(57)【要約】【課題】センシング動作を高速、高精度に制御できるようにしたセンサ装置を提供すること。【解決手段】センサ装置は、センサヘッドとセンサコントローラと、それらを結ぶ通信ケーブルを有し、センサヘッドには、通信ケーブルの往路線から送られてくるデータを受信する受信手段と、通信ケーブルの復路線にデータを送り出す送信手段と、センシング態様を制御可能なセンシング手段と、センシング手段のセンシング態様を制御し、且つセンシング手段から生成されるセンシングデータを送信手段へと与える制御手段とが含まれ、センサコントローラには、通信ケーブルの往路線にデータを送り出す送信手段と、通信ケーブルの復路線から送られてくるデータを受信する受信手段と、送信手段へとセンシング態様制御のための制御データを送信すると共に、受信手段で受信されるセンシングデータを処理する制御手段が含まれる。【選択図】図５
2005291719.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
センサヘッドと、センサコントローラと、センサヘッドとセンサコントローラとを結ぶ通信ケーブルとを有し、
センサヘッドには、
通信ケーブルの往路線を通して高速差動伝送方式により送られてくるデータを受信する受信手段と、
通信ケーブルの復路線に対してデータを高速差動伝送方式により送り出す送信手段と、
センシング態様を制御可能なセンシング手段と、
受信手段で受信された制御データに基づいてセンシング手段のセンシング態様を制御すると共に、制御されたセンシング態様の動作にてセンシング手段から生成されるセンシングデータを送信手段へと与えるヘッド側制御手段と、が含まれており、
センサコントローラには、
通信ケーブルの往路線に対してデータを高速差動伝送方式により送り出す送信手段と、
通信ケーブルの復路線を通して高速差動伝送方式により送られてくるデータを受信する受信手段と、
送信手段へとセンシング態様制御のための制御データを送信すると共に、受信手段で受信されるセンシングデータを処理するコントローラ側制御手段と、が含まれている、
ことを特徴とするセンサ装置。
【請求項２】
センシング手段が、光学式変位センサのセンシング手段、視覚センサのセンシング手段、近接センサのセンシング手段、測長センサのセンシング手段、角度センサのセンシング手段を含む、ことを特徴とする請求項１に記載のセンサ装置。
【請求項３】
センシング手段が投光素子と撮像素子により構成され、センシング態様が投光素子の発光制御であることを特徴とする請求項１に記載のセンサ装置。
【請求項４】
センシング手段が投光素子と撮像素子により構成され、センシング態様が撮像素子の計測領域の設定切り替え制御であることを特徴とする請求項１に記載のセンサ装置。
【請求項５】
撮像素子がＣＭＯＳイメージセンサであることを特徴とする請求項３または４に記載のセンサ装置。
【請求項６】
投光素子がレーザダイオードであることを特徴とする請求項３または４に記載のセンサ装置。
【請求項７】
制御データが、投光素子の発光制御パルス信号である請求項３に記載のセンサ装置。
【請求項８】
センシング手段がレーザダイオードまたはＬＥＤと、ＣＭＯＳイメージセンサにより構成され、センシング態様が、レーザダイオードまたはＬＥＤの発光制御とＣＭＯＳイメージセンサの計測領域の設定切り替え制御であって、制御データが、互いに同期した前記発光制御信号と前記計測領域設定切り替え信号であることを特徴とする請求項１に記載のセンサ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、高速、高精度なセンシングに好適なセンサ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
２次元撮像素子を用いた変位センサとしては、信号処理ユニットとセンサヘッドユニットとが分離独立したものが知られている（例えば特許文献１参照）。センサヘッドには投光用のレーザダイオード（ＬＤ）と受光用のＣＣＤとが含まれている。ＣＣＤから得られる信号に基づいて生成された映像信号は電気コードを介して信号処理ユニットへと送られる。信号処理ユニットはマイクロプロセッサを主体として構成されるＣＰＵとプログラム可能な論理回路であるＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ  Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ  Ｇａｔｅ  Ａｒｒａｙ）とを含んでいる。ＣＰＵは主として計測処理や表示制御処理を担う。ＦＰＧＡは主として画像処理を担う。
【０００３】
センサヘッドから上流の信号処理ユニットに映像信号を送るときには、例えばＬＶＤＳ(Ｌｏｗ  Ｖｏｌｔａｇｅ  Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ  Ｓｉｇｎａｌｉｎｇ)等の通信システムが採用される。一方、信号処理ユニットから下流のセンサヘッドへ、ＯＮ／ＯＦＦなどの投光制御信号やＣＣＤ制御信号を送るときには、通信ではなく専用の信号線が採用される。また、センサヘッドに含まれる撮像素子をＣＣＤからＣＭＯＳに変更したものも存在する。
【０００４】
この種の従来のセンサヘッドの電気回路の構成が図２３に示されている。同図に示されるように、センサヘッド回路５００は、ＬＤ５２０と、ＬＥＤ５３０と、２次元撮像素子（ＣＭＯＳ）５４０と、撮像素子駆動回路５５０と、センサヘッド発振器５６０と、パラレル／シリアル変換回路５７０と、ＥＥＰＲＯＭ５８０とを含んでいる。
【０００５】
信号処理ユニット（センサコントローラ）は、生成したＤＡＴＡ＿ＯＵＴ（センサ設定信号）、ＬＥＤ（センサＬＥＤ制御信号）、ＬＤ＿ＯＮ（レーザ制御信号）、ＥＥＰＲＯＭ（ＥＥＰＲＯＭ制御信号）を、ケーブルを介して専用の信号線でセンサヘッドへと送る。
【０００６】
ＬＤ＿ＯＮ（レーザ制御信号）を受けてＬＤ５２０が駆動される。ＬＥＤ（センサＬＥＤ制御信号）を受けてＬＥＤ５３０が駆動される。ＥＥＰＲＯＭ（ＥＥＰＲＯＭ制御信号）により、ＥＥＰＲＯＭ５８０のリード／ライトが行われる。ＤＡＴＡ＿ＯＵＴ（センサ設定信号）は撮像素子駆動回路５５０に送られる。センサ設定信号は、ＣＭＯＳ２次元撮像素子の読み出す画素の領域の指定などを行うための信号である。
【０００７】
２次元撮像素子５４０における撮像動作は、撮像素子駆動回路５５０から供給される制御信号に基づいて行われ、撮像の結果得られた出力は撮像素子駆動回路５５０へと送られる。撮像素子駆動回路５５０では、２次元撮像素子５４０から得られた出力に基づいて、ＤＡＴＡ＿ＩＮ（デジタル映像信号）、ＨＤ（水平同期信号）及びＶＤ（垂直同期信号）を生成する。これら３つの信号は、パラレル／シリアル変換回路５７０を介してＬＶＤＳのシリアライザによりパラレル／シリアル変換された後、映像信号としてセンサコントローラ１へと送られる。
【０００８】
以上述べた、２次元撮像素子５４０、撮像素子駆動回路５５０、パラレル／シリアル変換回路５７０の動作は、センサヘッド発振器５６０から与えられるクロックに同期して行われる。
【特許文献１】特開２００２−３５７４０８、特に図４
