(57)【要約】【課題】受光量分布信号から測定波形信号を得る。【解決手段】光学計測装置１００は、対象物ＴＡに向けて光を発する光源１０と、複数の画素のそれぞれが受光量を検出可能に構成される受光部４０であって、画素毎の受光量分布信号を得る受光部４０と、対象物ＴＡが存在しないときの受光量分布信号に基づいて、対象物ＴＡによって反射された反射光の受光量分布信号から計測波形信号ＭＳを取得する取得部５１と、反射光の受光量分布信号の一部の受光量が所定値以上であるときに、計測波形信号ＭＳが取得されるように、反射光の受光量分布信号に対する感度パラメータを調整する調整部５３と、を備える。【選択図】図１
2020076653.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
対象物に向けて光を発する投光部と、
複数の画素のそれぞれが受光量を検出可能に構成される受光部であって、前記画素毎の受光量分布信号を得る受光部と、
前記対象物が存在しないときの前記受光量分布信号に基づいて、前記対象物によって反射された反射光の前記受光量分布信号から計測波形信号を取得する取得部と、
前記反射光の前記受光量分布信号の一部の受光量が所定値以上であるときに、前記計測波形信号が取得されるように、前記反射光の前記受光量分布信号に対する感度パラメータを調整する調整部と、を備える、
光学計測装置。
【請求項２】
前記調整部は、取得される前記計測波形信号のピーク受光量が所定値以上となるように、前記反射光の前記受光量分布信号に対する感度パラメータを調整する、
請求項１に記載の光学計測装置。
【請求項３】
前記調整部は、前記対象物の反射率に基づいて、前記感度パラメータを調整する範囲を設定する、
請求項１又は２に記載の光学計測装置。
【請求項４】
前記調整部は、前回の前記計測波形信号が取得されたときの前記感度パラメータに基づいて、前記感度パラメータを調整する範囲を設定する、
請求項１又は２に記載の光学計測装置。
【請求項５】
前記感度パラメータは、前記光の投光量、前記光の投光パワー、前記受光部の露光時間、及び前記受光部のゲインのうちの少なくとも１つを含む、
請求項１から４のいずれか一項に記載の光学計測装置。
【請求項６】
前記受光量の所定値は、受光量が飽和する値である、
請求項１から５のいずれか一項に記載の光学計測装置。
【請求項７】
前記計測波形信号に基づいて、前記光学計測装置から前記対象物までの距離を計測する計測部をさらに備える、
請求項１から６のいずれか一項に記載の光学計測装置。
【請求項８】
前記光に対して光軸方向に沿う色収差を生じさせ、色収差を生じさせた光を前記対象物に照射する光学系をさらに備え、
前記光は複数の波長成分を含み、
前記光学系は前記反射光を集光し、
前記受光部は前記波長成分毎に受光量を検出可能に構成される、
請求項１から７のいずれか一項に記載の光学計測装置。
【請求項９】
対象物に向けて光を発する投光ステップと、
画素毎の受光量分布信号を得る受光ステップと、
前記対象物が存在しないときの前記受光量分布信号に基づいて、前記対象物によって反射された反射光の前記受光量分布信号から計測波形信号を取得する取得ステップと、
前記反射光の前記受光量分布信号の一部の受光量が所定値以上であるときに、前記計測波形信号が取得されるように、前記反射光の前記受光量分布信号に対する感度パラメータを調整する調整ステップと、を含む、
光学計測方法。
【請求項１０】
前記調整ステップは、取得される前記計測波形信号のピーク受光量が所定値以上となるように、前記反射光の前記受光量分布信号に対する感度パラメータを調整することを含む、
請求項９に記載の光学計測方法。
【請求項１１】
前記調整ステップは、前記対象物の反射率に基づいて、前記感度パラメータを調整する範囲を設定することを含む、
請求項９又は１０に記載の光学計測方法。
【請求項１２】
前記調整ステップは、前回の前記計測波形信号が取得されたときの前記感度パラメータに基づいて、前記感度パラメータを調整する範囲を設定することを含む、
請求項９又は１０に記載の光学計測方法。
【請求項１３】
前記感度パラメータは、前記光の投光量、前記光の投光パワー、受光部の露光時間、及び前記受光部のゲインのうちの少なくとも１つを含む、
請求項９から１２のいずれか一項に記載の光学計測方法。
【請求項１４】
前記受光量の所定値は、受光量が飽和する値である、
請求項９から１３のいずれか一項に記載の光学計測方法。
【請求項１５】
前記計測波形信号に基づいて、光学計測装置から前記対象物までの距離を計測する計測ステップをさらに含む、
請求項９から１４のいずれか一項に記載の光学計測方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学計測装置及び光学計測方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、投光部１０１と、複数の光電変換素子の配列により受光に伴う電荷を所定時間蓄積してから出力する構成の受光部１０２とを具備する反射型の光学式センサ１において、検出対象物への投光が開始されてから判定出力が行われるまでの応答時間として許容される時間の長さと、投光および受光ならびに感度の調整処理を含む測定処理の周期の長さに基づき、応答時間内に実現可能な感度調整の最大回数を求め、この最大回数分の感度調整によるダイナミックレンジが、当該最大回数と１回の感度調整処理により調整される最大の倍率とにより定まる最大のダイナミックレンジを超えないようにすることを条件に、露光時間、投光強度、および受光量の増幅率の各感度パラメータの調整範囲の組み合わせを設定するもの知られている（特許文献１参照）。この光学式センサは、要求される応答時間を守りながらダイナミック レンジを可能な限り広くするができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１３−１９０３７８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
