定結果を示すグラフであり、測定空間の投光レンズ側を移動する測定対象物についての結果を示している。図９では、ラインセンサ１００の受光セル配列方向の幅が３０ｍｍである場合を例に挙げており、投光レンズ１０１ｃからラインセンサ１００の受光セルに完全な単色平行光が照射されていれば、基準位置０ｍｍとした場合、測定空間１０３内をラインセンサ１００に沿って移動する測定対象物１０４のエッジが基準位置から３０ｍｍ離れた位置まで可能である。なお、測定対象物１０４の移動ステージの基準位置は、図８（ａ）に示した測定対象物１０４ａ，１０４ｂの各下端の位置である。

しかしながら、このエッジ検出装置では、上述したように測定対象物１０４ｂと比較して投光レンズ１０１ｃ側を移動する測定対象物１０４ａが、測定空間１０３内をさらに進んだ位置まで移動しないと、ラインセンサ１００がエッジを検出できない。このため、図９に示すように、測定対象物１０４ａの移動ステージを０ｍｍから３０ｍｍまで移動させても、測定対象物１０４ａの移動量（エッジの移動量）が２８ｍｍ分しか測定されず、前後１ｍｍずつの計測誤差が生じる。つまり、測定対象物１０４の移動ステージの基準位置は、図８（ａ）で示した測定対象物１０４ａ，１０４ｂの各下端位置であることから、測定対象物１０４ａの場合、測定が開始されるまでの手前の１ｍｍと測定空間１０３を通過するまでの奥の１ｍｍに測定不能エリアが生じ、測定対象物１０４が実際に移動した移動量分の計測が不可能となる。

このように、従来のエッジ検出装置は、測定空間１０３における測定対象物１０４の位置関係によって、測定対象物１０４を同様に移動させても計測開始位置がずれる場合がある。この傾向は、ラインセンサ１００の受光セル配列方向の幅に製品ごとの個体差がある場合にさらに顕著になり、測定対象物１０４と投光器１０１及びラインセンサ１００との位置関係によって測定対象物１０４の移動量との間に計測誤差が生じる。

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、測定空間内の測定対象物の位置に依らず、測定空間内であれば測定対象物を確実に検出することができるエッジ検出装置を得ることを目的とする。

また、この発明は、投光器から受光器へ照射する単色光束の収束度合いを簡易な操作で調整することができるエッジ検出装置の光束調整方法を得ることを目的とする。

この発明に係るエッジ検出装置は、複数の受光セルを配列したラインセンサを有する受光器と、単色光を発生する光源と、当該光源からの単色光をその光軸に対し平行から所定の範囲で収束させた単色光束に変換してラインセンサに投光する投光レンズとを有する投光器と、測定空間で測定対象物が単色光束の一部を遮ることにより生じた測定対象物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を解析することにより、該測定対象物のエッジ位置を検出するエッジ検出部とを備えるものである。

この発明に係るエッジ検出装置は、投光器が、光源の単色光の出射部が投光レンズに向くように光源を搭載する第１ステージと、第１ステージを投光レンズに向かって左右に稼働させる第２ステージと、第２ステージを投光レンズの方向に沿って前後に稼働させる第３ステージとを備えるものである。

この発明に係るエッジ検出装置は、所定の範囲が光軸を中心として０．０１°以内であり、所定の範囲で収束させた単色光束がラインセンサの計測に使用する受光セルが配列された範囲に照射されるものである。

この発明に係るエッジ検出装置の光束調整方法は、上記エッジ検出装置の光束調整方法において、投光器と受光器を対向配置するステップと、投光器と受光器の間に形成される測定空間の投光器側に所定寸法を有する測定対象物を配置して当該測定対象物の寸法を計測するステップと、測定空間の受光器側に所定寸法を有する測定対象物を配置して当該測定対象物の寸法を計測するステップと、両ステップで計測された測定対象物の寸法差に基づいて、光源及び投光レンズのうちの少なくとも１つの位置を調整することにより、投光レンズからラインセンサへ投光される単色光束の収束度合いを調整するステップとを備えるものである。

