(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
測定対象物に光を照射する投光手段と、
第１受光素子及び第２受光素子が交互となるように、多数の受光素子を一列に配列させた受光素子列を有し、上記測定対象物からの反射光を受光するラインセンサと、
上記受光素子列の露光制御を行う露光制御手段と、
同時に露光させた第１受光素子の受光量が入力され、当該受光量を順に出力する第１シリアル出力手段と、
同時に露光させた第２受光素子の受光量が入力され、当該受光量を順に出力する第２シリアル出力手段とを備え、
上記露光制御手段は、第１受光素子及び第２受光素子の露光タイミング又は露光時間が異なるように制御して得られた受光量であって、第１シリアル出力手段及び第２シリアル出力手段から出力された受光量に基づいて、上記受光素子列の露光制御を行うことを特徴とする光学式変位計。
【請求項２】
第１受光素子の受光量からなる受光量パターン及び第２受光素子の受光量からなる受光量パターンに基づいて、受光量のピーク位置を検出し、測定対象物までの距離を求める測距手段を備えたことを特徴とする請求項１に記載の光学式変位計。
【請求項３】
上記露光制御手段が、同時に露光して求められた上記受光量の最大値に基づいて、露光制御を行うことを特徴とする請求項１又は２に記載の光学式変位計。
【請求項４】
上記露光制御手段が、第１及び第２受光素子の一方を同時に露光させて得られた受光量に基づいて、第１及び第２受光素子の他方の露光時間を制御することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の光学式変位計。
【請求項５】
上記露光制御手段が、第１及び第２受光素子を交互に露光させることを特徴とする請求項４に記載の光学式変位計。
【請求項６】
上記露光制御手段は、第１受光素子及び第２受光素子のいずれか一方の受光素子の受光量からなる受光量パターンの読み出しと、他方の受光素子の露光とを並行して行うことを特徴とする請求項５に記載の光学式変位計。
【請求項７】
上記露光制御手段が、第１及び第２受光素子に対し互いに異なる露光制御を行って得られた第１受光素子の受光量の最大値と、第２受光素子の受光量の最大値とに基づいて、第１又は第２受光素子の露光制御を行うことを特徴とする請求項１に記載の光学式変位計。
【請求項８】
上記受光素子列が、隣接する複数の受光素子からなる２以上のブロックに区分され、
第１シリアル出力手段が、上記ブロックごとに設けられる手段であって、対応するブロックに属する第１受光素子を同時に露光させて得られた受光量が入力され、当該受光量を順に出力し、
第２シリアル出力手段が、上記ブロックごとに設けられる手段であって、対応するブロックに属する第２受光素子を同時に露光させて得られた受光量が入力され、当該受光量を順に出力し、
上記露光制御手段が、上記ブロックごとに、同じブロックに属する第１及び第２シリアル出力手段の少なくとも一方から出力される同時に露光して得られた受光量の最大値に基づいて、上記同じブロックに属する受光素子の露光制御を行うことを特徴とする請求項３に記載の光学式変位計。
【請求項９】
動作モードとして、上記ブロックごとに異なる露光制御を行う複数スポットモードと、全ての上記ブロックに共通の露光制御を行う単一スポットモードとを切り替える動作モード切替手段を備え、
上記露光制御手段は、複数スポットモードの場合、上記ブロックごとに、同じブロックに属する第１及び第２シリアル出力手段のいずれか一方から出力される同時に露光された受光量の最大値に基づいて、上記同じブロックに属する受光素子の露光制御を行い、
単一スポットモードの場合、全てのブロックに属する第１及び第２シリアル出力手段のいずれか一方から出力される同時に露光された受光量の最大値に基づいて、全てのブロックに属する受光素子の露光制御を行うことを特徴とする請求項８に記載の光学式変位計。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学式変位計に係り、さらに詳しくは、測定対象物からの反射光をラインセンサで受光し、測定対象物までの距離等を測定するための光学式変位計の改良に関する。
【背景技術】
【０００２】
光学式変位計は、投光レンズを介して検出光を測定対象物へ照射し、その反射光を受光レンズを介して光センサに集光し、測定対象物までの距離を計測する装置である。測定対象物までの距離は、投光レンズ及び受光レンズの光軸を交差させ、光センサの受光面上に形成された集光スポットの位置を検出することにより、三角測距法の原理を利用して求められる。従来の光学式変位計は、光センサとしてＰＳＤ素子（Position Sensitive Detector）を採用するものが多かったが、最近では、多数の受光素子を１次元配列させたラインセンサや、２次元配列させた２次元センサ、例えばＣＣＤ（Charge Coupled Device）を採用しているものもある。
【０００３】
ＰＳＤ素子は、受光量に応じた電圧を発生する材料で形成された受光面を有し、その両端の電位を計測することによって、受光面内における集光スポットの重心を求める光センサである。このため、受光面上に理想的な集光スポットが形成されていない場合、例えば、受光面上に２以上の集光スポットが形成されていたり、裾野が非対称に広がるような集光スポットが形成されているような場合には、集光スポットのピーク位置を高い精度で検出することができないという問題があった。
【０００４】
これに対し、ラインセンサや２次元センサは、その受光面が多数の受光素子で構成され、各受光素子ごとの受光量を検出することができるため、受光面上における光量分布を取得することができる。従って、上述したような理想的でない集光スポットが形成されている場合であっても、受光面上における受光量のピーク位置を高い精度で検出することができる。
【０００５】
ところが、ラインセンサや２次元センサは、受光量が適切でないと、そのピークを良好に観察することができず、検出精度が著しく低下してしまうという問題があった。例えば、ピークが低すぎたり、あるいは、高すぎて受光素子を飽和させてしまうと、検出精度が低下する。このような課題については、投受光条件をフィードバック制御することによって解決する技術が提案されている（例えば、特許文献１）。この特許文献１では、検出光を投光して反射光を検出する検出サイクルを繰り返し、ピークの受光量が良好に観察できるように、検出光の強度、光センサのシャッター時間、増幅回路のゲインなどのパラメータを調整し、その後にピーク位置の検出を行っている。