一方、受光部を構成する複数の画素を用いて画素毎の受光量分布信号を得る場合、受光量分布信号には、対象物によって反射された信号光成分以外に、ファイバケーブルの接続部等において反射された戻り光成分が含まれることが知られていた。
【０００５】
この戻り光成分を除去するために、従来の光学計測装置では、対象物がある状態で得た受光量分布信号から対象物がない状態で得た受光量分布信号を差し引いて、対象物によって反射された信号光成分である計測波形信号を得て、この計測波形信号に基づいて対象物までの距離を計測していた。
【０００６】
しかしながら、対象物がない状態で得た受光量分布信号の感度パラメータを用いて、対象物がある状態で受光量分布信号を得ると、その一部の受光量が飽和してしまうことがあり、計測波形信号を得られないことがあった。
【０００７】
そこで、本発明は、受光量分布信号から測定波形信号を得ることのできる光学計測装置及び光学計測方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の一態様に係る光学計測装置は、対象物に向けて光を発する投光部と、複数の画素のそれぞれが受光量を検出可能に構成される受光部であって、画素毎の受光量分布信号を得る受光部と、対象物が存在しないときの受光量分布信号に基づいて、対象物によって反射された反射光の受光量分布信号から計測波形信号を取得する取得部と、反射光の受光量分布信号の一部の受光量が所定値以上であるときに、計測波形信号が取得されるように、反射光の受光量分布信号に対する感度パラメータを調整する調整部と、を備える。
【０００９】
この態様によれば、対象物によって反射された反射光の受光量分布信号の一部の受光量が所定値以上であるときに、計測波形信号が取得されるように、対象物の反射光の受光量分布信号に対する感度パラメータが調整される。これにより、感度パラメータを調整した後に得た対象物の反射光の受光量分布信号において、受光量を所定値未満にすること、例えば受光量を飽和させないことが可能になり、感度パラメータを調整後の対象物の反射光の受光量分布信号には、信号光成分が含まれる。従って、対象物によって反射された反射光の受光量分布信号の感度パラメータを調整することで、対象物の反射光の受光量分布信号から計測波形信号を取得することができる。
【００１０】
前述した態様において、調整部は、取得される計測波形信号のピーク受光量が所定値以上となるように、反射光の受光量分布信号に対する感度パラメータを調整してもよい。
【００１１】
この態様によれば、取得される計測波形信号のピーク受光量が所定値以上となるように、対象物の反射光の受光量分布信号に対する感度パラメータが調整される。これにより、例えば計測波形信号に対して、所定値未満のしきい値を設定することで、計測波形信号と混同し得るノイズ等による信号を除外することができる。
【００１２】
前述した態様において、調整部は、対象物の反射率に基づいて、感度パラメータを調整する範囲を設定してもよい。
【００１３】
この態様によれば、対象物の反射率に基づいて、感度パラメータを調整する範囲が設定される。これにより、感度パラメータの調整範囲を絞る（限定する）ことができ、感度パラメータの調整に掛かる時間を短縮することができる。
【００１４】
前述した態様において、調整部は、前回の計測波形信号が取得されたときの感度パラメータに基づいて、感度パラメータを調整する範囲を設定してもよい。
【００１５】
この態様によれば、前回の計測波形信号が取得されたときの感度パラメータに基づいて、感度パラメータを調整する範囲が設定される。これにより、感度パラメータの調整範囲を絞る（限定する）ことができ、感度パラメータの調整に掛かる時間を短縮することができる。
【００１６】
前述した態様において、感度パラメータは、光の投光量、光の投光パワー、受光部の露光時間、及び受光部のゲインのうちの少なくとも１つを含んでもよい。
【００１７】
この態様によれば、感度パラメータは、光の投光量、光の投光パワー、受光部の露光時間、及び受光部のゲインのうちの少なくとも１つを含む。これにより、対象物によって反射された反射光の受光量分布信号において、受光量を容易に変化させることができる。
【００１８】
前述した態様において、受光量の所定値は、受光量が飽和する値であってもよい。
【００１９】
この態様によれば、対象物の反射光の受光量分布信号における受光量の所定値は、受光量が飽和する値である。これにより、感度パラメータを調整した後に得た対象物の反射光の受光量分布信号において、受光量の飽和を防止することができる。
【００２０】
前述した態様において、計測波形信号に基づいて、光学計測装置から対象物までの距離を計測する計測部をさらに備えてもよい。
【００２１】
この態様によれば、計測波形信号に基づいて、光学計測装置から対象物ＴＡまでの距離が計測される。これにより、計測波形信号にとってノイズ成分となる、受光量分布信号に含まれる戻り光成分が除去されるので、対象物によって反射された反射光の受光量分布信号に基づいて光学計測装置から対象物までの距離を計測する場合と比較して、ノイズの影響を抑制して距離を計測することができる。
【００２２】
前述した態様において、光に対して光軸方向に沿う色収差を生じさせ、色収差を生じさせた光を対象物に照射する光学系をさらに備え、光は複数の波長成分を含み、光学系は反射光を集光し、受光部は波長成分毎に受光量を検出可能に構成されてもよい。
【００２３】
この態様によれば、光に対して光軸方向に沿う色収差が生じさせ、色収差を生じさせた光が対象物に照射され、光は複数の波長成分を含み、反射光が集光され、波長成分毎に受光量が検出可能になる。対象物の反射光の受光量分布信号から計測波形信号を得る白色共焦点方式の光学計測装置を容易に実現することができる。