この発明に係るエッジ検出装置の光束調整方法は、上記エッジ検出装置の光束調整方法において、投光器と受光器を異なる間隔で対向配置し、各間隔で投光器からの単色光束を受光したラインセンサの受光セル分布を計測するステップと、各間隔で計測された受光セル分布に基づいて、光源及び投光レンズのうちの少なくとも１つの位置を調整することにより、投光レンズからラインセンサへ投光される単色光束の収束度合いを調整するステップとを備えるものである。

この発明によれば、複数の受光セルを配列したラインセンサを有する受光器と、単色光を発生する光源と、当該光源からの単色光をその光軸に対し平行から所定の範囲で収束させた単色光束に変換してラインセンサに投光する投光レンズとを有する投光器と、測定空間で測定対象物が単色光束の一部を遮ることにより生じた測定対象物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を解析することにより、該測定対象物のエッジ位置を検出するエッジ検出部とを備えるので、調整が困難な完全な平行光を生成することなく、投光器と受光器の間に形成される測定空間における測定対象物の位置に起因して本来よりも測定範囲が狭まることを防止できるという効果がある。なお、ここでいう「本来」とは、例えば図８（ａ）において測定対象物１０４ｂの場合では３０ｍｍの移動量を測定できることを指しており、「測定範囲が狭まる」とは、例えば図８（ａ）において測定対象物１０４ａが３０ｍｍ移動したのに対して２８ｍｍしか測定できないことを指している。

この発明によれば、投光器が、光源の単色光の出射部が投光レンズに向くように光源を搭載する第１ステージと、第１ステージを投光レンズに向かって左右に稼働させる第２ステージと、第２ステージを投光レンズの方向に沿って前後に稼働させる第３ステージとを備えるので、簡易な構成で投光器から受光器へ照射する単色光束を調整することができるという効果がある。

この発明によれば、所定の範囲が光軸を中心として０．０１°以内であり、所定の範囲で収束させた単色光束がラインセンサの計測に使用する受光セルが配列された範囲に照射されるので、測定対象物の実移動量とその測定値との誤差をμｍオーダーに抑えることができるという効果がある。

この発明によれば、投光器と受光器を対向配置するステップと、投光器と受光器の間に形成される測定空間の投光器側に所定寸法を有する測定対象物を配置して当該測定対象物の寸法を計測するステップと、測定空間の受光器側に所定寸法を有する測定対象物を配置して当該測定対象物の寸法を計測するステップと、両ステップで計測された測定対象物の寸法差に基づいて、光源及び投光レンズのうちの少なくとも１つの位置を調整することにより、投光レンズからラインセンサへ投光される単色光束の収束度合いを調整するステップとを備えるので、簡易な基準で単色光束の収束度合いを保つことができるという効果がある。

この発明によれば、投光器と受光器を異なる間隔で対向配置し、各間隔で投光器からの単色光束を受光したラインセンサの受光セル分布を計測するステップと、各間隔で計測された受光セル分布に基づいて、光源及び投光レンズのうちの少なくとも１つの位置を調整することにより、投光レンズからラインセンサへ投光される単色光束の収束度合いを調整するステップとを備えるので、簡易な基準で単色光束の収束度合いを保つことができるという効果がある。

実施の形態１．
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。図１において、実施の形態１によるエッジ検出装置は、投光器１、受光器２及びエッジ検出部３を備える。投光器１は、受光器２のラインセンサ８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６及び投光レンズ７を備える。光源６は、不図示の移動ステージ上に設けられ、少なくとも図１中の投光レンズ７との距離Ａが調整可能である。この距離Ａを調整することにより、投光レンズ７は、光源６により発生された単色光を、ラインセンサ８の中央部に光軸を合わせつつ、該光軸に対し平行から所定の範囲で収束（絞った）させた単色光束として出力する。

受光器２は、ラインセンサ８及びＡ／Ｄ変換部９を備える。ラインセンサ８は、一定方向に所定のピッチで複数の受光セル（画素）が配列された受光面を有しており、投光器１から照射された単色光束を受光する。Ａ／Ｄ変換部９は、ラインセンサ８からのアナログ出力信号をデジタル信号に変換してエッジ検出部３に出力する。