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ところで、近年、例えば変位センサの計測対象物が多様化し、１つの計測対象物でも、計測位置が変わることにより精度に影響がでないように対応することが求められている。また、高速、高精度なセンシングが要求されている。具体的には、ガラス基板にレジスト液を塗布するコータに適用されるレジスト液塗布ノズル・ガラス基板間隔制御のためのガラス基板表面の変位計測においては、金属配線パターンを有するガラス基板に膜がコーティングされた状態でのガラス表面の高精度な変位計測が求められる。膜はその厚みにより、低反射率コーティングとして作用したり、高反射率コーティングとして作用する場合がある。また、金属配線は、その他の部分と比べて反射率が高い。このようなガラス基板の表面反射率は場所によって異なることになる。一方、レジストはスループットを上げるために高速に塗布されるが、そのためノズルと一体化された変位センサは高速にガラス基板上を移動する。従って、移動に伴って基板から得られる変位センサの反射受光量は高速かつ大幅に変動することになる。従来は、受光量の最大値に合わせて投光光量や、撮像素子のシャッター時間やゲインなどの光量制御を行っていたため、反射率が低い場所の信号は低く、計測精度の低下が生じるという問題が存在した。また、シート状ワークの厚み計測等においては、シートの蛇行によって計測領域が広範囲に移動することになるが、高精度な厚み計測を行うためには、広範囲にわたって高い分解能で変位計測処理を実行しなければならず、処理量が多いために高速な計測が困難であった。
【００１０】
従来の変位センサでは、信号処理ユニットから下流のセンサヘッドへ、ＯＮ／ＯＦＦなどの投光制御信号やＣＣＤ制御信号を専用信号線で送るので、上流へ送る映像信号と比較して制御が複雑ではないが、通信速度を上げると、ノイズが乗りやすくなり、制御信号が正確に伝わらなくなるという不都合もある。
【００１１】
この発明は、このような従来の問題点に着目してなされたものであり、その目的とするところは、センシング動作を高速、高精度に制御できるようにしたセンサ装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
この発明のセンサ装置は、センサヘッドと、センサコントローラと、センサヘッドとセンサコントローラとを結ぶ通信ケーブルとを有している。センサヘッドには、通信ケーブルの往路線を通して高速差動伝送方式により送られてくるデータを受信する受信手段と、通信ケーブルの復路線に対して高速差動伝送方式によりデータを送り出す送信手段と、センシング態様を制御可能なセンシング手段と、受信手段で受信された制御データに基づいてセンシング手段のセンシング態様を制御すると共に、制御されたセンシング態様の動作にてセンシング手段から生成されるセンシングデータを送信手段へと与えるヘッド側制御手段と、が含まれている。センサコントローラには、通信ケーブルの往路線に対して高速差動伝送方式によりデータを送り出す送信手段と、通信ケーブルの復路線を通して高速差動伝送方式により送られてくるデータを受信する受信手段と、送信手段へとセンシング態様制御のための制御データを送信すると共に、受信手段で受信されるセンシングデータを処理するコントローラ側制御手段と、が含まれている。
【００１３】
このような構成によれば、センサコントローラからセンサヘッドへの制御データ、およびセンサヘッドからセンサコントローラへのセンシングデータが通信により高速かつ正確に授受される。そのため、センシング動作を高速、高精度に制御できるので、多様な計測対象物の計測に好適となる。例えば光学式変位センサであれば、ガラス基板表面の変位計測やシート状ワークの厚み計測等に対して高速、高精度なセンシングが可能になる。高速差動伝送方式は例えばＬＶＤＳ方式である。このような構成によれば、低消費電力、低ノイズを実現し、高精度な計測が可能となる。
【００１４】
本発明のセンサ装置は、センシング手段が、光学式変位センサのセンシング手段、視覚センサのセンシング手段、近接センサのセンシング手段、測長センサのセンシング手段、角度センサのセンシング手段を含むものとしてもよい。このような構成によれば、センサの様々な検出原理に応じたセンシング動作を高速、高精度に制御できる。
【００１５】
本発明のセンサ装置は、センシング手段が投光素子と撮像素子により構成され、センシング態様が投光素子の発光制御であるように構成してもよい。このような構成によれば、投光素子の感度を高速、高精度に切り替え制御することができる。制御データは、投光素子の発光制御パルス信号とすることができる。
【００１６】
本発明のセンサ装置は、センシング手段が投光素子と撮像素子により構成され、センシング態様が撮像素子の計測領域の設定切り替え制御であるように構成してもよい。このような構成によれば、計測対象物の計測位置が変わるときにも計測領域を高速に追従させることができるようになる。本発明のセンサ装置は、撮像素子がＣＭＯＳイメージセンサであってもよく、また、投光素子がレーザダイオードであってもよい。
【００１７】
本発明のセンサ装置は、センシング手段がレーザダイオードまたはＬＥＤと、ＣＭＯＳイメージセンサにより構成され、センシング態様が、レーザダイオードまたはＬＥＤの発光制御とＣＭＯＳイメージセンサの計測領域の設定切り替え制御であって、制御データが、互いに同期した前記発光制御信号と前記計測領域設定切り替え信号とすることができる。このようにすれば、レーザダイオードまたはＬＥＤの発光制御信号とＣＭＯＳイメージセンサの計測領域の設定切り替え制御信号とを共通の高速差動伝送方式のデータとしてセンサヘッドへ送信することができるので、２つの信号を同期させて伝送することが可能であり、レーザダイオードまたはＬＥＤの発光制御とＣＭＯＳイメージセンサの計測領域の設定切り替え制御とを同期させて制御することが可能となる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、センシング動作を高速、高精度に制御できるので、例えば光学式変位センサの場合であれば、ガラス基板表面の変位計測やシート状ワークの厚み計測等に対して高速、高精度なセンシングに好適なセンサ装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下に、この発明の好適な実施の一形態を添付図面に基づいて詳細に説明する。尚、本発明の及ぶ範囲は、以下の実施形態の記載に限定されないことは言うまでもなく、本発明の及ぶ範囲は特許請求の範囲の記載によって特定される。
【００２０】
本実施形態のセンサ装置は、センサヘッドと、センサヘッドにケーブルを介して接続されたセンサコントローラとを備えている。センサコントローラの外観斜視図が図１に示されている。同図に示されるように、センサコントローラ１はケース１０を有する１つのユニットとして構成される。ケース１０の正面１０ａは上下に略２分割されており、上部領域には表示部１１が設けられている。この例にあっては、表示部１１は、セグメント表示器１１ａと液晶式キャラクタ表示器１１ｂとから構成されている。
【００２１】
ケース１０の正面１０ａの下部領域は、操作部配置領域とされている。この操作部配置領域には、下端縁を支点として手前に開く操作部蓋１２が設けられている。操作部蓋１２を開けると、その内部には、数値キー、ファンクションキー、スライドスイッチ等といった各種の操作子が配置されている。
【００２２】