【０００６】
また、ラインセンサや２次元センサは、ＰＳＤ素子に比べて応答速度が遅いという問題があった。この種の光センサは、多数の受光素子から受光量をそれぞれ読み出す必要があり、この読出時間が受光時間に比べて長く、１回の検出サイクルが長くなってしまう。しかも、ピーク位置の検出精度を向上させるために投受光条件のフィードバック制御を行っている場合、距離測定前に、投受光条件を求めるために複数回の検出サイクルを繰り返す必要があり、ＰＳＤ素子に比べて応答速度が著しく遅くなってしまう。このため、応答速度が要求される用途には使用することができないという問題があった。
【０００７】
そこで、ラインセンサや２次元センサを採用した光学式変位計について、その応答速度を向上させるために種々の提案がなされている（例えば、特許文献２及び３）。特許文献２には、反射光を分岐させて２個のラインセンサでそれぞれ受光し、これらのラインセンサの出力動作を時間軸上でオーバーラップさせて、応答速度を向上させる光学式変位計が開示されている。しかしながら、光センサはその初期特性に個体差があり、複数の光センサを用いた場合、光センサごとの個体差を調整するのが難しく、また、経時的な特性劣化にも差が生じてしまうという問題があった。また、光学式変位計の構成が複雑になるため、装置の小型化が困難であり、また、製造コストを増大させてしまうという問題があった。
【０００８】
また、特許文献３には、２次元センサの一部の領域のみについて受光量を読み出すことにより、応答速度を向上させる光学式変位計が開示されている。一般に、２次元センサは任意の受光素子の受光量を読み出すことができ、一部の領域についてのみ読み出しを行えば、全ての受光素子から受光量を読み出す場合に比べて読出時間は短くなる。しかしながら、そもそも２次元センサは受光素子数が多く、また、任意の受光素子から読み出すことができる構成であるため読出時間が長い。このため、このような方法によって、ラインセンサを採用する場合に比べて応答速度を向上させることはできない。
【０００９】
さらに、従来の光学式変位計には、透明体の前面及び背面からの反射光をともに受光し、２つのピーク位置の間隔から、上記透明体の厚さ測定を行うものがあった。しかしながら、ラインセンサ上に現れる受光量の異なる２つのピークを検出することは容易ではなく、応答速度は更に遅くなってしまうという問題があった。
【特許文献１】特開平１０−２６７６４８号公報
【特許文献２】特開２００１−２３５３２３号公報
【特許文献３】特開２００５−３００５２５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、ラインセンサからの受光量の出力時間を短縮化させることができる光学式変位計を提供することを目的とする。特に、測定精度を低下させることなく、受光量調整のための時間を短縮させることにより、測定精度を低下させることなく、応答性を向上させた光学式変位計を提供することを目的とする。さらに、透明な測定対象物の厚さを短時間で測定することができる光学式変位計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】
【００１１】
第１の本発明による光学式変位計は、測定対象物に光を照射する投光手段と、第１受光素子及び第２受光素子が交互となるように、多数の受光素子を一列に配列させた受光素子列を有し、上記測定対象物からの反射光を受光するラインセンサと、上記受光素子列の露光制御を行う露光制御手段と、同時に露光させた第１受光素子の受光量が入力され、当該受光量を順に出力する第１シリアル出力手段と、同時に露光させた第２受光素子の受光量が入力され、当該受光量を順に出力する第２シリアル出力手段とを備え、上記露光制御手段が、第１受光素子及び第２受光素子の露光タイミング又は露光時間が異なるように制御して得られた受光量であって、第１シリアル出力手段及び第２シリアル出力手段から出力された受光量に基づいて、上記受光素子列の露光制御を行うように構成される。
【００１２】
この様な構成により、受光量を出力するための時間を短縮することができる。各受光素子列で検出される受光量が適切でない場合に、受光素子を繰り返し露光させ、得られた受光量を次回の露光制御にフィードバックさせて、適切なピーク受光量が得られる露光条件を決定する際、それぞれの露光後における受光量の出力時間を短縮すれば、適切な露光条件を短時間で見つけることができる。従って、このような構成によれば、検出精度を低下させることなく、光学式変位計の応答速度を向上させることができる。
【００１３】
第２の本発明による光学式変位計は、上記構成に加えて、第１受光素子の受光量からなる受光量パターン及び第２受光素子の受光量からなる受光量パターンに基づいて、受光量のピーク位置を検出し、測定対象物までの距離を求める測距手段を備えて構成される。また、第３の本発明による光学式変位計は、上記構成に加えて、上記露光制御手段が、同時に露光して求められた上記受光量の最大値に基づいて、露光制御を行うように構成される。このような構成によれば、適切なピーク受光量を得るための露光条件を高速に求めることができ、光学式変位計の応答速度を向上させることができる。
【００１４】
第４の本発明による光学式変位計は、上記構成に加えて、上記露光制御手段が、第１及び第２受光素子の一方を同時に露光させて得られた受光量に基づいて、第１及び第２受光素子の他方の露光時間を制御するように構成される。
【００１５】
第５の本発明による光学式変位計は、上記構成に加えて、上記露光制御手段が、第１及び第２受光素子を交互に露光させるように構成される。また、第６の本発明による光学式変位計は、上記構成に加えて、上記露光制御手段が、第１受光素子及び第２受光素子のいずれか一方の受光素子の受光量からなる受光量パターンの読み出しと、他方の受光素子の露光とを並行して行うように構成される。
【００１６】
第７の本発明による光学式変位計は、上記構成に加えて、上記露光制御手段が、第１及び第２受光素子に対し互いに異なる露光制御を行って得られた第１受光素子の受光量の最大値と、第２受光素子の受光量の最大値とに基づいて、第１及び第２受光素子に共通の露光制御を行うように構成される。このような構成によれば、適切なピーク受光量を得るための露光条件を更に高速に求めることができ、光学式変位計の応答速度を向上させることができる。