エッジ検出部３は、マイクロコンピュータ等により構成され、プロセッサ１０及び表示部１１を備える。プロセッサ１０は、Ａ／Ｄ変換部９によってデジタル変換されたラインセンサ８の出力を解析して測定空間４で単色光束の一部を遮蔽した測定対象物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１１は、プロセッサ１０による検出結果を表示する。なお、エッジ検出部３は、受光器２内に設けてもよい。

投光器１において、光源６により発生された単色光が、投光レンズ７によって光軸に対し平行から所定の範囲で収束させた単色光束に変換された後、ラインセンサ８に照射される。投光器１とラインセンサ８との間の測定空間４において、測定対象物５が投光器１から照射される単色光束の光路を横断するように移動すると、ラインセンサ８に受光されるべき単色光束の一部が遮蔽される。なお、投光レンズ７の幅Ｌａは、ラインセンサ８の幅Ｌｂより大きく設定することにより、ラインセンサ８の受光セルを全て使って計測することが可能となり、かつ光軸又は計測可能範囲を合わせる操作が容易になる。また、投光レンズ７の幅Ｌａをラインセンサ８の幅Ｌｂより大きく設定すれば、ラインセンサ８の受光セルのうち両端の受光セルを使わずに中央部近辺の受光セルで計測する場合においても、同様に容易に光軸又は計測可能範囲を合わせることができる。

エッジ検出部３のプロセッサ１０は、測定空間４で測定対象物５が単色光束の一部を遮ることにより生じたラインセンサ８の全受光量の変化あるいは測定対象物５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を解析することにより、該測定対象物のエッジ位置を検出する。このようにして検出された測定対象物５のエッジ位置等の測定結果は表示部１１に表示することも可能であり、これによりユーザが測定結果を視認できる。

図２は、図１中の投光レンズを介してラインセンサに照射される単色光束を示す図である。図２において、実施の形態１によるエッジ検出装置では、光源６の移動ステージ等を動かすことにより、光源６の単色光出射面から投光レンズ７の位置までの距離Ａを調節し、光源６により発生された単色光をその光軸に対し平行から所定の範囲で収束させた単色光束に変換する。

図２に示すように、投光レンズ７で単色光束を絞ることにより、ラインセンサ８の受光面からエッジまでの距離Ｂが大きく、測定空間４の投光レンズ７側を移動する測定対象物５ａが、ラインセンサ８側の測定対象物と同一位置でラインセンサ８の最端部の受光セル８ａに受光されるべき単色光を遮蔽する。

このように、実施の形態１によるエッジ検出装置では、従来のエッジ検出装置とは異なり、投光レンズ７で単色光束を絞ってラインセンサ８に照射することにより、測定空間４内の測定対象物５の位置に依らず、測定対象物５の実移動量を確実に検出でき、測定空間４内の測定対象物５のラインセンサ８又は投光レンズ７との位置や距離に起因した計測不可状態を抑制することができる。また、製造時において、単色光束を収束させる方向のみに調整することにより、全ての製品に対して同様の特性と性能を引き出すことができ、製品管理が容易となる。

なお、単色光束を収束させる所定の範囲としては、投光レンズ７の端面位置ａからラインセンサ８の受光面の位置ｂまでの距離を３００ｍｍとした場合、単色光束の光軸に対して０．０１°以下の範囲とすることが望ましい。更には投光器１と受光器２の測定空間４の距離が離れた場合でも、ラインセンサ８の受光セルのうち実際に計測に使用するセルの配列幅以上に単色光束を照射することが望ましい。

実際のエッジ検出装置では、測定の高精度化が求められており、図９に示したような測定対象物５の実移動量（測定空間４内で測定対象物を移動させる移動ステージの移動量）と測定対象物５のエッジ位置移動量の測定値との誤差が少なくともμｍオーダー（数十μｍ程度）の範囲でなければならない。上述した光束を収束させる好適な範囲は、上記誤差が上記許容範囲となる臨界条件を規定している。

