JPH0619475B2 - エッジ検出装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、被測定物のエッジをリニアアレイセンサを用
いて検出するエッジ検出装置に関する。ここで、エッジ
の検出とは、エッジ検出装置に対する被測定物のエッジ
の相対的位置を特定することをいう。より具体的には、
エッジ検出装置のリニアアレイセンサ上へ投影される被
測定物のエッジ像部分の、リニアアレイセンサの長さ方
向の位置を、リニアアレイセンサに対して相対的に特定
することをいう。そして、正確なエッジ位置とは、ぼけ
等のない理想的なエッジの投影像により特定されるよう
なエッジ位置をいう。すなわち検出されるエッジ位置が
正確であるとは、そのエッジ位置が常に現実のエッジ位
置に一定の位置関係をもって対応することをいう。

〔従来の技術〕

従来、リニアアレイセンサによるエッジの検出は、第２
図のように光源１が発する光を照明用レンズ２を介して
被測定物３に照射し、被測定物３のエッジの影（透過
光）をリニアアレイセンサ９で直接検出するか、第３図
のようにさらに結像レンズ４を加え、結像レンズ４によ
りエッジ像をリニアアレイセンサ９上に結像して検出す
ることにより行なっていた。

［発明が解決しようとしている問題点］ しかしながら、上記従来例では、被測定物のエッジの検
出についてあいまいさがあり、正確な位置検出ができな
かった。

すなわち、第２図の場合においては、証明が完全な平行
光束照明（テレセントリック照明）になっていないこと
によるエッジからの光束の侵入や、エッジでの回折の影
響によるエッジ像のぼけなどにより、一般に正しいエッ
ジ位置をどのように判断するかに問題があった。また、
第３図の場合においても、上記の問題に加え、結像レン
ズの焦点合せの不完全さによる像のぼけなどが悪影響を
及ぼしていた。

また、これらの問題を解決する方法としては、第４図に
略記したようにエッジのぼけ像の強度が設定された一定
のレベルを出力するリニアアレイセンサの画素の位置を
エッジ位置と判断して検出する方法がとられていたが、
照明光の強度により現実のエッジ位置と前記画素位置と
の位置関係が変化すること、また、被測定物の位置によ
っては対応するぼけ像の形状が変わってくるため、同様
に前記位置関係がずれてしまうことなどの問題があっ
た。

本発明の目的は、このような従来技術の問題点に鑑み、
リニアアレイセンサを用いたエッジ検出装置において、
エッジ像のぼけや照明光の強度等に影響されることなく
被測定物の正確なエッジ位置が検出できるようにするこ
とにある。

［問題点を解決するための手段］ 上記問題点を解決するため本発明では、被測定物のエッ
ジ部を照明して該エッジ部の像または影をリニアアレイ
センサ上に投影し、該リニアアレイセンサの出力に基づ
き被測定物のエッジ位置を検出するエッジ検出装置にお
いて、リニアアレイセンサの数を２個とし、エッジ部か
らの光を２光路に分けてエッジ部の像または影は各リニ
アアレイセンサに１つずつかつ相互にほぼ１８０゜の回
転対称となるような位置関係で投影するようにしてい
る。

［作用］ 主たる作用としては、通常のエッジ像に加えて、それと
同形状で反転した半転像とを作成し、その２つのエッジ
像強度が等しくなる位置を、エッジ位置として検出する
ことにより、前に述べた問題点を解消し、高分解能なエ
ッジ検出を達成するものである。すなわち、一方のリニ
アレイセンサ上にエッジ部の像または影（正対像）が投
影されると、エッジ位置はリニアアレイセンサの各エレ
メント間における検出強度の変化として認識されるが、
一般にぼけ等のため各エレメント間における強度変化は
緩慢であり、また強度変化区間のどの位置がエッジ位置
であるかを所望の精度で特定することも照明光の強度変
化等のためむずかしい。そこで、この強度変化を反転像
が投影された、したがって対称な強度変化を示す、他方
のリニアアレイセンサの各エレメント間の強度変化と比
較し、この対称な双方の強度変化曲線の対称線あるいは
交点の位置をエッジ位置に対応する位置としてエッジ位
置が検出される。