ケース１０の左右の側面（図では右側面１０ｄのみを示す）には、ユニット間コネクタが設けられている。これら左右のユニット間コネクタのそれぞれにはユニット間コネクタ蓋（図では、右側の蓋１５のみを示す）が設けられている。図では、ユニット間コネクタ蓋（右）１５は、閉じられた状態にあり、これがスライド式に開かれると、内部には第１のポートと第２のポートとが存在する。後述するように、これら第１及び第２のポートは、中継コネクタ片７の第１ポート７ａと第２ポート７ｂとに対応する。
【００２３】
ケース１０の下面１０ｃには、ＵＳＢコネクタ１３とＲＳ−２３２Ｃコネクタ１４とが設けられている。これらのコネクタ１３，１４はセンサコントローラ１とパソコン（ＰＣ）等との通信を行うために使用される。ケース１０の下面１０ｃからは外部接続コード３が引き出されている。この外部接続コード３内には電源線、外部入力線、外部出力線などが含まれている。これらの外部入出力線は例えばプログラマブル・コントローラ（ＰＬＣ）等に接続される。後述するように、ケース１０はＤＩＮレール５に装着可能とされ、ＤＩＮレールクランパ１６はその際に使用される。
【００２４】
センサコントローラ連装状態の外観斜視図が図２に示されている。同図に示されるように、この例にあっては、３台のセンサコントローラ１ａ，１ｂ，１ｃが、横一列に整列された状態で、ＤＩＮレール５を介して、制御盤内の取付板等に装着されている。この装着状態における各ケースの上面１０ｂには、センサヘッドコネクタ８がそれぞれ設けられている。このセンサヘッドコネクタ８には、後述するように、センサヘッド２から引き出された通信ケーブル４の先端に取り付けられたセンサヘッドコネクタ４ａが装着される。
【００２５】
センシング中のセンサヘッドの外観斜視図が図３に示されている。同図に示されるように、センサヘッド２のケース２０からは往路線と復路線とを有する通信ケーブル４が引き出され、その先端にはセンサヘッドコネクタ４ａが取り付けられている。このセンサヘッドコネクタ４ａが、センサコントローラ１のケース１０のセンサヘッドコネクタ１６に結合される。通信ケーブル４の往路線も復路線もツイストペアラインで構成されている。
【００２６】
センサヘッド２のケース２０内には、投光用の半導体レーザダイオード（ＬＤ）と受光用の２次元撮像素子（例えば、ＣＣＤイメージセンサ、ＣＭＯＳイメージセンサ等）が設けられている。センサヘッド２は、半導体レーザダイオード（ＬＤ）から発せられたレーザ光をスリット光の状態にして対象物体６に照射する。図において、Ｌ１はスリット光の照射光である。対象物体６上の照射光像ＩＭはセンサヘッド２内に設けられたレンズにより２次元撮像素子の受光面上に結像される。図中、Ｌ２はスリット光の反射光である。ここで、投光光軸と受光光軸とは所定の角度をなしている。スリット光の進行方向と垂直な面についてのスリット光の断面の長手方向は、投光光軸と受光光軸とがなす面に対して垂直となっている。センサヘッド２から対象物体６までの距離が変化すると、２次元撮像素子の受光面上のスリット光の像は、スリット光の長手方向と直交な方向に移動する。２次元撮像素子の水平走査方向は、スリット光の像の移動方向に合わせられている。２次元撮像素子の水平走査線上の光強度のピーク位置が対象物体までの距離を表している。スリット光を用いているので、スリット光の長手方向についての距離の分布を一挙に測定することができる。
【００２７】
センサコントローラ回路の内部構成を示すブロック図が図４に示されている。同図に示されるように、センサコントローラ回路１００は、センサヘッドコネクタ１６と、ユニット間コネクタ（右）１８ａと、ユニット間コネクタ（左）１８ｂと、外部Ｉ／Ｆコネクタ１９とからなる４系統のコネクタを有している。センサヘッドコネクタ１６には、先に図３を参照して説明したように、センサヘッド２から引き出された通信ケーブル４の先端に取り付けられたセンサヘッドコネクタ４ａが接続される。ユニット間コネクタ（右）１８ａ及びユニット間コネクタ（左）１８ｂには、それぞれ右隣または左隣にそれぞれ隣接する他のユニットが、図１に示される中継コネクタ片７を介して接続される。外部Ｉ／Ｆコネクタ１９は、図１に示されるＵＳＢコネクタ１３、ＲＳ−２３２Ｃコネクタ１４、及び外部接続コード３を総称するものであり、この外部Ｉ／Ｆコネクタ１９を介してパソコン（ＰＣ）やプログラマブル・コントローラ（ＰＬＣ）等への接続が行われる。
【００２８】
センサコントローラ１００の内部には、センサヘッドＩ／Ｆ回路１１０と、制御部１２０と、入出力Ｉ／Ｆ回路ブロック１５０と、ＦＰＧＡ発振器１６０と、ＦＰＧＡ−ＲＡＭ１７０とが含まれている。
【００２９】
制御部１２０とユニット間コネクタ（右）１８ａとの間、制御部１２０とユニット間コネクタ（左）１８ｂとの間には、ＦＰＧＡ１３０とユニット間コネクタ（右）１８ａとの間の伝送経路、及びＦＰＧＡ１３０とユニット間コネクタ（左）１８ｂとの間のデータ伝送経路を含む、第１のデータ伝送経路Ｐ１が設けられている。また、センサヘッドコネクタ１６とセンサヘッドＩ／Ｆ回路１１０との間にはデータ伝送経路が設けられると共に、制御部１２０とセンサヘッド１６との間には、センサヘッドＩ／Ｆ回路１１０とＦＰＧＡ１３０との間には第２のデータ伝送経路Ｐ２が設けられている。
【００３０】
制御部１２０は、プログラム可能な論理回路であるＦＰＧＡ１３０とセンサコントローラの動作を制御するＣＰＵブロック１４０とを有する。ＣＰＵブロック１４０には、マイクロプロセッサやその周辺回路が含まれている。ＦＰＧＡ１３０は、回路データをダウンロード（コンフィグレーション）することによって回路構成をプログラムすることが可能なＬＳＩである。
【００３１】
ＦＰＧＡ１３０は、論理ブロック、スイッチマトリクス、クロスポイントスイッチの組み合わせによって、任意の論理回路を擬似的に実現する。論理ブロックは、メモリとマルチプレクサとを組み合わせたＬＵＴ（Ｌｏｏｋ  Ｕｐ  Ｔａｂｌｅ）によって、様々な論理を実現する。スイッチマトリクスとクロスポイントスイッチは、それぞれの論理ブロック間の接続を行うが、この接続自体もメモリによって制御される。また、ＦＰＧＡ１３０は、外部とデータのやり取りをするためにＩ／Ｏブロックを用いる。
【００３２】
ＦＰＧＡには、アンチフューズタイプ、ＥＥＰＲＯＭタイプ、フラッシュＲＯＭタイプ、ＳＲＡＭタイプ等がある。アンチフューズタイプは、中の回路の接続点がフューズで出来ていて、不要な部分を焼き切って回路を構成し、他は半導体スイッチのオン／オフデータをメモリのデータによって決めるタイプである。
【００３３】
本実施形態のＦＰＧＡ１３０はＳＲＡＭタイプであり、電源を入れる度にＦＰＧＡチップへ回路データをダウンロードする必要がある。ＳＲＡＭタイプに代えてＥＥＰＲＯＭタイプやフラッシュＲＯＭタイプのＦＰＧＡを用いれば、回路データの消去や別の回路データのダウンロードをするまでは、電源を切ってもプログラムした回路構成を維持できる。
【００３４】
ＦＰＧＡ−ＲＡＭ１７０には、本実施形態では、ＦＰＧＡ１３０の中の演算処理回路のワーキングメモリとしての高速性を重視してＳＲＡＭが用いられている。この記憶手段としては、高速性よりも大容量であることが重視される場合には、フラッシュメモリのような書き換え可能な半導体メモリやハードディスク装置等を用いることもできる。
【００３５】
この例では、ユニット間コネクタ（１８ａ，１８ｂ）及び第１データ伝送経路（Ｐ１）は左右両側に設けられているが、何れか一方だけでも差し支えない。特に、データの伝送方向を固定した設計においては、機能的にデータ伝送の最上流や最下流に設置されることが予定される機種の場合には、接続が必要な側にだけユニット間コネクタ及び第１データ伝送経路を設けることが考えられる。