上記範囲よりも光束をさらに狭めると、測定対象物５の実移動量より少ない測定値が得られることとなる。例えば、単色光束を所定の範囲外まで絞りすぎると、上述した測定対象物５の実移動量と測定値との誤差が１００μｍから数百μｍ程度までずれる。

また、上述した光束を収束させる好適な範囲では、単色光束を絞りすぎてラインセンサ８と測定対象物５とが離れた場合（距離Ｂが大きい場合）に実移動量との差異が大きくなることを防ぐことができる。さらに、上記好適な範囲で光束を収束させることにより、投光レンズ７の幅Ｌａとラインセンサ８の幅Ｌｂとの大きさの差異も最小限にすることができる。つまり、実際に計測したい計測幅に対し、投光レンズ７を必要以上に大きく構成しなくてもよい。

なお、従来のように光束を収束させない場合、上述したように測定が開始されるまでの手前の１ｍｍと測定空間を通過するまでの奥の１ｍｍに測定不能エリアが生じ、測定対象物が実際に移動した移動領分の計測が不可能となる。これに対し、上記好適な範囲で光束を収束させて測定対象物５の移動量３０ｍｍ分のデータをラインセンサ８で取得することができれば、当該データに補正をかけて実際の移動量に変換することは容易である。

次に投光器１の具体的な構成について説明する。
図３は、図１中の投光器の内部構成を示す図であり、投光器１の上部カバーをはずした内部構造を上面から示している。なお、図３において、本発明における特徴部分以外は、記載を省略するか、簡略して記載している。

位置調整用ステージ１２は、長手方向が図３の紙面に垂直な方向に沿った長穴が設けられた板状部材１６ａと光源６を取り付けた板状部材１６ｂとが光源６を前後に挟み込むように配置され、板状部材１６ａの長穴に通した固定用ねじ１５を板状部材１６ｂのねじ穴に螺合して光源６が保持される。この位置調整用ステージ１２では、固定用ねじ１５をゆるめて長穴の長手方向に沿って移動させてから再度螺合することにより、図３の紙面に垂直な方向（高さ方向）に光源６の位置を調整することができる。

また、位置調整用ステージ１３は、位置調整用ステージ１２が設置され、長手方向が図３中のＡ１方向に沿った長穴１７を有する板状部材からなり、固定用ねじ１８を長穴１７に通して位置調整用ステージ１４のねじ穴に螺合して設置される。この位置調整用ステージ１３は、固定用ねじ１８をゆるめて長穴１７の長手方向に沿って板状部材を移動させてから再度螺合することにより、Ａ１方向に光源６の位置を調整することができる。

位置調整用ステージ１４は、位置調整用ステージ１３が設置され、長手方向が図３中のＡ２方向に沿った長穴１９を有する板状部材からなり、固定用ねじ２０を長穴１９に通して投光器１の筐体に設けたねじ穴に螺合して設置される。この位置調整用ステージ１４は、固定用ねじ２０をゆるめて長穴１９の長手方向に沿って板状部材を移動させてから再度螺合することにより、Ａ２方向に光源６の位置を調整することができる。

投光レンズ７はレンズホルダ２１ａに挿入され、留め具２１ｂで固定される。レンズホルダ２１ａのＡ２方向に垂直な端面は開口しており、光源６側の開口から単色光を入力し、これに対向する端面の開口から単色光束を出力する。

このように、実施の形態１による投光器１では、位置調整用ステージ１２，１３によりラインセンサ８の中央部に単色光束の光軸を合わせ、位置調整用ステージ１４を用いて光源６と投光レンズ７との距離Ａが大きくなるように、つまり光源６と投光レンズ７とが遠のくように調整することにより、光源６からの単色光束をその光軸に対し平行から所定の範囲で収束させた単色光束として出力する。

なお、図３では、位置調整用ステージ１４を用いて光源６の位置を調整する構成を示したが、投光レンズ７を位置調整用ステージ上に配置し、投光レンズ７側をＡ２方向に沿って移動させて単色光束の幅を調整するように構成してもよい。