【００２４】
また、本発明の他の態様に係る光学計測方法は、対象物に向けて光を発する投光ステップと、画素毎の受光量分布信号を得る受光ステップと、対象物が存在しないときの受光量分布信号に基づいて、対象物によって反射された反射光の受光量分布信号から計測波形信号を取得する取得ステップと、反射光の受光量分布信号の一部の受光量が所定値以上であるときに、計測波形信号が取得されるように、反射光の受光量分布信号に対する感度パラメータを調整する調整ステップと、を含む。
【００２５】
この態様によれば、対象物によって反射された反射光の受光量分布信号の一部の受光量が所定値以上であるときに、計測波形信号が取得されるように、対象物の反射光の受光量分布信号に対する感度パラメータが調整される。これにより、感度パラメータを調整した後に得た対象物の反射光の受光量分布信号において、受光量を所定値未満にすること、例えば受光量を飽和させないことが可能になり、感度パラメータを調整後の対象物の反射光の受光量分布信号には、信号光成分が含まれる。従って、対象物によって反射された反射光の受光量分布信号の感度パラメータを調整することで、対象物の反射光の受光量分布信号から計測波形信号を取得することができる。
【００２６】
前述した態様において、調整ステップは、取得される計測波形信号のピーク受光量が所定値以上となるように、反射光の受光量分布信号に対する感度パラメータを調整することを含んでもよい。
【００２７】
この態様によれば、取得される計測波形信号のピーク受光量が所定値以上となるように、対象物の反射光の受光量分布信号に対する感度パラメータが調整される。これにより、例えば計測波形信号に対して、所定値未満のしきい値を設定することで、計測波形信号と混同し得るノイズ等による信号を除外することができる。
【００２８】
前述した態様において、調整ステップは、対象物の反射率に基づいて、感度パラメータを調整する範囲を設定することを含んでもよい。
【００２９】
この態様によれば、対象物の反射率に基づいて、感度パラメータを調整する範囲が設定される。これにより、感度パラメータの調整範囲を絞る（限定する）ことができ、感度パラメータの調整に掛かる時間を短縮することができる。
【００３０】
前述した態様において、調整ステップは、前回の計測波形信号が取得されたときの感度パラメータに基づいて、感度パラメータを調整する範囲を設定することを含んでもよい。
【００３１】
この態様によれば、前回の計測波形信号が取得されたときの感度パラメータに基づいて、感度パラメータを調整する範囲が設定される。これにより、感度パラメータの調整範囲を絞る（限定する）ことができ、感度パラメータの調整に掛かる時間を短縮することができる。
【００３２】
前述した態様において、感度パラメータは、光の投光量、光の投光パワー、受光部の露光時間、及び受光部のゲインのうちの少なくとも１つを含んでもよい。
【００３３】
この態様によれば、感度パラメータは、光の投光量、光の投光パワー、受光部の露光時間、及び受光部のゲインのうちの少なくとも１つを含む。これにより、対象物によって反射された反射光の受光量分布信号において、受光量を容易に変化させることができる。
【００３４】
前述した態様において、受光量の所定値は、受光量が飽和する値であってもよい。
【００３５】
この態様によれば、対象物の反射光の受光量分布信号における受光量の所定値は、受光量が飽和する値である。これにより、感度パラメータを調整した後に得た対象物の反射光の受光量分布信号において、受光量の飽和を防止することができる。
【００３６】
前述した態様において、計測波形信号に基づいて、光学計測装置から対象物までの距離を計測する計測ステップをさらに含んでもよい。
【００３７】
この態様によれば、計測波形信号に基づいて、光学計測装置から対象物ＴＡまでの距離が計測される。これにより、計測波形信号にとってノイズ成分となる、受光量分布信号に含まれる戻り光成分が除去されるので、対象物によって反射された反射光の受光量分布信号に基づいて光学計測装置から対象物までの距離を計測する場合と比較して、ノイズの影響を抑制して距離を計測することができる。
【発明の効果】
【００３８】
本発明によれば、受光量分布信号から測定波形信号を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】図１は、本実施形態に係る光学計測装置の概略構成を例示する構成図である。
【図２】図２は、対象物によって反射された反射光の受光量分布信号の一例を例示する波形図である。
【図３】図３は、対象物が存在しないときの受光量分布信号の一例を例示する波形図である。
【図４】図４は、計測波形信号の一例を例示する波形図である。
【図５】図５は、対象物によって反射された反射光の受光量分布信号の他の例を例示する波形図である。
【図６】図６は、図１に示した調整部が投光量を調整する第１実施例を例示する信号図である。
【図７】図７は、図１に示した調整部が投光量を調整する第２実施例を例示する信号図である。
【図８】図８は、図１に示した調整部が投光量を調整する第３実施例を例示する信号図である。
【図９】図９は、図１に示した調整部が投光量を調整する第４実施例を例示する信号図である。
【発明を実施するための形態】
【００４０】
添付図面を参照して、本発明の好適な実施形態について説明する。なお、各図において、同一の符号を付したものは、同一又は同様の構成を有する。
【００４１】
まず、図１を参照しつつ、本実施形態に係る光学計測装置の構成について説明する。同図は、本実施形態に係る光学計測装置１００の概略構成を例示する構成図である。
【００４２】
図１に示すように、光学計測装置１００は、光源１０と、導光部２０と、センサヘッド３０と、受光部４０と、制御部５０と、記憶部６０と、表示部７０と、操作部８０と、を備える。光学計測装置１００は、当該装置から、具体的にはセンサヘッド３０から対象物ＴＡまでの距離を所定の計測周期で計測する。また、光学計測装置１００は、ある位置を基準とした距離の変化、つまり、変位を所定の計測周期で計測してもよい。