【００３６】
以下、センサヘッド回路２００及びセンサコントローラ回路１００の内部詳細説明を行うが、それらの説明は次の事項を前提としている。図示された信号またはデータの伝送経路は、１本の線で表されていても複数の線を意味する場合もある。『制御信号』の用語は、回路の動作を制御するために用いられる信号という広い意味であり、イネーブル信号、リード／ライト信号、アドレス信号、割込信号、切替信号、タイミング指示信号等を含む。
【００３７】
センサヘッド回路の詳細を示すブロック図が図５に示されている。このセンサヘッド回路２００は、図３に示されるセンサヘッド２内の電気回路である。同図に示されるように、センサヘッド回路２００は、シリアル／パラレル変換回路２１０と、半導体レーザダイオード（ＬＤ）２２０と、発光ダイオード（ＬＥＤ）２３０と、センシング手段としての２次元撮像素子２４０と、撮像素子駆動回路２５０と、センサヘッド発振器２６０と、パラレル／シリアル変換回路２７０と、ＥＥＰＲＯＭ２８０とを含んでいる。また、このセンサヘッド回路２００は、通信ケーブル４を介してセンサコントローラ１から供給される電源（＋１２Ｖ，０Ｖ）を受けて動作する。
【００３８】
シリアル／パラレル変換回路２１０は、受信手段であり、通信ケーブル４の往路線４ｂを通してセンサコントローラから送られてくる設定信号及び投光制御信号をシリアル／パラレル変換することによって、ＬＤ＿ＯＮ（レーザ制御信号）、ＬＥＤ（センサＬＥＤ制御信号）、ＤＡＴＡ＿ＯＵＴ（センサ設定信号）、ＥＥＰＲＯＭ（ＥＥＰＲＯＭ制御信号）を生成出力する。
【００３９】
ＬＤ＿ＯＮ（レーザ制御信号）を受けて、センシング用の投光に用いる光源であるＬＤ２２０が駆動される。ＬＥＤ（センサＬＥＤ制御信号）を受けて、センサヘッド２に設けられた図示しない表示器であるＬＥＤ２３０が駆動される。ＥＥＰＲＯＭ（ＥＥＰＲＯＭ制御信号）により、ＥＥＰＲＯＭ２８０のリード／ライトが行われる。ＤＡＴＡ＿ＯＵＴ（センサ設定信号）は撮像素子駆動回路２５０に送られる。
【００４０】
センサ設定信号は、ＣＭＯＳ２次元撮像素子の読み出す画素の領域の指定、シャッタスピード（電荷蓄積時間）の指定、一定周期で連続的に撮像するかセンサコントローラからのトリガを受けて撮像するかの撮像モード指定などを行うための信号である。
【００４１】
２次元撮像素子２４０はこの例ではＣＭＯＳ型が使用されている。尚、２次元撮像素子２４０としてはＣＣＤ型を用いることもできる。先に図３を参照して説明したように、ＬＤ２２０からの光はスリット光に変換された後、対象物体６に照射される。対象物体６上の照射光像ＩＭはセンサヘッド内に設けられたレンズ（図示せず）により２次元撮像素子２４０上に結像される。投光光軸と受光光軸とは所定の角度をなしている。
【００４２】
スリット光の進行方向と垂直な面についてのスリット光の断面の長手方向は、投光光軸と受光光軸とがなす面に対して垂直となっている。センサヘッドから対象物体までの距離が変化すると、２次元撮像素子２４０上のスリット光の像は、スリット光の長手方向と垂直な方向に移動する。２次元撮像素子２４０の水平走査方向は、スリット光の像の移動方向に合わせられている。２次元撮像素子２４０の水平走査線上の光強度のピーク位置が対象物体までの距離を表している。スリット光を用いているので、スリット光の長手方向についての距離の分布を一挙に測定することができる。
【００４３】
２次元撮像素子２４０における撮像動作は、撮像素子駆動回路２５０から供給される制御信号に基づいて行われ、撮像の結果得られた出力は撮像素子駆動回路２５０へと送られる。
【００４４】
撮像素子駆動回路２５０では、２次元撮像素子２４０から得られた出力に基づいて、ＤＡＴＡ＿ＩＮ（デジタル映像信号）、ＨＤ（水平同期信号）及びＶＤ（垂直同期信号）を生成する。これら３つの信号は、送信手段としてのパラレル／シリアル変換回路２７０を介してパラレル／シリアル変換された後、映像信号として通信ケーブル４の復路線４ｃを介してセンサコントローラ１へと送られる。
【００４５】
以上述べた、シリアル／パラレル変換回路２１０、２次元撮像素子２４０、撮像素子駆動回路２５０、パラレル／シリアル変換回路２７０の動作は、制御手段としてのセンサヘッド発振器２６０から与えられるクロックに同期して行われる。また、ＥＥＰＲＯＭ２８０には、センサヘッドの型式データが記憶されている。
【００４６】
次に、センサコントローラ回路１００側の詳細について説明する。センサヘッドＩ／Ｆ回路の詳細を示すブロック図が図６に示されている。同図に示されるように、センサヘッドＩ／Ｆ回路１１０は、シリアル／パラレル変換回路１１１と、パラレル／シリアル変換回路１１２と、センサヘッドＩ／Ｆ発振器１１３とを含んでいる。
【００４７】
シリアル／パラレル変換回路１１１は、受信手段として、通信ケーブル４の復路線４ｃを介してセンサヘッド２から送られてくる映像信号を、シリアル／パラレル変換することによって、ＤＡＴＡ＿ＩＮ（センシングデータ）、ＨＤ（水平同期信号）、ＶＤ（垂直同期信号）を生成出力する。
【００４８】
パラレル／シリアル変換回路１１２は、送信手段として、制御部１２０から送られてくるＤＡＴＡ＿ＯＵＴ（センサ設定信号）、ＬＥＤ（センサＬＥＤ制御信号）、ＬＤ＿ＯＮ（レーザ制御信号）、ＥＥＰＲＯＭ（ＥＥＰＲＯＭ制御信号）を、パラレル／シリアル変換することによって、設定信号、投光制御信号等を生成する。こうして生成された設定信号、投光制御信号等は、通信ケーブル４の往路線４ｂを介してセンサヘッド２へと送られる。
【００４９】
尚、電源（＋１２Ｖ，０Ｖ）は、このセンサヘッドＩ／Ｆ回路１１０を経由してセンサヘッド回路２００へと送られる。センサヘッド回路２００のＥＥＰＲＯＭ２８０から読み出された型式データは、センサヘッドＩ／Ｆ回路１１０を経由して、制御部１２０へと送られる。
【００５０】
ＦＰＧＡ及びＣＰＵとユニット間コネクタとの接続関係を示す信号系統図が図７に示されている。ユニット間データの伝送経路は、８本のパラレルデータ線である。これにより高速なデータ伝送が実現される。
【００５１】
ユニット間制御信号には、通信先（例えばデータの出力を要求する相手）のユニットを特定するためのユニット番号を表す信号が含まれる。ユニット間データの伝送経路とユニット間制御信号の伝送経路とを複数組設けることにより、データ伝送をさらに高速化したり、異なるデータを並行して伝送することを可能にしてもよい。
【００５２】
本実施形態では、ユニット間データの伝送は双方向であるが、例えば右側を入力専用、左側を出力専用（又はその反対）というように、伝送方向を固定してもよい。そのように伝送方向が決まっていると、センサコントローラを複数接続した場合の伝送設定が容易になる。センサコントローラ内の回路の簡素化も図ることができる。
【００５３】
ＣＰＵ間通信はシリアル通信である。ユニット間データの伝送に比べて通信速度が遅いので、画像データを演算処理して得られた演算結果の値のようにデータ量の少ないセンシングデータの送信や、センサコントローラのユニット番号設定のような初期設定や、動作中の種々の設定変更のための通信に適している。通信速度が遅い代わりに、ソフトウェアによって自由に通信内容を決めることができるので、通信内容の柔軟性に富んでいる。このような通信を、ユニット間データの高速伝送を妨げることなく行うことができる。尚、ＣＰＵ間通信の伝送経路は、ＦＰＧＡ１３０の中を経由するようにしてもよい。
【００５４】