次にラインセンサの実測定幅について説明する。
図４は、実施の形態１によるエッジ検出装置のラインセンサ出力を示す図であり、投光器１からの照射光を受光したラインセンサ８の受光セル分布を示している。なお、図４の横軸は、ラインセンサ８の受光セル位置に対応する受光セル番号を示し、縦軸は受光された単色光の強度である実光量を示している。ここで、受光セル番号とは、ラインセンサ８に配置された受光セルに対して最端部の受光セル（図２中の受光セル８ａ）から順に付した通し番号である。また、実光量とは、受光器２のＡ／Ｄ変換部９によってデジタル信号に変換されたラインセンサ８の出力信号のカウント値である。

図４において、受光セル番号範囲２ａに含まれるラインセンサ８の受光セルは、投光レンズ７から実際に照射光を受光している受光セルを示しており、受光セル番号範囲２ｂに含まれるラインセンサ８の受光セルは、測定対象物５のエッジ検出に使用する受光セルである。また、受光セル番号範囲２ａに含まれるラインセンサ８の受光セルでは、測定対象物５によって投光レンズ７からの照射光が遮蔽されている受光セルを示している。

このように、実際に単色光束を受光している受光セル番号範囲２ａに含まれる受光セルのうち、ラインセンサ８の端部の受光セルでは、受光する実光量が急激に低下しており、受光セル番号の最小値又は最大値付近の受光セルは、光源６、投光レンズ７及びラインセンサ８の位置関係によっては単色光をほとんど受光できない場合もある。

そこで、実施の形態１では、ラインセンサ８の中央部に光軸を合わせた光源６からの単色光束をその光軸に対し平行な状態から所定の範囲で収束させた単色光束とするとともに、受光セル番号範囲２ａに含まれる受光セルのうち、ラインセンサ８のより中央付近に位置する受光セル番号範囲２ｂの受光セルで規定される受光セル配列幅を実測定幅とする。なお、この受光セル配列幅は、受光セル番号範囲２ｂ内の受光セル番号によって正確に求めることができ、これによる実測定幅の範囲内で測定対象物５のエッジの全実移動量を計測することが可能である。

以上のように、この実施の形態１によれば、ラインセンサ８の中央部に光軸を合わせた投光器１からの単色光束をその光軸に対し平行から所定の範囲で収束（狭めた）させた単色光束としてラインセンサ８に投光するので、調整が困難な完全な単色平行光を生成することなく、測定空間４内における測定対象物５の位置に起因した計測誤差をなくし、かつ測定対象物５のエッジ位置の実移動量を確実に計測することができる。

実施の形態２．
この実施の形態２では、投光器１と受光器２との間に形成される測定空間４において、投光器１の近傍と受光器２の近傍とに所定寸法を有する測定対象物５を交互に配置し、それぞれの場合で測定対象物５の寸法（単色光を受光できない受光セルの配列幅の寸法）をそれぞれ計測して、これら測定対象物５の計測寸法差を基準として単色光束の収束度合いを調整する。

なお、ここでいう単色光束の収束度合いとは、ラインセンサ８の中央部に光軸を合わせた投光器１からの単色光がその光軸に対し平行からどの程度収束しているかを示す度合いである。従って、投光器１から照射される単色光束が完全な平行光であれば、ラインセンサ８の受光面からの測定対象物５の距離が異なっていても上記差の値は０となる。

図５は、この発明の実施の形態２によるエッジ検出装置の光束調整方法を説明するための図であり、投光器１と受光器２に対する測定対象物５の位置関係を示している。図５では、ラインセンサ８の受光面から距離がＢ１である、投光器１の近傍に配置した測定対象物５の計測寸法と、ラインセンサ８の受光面から距離がＢ２（Ｂ１＞Ｂ２）である、受光器２の近傍に配置した測定対象物５の計測寸法との差を基準として単色光束の収束度合いを調整する。