【００１７】
また、本発明による光学式変位計は、上記構成に加えて、第１及び第２受光素子が、同一の半導体基板上に形成されている。この様な構成により、第１及び第２の受光素子間における個体差、経年劣化の特性差又は温度などの環境差に起因する誤差を抑制することができる。また、装置を小型化することが容易になる。
【００１８】
第８の本発明による光学式変位計は、上記構成に加えて、上記受光素子列が、隣接する複数の受光素子からなる２以上のブロックに区分され、第１シリアル出力手段が、上記ブロックごとに設けられる手段であって、対応するブロックに属する第１受光素子を同時に露光させて得られた受光量が入力され、当該受光量を順に出力し、第２シリアル出力手段が、上記ブロックごとに設けられる手段であって、対応するブロックに属する第２受光素子を同時に露光させて得られた受光量が入力され、当該受光量を順に出力し、上記露光制御手段が、上記ブロックごとに、同じブロックに属する第１及び第２シリアル出力手段の少なくとも一方から出力される同時に露光して得られた受光量の最大値に基づいて、上記同じブロックに属する受光素子の露光制御を行うように構成される。
【００１９】
第９の本発明による光学式変位計は、上記構成に加えて、動作モードとして、上記ブロックごとに異なる露光制御を行う複数スポットモードと、全ての上記ブロックに共通の露光制御を行う単一スポットモードとを切り替える動作モード切替手段を備え、上記露光制御手段が、複数スポットモードの場合、上記ブロックごとに、同じブロックに属する第１及び第２シリアル出力手段のいずれか一方から出力される同時に露光された受光量の最大値に基づいて、上記同じブロックに属する受光素子の露光制御を行い、単一スポットモードの場合、全てのブロックに属する第１及び第２シリアル出力手段のいずれか一方から出力される同時に露光された受光量の最大値に基づいて、全てのブロックに属する受光素子の露光制御を行うように構成される。
【００２０】
第１０の本発明による光学式変位計は、測定対象物に光を照射する投光手段と、多数の受光素子が同一の半導体基板上に一列に形成された受光素子列であって、隣接する複数の受光素子からなる２以上のブロックに区分された受光素子列を有し、上記測定対象物からの反射光を受光するラインセンサと、上記受光素子列の露光制御を行う露光制御手段と、同じブロックに属する受光素子を同時に露光させて得られた受光量が入力され、当該受光量を順に出力するブロックごとのシリアル出力手段とを備え、上記露光制御手段が、上記シリアル出力手段から出力される同じブロックに属する受光素子を同時に露光させて得られる受光量に基づいて、上記受光素子列の露光制御を行うように構成される。
【００２１】
この様な構成により、受光量を出力するための時間を短縮することができる。各受光素子列で検出される受光量が適切でない場合に、受光素子を繰り返し露光させ、得られた受光量を次回の露光制御にフィードバックさせて、適切なピーク受光量が得られる露光条件を決定する際、それぞれの露光後における受光量の出力時間を短縮すれば、適切な露光条件を短時間で見つけることができる。従って、このような構成によれば、検出精度を低下させることなく、光学式変位計の応答速度を向上させることができる。また、同一の半導体基板上に形成されている受光素子を第１及び第２ブロックに区分しているため、ブロック間における受光素子の個体差、経年劣化の特性差又は温度などの環境差に起因する誤差を抑制することができる。また、装置を小型化することが容易になる。
【００２２】
第１１の本発明による光学式変位計は、上記構成に加えて、上記露光制御手段が、同時に露光して求められた上記受光量の最大値に基づいて、露光制御を行うように構成される。
【００２３】
第１２の本発明による光学式変位計は、上記構成に加えて、上記露光制御手段が、同じブロックに属する受光素子を同時に露光させて得られた受光量に基づいて、上記同じブロックとは異なるブロックに属する受光素子の露光時間を制御するように構成される。
【００２４】
第１３の本発明による光学式変位計は、上記構成に加えて、上記露光制御手段が、各ブロックについて、同じブロックに属する受光素子を同時に露光させて得られた受光量に基づいて、上記同じブロックに属する受光素子の露光時間を制御するように構成される。
【００２５】
第１４の本発明による光学式変位計は、測定対象物に光を照射する投光手段と、多数の受光素子が同一の半導体基板上に一列に形成された受光素子列であって、隣接する複数の受光素子からなる第１ブロック及び第２ブロックに区分された受光素子列を有し、上記測定対象物からの反射光を受光するラインセンサと、同時に露光させた第１ブロックに属する受光素子の受光量が入力され、当該受光量を順に出力する第１シリアル出力手段と、同時に露光させた第２ブロックに属する受光素子の受光量が入力され、当該受光量を順に出力する第２シリアル出力手段とを備え、第１シリアル出力手段から出力される同時に露光して求められた受光量に基づいて第１ブロックに属する受光素子の露光制御を行う第１露光制御手段と、第２シリアル出力手段から出力される同時に露光して求められた受光量に基づいて第２ブロックに属する受光素子の露光制御を行う第２露光制御手段とを備えて構成される。
【００２６】
この様な構成により、受光量を出力するための時間を短縮することができる。また、各ブロック内において受光量の異なる１つのピークが検出される場合、例えば、透明体の厚さ検出を行う場合に、適切なピーク受光量が得られる露光条件を高速かつ容易に決定することができる。従って、検出精度を低下させることなく、光学式変位計の応答速度を向上させることができる。また、同一の半導体基板上に形成されている多数の受光素子を第１及び第２ブロックに区分しているため、ブロック間における受光素子の個体差、経年劣化の特性差又は温度などの環境差に起因する誤差を抑制することができる。また、装置を小型化することが容易になる。
【００２７】
第１５の本発明による光学式変位計は、上記ラインセンサを構成する受光素子のうち、一部の連続する受光素子を撮影エリアとして指定する撮影エリア指定手段を備え、第１シリアル出力手段が、上記撮影エリア内の第１ブロックに属する受光素子の受光量を順に出力し、第２シリアル出力手段が、上記撮影エリア内の第２ブロックに属する受光素子の受光量を順に出力し、上記撮影エリアが、第１ブロック及び第２ブロックの境界を中心とし、ユーザ操作に基づいて決定された数の受光素子からなる。