ＦＰＧＡ内部回路の詳細を示すブロック図が図８に示されている。同図に示されるように、ＦＰＧＡ１３０には、タイミング変換回路１３１と、データ経路切替回路１３２と、演算処理回路１３３と、レジスタ１３４と、クロック切替回路１３５と、タイミング生成回路１３６と、バッファ１３７とが含まれている。
【００５５】
タイミング変換回路１３１は、センサヘッド２側のクロックの速度とセンサコントローラ１側のクロックの速度との相違を許容しつつ、センサコントローラに対して最適なタイミングでデータの読み出しを可能とするものである。
【００５６】
データ経路切替回路１３２は、タイミング変換回路１３１から、すなわちセンサヘッド２から入力したデータをユニット間データ（右）、ユニット間データ（左）、演算処理回路１３３のうちの１つ、２つ、又は３つ全てに出力することができる。また、どこにも出力しないこともできる。
【００５７】
ユニット間データ（右）から入力したデータは、ユニット間データ（左）及び演算処理回路１３３の両方または一方に出力することができるし、何れにも出力しないこともできる。ユニット間データ（左）から入力したデータは、ユニット間データ（右）及び演算処理回路１３３の両方または一方に出力することができる。何れにも出力しないこともできる。演算処理回路１３３から入力したデータは、ユニット間データ（右）及びユニット間データ（左）の両方または一方に出力することができる。何れにも出力しないこともできる。
【００５８】
レジスタ１３４は、ＦＰＧＡ１３０内の回路やＦＰＧＡ１３０の入出力線とＣＰＵバスとの間のデータ伝送に用いられるメモリである。
【００５９】
クロック切替回路１３５は、ＦＰＧＡ発振器１６０が出力するクロック信号か、他のセンサコントローラから入力されるユニット間クロック信号かの何れかをＣＰＵブロック１４０からのクロック切替信号による指示に従い選択してＦＰＧＡ１３０内部に内部クロック信号として供給する。
【００６０】
タイミング生成回路１３６は、タイミング変換回路１３１、データ経路切替回路１３２、演算処理回路１３３のそれぞれに対して制御信号を出力することにより、これらの回路が協調したタイミングで動作できるように、それぞれの回路の動作を調整する。
【００６１】
演算処理回路１３３は、センシング目的に応じてその内容が設計される。センシングデータが画像データである場合は、ノイズ除去、エッジ強調、階調変換、二値化、平均値演算、ピーク位置抽出、面積抽出、重心位置抽出などを行う演算回路ブロックを組み合わせて構成される。演算対象とするセンシングデータは画像データには限らず、時系列的に取得される多値データであってもよい。例えば、ＰＳＤ（Ｐｏｓｉｔｉｏｎ  Ｓｅｎｓｉｔｉｖｅ  Ｄｅｖｉｃｅ）を用いた変位センサの出力は、時系列的に変化するアナログ信号として得られるが、これを一定周期でデジタル変換した（サンプリングした）データを対象として、ノイズ除去、特徴量抽出などを行う演算回路ブロックを組み合わせた演算処理回路を構成してもよい。
【００６２】
この場合にも、ＦＰＧＡ１３０は演算内容に応じて配線されたハードウェアにより演算処理を行うため、ＣＰＵとプログラムにより演算を行う場合に比べて高速な演算が可能であるから、サンプリング周期を小さくすることが可能となり、これによって短い時間のうちに生起する現象をセンシングの対象とすることができる。
【００６３】
演算処理回路における演算は、ＦＰＧＡ１３０に接続されたＦＰＧＡ−ＲＡＭ１７０をワーキングメモリとして利用しながら行うようにしてもよい。演算処理回路１３３における演算は、例えば１フレームの画像のような或るまとまった量のデータを単位として行うようにしてもよいし、走査線数本分のラインバッファを利用するなどして、連続的に取得されるデータに対して順次処理を行い、その結果を連続的に出力するパイプライン方式の演算とすることもできる。
【００６４】
ＣＰＵブロックの詳細を示すブロック図が図９に示されている。同図に示されるように、ＣＰＵブロック１４０は、マイクロプロセッサを主体として構成されるＣＰＵ１４１と、シリアル通信Ｉ／Ｆ回路１４２と、ＣＰＵ−ＲＯＭ１４３と、ＣＰＵ−ＲＡＭ１４４とが含まれている。
【００６５】
ＣＰＵ−ＲＯＭ１４３には、ＣＰＵにセンサコントローラの動作を制御させるためのプログラム及び電源投入直後にＦＰＧＡ１３０にロードするための回路データが格納されている。
【００６６】
ＣＰＵ１４１、シリアル通信Ｉ／Ｆ回路１４２、ＣＰＵ−ＲＯＭ１４３、ＣＰＵ−ＲＡＭ１４４は、ＣＰＵバスを介して結ばれている。ＣＰＵバスはＦＰＧＡと入出力Ｉ／Ｆ回路ブロックとの双方に接続されている。シリアル通信Ｉ／Ｆ回路１４２は、右側に隣接するセンサコントローラのＣＰＵブロックと左側に隣接するセンサコントローラのＣＰＵブロックとにそれぞれユニット間コネクタを介して接続される。
【００６７】
入出力Ｉ／Ｆ回路ブロックの詳細を示すブロック図が図１０に示されている。同図に示されるように、入出力Ｉ／Ｆ回路ブロック１５０は、操作部入力回路１５１と、表示部出力回路１５２と、Ｄ／Ａ変換器１５３と、パラレルＩ／Ｆ回路１５４と、ＲＳ−２３２Ｃインタフェース回路１５５と、ＵＳＢインタフェース回路１５６とを含んでいる。
【００６８】
操作部入力回路１５１は操作部１７を構成する数値キー、ファンクションキー、スライドスイッチからの出力を入力するためのインタフェースとして機能する。表示部出力回路１５２は、表示部１１に対する表示データ出力のためのインタフェースとして機能する。Ｄ／Ａ変換器１５３は、外部接続コード３に含まれる出力線上にアナログ信号を出力するためのインタフェースとして機能する。パラレルインタフェース回路１５４は、外部接続コード３に含まれる信号線との間でパラレルデータのやり取りを行うためのインタフェースとして機能する。ＲＳ−２３２Ｃインタフェース回路１５５は、ＲＳ−２３２Ｃコネクタ１４との間でデータをやり取りするためのインタフェースとして機能する。ＵＳＢインタフェース回路１５６は、ＵＳＢコネクタ１３との間でデータのやり取りを行うためのインタフェースとして機能する。
【００６９】
これらの操作部入力回路１５１、表示部出力回路１５２、Ｄ／Ａ変換器１５３、パラレルインタフェース回路１５４、ＲＳ−２３２Ｃインタフェース回路１５５及びＵＳＢインタフェース回路１５６は、ＣＰＵブロック１４０に繋がるＣＰＵバスへと接続されている。尚、入出力インタフェース回路ブロック１５０には、メモリカードを接続するためのインタフェースを設けることもできる。
【００７０】
ＣＰＵ１４１のゼネラルフローチャート（単体動作時）が図１１に示されている。同図に示されるように、このゼネラルフローチャートに示される処理の全体は、ルーチン処理と割込処理とから構成される。ルーチン処理としては、ＦＰＧＡ１３０に回路データをロードする処理（ステップ１１０１）、操作入力処理（ステップ１１０２）、外部入力処理（ステップ１１０３）、外部出力処理（ステップ１１０４）及び表示処理（ステップ１１０５）を含んでいる。また、割込処理としては、センシング処理（ステップ１１１１）を含んでいる。
【００７１】
ルーチン処理は、電源投入よりスタートする。処理が開始されると、まずＦＰＧＡ１３０に回路データをロードした後（ステップ１１０１）、操作入力処理（ステップ１１０２）、外部入力処理（ステップ１１０３）、外部出力処理（ステップ１１０４）、表示処理（ステップ１１０５）を繰り返し実行しながら、無限ループ状態となる。
【００７２】