先ず、投光器１と受光器２を対向配置する。例えば、上記実施の形態１の図２で示したように、投光レンズ７の端面位置ａからラインセンサ８の受光面の位置ｂまでの距離が３００ｍｍとなる位置に投光器１と受光器２とを配置する。

この後、投光器１と受光器２の間に形成される測定空間４の投光器１側に所定寸法を有する測定対象物５を配置して当該測定対象物５の寸法を計測する。図５の例では、位置ａに配置した測定対象物５の寸法を計測する。続いて、測定空間４の受光器２側に所定寸法を有する測定対象物５を配置して当該測定対象物５の寸法を計測する。図５の例では、位置ｂに配置した測定対象物５の寸法を計測する。

次に、位置ａと位置ｂで計測された測定対象物５の寸法差に基づいて、光源６及び投光レンズ７のうちの少なくとも１つの位置を調整することにより、投光レンズ７からラインセンサ８へ投光される単色光束の収束度合いを調整する。ここで、位置ａに配置した測定対象物５の計測寸法と位置ｂに配置した測定対象物５の計測寸法との差から、投光レンズ７を通過した単色光束がその光軸に対して０．０１°以下の範囲で収束するように調整される。

なお、光学系の調整方法としては、投光器１が図３のように構成されている場合、位置調整用ステージ１２，１３，１４を用いて光源６の位置を調整する。この他、投光レンズ７の位置を移動させて調整してもよく、受光器２のラインセンサ８の位置を移動させて調整するようにしてもよい。

以上のように、この実施の形態２によれば、受光器２で検出される測定対象物５の計測寸法を用いて単色光束の収束度合いを調整するので、簡易に基準で単色光束の収束度合いを保つことが可能となる。

実施の形態３．
上記実施の形態２では、ラインセンサ８の受光面からの測定対象物５の距離ごとの測定対象物５の計測寸法の差を基準として用いたが、この実施の形態３は、投光器１と受光器２との間隔を変え、そのときラインセンサ８の出力から求められる受光セル分布を基準として単色光束の収束度合いを調整する。

図６は、この発明の実施の形態３によるエッジ検出装置の光束調整方法を説明するための図であり、投光器１からの照射光を受光したラインセンサ８の受光セル分布を示している。図６において、横軸は、図４と同様にラインセンサ８の受光セル位置に対応する受光セル番号を示しており、縦軸は受光された単色光の強度である実光量を示している。

先ず、投光器１と受光器２を異なる間隔で対向配置し、各間隔で投光器１からの単色光束を受光したラインセンサ８の受光セル分布を計測する。ここで、受光セル分布の幅は、ラインセンサ８の一定方向に配列した受光セルのうち、所定の光量を受光した受光セルの配列幅に相当し、ラインセンサ８の受光面に照射された単色光束の幅に対応する。図６の例では、受光した実光量が実際に計測に使用できる程度の光量である１００カウント以上の受光セルによる受光セル分布を計測している。

投光器１と受光器２は、投光器１から照射される単色光束の光軸がラインセンサ８の中央部に位置するように対向配置し、例えば投光器１と受光器２を間隔０ｍｍで配置して、実光量が１００カウント以上の受光セル分布を計測する。続いて、投光器１と受光器２との間隔を３００ｍｍ離して、実光量が１００カウント以上の受光セル分布を計測する。

次に、各間隔で計測された受光セル分布に基づいて、光源６及び投光レンズ７のうちの少なくとも１つの位置を調整することにより、投光レンズ７からラインセンサ８へ投光される単色光束の収束度合いを調整する。例えば、投光器１と受光器２との間隔が３００ｍｍである場合の受光セル分布幅が、間隔が０ｍｍでの受光セル分布幅より所定の規定値だけ狭くなるように光学系を調整する。

なお、所定の規定値としては、上記実施の形態１と同様に、投光器１と受光器２との間隔が０ｍｍと３００ｍｍの場合、３００ｍｍにおける単色光束幅の差分から、投光レンズ７を通過した単色光束がその光軸に対して０．０１°以下の範囲で収束するように受光セル分布の幅差を設定する。