【００２８】
第１６の本発明による光学式変位計は、上記第１ブロック及び第２ブロックが、隣接する複数の受光素子からなる２以上のサブブロックにそれぞれ区分され、第１シリアル出力手段が、第１ブロックの上記サブブロックごとに設けられる手段であって、対応するサブブロックに属する受光素子を同時に露光させて得られた受光量が入力され、当該受光量を順に出力し、第２シリアル出力手段が、第２ブロックの上記サブブロックごとに設けられる手段であって、対応するサブブロックに属する受光素子を同時に露光させて得られた受光量が入力され、当該受光量を順に出力し、第１露光制御手段が、第１シリアル出力手段から出力される同じサブブロックに属する受光素子を同時に露光させて得られる受光量に基づいて、上記第１ブロックに属する受光素子の露光制御を行い、第２露光制御手段が、第２シリアル出力手段から出力される同じサブブロックに属する受光素子を同時に露光させて得られる受光量に基づいて、上記第２ブロックに属する受光素子の露光制御を行うように構成される。
【００２９】
第１７の本発明による光学式変位計は、上記構成に加えて、第１露光制御手段及び第２露光制御手段が、同時に露光して求められた上記受光量の最大値に基づいて、露光制御を行うように構成される。
【００３０】
第１８の本発明による光学式変位計は、上記構成に加えて、第１露光制御手段が、同じサブブロックに属する受光素子を同時に露光させて得られた受光量に基づいて、上記同じサブブロックとは異なるサブブロックに属する受光素子の露光時間を制御し、第２露光制御手段が、同じサブブロックに属する受光素子を同時に露光させて得られた受光量に基づいて、上記同じサブブロックとは異なるサブブロックに属する受光素子の露光時間を制御するように構成される。
【００３１】
第１９の本発明による光学式変位計は、上記構成に加えて、第１露光制御手段が、各サブブロックについて、同じサブブロックに属する受光素子を同時に露光させて得られた受光量に基づいて、上記同じサブブロックに属する受光素子の露光時間を制御し、第２露光制御手段が、各サブブロックについて、同じサブブロックに属する受光素子を同時に露光させて得られた受光量に基づいて、上記同じサブブロックに属する受光素子の露光時間を制御するように構成される。
【００３２】
第２０の本発明による光学式変位計は、測定対象物に光を照射する投光手段と、１又は２以上の受光素子からなる第１受光素子ユニット及び１又は２以上の受光素子からなる第２受光素子ユニットが交互となるように、多数の受光素子を一列に配列させた受光素子列を有し、上記測定対象物からの反射光を受光するラインセンサと、上記受光素子列の露光制御を行う露光制御手段と、同時に露光させた第１受光素子ユニットに属する受光素子の受光量が入力され、当該受光量を順に出力する第１シリアル出力手段と、同時に露光させた第２受光素子ユニットに属する受光素子の受光量が入力され、当該受光量を順に出力する第２シリアル出力手段とを備え、上記露光制御手段が、第１及び第２シリアル出力手段のいずれか一方から出力される同時に露光して求められた受光量に基づいて、上記受光素子列の露光制御を行うように構成される。
【００３３】
第２１の本発明による光学式変位計は、上記構成に加えて、各第１受光素子ユニットが、それぞれ同じ数の受光素子からなり、各第２受光素子ユニットは、それぞれ同じ数の受光素子からなる。このような構成により、第１受光素子ユニット及び第２受光素子ユニットを周期的に配置することができる。従って、第１受光素子ユニットを等間隔に配置し、また、第２受光素子ユニットも等間隔に配置することができるので、歪みのない受光量パターンを得ることができる。
【００３４】
第２２の本発明による光学式変位計は、上記構成に加えて、第１受光素子ユニット及び第２受光素子ユニットが、それぞれ同じ数の受光素子からなる。このような構成により、受光素子ユニット１個分のずれを除き、第１受光素子ユニット及び第２素子ユニットの露光条件が同じであれば、第１シリアル出力手段及び第２シリアル出力手段から同じ受光量パターンが得られる。
【発明の効果】
【００３５】
本発明によれば、ラインセンサからの受光量の出力時間を短縮化させることができる光学式変位計を提供することができる。特に、測定精度を低下させることなく、受光量調整のための時間を短縮させることにより、測定精度を低下させることなく、応答性を向上させた光学式変位計を提供することができる。さらに、透明な測定対象物の厚さを短時間で測定することができる光学式変位計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】
【００３６】
実施の形態１．
図１は、本発明による光学式変位計の一構成例を示した図である。この光学式変位計１は、測定対象物２へ検出光を照射し、その反射光を検出することによって、測定対象物２までの距離を求める計測装置であり、例えば、ＦＡ（Factory Automation）システムを構成する計測装置として、加工対象物の位置を検出し、プログラマブルコントローラへ出力する用途に使用される。
【００３７】
投光部１０は、測定対象物２へ照射するための検出光を生成する発光手段であり、例えば、レーザダイオード及びその駆動回路によって構成される。投光レンズ１１は、投光部１０で生成された検出光を測定対象物２の表面に集光させる光学レンズである。
【００３８】
受光レンズ１２は、測定対象物２からの反射光を光センサチップ１３上に集光させる光学レンズである。投光レンズ１１及び受光レンズ１２は、互いの光軸１１ａｘ，１２ａｘが、概ね測定対象物２の近辺において交差するように配置されている。このため、測定対象物２によって乱反射された検出光の一部が、受光レンズ１２によって光センサチップ１３上に集光される。
【００３９】
光センサチップ１３は、半導体基板上に多数の受光素子が形成された半導体デバイスである。この例では、シリコンウエハのような単一の半導体基板上に、多数の受光素子からなるラインセンサ２０と、このラインセンサ２０の動作制御や受光量出力を行うための周辺回路とが形成されているものとする。ラインセンサ２０は、多数の受光素子を一列に配列させた受光素子列として構成され、これらの受光素子の配列方向が投光レンズ１１及び受光レンズ１２の光軸１１ａｘ，１２ａｘをともに含む面と並行になるように配置されている。
