[其他]光学测量仪中所用的边沿检测器件

说明书

光学测量仪中用的边沿检测器件，用检测透射光或反射光来直接或间接测量被测物体的尺寸，该检测器件包括：有两个彼此同心配置的光接收元件的敏感器，以随着相对运动过程中的明部或暗部产生相移信号。连接在敏感器输出端的差值计算器计算相移信号间的差值；区域信号产生器，至少使一个由信号处理系统产生的输出信号变成为输入信号；以及敏感装置，用它输出在差值计算器的输出信号和预调的基准电平信号之间的交叉信号。

本发明涉及测量物体尺寸、位移值及形状的光学测量仪器中所用的边沿检测器件。具体地说，涉及这样一种光学测量仪中所用的边沿检测器件，在测量中，被测物体为不透明的，用扫描光直接照射它，由于这种照射产生的透射光和反射光，或者说由于透射光或反射光所形成的被测物体的投影影象，由一个或多个光电元件接收，从中取出一个或多个电信号，同时，响应上述一个或多个电信号而完成被测物体的尺寸测量、位置鉴别、结构或形状判断等。

迄今为止，所介绍过的典型光学测量仪表，例如投影仪，是这样一种结构，即支架上的被测量的物体由平行光照射，响应该平行光的透射光或反射光，将被测物体的投影影象聚焦在一个屏上，并从所形成的影象上测量被测物体的尺寸、结构或形状。但是，被投影物体投影在屏上一般要有一个称之为模糊的边沿，因此，在支架上的被测物体移动时，而通过屏上所形成的影象和十字丝两者之间的重合来准确读出测量值是很困难的。

为避免上述缺点，已提出这样一种方法，即所形成的影象的边沿相对于光电元件移动，利用这种移动，使得当光电元件的光接收面上投射影象的亮部面积和暗部面积之比发生变化，从而产生的光电元件所输出的电信号在数值上的变化，将该变化值与基准电压比较，就能检测投影影象的边沿。

但这种方法出现这样一些缺点，即干扰光和其他因素的噪声的有害影响较大;及由于从光电元件所得到的信号或基准电压的起伏，使测量精度降低很多。

此外，还有另外一种方法，在此方法中，光电元件对投射在屏上的影象的边界（边沿），相对移动，在此时刻的对输出信号进行二阶微分，求得波形信号，用这种方式将波形信号与基准电压比较，由此来检测边沿。然而，它也有一些缺点，即被检测的边沿的位置随光电元件和投影影象之间的相对速度的不同而有所差别，因而由于类似上述基准电压的起伏而使测量精度降低很多。

此外还有两种光电元件，它们对投影影象的边沿相对移动，同时从上述相对运动所得到的几个输出信号可以求得波形信号，将波形信号与基准电压比较来检测边沿。但是和上述情况类似，也有某些缺点，即由于输出信号和基准电压之间的相对变化，电平和类似因素的起伏，使测量极不稳定，除此之外，辐射光的照射强度的应用领域很窄，进行测量受到限制，同时，敏感元件部分或电路部分在结构上也变得复杂。

特别是在投影仪上，屏上投射的影象的亮度因照射发光灯的疲劳、在投影系统中的透镜性能及各种干扰光而有所改变，此外，投影影象的亮度作为一个测量者的部分的一个条件须选择适宜的亮度而变化，而这种适宜于操作的亮度则取决于测量者的瞳孔的颜色（视种族而异）。因此，上面所提到的辐射光照射强度的应用领域如果很窄，就要导致降低投影仪的能力。

除此以外，按照边沿检测的一般方法，当投影影象的焦点移动时，由光电元件所输出的波形成为弯度不大的波形，因此，而带来的缺点是不可能准确地检测其边沿。

不止是投影仪有这个缺点，而且对光学测量仪表在作边沿检测，在检测中，一般对透射光或反射光进行检测，以直接或间接测量被测物体的尺寸及形状，都有这个缺点。

针对上述情况，正如在日本专利特许公开No.173408/83（美国专利申请号No.481，640，英国公开2118 299A，西德3312203 A1）所公开的那样为例，在光学测量仪表中，可以提供边沿检测器件，在此器件中，对发射光或反射光进行检测，来直接或间接测量被测物体的尺寸，它包括：

含有4个光接收元件的敏感器，以便响应被测物体与之作相对运动的时刻所产生的亮部或暗部，产生至少两组相移信号;

第一和第二计算装置，能计算每个独立组的相移信号间的差值;