また、光学系の調整方法としては、投光器１が図３のように構成されている場合、光源６を位置調整用ステージ１２，１３，１４によって光源６の位置を調整するか、投光レンズ７の位置を移動させて調整してもよい。

以上のように、この実施の形態３によれば、ラインセンサ８の出力から求められる受光セル分布を基準として単色光束の収束度合いを調整するので、簡易に基準で単色光束の収束度合いを保つことが可能となる。

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１中の投光レンズを介してラインセンサに照射される単色光束を示す図である。 図１中の投光器の内部構成を示す図である。 実施の形態１によるエッジ検出装置のラインセンサ出力を示す図である。 この発明の実施の形態２によるエッジ検出装置の光束調整方法を説明するための図である。 この発明の実施の形態３によるエッジ検出装置の光束調整方法を説明するための図である。 従来のエッジ検出装置の構成を示す図である。 単色光束をラインセンサの受光セル配列方向の幅より広げた場合を示す図である。 図８中のエッジ検出装置による測定対象物の移動量に対するエッジ位置の移動量測定結果を示すグラフである。

符号の説明

１ 投光器
２ 受光器
３ エッジ検出部
４ 測定空間
５，５ａ 測定対象物
６ 光源
７ 投光レンズ
８ ラインセンサ
８ａ 受光セル
９ Ａ／Ｄ変換部
１０ プロセッサ
１１ 表示部
１２〜１４ 位置調整ステージ
１５，１８，２０ 固定用ねじ
１６ａ，１６ｂ 板状部材
１７，１９ 長穴
２１ａ レンズホルダ
２１ｂ 留め具
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
１０２ エッジ検出部
１０３ 測定空間
１０４，１０４ａ，１０４ｂ 測定対象物
１０５ 受光セル

Claims (5)

1. 複数の受光セルを配列したラインセンサを有する受光器と、
   単色光を発生する光源と、前記光源からの単色光をその光軸に対し平行から所定の範囲で収束させた単色光束に変換して前記ラインセンサに投光する投光レンズとを有する投光器と、
   測定空間で測定対象物が単色光束の一部を遮ることにより生じた測定対象物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を解析することにより、該測定対象物のエッジ位置を検出するエッジ検出部と
   を備えたエッジ検出装置。
2. 投光器は、光源の単色光の出射部が投光レンズに向くように前記光源を搭載する第１ステージと、前記第１ステージを前記投光レンズに向かって左右に稼働させる第２ステージと、前記第２ステージを前記投光レンズの方向に沿って前後に稼働させる第３ステージとを備えたことを特徴とする請求項１記載のエッジ検出装置。
3. 所定の範囲は、光軸を中心として０．０１°以内であり、
   前記所定の範囲で収束させた単色光束は、ラインセンサの計測に使用する受光セルが配列された範囲に照射されることを特徴とする請求項１または請求項２記載のエッジ検出装置。
4. 請求項１記載のエッジ検出装置の光束調整方法において、
   投光器と受光器を対向配置するステップと、
   前記投光器と前記受光器の間に形成される測定空間の投光器側に所定寸法を有する測定対象物を配置して当該測定対象物の寸法を計測するステップと、
   前記測定空間の受光器側に前記所定寸法を有する測定対象物を配置して当該測定対象物の寸法を計測するステップと、
   前記両ステップで計測された測定対象物の寸法差に基づいて、光源及び投光レンズのうちの少なくとも１つの位置を調整することにより、前記投光レンズから前記ラインセンサへ投光される単色光束の収束度合いを調整するステップとを備えたエッジ検出装置の光束調整方法。
5. 請求項１記載のエッジ検出装置の光束調整方法において、
   投光器と受光器を異なる間隔で対向配置し、各間隔で前記投光器からの単色光束を受光した前記ラインセンサの受光セル分布を計測するステップと、
   前記各間隔で計測された受光セル分布に基づいて、光源及び投光レンズのうちの少なくとも１つの位置を調整することにより、前記投光レンズから前記ラインセンサへ投光される単色光束の収束度合いを調整するステップとを備えたエッジ検出装置の光束調整方法。

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