【００４０】
受光レンズ１２によってラインセンサ２０上に集光された反射光のスポットは、測定対象物２までの距離に応じて移動する。受光素子の配列方向をこの移動方向に一致させておくことにより、反射光のスポット位置をラインセンサ２０上における受光量のピーク位置として検出し、測定対象物２までの距離を求めることができる。従って、ラインセンサ２０上におけるピーク位置を正確に検出することができれば、測定対象物２までの距離も正確に測定することができる。
【００４１】
本実施の形態における光センサチップ１３は、ラインセンサ２０を構成する各受光素子が奇数素子と偶数素子に区分され、奇数素子及び偶数素子に対して異なるシャッター制御を行うことができる。また、奇数素子及び偶数素子について異なる出力ポートＰ１及びＰ２を備え、受光量の出力を独立して行うことができる。つまり、奇数素子及び偶数素子は、同一の半導体基板上において互いに隣接させて交互に配置され、一連の受光素子列を形成しているが、これらの奇数素子及び偶数素子は、互いに異なる光センサチップとして構成された場合と同様に、互いに独立して動作させることができる。
【００４２】
撮影エリア指定部１４は、ラインセンサ２０を構成する受光素子のうち、一部の受光素子の受光量のみを利用する場合に、出力ポートＰ１、Ｐ２から受光量を出力させる受光素子を指定する手段であり、ラインセンサ２０内の任意の受光素子を指定することができる。ここでは、受光素子列内のエリアとして一連の受光素子を指定するエリア指定信号を生成し、光センサチップ１３へ出力している。なお、本実施の形態では、撮影エリア指定部１４による受光素子の指定は行わず、全ての受光素子について、光センサチップ１３から受光量を出力させる動作について説明する。
【００４３】
同時に露光された奇数素子の受光量は、出力ポートＰ１から時系列的に順次に出力され、増幅回路１５ａにおいて増幅及びオフセット調整が行われた後、Ａ／Ｄ変換回路１６ａにおいてデジタルデータに変換され、投受光条件演算部１７に入力される。全く同様にして、同時に露光された各偶数素子の受光量は、出力ポートＰ２から時系列的に順次に出力され、増幅回路１５ｂにおいて増幅及びオフセット調整が行われた後、Ａ／Ｄ変換回路１６ｂにおいてデジタルデータに変換され、投受光条件演算部１７に入力される。
【００４４】
投受光条件演算部１７は、フィードバック制御により受光量調整を行っている。ラインセンサ２０上における受光量のピーク位置を精度よく検出するためには、受光量が小さすぎたり、あるいは、飽和したりしていない適切なレベルになっていることが必要となる。しかしながら、一般に、ラインセンサ２０の受光量は、測定対象物２の表面状態、測定対象物２までの距離、その他の周辺環境に応じて変化する。このため、毎回、受光量調整を行ってから距離測定を行う必要があり、この受光量調整は、投受光条件を変更することによって実現される。投受光条件とは、ラインセンサ２０の各受光素子の受光量に影響を与える光学式変位計１のパラメータであり、ここでは、投光条件として、投光部１０の明るさが含まれ、また、受光条件として、ラインセンサ２０の露光時間及び増幅回路１５ａ，１５ｂのゲイン（増幅率）が含まれるものとする。
【００４５】
つまり、受光量調整は、投受光条件演算部１７が、光センサチップ１３から実際に出力される受光量に基づいて次回の投受光条件を求め、この投受光条件を投受光制御部１９へ出力することにより行われる。このような受光量調整が繰り返し行われている。
【００４６】
測距演算部１８は、測定対象物２までの距離を求める演算手段であり、光センサチップ１３から出力される受光量に基づいて、ラインセンサ２０上における受光量のピーク位置を求め、このピーク位置から測定対象物２までの距離を求めている。このような測距処理が繰り返し行われている。
【００４７】
投受光制御部１９は、投受光条件演算部１７で決定された投受光条件に基づいて、投光部１０、光センサチップ１３及び増幅回路１５ａ，１５ｂを制御している。この投受光制御部１９は、増幅回路１５ａ，１５ｂのゲインを制御するゲイン制御部３０と、ラインセンサ２０のシャッター制御を行うシャッター制御部３１と、投光部１０の光量や発光タイミングを制御する発光制御部３２によって構成される。
【００４８】
シャッター制御部３１は、ラインセンサ２０の露光タイミングを制御するためのシャッター信号ＳＴａ，ＳＴｂを生成し、光センサチップ１３へ出力している。シャッター信号ＳＴａは、奇数素子の露光タイミングを制御するための信号であり、シャッター信号ＳＴｂは、偶数素子の露光タイミングを制御するための信号である。奇数素子及び偶数素子は、シャッター信号ＳＴａ及びＳＴｂがアクティブな期間中における受光量をそれぞれ検出し、これらの受光量は、シャッター信号ＳＴａ及びＳＴｂがインアクティブな期間中に、出力ポートＰ１及びＰ２からそれぞれ出力される。
【００４９】
図２は、図１の光センサチップ１３内の一構成例を示したブロック図である。この光センサチップ１３は、ラインセンサ２０、２つのシリアル出力部２１ａ，２１ｂ、露光制御部２２及び出力エリア制御部２３により構成される。
【００５０】
シリアル出力部２１ａ，２１ｂは、ラインセンサ２０から受光量を読み出すための読出回路であり、多数の受光素子の受光量が同時に入力され、これらの受光量を時系列的に順に出力させるためのシフトレジスタからなる。シリアル出力部２１ａには、各奇数素子の受光量が入力され、これらの受光量を出力ポートＰ１へ順に出力する。同様にして、シリアル出力部２１ｂには、各偶数素子の受光量が入力され、これらの受光量を出力ポートＰ２へ順に出力する。従って、奇数素子及び偶数素子の受光量は、互いに独立して読み出すことができ、同時に読み出すこともできる。
【００５１】
露光制御部２２は、シャッター制御部３１からのシャッター信号に基づいて、ラインセンサ２０の露光制御を行っている。ここでは、各受光素子の露光開始及び露光終了のタイミングを制御し、その露光時間を制御しているものとする。例えば、ラインセンサ２０がＣＣＤ（Charge Coupled Device）であれば、蓄積電荷をリセットするタイミングと、その後の電荷蓄積時間とを制御している。シャッター制御部３１では、奇数素子及び偶数素子用のシャッター信号ＳＴａ，ＳＴｂがそれぞれ生成されており、露光制御部２２は、シャッター信号ＳＴａに基づいて奇数素子の露光制御を行い、シャッター信号ＳＴｂに基づいて偶数素子の露光制御を行っている。従って、奇数素子及び偶数素子の露光制御を互いに独立して行うことができる。