【００４３】
光源１０は、複数の波長成分を含む光を発するように構成されている。光源１０から発せられた光は、対象物ＴＡに向けられる。なお、本実施形態に係る光源は、本発明の「投光部」の一例に相当する。
【００４４】
光源１０は、制御部５０から入力される制御信号に基づいて、例えば、計測周期に対して投光時間が所定の割合（以下、計測周期に対する投光時間の割合を「投光量」という（単位は％））で、所定の電流値が供給されて所定パワー（以下、「投光パワー」という）の光を発する。投光量、投光パワー等は、制御信号に基づいて変更することが可能である。
【００４５】
光源１０は、複数の波長成分を含む光を発することが好ましい。この場合、光源１０は、例えば白色ＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｄｉｏｄｅ）を含んで構成され、白色光を発生させる。但し、光源１０が発する光は、光学計測装置１００に要求される距離範囲をカバーする波長範囲を含む光であればよく、白色光に限定されるものではない。
【００４６】
導光部２０は、光を伝搬するためのものである。導光部２０は、例えば、第１ケーブル２１と、第２ケーブル２２と、第３ケーブル２３と、光カプラ２４と、を備える。
【００４７】
第１ケーブル２１は、その一端（図１において左端）が光源１０と光学的に接続している。第２ケーブル２２は、その一端（図１において右端）がセンサヘッド３０と光学的に接続している。第３ケーブル２３は、その一端（図１において左端）が受光部４０と光学的に接続している。第１ケーブル２１の他端（図１において右端）及び第３ケーブル２３の他端（図１において右端）と、第２ケーブル２２の他端（図１において左端）とは、光カプラ２４を介して光学的に結合されている。
【００４８】
光カプラ２４は、第１ケーブル２１から入射された光を第２ケーブル２２に伝送するとともに、第２ケーブル２２から入射された光を分割して第１ケーブル２１及び第３ケーブル２３にそれぞれ伝送する。なお、光カプラ２４によって第２ケーブル２２から第１ケーブル２１に伝送された光は、光源１０において終端される。
【００４９】
光カプラ２４は、例えば融着延伸型（溶融延伸型）の光カプラを含んで構成される。一方、第１ケーブル２１、第２ケーブル２２、及び第３ケーブル２３は、それぞれ、例えば光ファイバで構成される。各光ファイバは、単一のコアを有するシングルコアであってもよいし、複数のコアを有するマルチコアであってもよい。
【００５０】
センサヘッド３０は、対象物ＴＡに光を照射するためのものである。また、センサヘッド３０は、対象物ＴＡからの反射光を集光するためのものでもある。なお、本実施形態に係るセンサヘッド３０は、本発明の「光学系」の一例に相当する。
【００５１】
センサヘッド３０は、例えば、コリメータレンズ３１と、回折レンズ３２と、対物レンズ３３と、を備える。
【００５２】
コリメータレンズ３１は、第２ケーブルから入射された光を平行光に変換するように構成されている。コリメータレンズ３１は、単一又は複数のレンズを含んで構成される。また、コリメータレンズ３１は、センサヘッド３０に入射する光を集光するためのものでもある。
【００５３】
回折レンズ３２は、平行光に光軸方向に沿う色収差を生じさせるように構成されている。対物レンズ３３は、色収差を生じさせた光を対象物ＴＡに集めて照射するように構成されている。回折レンズ３２によって軸上色収差を発生させているので、対物レンズ３３から照射される光は、波長ごとに異なる距離（位置）に焦点を有する。
【００５４】
図１に示す例では、焦点距離が相対的に長い第１波長の光Ｌ１と、焦点距離が相対的に短い第２波長の光Ｌ２とを示している。第１波長の光Ｌ１は対象物ＴＡの表面で焦点が合う（焦点を結ぶ）一方、第２波長の光Ｌ２は対象物ＴＡの手前で焦点が合う（焦点を結ぶ）。
【００５５】
対象物ＴＡの表面で反射された光は、対物レンズ３３及び回折レンズ３２を通ってコリメータレンズ３１で集光され、第２ケーブル２２に入射する。反射光のうちの第１波長の光Ｌ１は、共焦点となる第２ケーブル２２の端面において焦点が合い、そのほとんどが第２ケーブル２２に入射する。一方、その他の波長は、第２ケーブル２２の端面で焦点が合わず、第２ケーブル２２に入射しない。第２ケーブル２２に入射した反射光は、光カプラ２４によってその一部が第３ケーブル２３に伝送され、受光部４０に出射される。
【００５６】
第２ケーブル２２が光ファイバである場合、そのコアはピンホールに相当する。よって、光ファイバのコア径を小さくすることにより、反射光を集光するピンホールが小さくなり、対象物ＴＡの表面に焦点の合った波長の光を安定して検出することができる。
【００５７】
受光部４０は、センサヘッド３０で集光された光について、後述する受光量分布信号を得るためのものである。センサヘッド３０で集光された光は、例えば、対象物ＴＡによって反射された反射光である。受光部４０は、例えば、コリメータレンズ４１と、回折格子４２と、調整レンズ４３と、受光センサ４４と、処理回路４５と、を備える。
【００５８】
コリメータレンズ４１は、第３ケーブルから入射された光を平行光に変換するように構成されている。回折格子４２は、この平行光を波長成分毎に分光（分離）するように構成されている。調整レンズ４３は、分光された波長別の光のスポット径を調整するように構成されている。
【００５９】
受光センサ４４は、分光された光に対し、波長成分毎に受光量を検出可能に構成されている。受光センサ４４は、複数の受光素子を含んで構成される。各受光素子は、回折格子４２の分光方向に対応させて一次元に配列されている。これにより、各受光素子は分光された各波長成分の光に対応して配置され、受光センサ４４は波長成分毎に受光量を検出可能になる。