すなわち、例えば、双方の対応するエレメント同志を比
較してゆき、出力が等しくなる点あるいは出力の強弱が
反転した点をエッジ位置に対応する点としてエッジ位置
を検出することができる。

この対称線あるいは交点の位置や、ぼけや照明光の強度
変化あるいは像形状の変化によらず常にエッジ位置に対
応する位置を示し、したがって、本発明によれば、常に
被測定物の正確なエッジ位置の検出が図られる。

［実施例］ 以下、図面を用いて本発明の実施例を説明する。

第１図は本発明の一実施例に係るエッジ検出装置の構成
を表わす模式図である。同図において、１はエッジを照
明するための光源、２は光源１の光束を有効に、且つ、
均一に説明するための照明用レンズ、３は測定されるエ
ッジ部３ａをもつ被測定物、４は被測定物３のエッジ部
３ａの像を結像するための結像レンズ、５は結像レンズ
４からの光束を２方向に分けるためのハーフミラー、６
はエッジ部３ａの像を反転させるためのペンタプリズ
ム、７はハーフミラー５からの光束を曲げるためのミラ
ー、８はペンタプリズム６からの光量を調整してハーフ
ミラー５により分けられた２光束の光量バランスを調整
するため光量調整フィルタ、９ａおよび９ｂはエッジ像
の位置を検出するためのリニアアレイセンサである。

この構成において、光源１からの光は照明用レンズ２に
よりほぼ平行光束にされたのち、被測定物３上のエッジ
部３ａを照明する。そして照明されたエッジ部３ａの像
は結像レンズ４によりリニアアレイセンサ９ａおよび９
ｂ上に結像される。すなわち、エッジ部３ａからの光
は、ハーフミラー５により２光束ＡおよびＢに分けら
れ、ハーフミラー５で反射された方の光束Ａはペンタプ
リズム６を通過したのち光量調整フィルタ８を介してリ
ニアアレイセンサ９ａ上にエッジ部３ａの像をそれと同
方向で結像（正対像）する。また、ハーフミラー５を透
過した光束Ｂは２枚のミラー７によりエッジ部３ａの像
を１８０度反転した状態でリニアアレイセンサ９ｂ上に
結像（反転像）する。一般に、このようなエッジ像のア
レイ方向の強度分布は第４図のようになっている。

そして、このようにして正対像と反転像とに分けられた
被測定物３のエッジ部３ａの像（エッジ像強度分布）
が、ほぼ同位置に置かれた２個のリニアアレイセンサ９
ａ，９ｂの検出対応位置において、第５図のようにエッ
ジに対応する位置（強度分布曲線の傾斜部分）で交わる
ように光学系を配置し、リニアアレイセンサ９ａおよび
９ｂの各基準位置からほぼ等しい距離にある対応するエ
レメントの検出強度を比較して強度の強弱が逆転するか
または等しくなるエレメント位置をエッジの位置と判断
して、そこまでのリニアアレシセンサの絶対位置より距
離を検出する。

この方法によれば、第５図のように、もとは１つのエッ
ジ像を２分割して向い合せに重ね合せた像から検出する
のと同様の効果をもち、交点の位置は、光源の光量変
化、回折の影響、エッジ像のぼけ、照明光束の回り込み
等の影響を受けず、常に一定したエッジ位置を検出する
ことができる。

すなわち、第５図において、光量大における正対像及び
反転像の交点すなわち対称点をエッジ検出位置とすれ
ば、リニアアレイセンサ９ａ，９ｂや他の要素（１，
２，４〜８）の位置関係が固定されているため、現実の
エッジ位置が同一であれば、光量小やボケ像の場合にお
いても、正対像及び反転像は対称でかつ対称点は光量大
における場合と同一位置となる。したがって、光量大、
光量小、ボケ像いずれの場合においても、対称点は一致
しかつ同一の現実のエッジ位置に対応することになる。
また、現実のエッジ位置が焦点方向に変動した場合で
も、対称点は常に一定であり、常に現実のエッジ位置に
対応する。これに対し、第４図の従来例のように、一定
の検出レベルをもってエッジ位置とする場合は、光量
大、光量小、ボケ像の各場合において、現実のエッジ位
置が同一であっても、検出位置が変動してしまう。