【００５２】
出力エリア制御部２３は、撮像エリア指定部１４からのエリア指定信号に基づいて、シリアル出力部２１ａ、２１ｂに対し、受光量を読み出すべき受光素子を指定している。シリアル出力部２１ａ，２１ｂは、指定された受光素子についてのみ受光量を順に出力する。このエリア指定もシリアル出力部２１ａ，２１ｂごとに互いに独立して行うことができ、シリアル出力部２１ａ，２１ｂは、互いに異なるエリアについて、受光量を読み出すこともできる。
【００５３】
図３は、図２のラインセンサ２０及びシリアル出力部２１ａ，２１ｂの詳細構成例を示したブロック図である。ラインセンサ２０は、奇数素子２０ａ及び偶数素子２０ｂが交互となるように、多数の素子２０ａ，２０ｂを一列に配列させて形成されている。また、各奇数素子２０ａで検出された受光量はシリアル出力部２１ａへ出力され、各偶数素子２０ｂで検出された受光量はシリアル出力部２１ｂへ出力されるように、シリアル出力部２１ａ，２１ｂと接続されている。
【００５４】
シリアル出力部２１ａは、多数のレジスタによって構成されるシフトレジスタであり、各レジスタは奇数素子２０ａに対応している。各奇数素子２０ａは、露光制御部２２により同一の露光制御が行われており、各奇数素子２０ａの受光量は、露光終了時にシリアル出力部２１ａ内の対応するレジスタへ同時に書き込まれ、その後、レジスタ間で受光量を一方向に移動させていくことにより、全ての受光量が出力ポートＰ１から順に出力される。
【００５５】
同様にして、シリアル出力部２１ｂは、多数のレジスタによって構成されるシフトレジスタであり、各レジスタが偶数素子２０ｂに対応している。各偶数素子２０ｂは、露光制御部２２により同一の露光制御が行われており、各偶数素子２０ｂの受光量は、露光終了時にシリアル出力部２１ｂのレジスタへ同時に書き込まれ、その後、レジスタ間で受光量を一方向に移動させていくことにより、全ての受光量が出力ポートＰ２から順に出力される。
【００５６】
図４は、奇数素子２０ａ及び偶数素子２０ｂの露光時間を異ならせた場合の動作の一例を示した図である。図中の（ａ）には奇数素子２０ａのシャッター信号ＳＴａ、（ｂ）には偶数素子２０ｂのシャッター信号ＳＴｂ、（ｃ）には奇数素子２０ａの受光レベル、（ｄ）には偶数素子２０ｂの受光レベルの時間変化がそれぞれ示されている。
【００５７】
シャッター信号ＳＴａ及びＳＴｂは、奇数素子２０ａ及び偶数素子２０ｂの露光タイミングを制御するための信号である。奇数素子２０ａの受光レベルは、シャッター信号ＳＴａの立ち上がり前にリセットされ、シャッター信号ＳＴａの高レベル期間中は受光強度に応じて増大し、シャッター信号ＳＴａの立ち下がり時における値を受光量として出力する。同様にして、偶数素子２０ｂの受光レベルは、シャッター信号ＳＴｂの立ち上がり前にリセットされ、シャッター信号ＳＴｂの高レベル期間中は受光強度に応じて増大し、シャッター信号ＳＴｂの立ち下がり時における値を受光量として出力する。
【００５８】
図示した例では、奇数素子２０ａ及び偶数素子２０ｂについて、露光開始のタイミングが一致しているが、露光終了のタイミングは異なっており、奇数素子２０ａの露光時間が、偶数素子２０ｂの露光時間よりも長くなっている。露光中の受光レベルの上昇率はいずれも同じであり、奇数素子２０ａ及び偶数素子２０ｂの受光レベルは、それぞれの露光時間に応じた値となる。このため、同じ反射光を検出していても、奇数素子２０ａによって検出される受光量は、偶数素子２０ｂの受光量よりも大きな値となる。
【００５９】
図５は、光センサチップ１３からの受光量の読み出し動作の一例を示したタイミングチャートであり、図中の（ａ）はクロック信号、（ｂ）はシャッター信号ＳＴａ及びＳＴｂ、（ｃ）は出力ポートＰ１からの出力データ、（ｄ）は出力ポートＰ２からの出力データである。また、（ｅ）には、比較例として、従来の光センサチップにおいて出力ポートから出力されるデータが示されている。
【００６０】
この図では、奇数素子２０ａ及び偶数素子２０ｂの露光を同時に終了し、その受光量を同時に読み出す場合の動作が示されている。光センサチップ１３は、シャッター信号ＳＴａ及びＳＴｂが低レベルになると、クロック信号に同期して各受光素子の受光量が順次に出力される。このとき、奇数素子２０ａ及び偶数素子２０ｂの受光量は、出力ポートＰ１及びＰ２からそれぞれ同時に出力される。ここでは、ラインセンサ２０が２５６個の受光素子で構成されているものとし、図中の（ｃ）〜（ｅ）に記載された数値は、各受光量が何番目の受光素子によって検出された値であるのかを示している。
【００６１】
出力ポートＰ１からは１，３，５，…，２５３，２５５番目の受光素子（つまり奇数素子２０ａ）の受光量が順に出力され、出力ポートＰ２からは２，４，６，…，２５４，２５６番目の受光素子（つまり偶数素子２０ｂ）の受光量が順に出力されている。一方、図中の（ｅ）に示した通り、従来の光センサチップでは、全ての受光量が１つのシフトレジスタから順に出力されるため、同一の出力ポートから２５６個の受光量が順に出力される。従って、本実施の形態による光センサチップでは、２つの出力ポートＰ１及びＰ２から受光量を並行して出力させることによって、従来の光センサチップに比べて半分の時間で、全ての受光量を読み出すことができる。
【００６２】
図６は、図１の光学式変位計による受光量調整時の様子を示した図である。図中の（ａ）は投受光条件、（ｂ）は奇数素子２０ａのシャッター信号ＳＴａ、（ｃ）は偶数素子２０ｂのシャッター信号ＳＴｂ、（ｄ）は出力ポートＰ１から出力される奇数素子２０ａの受光量パターン、（ｅ）は出力ポートＰ２から出力される偶数素子２０ｂの受光量パターンである。また、図中の（ｆ）及び（ｇ）には、比較例として、従来の光学式変位計におけるシャッター信号と、出力ポートから出力される受光量パターンが示されている。なお、受光量パターンとは、同一の投受光条件で複数の受光素子を同時に露光させたときに得られた受光量の組み合わせであり、これらの受光素子ごとの位置及び受光量の関係を示すデータである。
【００６３】
図７の（ａ）〜（ｅ）は、図６の（ｄ）及び（ｅ）に示された受光量パターンＲ０〜Ｒ５の一例を示した図であり、ラインセンサ２０の配列方向を横軸、各受光素子の受光量を縦軸にとって示されている。また、目標レベルＬが破線で示されている。この目標レベルＬは、受光量の最大値よりも小さな一定値又は一定範囲として予め定められており、ピークの受光量をこの目標レベルＬに一致させれば、ピーク位置を正確に検出することができる。このような投受光条件を発見するための処理が、この光学式変位計の受光量調整である。