【００６０】
受光センサ４４の一受光素子は、一画素に対応している。よって、受光センサ４４は、複数の画素のそれぞれが受光量を検出可能に構成されているともいえる。なお、各受光素子は、一次元に配列される場合に限定されるものではなく、二次元に配列されていてもよい。各受光素子は、例えば回折格子４２の分光方向を含む検出面上に、二次元に配列されることが好ましい。
【００６１】
各受光素子は、処理回路４５から入力される制御信号に基づいて、所定の露光時間の間に受光した光の受光量に応じて電荷を蓄積する。そして、各受光素子は、処理回路４５から入力される制御信号に基づいて、露光時間以外、つまり、非露光時間の間に、蓄積した電荷に応じた電気信号を出力する。これにより、露光時間に受光した受光量が電気信号に変換される。
【００６２】
処理回路４５は、受光センサ４４による受光を制御するように構成されている。また、処理回路４５には、受光センサ４４の各受光素子から入力される電気信号ついて、制御部５０に出力するための信号処理を行うように構成されている。処理回路４５は、例えば、増幅回路と、Ａ／Ｄ（Ａｎａｌｏｇ−ｔｏ−Ｄｉｇｉｔａｌ）変換回路と、を含んで構成される。増幅回路は、各受光素子から入力された電気信号を所定のゲインでそれぞれ増幅する。そして、Ａ／Ｄ変換回路は、増幅された各受光素子の電気信号に対し、標本化、量子化、及び符号化を行って、デジタル信号に変換する。このようにして、各受光素子が検出した受光量がデジタル値に変換され、受光素子毎、つまり、画素毎の受光量の分布信号（以下、単に「受光量分布信号」という）が得られる。処理回路４５は、この受光量分布信号を制御部５０に出力する。各受光素子の所定の露光時間、増幅回路の所定のゲイン等は、制御信号に基づいて変更することが可能である。
【００６３】
制御部５０は、光学計測装置１００の各部の動作を制御するように構成されている。また、制御部５０は、記憶部６０に記憶されたプログラムを実行する等によって、後述する各機能を実現するように構成されている。プログラムを実行する等によって、後述する各機能を実現するように構成されている。制御部５０は、例えば、ＣＰＵ(Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ)等のマイクロプロセッサと、ＲＯＭ(Ｒｅａｄ  Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒｙ)、ＲＡＭ(Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ)、バッファメモリ等のメモリと、を含んで構成される。
【００６４】
記憶部６０は、プログラムやデータ等を記憶するように構成されている。記憶部６０は、例えば、ハードディスクドライブ、ソリッドステートドライブ等を含んで構成される。記憶部６０は、制御部５０が実行する各種プログラムやプログラムの実行に必要なデータ等をあらかじめ記憶している。また、記憶部６０は、戻り光による受光量分布信号を記憶するように構成されている。
【００６５】
ここで、図２及び図３を参照しつつ、受光部４０によって得られる受光量分布信号の一例について説明する。図２は、対象物ＴＡによって反射された反射光の受光量分布信号の一例を例示する波形図である。図３は、対象物ＴＡが存在しないときの受光量分布信号の一例を例示する波形図である。図２及び図３において、横軸は画素（受光センサ４４の各受光素子）であり、縦軸は受光量である。
【００６６】
図２に示すように、対象物ＴＡによって反射された反射光の受光量分布信号は、対象物ＴＡからの反射光である信号光成分ＳＣと、光学計測装置１００内部の反射光である戻り光成分ＲＣとを含んでいる。すなわち、光源１０から発せられた光は、その一部がセンサヘッド３０から出射せずに、光学計測装置１００の内部で反射して戻ってきてしまう。この光は戻り光と呼ばれており、戻り光は、例えば、第２ケーブル２２とセンサヘッド３０との接続部、第２ケーブル２２と光カプラ２４との接続部、第１ケーブル２１と光カプラ２４との接続部等で発生する。戻り光は、受光量分布信号において戻り光成分ＲＣとして現れれる。
【００６７】
一方、戻り光は、光学計測装置１００内部の反射光であるから、対象物ＴＡが存在せず、対象物ＴＡからの反射光がない状態であっても、受光量分布信号に現れる。そのため、図３に示すように、対象物ＴＡが存在しないときの受光量分布信号は、図２に示した戻り光成分ＲＣと同一又は略同一であると考えられる。
【００６８】
よって、対象物ＴＡが存在しない状態で図３に示す受光量分布信号を得て、戻り光による受光量分布信号として記憶部６０にあらかじめ記憶しておく。そして、対象物ＴＡが存在する状態で図２に示す受光量分布信号を得て、例えば、図２に示す受光量分布信号から図３に示す受光量分布信号を差し引くことで、戻り光成分ＲＣが除去され、信号光成分ＳＣを主成分とする計測波形信号を取得することが可能となる。
【００６９】
図１の説明に戻ると、制御部５０は、その機能構成として、例えば、取得部５１と、計測部５２と、調整部５３と、を備える。
【００７０】
取得部５１は、図３に示す受光量分布信号に基づいて、図２に示す受光量分布信号から計測波形信号を取得するように構成されている。
【００７１】
ここで、図４を参照しつつ、取得部５１によって取得される計測波形信号について説明する。同図は、計測波形信号の一例を例示する波形図である。図４において、横軸は画素（受光センサ４４の各受光素子）であり、縦軸は正規化された受光量（正規化受光量）である。
【００７２】