電源投入により処理がスタートすると、ＦＰＧＡ１３０に回路データをロードした後は（ステップ１１０１）、ＣＰＵは電源オフまで無限ループを繰り返す（ステップ１１０２〜１１０５）。ＦＰＧＡ１３０からの割込や外部入力からの割込があると、ＣＰＵはＦＰＧＡ１３０からセンシングデータについての演算処理結果を取得して所定のセンシング処理を実行する（ステップ１１１１）。
【００７３】
ＦＰＧＡ１３０への回路データのロードは、ＣＰＵ−ＲＯＭ１４３に圧縮格納されている回路データをＣＰＵ−ＲＡＭ１４４に解凍展開し、ＣＰＵ−ＲＡＭ１４４からＦＰＧＡ１３０に回路データを転送することにより行われる。
【００７４】
次に、本実施形態のセンサ装置のセンシング態様の一例としてＬＤ制御について説明する。センサヘッド２への入力信号（参照符号ａ，ｂ）、およびセンサヘッド２からの出力信号（参照符号ｄ，ｅ，ｆ）のタイムチャートが図１２に示されている。
【００７５】
センサヘッド発振器２６０は、参照符号ｃで示されるようなクロックＣＬＫを、２次元撮像素子２４０，撮像素子駆動回路２５０，パラレル／シリアル変換回路２７０，シリアル／パラレル変換回路２１０に送る（図５参照）。クロック周波数は例えば１４ＭＨｚである。
【００７６】
シリアル／パラレル変換回路２１０は、センサコントローラ１から送られてくる設定信号、投光制御信号等をシリアル／パラレル変換することによって、図１４の参照符号ａ，ｂでそれぞれ示されるように、ＬＥＤ（センサＬＥＤ制御信号）、ＬＤ＿ＯＮ（レーザ制御信号）を生成出力する（制御データ）。
【００７７】
撮像素子駆動回路２５０は、図１４の参照符号ｄ，ｅ，ｆでそれぞれ示されるように、ＶＤ（垂直同期信号）、ＨＤ（水平同期信号）及びＤＡＴＡ＿ＩＮ（デジタル映像信号）を生成し、これら３つの信号は、パラレル／シリアル変換回路２７０を介してパラレル／シリアル変換された後、映像信号としてセンサコントローラ１へと送られる（センシングデータ）。ＶＤ（垂直同期信号）の周期は例えば５４０μｓ、ＨＤ（水平同期信号）の周期は例えば６０μｓである。
【００７８】
本実施形態では、設定信号、投光制御信号等は通信ケーブル４の往路線４ｂを介してセンサコントローラ１からシリアル通信でセンサヘッド２へ送られてくる。このシリアル通信は差動伝送方式であり、例えばＬＶＤＳが用いられる。
【００７９】
ＬＤ＿ＯＮ（レーザ制御信号）のＯＮ時間は、最大値が５４０×０．８μｓ（計測周期）であり、最小値が数十ｎｓである。このように計測対象物体の計測レンジの変動に応じて、多段階にレーザダイオードのパルス幅（ＯＮ時間）を切り替えることができるように構成されている。つまり、広範囲に、精度よく、レーザダイオードの点灯時間を調整することが可能であり、様々なワークの反射光に対応することができる。
【００８０】
本実施形態のＬＤ制御と比較するために従来のＬＤ制御を説明する。図２３に示す従来のセンサヘッドでは、ＬＤ＿ＯＮ（レーザ制御信号）、ＬＥＤ（センサＬＥＤ制御信号）、ＤＡＴＡ＿ＯＵＴ（センサ設定信号）、ＥＥＰＲＯＭ（ＥＥＰＲＯＭ制御信号）は、ケーブルを介してセンサコントローラから専用信号線でセンサヘッドへ送られてくる。このパラレル伝送は、ＬＶＤＳ等のシリアル通信に比べてノイズに弱く伝送速度も遅い。
【００８１】
従来のセンサヘッドへの入力信号（参照符号ａ，ｂ）、およびセンサヘッドからの出力信号（参照符号ｄ，ｅ，ｆ）のタイムチャートが図１３に示されている。図１３に参照符号ｂで示されるように、ＬＤ＿ＯＮ（レーザ制御信号）のＯＮ時間は、最大値が数ｍｓ（計測周期）であり、最小値が数十μｓとなる。このため、ダイナミックレンジ（最大値／最小値）は、１００〜１０００となる。一方、本実施形態のレーザ制御におけるダイナミックレンジ（最大値／最小値）は、数万以上となる。
【００８２】
センサ装置において、ダイナミックレンジの広範囲なものが求められている。広範囲のダイナミックレンジを必要とするワークの例が図１４に示されている。図１４の参照符号ａで示されるコータでは、図示しないノズルに接続された変位センサ１４０１が、大理石のステージ１４０２に載置されたガラス基板１４０３上を移動することにより、ガラス基板１４０３とノズルとのギャップが計測される。そして、ノズルから射出される塗工液の厚さを均一とすることが要求される。ガラス基板１４０３の表面には、図１４の参照符号ｂで示されるように、素ガラス１４０４の部分、クロムめっきが施された部分１４０５、膜付きの部分１４０６などが存在する場合がある。クロムめっきが施された部分１４０５は表面が鏡面に近い状態であり反射光量が多くなり、一方、膜付きの部分１４０６では反射光量が非常に少なくなる。
【００８３】
また、図１４の参照符号ｃで示されるＰＷＢ（プリント配線基板）では、変位センサ１４０１が、ＳＵＳ（ステンレス）のステージ１４０７に載置されたガラスエポキシ基板１４０８上を移動することにより、ガラスエポキシ基板１４０８の表面の厚み計測が要求される。ガラスエポキシ基板１４０８の表面には、図１４の参照符号ｄで示されるように、銅線１４０９、シルク印刷された部分１４１０、レジスト（透明膜）部分１４１１などが存在する。
【００８４】
また、図１４の参照符号ｅで示される金型の形状計測においては、変位センサ１４０１が、金型１４１２の表面上を移動することにより、金型の凹部の厚み計測が要求される。金型１４１２の凹部は、垂直面の部分１４１３、傾斜面の部分１４１４などが存在する。
【００８５】
従って、コータ、ＰＷＢ、金型などにおいて、様々な表面状態を計測するには、ダイナミックレンジが広範なものでなければならない。
【００８６】
本実施形態のレーザ制御におけるダイナミックレンジ（最大値／最小値）は、上述したように、従来（１００〜１０００）のものに比べて格段に大きい（数万以上）。
【００８７】
ところで、図２３に示す従来のセンサヘッドにおいて、レーザ制御信号を例えば５ビットのパラレルにすることにより、ＬＤの点灯に関して、１．４倍刻みに設定した３２通りの点灯時間を設定することが可能である。この場合には、ＬＤ＿ＯＮ（レーザ制御信号）のＯＮ時間は、最大値が数ｍｓ（計測周期）、最小値が数十ｎｓとなる。このため、ダイナミックレンジ（最大値／最小値）を、本実施形態と同様に数万以上のものとすることができる。
【００８８】
しかしながら、このような方法では、ＬＤのＯＮ時間を調整するときに、点灯時間が１．４倍刻みに設定されているので、点灯時間を調整するときの切替レンジも１．４倍刻みとなる。ＬＤ＿ＯＮ（レーザ制御信号）は、図１５の参照符号ｂで示されるように、受光量が飽和気味のときには暗くするためにＬＤのＯＮ時間が１／１．４倍となる。或いは暗すぎる場合に明るくするためにＬＤのＯＮ時間が１．４倍となる。このように感度調整すると、図１５の参照符号ｆで示されるように、調整する都度、受光波形の濃度ピークが大きく変化する（山の形状が変化する）。そのため、計測誤差が発生してしまう。従来のＬＤ制御方法では、点灯時間の調整切替レンジが１．４倍刻みなので、受光波形の濃度ピークが大きく変化しないようにすることができない。仮に点灯時間を１％程度変化させるような微調整をしようとするためには、ＬＤ制御用のパラレルの信号線を５本から大幅に増設しなければならない。
【００８９】
一方、本実施形態のセンサ装置では、設定信号、投光制御信号等は通信ケーブル４の往路線４ｂを介してセンサコントローラ１から例えばＬＶＤＳなどのシリアル通信でセンサヘッド２へ送られてくるので、ＬＤ＿ＯＮ（レーザ制御信号）のＯＮ時間の微調整を精度よく行うことが可能である。その結果、図１６の参照符号ｂで示されるように、ＬＤのＯＮ時間を元の点灯時間の９９％にする、或いは１０１％にするなどの微調整をすることができる。このとき図１６の参照符号ｆで示されるように、受光波形の濃度ピークはほとんど変化しないので、計測誤差を小さくすることができる。