【００６４】
図６に示された受光量調整の動作について順に説明する。まず最初に、投受光条件演算部１７が所定の投受光条件Ｓ０を指定する。例えば、予め定められた投受光条件を指定する。投受光制御部１９は、この投受光条件Ｓ０に基づいて、投光部１０を制御し、増幅回路１５ａのゲインを制御し、さらに光センサチップ１３に対し奇数素子２０ａのシャッター信号ＳＴａとして露光指令ＳＴ０を出力する。この露光指令ＳＴ０の期間中に各奇数素子２０ａが検出した受光量は、露光指令ＳＴ０の終了後に、光センサチップ１３の出力ポートＰ１から順に出力される。これらの受光量は、増幅回路１５ａ及びＡ／Ｄ変換回路１６ａを介して、投受光条件演算部１７へ受光量パターンＲ０として入力される。
【００６５】
このとき、上記投受光条件Ｓ０が適切でなく、ピークの受光量が受光素子の受光レベルの最大値を大幅に超えていた場合、図７の（ａ）に示したような受光量パターンＲ０が得られる。この受光量パターンＲ０は、ピーク位置を含む広い範囲にわたって受光量が飽和しており、この受光量パターンＲ０からピーク位置を正確に検出することはできない。しかも、ピーク受光量を目標レベルＬに一致させるには、投受光条件をどのように調整すればよいのかは判らない。つまり、受光量を減少させるように調整すべきことは判るが、投受光条件をどの程度調整すれば、ピーク受光量を目標レベルＬに一致させることができるのかは判らない。逆に、受光量が小さすぎて、受光量パターンがフラットになった場合も同様であり、受光量を増大させるように調整すべきことは判るが、投受光条件をどの程度調整すれば、ピーク受光量を目標レベルＬに一致させることができるのかは判らない。
【００６６】
図８は、検出された受光量パターンと、実際の受光量分布との関係の一例を示した図である。受光量パターンが飽和してしまうと、ピークの受光量を計測することができない。例えば、実際の受光量分布は、図中に示した破線４０であるかもしれないし、あるいは、破線４１であるかもしれないからである。一方、ピーク受光量を取得することができた場合には、次回の検出サイクルにおいて、ピーク受光量を目標レベルＬに一致させる投受光条件を演算によって求めることができる。このため、ピーク受光量が取得できるまで、投受光条件を変化させながら検出サイクルを繰り返す必要がある。
【００６７】
そこで、投受光条件演算部１７は、受光量パターンＲ０に基づいて、新たな投受光条件Ｓ１及びＳ２を決定する。これらの投受光条件Ｓ１及びＳ２は、異なる投受光条件となるように決定される。この例では、投受光条件Ｓ０に比べて受光量が半分になる条件を投受光条件Ｓ１とし、１／８になる条件を投受光条件Ｓ２とするものとする。
【００６８】
投受光制御部１９は、投受光条件Ｓ１に基づいて、投光部１０及び増幅回路１５ａを制御し、奇数素子２０ａのシャッター信号ＳＴａとして露光指令ＳＴ１を出力する。この露光指令ＳＴ１期間中に各奇数素子２０ａが検出した受光量は、この露光指令ＳＴ１の終了後に、光センサチップ１３の出力ポートＰ１から順に出力される。これらの受光量は、受光量パターンＲ１として投受光条件演算部１７へ入力される。また、投受光制御部１９は、露光指令ＳＴ１の終了後に、投受光条件Ｓ２に基づいて、投光部１０及び増幅回路１５ｂを制御し、偶数素子２０ｂのためのシャッター信号ＳＴｂとして露光指令ＳＴ２を出力する。つまり、奇数素子２０ａの受光量パターンＲ１の出力と、露光条件Ｓ２による偶数素子２０ｂの露光とが同時に行われる。
【００６９】
投受光条件演算部１７は、受光量パターンＲ１が得られると、受光量パターンＲ２が出力されるのを待つことなく、既知の受光量パターンＲ０及びＲ１に基づいて、新たな投受光条件Ｓ３を決定する。例えば、図７の（ｂ）に示す通り、奇数素子２０ａの受光量パターンＲ１がまだ飽和していたという場合には、受光量パターンＲ１に比べてピーク受光量が更に半分となるように投受光条件Ｓ３を決定する。そして、露光指令ＳＴ２の終了後に、投受光条件Ｓ３に基づいて、投光部１０及び増幅回路１５ａを制御し、奇数素子２０ａのためのシャッター信号ＳＴａとして露光指令ＳＴ３を出力する。つまり、偶数素子２０ｂの受光量パターンＲ２の出力と、露光条件Ｓ３による奇数素子２０ａの露光とが同時に行われる。
【００７０】
この様にして、ピーク受光量が検出されるまで、奇数素子２０ａ及び偶数素子２０ｂごとに露光及び受光量パターン出力からなる検出サイクルがそれぞれ繰り返される。その際、奇数素子２０ａ及び偶数素子２０ｂの一方についての受光量パターンの読み出しと、他方についての露光とが並行して行われている。しかも、上記一方及び他方は交互に入れ替わる。
【００７１】
ここでは、図７の（ｃ）に示す通り、受光量パターンＲ２においてピーク受光量が検出されたものとする。このピーク受光量は目標レベルＬよりも低いが、このピーク受光量と、それを得るための投受光条件Ｓ２とに基づいて、ピーク受光量を目標レベルＬに一致させる投受光条件を求めることができる。このため、受光量パターンＲ２を受信した時点で受光量調整が完了する。投受光条件演算部１７は、この受光量パターンＲ２から求められた上記条件を新たな投受光条件Ｓ４として指定する。
【００７２】
受光量調整の完了後は、同じ投受光条件Ｓ４に基づいて、奇数素子２０ａ及び偶数素子２０ｂの露光制御が順に行われる。この例では、まず偶数素子２０ｂの露光制御が行われ、その後に奇数素子２０ａの露光制御が行われる。すなわち、露光指令ＳＴ３の終了後に、投受光条件Ｓ４に基づいて、投光部１０及び増幅回路１５ｂを制御し、偶数素子２０ｂのためのシャッター信号ＳＴｂとして露光指令ＳＴ４を出力する。また、露光指令ＳＴ４の終了後に、投受光条件Ｓ４に基づいて、投光部１０及び増幅回路１５ａを制御し、奇数素子２０ａのためのシャッター信号ＳＴａとして露光指令ＳＴ５を出力する。
【００７３】
このようにして、図７の（ｅ）に示す通り、ピーク受光量が目標レベルＬに一致する受光量パターンＲ４及びＲ５が出力される。これらの受光量パターンＲ４及びＲ５に基づいて測定対象物２までの距離を求める測距処理が、測距演算部１８により行われる。なお、受光量パターンＲ４のみに基づいて測定対象物２までの距離を求めることも出来るが、奇数素子２０ａ及び偶数素子２０ｂの受光量パターンＲ４及びＲ５に基づいて検出する方が、ピーク位置を高い精度で検出することができ、距離の測定精度を向上させることができることは言うまでもない。