詳細には、取得部５１は、まず、図２に示した、対象物ＴＡによって反射された反射光の受光量分布信号から、図３に示した、対象物ＴＡが存在しないときの受光量分布信号を、画素毎に減じる（引く）。次に、取得部５１は、この減算結果に、図３の受光量分布信号を得たときの露光時間に対する図２の受光量分布信号を得たときの露光時間、つまり、（図２の受光量分布信号における露光時間）／（図３の受光量分布信号における露光時間）を乗ずる（掛ける）。これにより、露光時間に起因する受光量の差異が正規化される。なお、記憶部６０は、図３の受光量分布信号とともに、その露光時間もあらかじめ記憶しておく。そして、取得部５１は、この乗算結果を、図３の受光量分布信号で画素毎に除する（割る）。これにより、図２に示した戻り光成分ＲＣに起因する鈍り（鈍化）が補正される。このようにして、取得部５１は、図４に示す計測波形信号ＭＳを取得する。
【００７３】
図１の説明に戻ると、計測部５２は、取得部５１によって取得された計測波形信号ＭＳに基づいて、光学計測装置１００から対象物ＴＡまでの距離、正確にはセンサヘッド３０から対象物ＴＡまでの距離、を計測するように構成されている。図１に示す例において、当該距離はＺ軸方向の距離である。
【００７４】
図４に示すように、通常、計測波形信号ＭＳは、ある画素の受光量がピークとなる波形を有する。前述したように、センサヘッド３０から焦点が合う点までの距離は波長によって異なるので、計測波形信号ＭＳにおけるピーク受光量の画素は、センサヘッド３０から照射され、対象物ＴＡで焦点が合った光の波長に対応する画素である。そして、当該波長は、センサヘッド３０から対象物ＴＡまでの距離に対応する。図１に示す例では、対象物ＴＡの表面で焦点が合う第１波長の光Ｌ１が、受光量分布信号のピーク受光量の波長として現れる。
【００７５】
具体的には、計測波形信号ＭＳのピーク受光量を１００％としたときに、５０％の受光量の線と計測波形信号ＭＳとの２つの交点における中間点を求め、当該中間点の画素に対応する波長λを得る。
【００７６】
波長λと距離との関係（対応）は、制御部５０のメモリや記憶部６０等にあらかじめ記憶される。計測部５２がこの関係を参照することで、計測波形信号ＭＳに基づいて、センサヘッド３０から対象物ＴＡまでの距離が計測される。
【００７７】
このように、計測波形信号ＭＳに基づいて、光学計測装置１００から対象物ＴＡまでの距離を計測することにより、計測波形信号ＭＳにとってノイズ成分となる、図２に示した受光量分布信号に含まれる戻り光成分ＲＣが除去されるので、対象物ＴＡによって反射された反射光の受光量分布信号に基づいて光学計測装置１００から対象物ＴＡまでの距離を計測する場合と比較して、ノイズの影響を抑制して距離を計測することができる。
【００７８】
調整部５３は、対象物ＴＡによって反射された反射光の受光量分布信号の一部の受光量が所定値以上であるときに、計測波形信号ＭＳが取得されるように、対象物ＴＡの反射光の受光量分布信号に対する感度パラメータを調整するように構成されている。
【００７９】
ここで、図５を参照しつつ、受光部４０によって得られる受光量分布信号の他の例について説明する。同図は、対象物ＴＡによって反射された反射光の受光量分布信号の他の例を例示する波形図である。図５において、横軸は画素（受光センサ４４の各受光素子）であり、縦軸は受光量である。
【００８０】
対象物ＴＡの反射光の受光量分布信号において、その一部の受光量が所定値以上となることがある。その結果、図５に示すように、受光量分布信号は、受光量が所定値のままそれ以上にはならない部分を含んでしまう。この場合、図５に示す受光量分布信号には、図２に示した受光量分布信号のような信号光成分ＳＣが含まれていないので、取得部５１は、図５に示す受光量分布信号から計測波形信号ＭＳを取得することができない。
【００８１】
そこで、調整部５３は、対象物ＴＡが存在するときの受光量分布信号において、図５に示すように、その一部の受光量が所定値以上であるときに、対象物ＴＡの反射光の受光量分布信号に対する感度パラメータを調整する。ここで、例えば投光量等の感度パラメータを調整することで、受光量分布信号における受光量を変化させることが可能である。調整部５３が感度パラメータを調整することによって、受光部４０は、図２に示したような、信号光成分ＳＣを含む受光量分布信号を得ることができ、取得部５１によって計測波形信号ＭＳが取得される。よって、対象物ＴＡによって反射された反射光の受光量分布信号の一部の受光量が所定値以上であるときに、計測波形信号ＭＳが取得されるように、調整部５３が対象物ＴＡの反射光の受光量分布信号に対する感度パラメータを調整することにより、感度パラメータを調整した後に得た対象物ＴＡの反射光の受光量分布信号において、受光量を所定値未満にすること、例えば受光量を飽和させないことが可能になり、感度パラメータを調整後の対象物ＴＡの反射光の受光量分布信号には、図２に示した信号光成分ＳＣが含まれる。従って、対象物ＴＡによって反射された反射光の受光量分布信号の感度パラメータを調整することで、対象物ＴＡの反射光の受光量分布信号から計測波形信号を取得することができる。
【００８２】
図５に示す例では、対象物ＴＡの反射光の受光量分布信号において、受光量の所定値は、受光部４０によって受光可能な受光量が飽和する値である。これにより、感度パラメータを調整した後に得た対象物ＴＡの反射光の受光量分布信号において、受光量の飽和を防止することができる。
【００８３】
取得部５１によって取得される計測波形信号ＭＳとノイズ等による信号とを識別するために、調整部５３は、取得される計測波形信号ＭＳのピーク受光量が所定値以上となるように、対象物ＴＡの反射光の受光量分布信号に対する感度パラメータを調整することが好ましい。これにより、例えば計測波形信号ＭＳに対して、所定値未満のしきい値を設定することで、計測波形信号ＭＳと混同し得るノイズ等による信号を除外することができる。
【００８４】
対象物ＴＡの反射光の受光量分布信号に対する感度パラメータは、光源１０における投光量、光源１０における投光パワー、受光センサ４４における各受光素子の露光時間、及び処理回路４５における増幅回路のゲインのうちの少なくとも１つを含む。これにより、対象物ＴＡによって反射された反射光の受光量分布信号において、受光量を容易に変化させることができる。