【００９０】
従って、本実施形態のＬＤ制御では、従来のものに比べて、ダイナミックレンジを大きくする効果と、ＬＤ点灯時間の微調整による計測誤差の低減効果を果たすことが可能となる。
【００９１】
次に、本実施形態のセンサ装置のセンシング態様の一例としてＣＭＯＳ制御を従来のＣＭＯＳ制御と比較して説明する。
【００９２】
図２３に示す従来のセンサヘッドでは、ＬＤ＿ＯＮ（レーザ制御信号）、ＬＥＤ（センサＬＥＤ制御信号）、ＤＡＴＡ＿ＯＵＴ（センサ設定信号）、ＥＥＰＲＯＭ（ＥＥＰＲＯＭ制御信号）は、ケーブルを介してセンサコントローラから専用の通信線でセンサヘッドへ送られてくる。
【００９３】
従来のセンサヘッドへの入力信号のタイミングチャートが図１７に示されている。参照符号ａで示されるＥＥＰＲＯＭ（ＥＥＰＲＯＭ制御信号）と参照符号ｂで示されるＤＡＴＡ＿ＯＵＴ（センサ設定信号）は同一のタイミングであり、１つのデータを送るために、最大値として数百μｓの時間を要する。なお、ＳＤはデータ信号、ＳＣＬはクロック信号、ＳＥはイネーブル信号を示している。
【００９４】
参照符号ｂで示されるＤＡＴＡ＿ＯＵＴ（センサ設定信号）は撮像素子（ＣＭＯＳ）の設定信号である。ＣＭＯＳの設定データは、例えば、撮像素子の長方形視野（受光面）の読み出し始点のＸ座標およびＹ座標、読み出し終点のＸ座標およびＹ座標、Ｘ方向およびＹ方向の間引き間隔、シャッタースピード、モード設定などが必要であり、これらを合計すると、約８０ビットのデータ量となる。１ビットのデータを送るために数百μｓの時間を要するので、従来、ＣＭＯＳの設定データをすべて送るためには、数十ｍｓの時間を必要としていた。
【００９５】
本実施形態のセンサヘッドへの入力信号のタイミングチャートが図１８に示されている。参照符号ｂで示されるＤＡＴＡ＿ＯＵＴ（センサ設定信号）は、１つのデータ（１ビット）を送るために、数百ｎｓの時間を要する。従って、ＣＭＯＳの設定データ（８０ビット）をすべて送るためには、数十μｓの時間で済む。これにより、従来のＣＭＯＳ制御に比べておよそ１０００倍の速度を実現することができる。
【００９６】
以下に、ＣＭＯＳ制御を高速に行うことができることにより、実現する計測方法の例（コータ、厚み計測）を説明する。
【００９７】
まず、テーブルコータによりガラス基板に塗工液（レジスト液）を塗布する場合を想定する。この場合、大理石のステージ上に載置されたガラス基板の厚みを計測しながらレジスト液をガラス基板に均一に塗布するために、大別して４ステップの動作を行う。
【００９８】
まず、第１のステップでは、図１９（ａ）に示されるように、大理石のステージ１９０３にガラス基板１９０４を載置し、ノズル１９０１に接続された変位センサ１９０２により、ステージ１９０３までの距離を計測し、ゼロ点位置をリセットする。この場合、ステージ１９０３は大理石であるため、ステージ表面は斑模様である。そこで、幅の広いラインビーム（スリット光の照射光像ＩＭ）で斑模様を平均的に計測する。このときのＣＭＯＳによる撮像画像が図２０（ａ）に示されている。同図に示される２００１は、２次元撮像素子の長方形視野（受光面）を表している。このとき計測領域２００２は視野と同一である。２００３は照射光像を表している。
【００９９】
第２のステップでは、図１９（ｂ）に示されるように、ノズル１９０１に接続された変位センサ１９０２をガラス基板１９０４の端部に移動させてガラス面を計測する。この場合、ガラス基板１９０４の表面は均一なため、幅の狭いラインビームで計測する。第３のステップでは、第２のステップの計測結果を基にノズル１９０１の高さを初期設定する。第２のステップおよび第３のステップに対応した撮像画像が図２０（ｂ）に示されている。計測領域２００２は、変位方向では視野と同一であり、これと直交するライン方向（照射光像の延在方向）では視野の中心部分にだけ設定されている。
【０１００】
第４のステップでは、図１９（ｃ）に示されるように、ガラスの表面変位計測結果をフィードバック制御して、ノズル１９０１の高さを調整しながらレジスト液を塗布する。この場合には、高速サンプリングが必要なため、微小領域で計測する。すなわち、図２０（ｃ）に示されるように、計測領域２００２は、変位方向もライン方向（照射光像の延在方向）も視野の中心部分にだけ設定される。
【０１０１】
上述のように、ラインビームの幅と計測領域とが動作ステップによって異なる。従来、（１）大理石とガラスとを両方とも精度よく計測すること、（２）ガラスの厚みを計測することのできるレンジを有する、（３）計測時間の短縮（とくに第４のステップ）の各点が要望されている。本実施形態のセンサ装置によれば、動作ステップにより異なる設定を高速で切り替えることが可能であり、上記要望を満足することができる。
【０１０２】
次に、シート状のワークの厚み計測におけるＣＭＯＳ高速制御を説明する。ここでシート状ワークは、積層セラミックコンデンサ、建材、サンドペーパー等を想定している。図２１に示されるように、センサヘッドのレーザ射出面を互いに向かい合わせた変位センサ２１０１，２１０２を上下に配置し、ローラ２１０３，２１０４に挟まれて送り出されるシート状ワーク２１０５の厚みを変位センサ２１０１，２１０２の間で計測する。このとき、予め変位センサ２１０１，２１０２間の距離Ｘを計測しておき、変位センサ２１０１からシート状ワーク２１０５までの距離Ｙ１、および変位センサ２１０２からシート状ワーク２１０５までの距離Ｙ２を計測することにより、シート状ワークの厚みＤが次式（１）により求められる。
【０１０３】
Ｄ＝Ｘ−（Ｙ１＋Ｙ２）・・・（１）
【０１０４】
この場合、例えばシート状ワーク２１０５は切断された後、積層され、各層が貼り付けられた後、コーティングされて製品となる。従って製品には、１枚１枚のシート状ワーク２１０５の厚みの誤差が反映される。従って、１枚のシート状ワークの厚み計測に対して高い精度が要求されている。これに対して、ローラ２１０３，２１０４に挟まれて送り出されるシート状ワーク２１０５は、ローラ２１０３，２１０４と変位センサ２１０１，２１０２との間でゆっくりと上下に蛇行してしまう。従来のセンサヘッドでは、ＤＡＴＡ＿ＯＵＴ（センサ設定信号）は、ＬＤ＿ＯＮ（レーザ制御信号）などと共に、ケーブルを介してセンサコントローラから専用の信号線でパラレル伝送によりセンサヘッドへ送られてきており、このパラレル伝送は、ノイズに弱く伝送速度も遅い。そのため、ＣＭＯＳ上の計測領域の設定がシート状ワーク２１０５の上下の蛇行に追従することができず、計測誤差を低減することができなかった。
【０１０５】
一方、本実施形態では、設定信号、投光制御信号等は通信ケーブル４の往路線４ｂを介してセンサコントローラから例えばＬＶＤＳなどのシリアル通信でセンサヘッド２へ送られてくる。従って、シート状ワーク２１０５が、ローラ２１０３，２１０４と変位センサ２１０１，２１０２との間で上下に蛇行する場合でも図２２に示されるように、シート状ワーク（計測対象物体）の計測変位の変動に追従させて、計測領域を移動させることができる。
【０１０６】