［実施例の変形例］ なお、本発明は上述実施例に限定されることなく適宜変
形して実施することができる。

例えば、本発明は必ずしも結像レンズを用いなくてもよ
い。すなわち、第１図において結像レンズ４を除いた構
成も可能である。また、照明手段にしても必ずしも照明
用レンズの使用を限定するものではなく、蛍光灯照明の
ような面状照明などを使用することができる。さらに、
エッジ像をリニアアレイセンサ上に正対および反転結像
するための光学系についてもペンタプリズムにかえて直
角プリズムを２個使用したものなどにすることも可能で
ある。

また、上述においては、正対および反転像の強度を等し
くし、かつリニアアレイセンサの検出感度を含めた２系
列の電気系のバランスを良くとることを前提に説明した
が、これら光学系および電気系に多少のアンバランスが
ある時でも各系列の信号は１つの信号（エッジ像）をあ
る比率で分割したものであるためその設定されている状
態が一定であれば誤差は常に一定となることから、この
偏差をあらかじめ計測しておいてその値を検出値に加え
て検出値を補正するようにしてもよい。

また、エッジ位置の判定において、リニアアレイセンサ
上の各エレメントは断続的に配置されているため、エッ
ジ像の光量変化の度合とエレメントの大きさ等により、
対応する２個のエレメントの出力が等しくならない場合
や、等しくなっている状態が数エレメントにわたって続
く場合がある。このような場合は、２系列間でそれぞれ
のエレメントの出力強度の強弱が逆転するまで測定し、
その中央値をエッジの位置とみなしてリニアアレイセン
サの基準位置からの測定値とすることもできる。

さらに、リニアアレインセンサの分解能が不足する場合
には、対応するエレメントの位置を半ピッチずらずこと
により、２倍の検出感度を得ることもできる。

［発明の効果］ 以上説明したように、本発明によれば、エッジ像を分割
した正対および反転の２つの像からエッジ位置を検出す
るようにしたため、光源の光量変化やエッジ像のぼけ等
に影響されることなく精確かつ安定したエッジ位置検出
が行なえる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一実施例に係るエッジ検出装置の構
成を示す模式図、 第２図および第３図は、従来のエッジ検出装置の構成を
示す模式図、 第４図は、エッジ像の一般的な強度分布を示すグラフ、
そして 第５図は、第１図の装置におけるエッジ検出の原理を説
明するための説明図である。 １：光源、 ２：照明用レンズ、 ３：被測定物、 ３ａ：エッジ部、 ４：結像レンズ、 ５：ハーフミラー、 ６：ペンタプリズム、 ７：ミラー、 ８：光量調整フィルタ、 ９ａ，９ｂ：リニアアレイセンサ。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】２個のリニアアレイセンサと、被測定物の
   エッジ部を照明する照明手段と、該照明手段により照明
   されたエッジ部からの光を２光路に分けて上記エッジ部
   の像または影を上記２個のリニアアレイセンサのそれぞ
   れに相互にほぼ１８０゜の回転対称となるように投影す
   る光学手段とを具備し、該２個のリニアアレイセンサか
   らの出力に基づき被測定物のエッジ位置を検出すること
   を特徴とするエッジ検出装置。
2. 【請求項２】前記光学手段が結像レンズを有するもので
   あり、該結像レンズによって被測定物のエッジ部の像が
   前記２個のリニアアレイセンサ上に結像される特許請求
   の範囲第１項記載のエッジ検出装置。
3. 【請求項３】前記エッジ部からの光は該エッジ部の透過
   光であり、該エッジ部の影が前記２個のリニアアレイセ
   ンサ上に投影される特許請求の範囲第１項記載のエッジ
   検出装置。
4. 【請求項４】前記光学手段がペンタプリズムまたは２個
   の直角プリズムを有する特許請求の範囲第１項記載のエ
   ッジ検出装置。