【００８５】
以下において、対象物ＴＡによって反射された反射光の受光量分布信号の感度パラメータとして、投光量を用いて説明する。
【００８６】
ここで、図６から図９を参照しつつ、調整部５３による対象物ＴＡの反射光の受光量分布信号に対する感度パラメータの調整について説明する。図６は、図１に示した調整部５３が投光量を調整する第１実施例を例示する信号図である。図７は、図１に示した調整部５３が投光量を調整する第２実施例を例示する信号図である。図８は、図１に示した調整部５３が投光量を調整する第３実施例を例示する信号図である。図９は、図１に示した調整部５３が投光量を調整する第４実施例を例示する信号図である。図５から図９において、横軸は時間であり、縦軸は投光量［％］である。
【００８７】
（第１実施例）
調整部５３は、取得部５１によって計測波形信号ＭＳが取得されるまで、例えば図６に示すように、投光量を段階的に増加させる。投光量のステップ幅Ｖｓｔは、例えば１０［％］に設定され、当該投光量の投光時間のステップ幅Ｔｓｔは、例えば計測周期の３倍（３周期分）に設定されている。投光量のステップ幅Ｖｓｔ及び投光時間のステップ幅Ｔｓｔに設定される値は、後述する表示部７０に表示され、操作部８０によって変更可能であってもよい。
【００８８】
段階的に増加させた投光量が所定値、図６に示す例では１００［％］に達しても計測波形信号ＭＳが取得されない場合、調整部５３は、投光量を下限値Ｖｍｉｎまで低下させる。投光量の下限値Ｖｍｉｎは、例えば１０［％］に設定されている。投光量の下限値Ｖｍｉｎに設定される値は、投光量のステップ幅Ｖｓｔ及び投光時間のステップ幅Ｔｓｔと同様に、表示部７０に表示され、操作部８０によって変更可能であってもよい。
【００８９】
投光量を下限値Ｖｍｉｎまで低下させた後、調整部５３は、再度、取得部５１によって計測波形信号ＭＳが取得されるまで、投光量を段階的に増加させる。
【００９０】
（第２実施例）
調整部５３は、取得部５１によって計測波形信号ＭＳが取得されるまで、例えば図７に示すように、投光量を段階的に低下させる。投光量のステップ幅Ｖｓｔは、例えば１０［％］に設定され、当該投光量の投光時間のステップ幅Ｔｓｔは、例えば計測周期の３倍（３周期分）に設定されている。投光量のステップ幅Ｖｓｔ及び投光時間のステップ幅Ｔｓｔに設定される値は、第１実施例と同様に、表示部７０に表示され、操作部８０によって変更可能であってもよい。
【００９１】
段階的に低下させた投光量があらかじめ設定された下限値Ｖｍｉｎ、例えば１０［％］に達しても計測波形信号ＭＳが取得されない場合、調整部５３は、投光量を所定値、図６に示す例では１００［％］まで増加させる。投光量の下限値Ｖｍｉｎに設定される値は、第１実施例と同様に、表示部７０に表示され、操作部８０によって変更可能であってもよい。
【００９２】
投光量を所定値まで増加させた後、調整部５３は、再度、取得部５１によって計測波形信号ＭＳが取得されるまで、投光量を段階的に低下させる。
【００９３】
（第３実施例）
対象物ＴＡの反射率があらかじめ分かっている場合、対象物ＴＡの反射光の受光量分布信号に対する感度パラメータは、所定範囲で調整すれば足りる。この場合、調整部５３は、取得部５１によって計測波形信号ＭＳが取得されるまで、例えば図８に示すように、調整範囲ＡＲ１において投光量を段階的に増加させる。調整範囲ＡＲ１は、対象物ＴＡの反射率に基づいて設定される投光量の範囲であり、例えば、対象物ＴＡの反射率に対応する投光量を中央値とする範囲である。調整範囲ＡＲ１は、表示部７０に表示され、操作部８０によって指定される。
【００９４】
調整部５３は、第１実施例と同様に、投光量のステップ幅Ｖｓｔ及び投光時間のステップ幅Ｔｓｔで投光量を段階的に増加させ、投光量が調整範囲ＡＲ１の上限値に達しても計測波形信号ＭＳが取得されない場合、調整部５３は、投光量を調整範囲ＡＲ１の下限値まで低下させる。その後、調整部５３は、再度、取得部５１によって計測波形信号ＭＳが取得されるまで、調整範囲ＡＲ１において投光量を段階的に増加させる。
【００９５】
第３実施例では、調整部５３が調整範囲ＡＲ１において投光量を段階的に増加させる例を示したが、これに限定されるものではない。調整部５３は、第２実施例と同様に、調整範囲ＡＲ１において投光量を段階的に低下させてもよい。この場合、投光量が調整範囲ＡＲ１の下限値に達しても計測波形信号ＭＳが取得されない場合、調整部５３は、投光量を調整範囲ＡＲ１の上限値まで増加させる。
【００９６】
このように、対象物ＴＡの反射率に基づいて、感度パラメータの調整範囲ＡＲ１を設定することにより、感度パラメータの調整範囲を絞る（限定する）ことができ、感度パラメータの調整に掛かる時間を短縮することができる。
【００９７】
（第４実施例）
取得部５１によって計測波形信号ＭＳが取得できたときに、対象物ＴＡの反射光の受光量分布信号に対する感度パラメータを制御部５０のメモリや記憶部６０等に記憶する場合、感度パラメータは、所定範囲で調整すれば足りる。この場合、調整部５３は、取得部５１によって計測波形信号ＭＳが取得されるまで、例えば図９に示すように、調整範囲ＡＲ２において投光量を段階的に増加させる。調整範囲ＡＲ２は、前回の計測波形信号ＭＳが取得されたときの投光量Ｖｐｒｅに基づいて設定される投光量の範囲であり、例えば、前回の計測波形信号ＭＳが取得されたときの投光量を中央値とする範囲である。
【００９８】
調整部５３は、第１実施例と同様に、投光量のステップ幅Ｖｓｔ及び投光時間のステップ幅Ｔｓｔで投光量を段階的に増加させ、投光量が調整範囲ＡＲ２の上限値に達しても計測波形信号ＭＳが取得されない場合、調整部５３は、投光量を調整範囲ＡＲ２の下限値まで低下させる。その後、調整部５３は、再度、取得部５１によって計測波形信号ＭＳが取得されるまで、調整範囲ＡＲ２において投光量を段階的に増加させる。