すなわち、シート状ワーク２１０５が上へ蛇行したときには、図２２（ａ）に示されるように、上方の変位センサ２１０１の視野２２０１では、照射光像２２０２は視野２２０１の左側（変位方向ｎｅａｒ）に位置する。このとき計測領域２２０３は、照射光像２２０２を含む視野２２０１の一部の領域に設定される。一方、下方の変位センサ２１０２の視野２２０４では、照射光像２２０５は視野２２０４の右側（変位方向ｆａｒ）に位置する。このとき計測領域２２０６は、照射光像２２０５を含む視野２２０１の一部の領域に設定される。
【０１０７】
また、シート状ワーク２１０５が上下に蛇行していないときには、図２２（ｂ）に示されるように、上方の変位センサ２１０１の視野２２０１では、照射光像２２０２は視野２２０１の中央（変位方向中心）に位置する。このとき計測領域２２０３は、照射光像２２０２を含む視野２２０１の一部の領域に設定される。同様に、下方の変位センサ２１０２の視野２２０４では、照射光像２２０５は視野２２０４の中央（変位方向中心）に位置する。このとき計測領域２２０６は、照射光像２２０５を含む視野２２０１の一部の領域に設定される。
【０１０８】
さらに、シート状ワーク２１０５が下へ蛇行したときには、図２２（ｃ）に示されるように、上方の変位センサ２１０１の視野２２０１では、照射光像２２０２は視野２２０１の右側（変位方向ｆａｒ）に位置する。このとき計測領域２２０３は、照射光像２２０２を含む視野２２０１の一部の領域に設定される。一方、下方の変位センサ２１０２の視野２２０４では、照射光像２２０５は視野２２０４の左側（変位方向ｎｅａｒ）に位置する。このとき計測領域２２０６は、照射光像２２０５を含む視野２２０１の一部の領域に設定される。
【０１０９】
本実施形態のセンサ装置は、シート状ワーク２１０５の蛇行量に応じて、ＣＭＯＳの計測領域の変更を高速に切り替えることができるので、シート状ワーク２１０５の蛇行に対応することが可能となる。従って、シート状ワークの１枚の厚み誤差を低減し、シート状ワークが積層された製品の厚み誤差を大幅に低減することができる。
【０１１０】
尚、上記実施形態のセンサ装置は、一例として変位センサを説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、視覚センサ、近接センサ、測長センサ、角度センサ等であってもよい。
【０１１１】
以上説明したように、本実施形態のセンサ装置によれば、センサヘッドからセンサコントローラ、およびセンサコントローラからセンサヘッドへのデータ伝送が、双方向シリアル通信とされる。従って、例えば光学式変位センサの場合であれば、センサヘッドに設けられた投光素子および撮像素子を高速、高精度に制御することができるという利点がある。
【図面の簡単な説明】
【０１１２】
【図１】センサコントローラの外観斜視図である。
【図２】センサコントローラ連装状態の外観斜視図である。
【図３】センシング中のセンサヘッドの外観斜視図である。
【図４】センサコントローラ回路の内部構成を示すブロック図である。
【図５】センサヘッド回路の詳細を示すブロック図である。
【図６】センサヘッドインタフェース回路の詳細を示すブロック図である。
【図７】ＦＰＧＡ及びＣＰＵとユニット間コネクタとの接続関係を示す信号系統図である。
【図８】ＦＰＧＡ内部回路の詳細を示すブロック図である。
【図９】ＣＰＵブロックの詳細を示すブロック図である。
【図１０】入出力インタフェース回路ブロックの詳細を示すブロック図である。
【図１１】ＣＰＵのゼネラルフローチャート（単体動作時）である。
【図１２】本実施形態のセンサヘッドの入出力信号のタイムチャートである。
【図１３】従来のセンサヘッドの入出力信号のタイムチャートである。
【図１４】ダイナミックレンジを必要とする使用形態の説明図である。
【図１５】従来のＬＤ制御の説明図である。
【図１６】本実施形態のＬＤ制御の説明図である。
【図１７】従来のセンサヘッドへの入力信号のタイムチャートである。
【図１８】本実施形態のセンサヘッドへの入力信号のタイムチャートである。
【図１９】ガラス基板の計測の説明図である。
【図２０】ＣＭＯＳによる撮像画像の説明図である。
【図２１】シート状ワークの厚み計測の説明図である。
【図２２】厚み計測における撮像画像の説明図である。
【図２３】従来のセンサヘッド回路の詳細を示すブロック図である。
【符号の説明】
【０１１３】
１，１ａ，１ｂ，１ｃ  センサコントローラ
２          センサヘッド
３          外部接続コード
４          通信ケーブル
４ａ        センサヘッドコネクタ
５          ＤＩＮレール
６          対象物体
７          中継コネクタ片
７ａ        第１ポート（右）
７ｂ        第２ポート（右）
８          センサヘッドコネクタ
１０        ケース
１０ａ      正面
１０ｂ      上面
１０ｃ      下面
１１        表示部
１１ａ      セグメント表示器
１１ｂ      液晶式キャラクタ表示器
１２        操作部蓋
１３        ＵＳＢコネクタ
１４        ＲＳ−２３２Ｃコネクタ
１５        ユニット間コネクタ蓋（右）
１６        ＤＩＮレールクランパ
１７        操作部
１８ａ      ユニット間コネクタ（右）
１８ｂ      ユニット間コネクタ（左）
２０        ケース
１００      センサコントローラ回路
１１０      センサヘッドインタフェース回路
１１１      シリアル／パラレル変換回路
１１２      パラレル／シリアル変換回路
１１３      センサヘッドインタフェース発振器
１２０      制御部
１３０      ＦＰＧＡ
１３１      タイミング変換回路
１３２      データ経路切替回路
１３３      演算処理回路
１３４      レジスタ
１３５      クロック切替回路
１３６      タイミング生成回路
１３７      バッファ
１４０      ＣＰＵブロック
１４１      ＣＰＵ
１４２      シリアル通信インタフェース回路
１４３      ＣＰＵ−ＲＯＭ
１４４      ＣＰＵ−ＲＡＭ
１５０      入出力インタフェース回路ブロック
１５１      操作部入力回路
１５２      表示部出力回路
１５３      Ｄ／Ａ変換器
１５４      パラレルインタフェース回路
１５５      ＲＳ−２３２Ｃインタフェース回路
１５６      ＵＳＢインタフェース回路
１６０      ＦＰＧＡ発振器
１７０      ＦＰＧＡ−ＲＡＭ
２００      センサヘッド回路
２１０      シリアル／パラレル変換回路
２２０      半導体レーザダイオード（ＬＤ）
２３０      発光ダイオード（ＬＥＤ）
２４０      ２次元撮像素子
２５０      撮像素子駆動回路
２６０      センサヘッド発振器
２７０      パラレル／シリアル変換回路
２８０      ＥＥＰＲＯＭ
Ｌ１        スリット光の照射光
Ｌ２        スリット光の反射光
ＩＭ        スリット光の照射光像
Ｐ１        第１のデータ伝送経路
Ｐ２        第２のデータ伝送経路
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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