【００９９】
第４実施例では、調整部５３が調整範囲ＡＲ２において投光量を段階的に増加させる例を示したが、これに限定されるものではない。調整部５３は、第２実施例と同様に、調整範囲ＡＲ２において投光量を段階的に低下させてもよい。この場合、投光量が調整範囲ＡＲ２の下限値に達しても計測波形信号ＭＳが取得されない場合、調整部５３は、投光量を調整範囲ＡＲ２の上限値まで増加させる。
【０１００】
このように、前回の計測波形信号ＭＳが取得されたときの感度パラメータに基づいて、感度パラメータの調整範囲ＡＲ２を設定することにより、感度パラメータの調整範囲を絞る（限定する）ことができ、感度パラメータの調整に掛かる時間を短縮することができる。
【０１０１】
図１の説明に戻ると、表示部７０は、情報を出力するためのものである。詳細には、表示部７０は、例えば、設定内容、動作状態、通信状態等を表示するように構成されていている。表示部７０は、例えば、複数桁の７又は１１セグメントディスプレイと、複数色で発光する表示灯とを含んで構成される。
【０１０２】
操作部８０は、利用者（ユーザ）の操作により情報を入力するためのものである。操作部８０は、例えば、ボタン、スイッチ等を含んで構成される。この場合、利用者が、ボタン、スイッチ等を操作したときに、操作に応じた信号が制御部５０に入力される。そして、制御部５０が当該信号に対応するデータを生成することで、光学計測装置１００に情報を入力することが可能になる。
【０１０３】
本実施形態では、光学計測装置１００が白色共焦点方式である例を示したが、これに限定されるものではない。本発明の光学計測装置は、例えば三角測距方式であってもよい。この場合、光学計測装置は、対象物に向けて光を発する投光部と、画素毎の受光量分布信号を得る受光部と、対象物ＴＡが存在しないときの受光量分布信号に基づいて、対象物ＴＡによって反射された反射光の受光量分布信号から計測波形信号を取得する取得部と、対象物ＴＡによって反射された反射光の受光量分布信号の一部の受光量が所定値以上であるときに、計測波形信号ＭＳが取得されるように、対象物ＴＡの反射光の受光量分布信号に対する感度パラメータを調整する調整部５３と、を備えていればよい。
【０１０４】
このように、本実施形態の光学計測装置１００及び光学計測方法によれば、対象物ＴＡによって反射された反射光の受光量分布信号の一部の受光量が所定値以上であるときに、計測波形信号ＭＳが取得されるように、対象物ＴＡの反射光の受光量分布信号に対する感度パラメータが調整される。これにより、感度パラメータを調整した後に得た対象物ＴＡの反射光の受光量分布信号において、受光量を所定値未満にすること、例えば受光量を飽和させないことが可能になり、感度パラメータを調整後の対象物ＴＡの反射光の受光量分布信号には、図２に示した信号光成分ＳＣが含まれる。従って、対象物ＴＡによって反射された反射光の受光量分布信号の感度パラメータを調整することで、対象物ＴＡの反射光の受光量分布信号から計測波形信号を取得することができる。
【０１０５】
以上説明した実施形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定して解釈するためのものではない。実施形態が備える各要素並びにその配置、材料、条件、形状及びサイズ等は、例示したものに限定されるわけではなく適宜変更することができる。また、異なる実施形態で示した構成同士を部分的に置換し又は組み合わせることが可能である。
【０１０６】
（附記）
１．対象物ＴＡに向けて光を発する光源１０と、
複数の画素のそれぞれが受光量を検出可能に構成される受光部４０であって、画素毎の受光量分布信号を得る受光部４０と、
対象物ＴＡが存在しないときの受光量分布信号に基づいて、対象物ＴＡによって反射された反射光の受光量分布信号から計測波形信号ＭＳを取得する取得部５１と、
反射光の受光量分布信号の一部の受光量が所定値以上であるときに、計測波形信号ＭＳが取得されるように、反射光の受光量分布信号に対する感度パラメータを調整する調整部５３と、を備える、
光学計測装置１００。
９．対象物ＴＡに向けて光を発する投光ステップと、
画素毎の受光量分布信号を得る受光ステップと、
対象物ＴＡが存在しないときの受光量分布信号に基づいて、対象物ＴＡによって反射された反射光の受光量分布信号から計測波形信号ＭＳを取得する取得ステップと、
反射光の受光量分布信号の一部の受光量が所定値以上であるときに、計測波形信号ＭＳが取得されるように、反射光の受光量分布信号に対する感度パラメータを調整する調整ステップと、を含む、
光学計測方法。
【符号の説明】
【０１０７】
１０…光源、２０…導光部、２１…第１ケーブル、２２…第２ケーブル、２３…第３ケーブル、２４…光カプラ、３０…センサヘッド、３１…コリメータレンズ、３２…回折レンズ、３３…対物レンズ、４０…受光部、４１…コリメータレンズ、４２…回折格子、４３…調整レンズ、４４…受光センサ、４５…処理回路、５０…制御部、５１…取得部、５２…計測部、５３…調整部、６０…記憶部、７０…表示部、８０…操作部、１００…光学計測装置、ＡＲ１，ＡＲ２…調整範囲、Ｌ１，Ｌ２…光、ＭＳ…計測波形信号、ＲＣ…戻り光成分、ＳＣ…信号光成分、ＴＡ…対象物、Ｔｓｔ…ステップ幅、Ｖｍｉｎ…下限値、Ｖｐｒｅ…投光量、Ｖｓｔ…ステップ幅、λ…波長。
【図１】
2020076653.tif 000003
【図２】
2020076653.tif 000004
【図３】
2020076653.tif 000005
【図４】
2020076653.tif 000006
【図５】
2020076653.tif 000007
【図６】
2020076653.tif 000008
【図７】
2020076653.tif 000009
【図８】
2020076653.tif 000010
【図９】
2020076653.tif 000011