【００７４】
この例では、奇数素子２０ａの受光量パターンＲ３として、図７の（ｄ）に示した受光量パターンが得られているが、ここでは、先に取得した偶数素子２０ｂの受光量パターンＲ２によって既に受光量調整が完了しているため、受光量パターンＲ３は利用されない。仮に、受光量パターンＲ２からピーク受光量が求められなかった場合には、受光量パターンＲ３からピーク受光量を求めることにより、受光量調整が完了することになる。
【００７５】
本実施の形態による光学式変位計では、受光量調整時に上述したような動作を行わせることによって、従来の光学式変位計の場合と比較すれば、処理時間を大幅に短縮することができる。図６の（ｆ）及び（ｇ）に示した通り、従来の光学式変位計では、同一の投受光条件で全ての受光素子を露光させ、その受光量パターンを読み出している。これに対し、本発明の実施の形態１による光学式変位計は、奇数素子２０ａ及び偶数素子２０ｂを交互に露光させ、その受光量パターンを交互に読み出すことにより、１つの受光量パターンを取得するために要する時間を半分にし、受光量調整のためのフィードバックのサイクルを高速化している。従って、ピーク受光量を目標レベルＬにより速く一致させ、受光量調整の時間を短縮させることができる。しかも、最終的な測距演算処理は、奇数素子２０ａ及び偶数素子２０ｂの両受光量パターンに基づいて行われるため、測定精度を低下させることはない。
【００７６】
なお、本実施の形態では、奇数素子２０ａ及び偶数素子２０ｂの受光量を同時に読み出していない。このため、光センサチップ１３は、奇数素子２０ａ及び偶数素子２０ｂの受光量を交互に読み出すことができるように構成すれば、２つのシリアル出力部２１ａ及び２１ｂを備えていることや、２つの出力ポートＰ１及びＰ２を備えていることは必須ではない。
【００７７】
また、本実施の形態では、受光量調整が完了し、正確な測距処理が最初に行われるまでの動作について説明したが、その後も、全く同様にして、受光量調整と測距処理を繰り返すように動作させてもよい。例えば、投受光条件演算部１７が、最新の受光量パターンＲｎに基づいて、ピーク受光量が目標レベルＬに一致するように投受光条件の調整を繰り返し、また、測距演算部１８が、最新の受光量パターンＲｎ及びＲ（ｎ−１）に基づいて測定対象物２までの距離を求め続けるように構成すれば、測定対象物２までの距離の変化や、測定環境の変化にリアルタイムで追従させることができる。
【００７８】
実施の形態２．
上記実施の形態１では、本発明による光学式変位計において、奇数素子２０ａ及び偶数素子２０ｂを交互に露光させる動作例について説明した。これに対し、実施の形態２では、受光条件を異ならせて、奇数素子２０ａ及び偶数素子２０ｂを同時に露光させる動作について説明する。なお、実施の形態２による光学式変位計の構成は、図１〜図３（実施の形態１）に示されたものと同様であり、重複する説明は省略する。
【００７９】
図９は、本発明の実施の形態２による受光量調整時の様子を示した図である。図中の（ａ）は奇数素子２０ａの投受光条件、（ｂ）は偶数素子２０ｂの投受光条件、（ｃ）は奇数素子２０ａ及び偶数素子２０ｂのシャッター信号ＳＴａ及びＳＴｂ、（ｄ）は出力ポートＰ１から出力される奇数素子２０ａの受光量パターン、（ｅ）は出力ポートＰ２から出力される偶数素子２０ｂの受光量パターンである。また、図中の（ｆ）及び（ｇ）には、比較例として、従来の光学式変位計におけるシャッター信号と、出力ポートから出力される全受光素子の受光量パターンが示されている。
【００８０】
図１０の（ａ）〜（ｃ）は、図９の（ｄ）及び（ｅ）に示された受光量パターンＲ０ａ〜Ｒ２ａ，Ｒ０ｂ〜Ｒ２ｂの一例を示した図であり、ラインセンサ２０の配列方向を横軸、各受光素子の受光量を縦軸にとって示されている。また、目標レベルＬが破線で示されている。
【００８１】
図９に示された受光量調整の動作について順に説明する。まず最初に、投受光条件演算部１７が所定の投受光条件Ｓ０を指定する。この投受光条件Ｓ０は、奇数素子２０ａ及び偶数素子２０ｂに共通の投受光条件であり、例えば、予め定められた投受光条件を指定する。投受光制御部１９は、この投受光条件に基づいて、投光部１０を制御し、増幅回路１５ａ及び１５ｂのゲインを制御し、さらに光センサチップ１３に対し、シャッター信号ＳＴａ，ＳＴｂとして、奇数素子２０ａ及び偶数素子２０ｂに共通の露光指令ＳＴ０を出力する。この露光指令ＳＴ０の終了後に、奇数素子２０ａ及び偶数素子２０ｂの受光量が、光センサチップ１３からそれぞれ出力される。奇数素子２０ａの受光量は、光センサチップ１３の出力ポートＰ１から順に出力され、受光量パターンＲ０ａとして投受光条件演算部１７へ入力される。また、奇数素子２０ａの受光量の出力と並行して、偶数素子２０ｂの受光量も光センサチップ１３の出力ポートＰ２から順に出力され、受光量パターンＲ０ｂとして投受光条件演算部１７へ入力される。
【００８２】
このとき、上記投受光条件Ｓ０が適切でなく、ピークの受光量が受光素子の受光レベルの最大値を大幅に超えていた場合、図１０の（ａ）に示したような受光量パターンＲ０ａ，Ｒ０ｂが得られる。これらの受光量パターンＲ０ａ及びＲ０ｂは、同じ投受光条件で検出されたものであり、同じパターンとなる。ここでは、ピーク位置を含む広い範囲にわたって受光量が飽和しており、これらの受光量パターンＲ０ａ及びＲ０ｂからピーク位置を正確に検出することはできない。
【００８３】
次に、投受光条件演算部１７は、受光量パターンＲ０ａ及びＲ０ｂに基づいて、新たな投受光条件Ｓ１ａ及びＳ１ｂを決定する。投受光条件Ｓ１ａ，Ｓ１ｂは、それぞれ奇数素子２０ａ、偶数素子２０ｂの投受光条件であり、これらの投受光条件Ｓ１ａ及びＳ１ｂは異なる条件となるように決定される。ここでは、実施の形態１の場合と同様、投受光条件Ｓ０に比べて受光量が半分になる条件を投受光条件Ｓ１ａとし、１／８になる条件を投受光条件Ｓ１ｂとするものとする。なお、以下に示す通り、奇数素子２０ａ及び偶数素子２０ｂを同時に露光させており、両者の投光条件を異ならせることはできないため、この例では受光条件のみを異ならせている。例えば、露光時間やゲインを奇数素子２０ａ及び偶数素子２０ｂで異ならせている。
【００８４】
投受光制御部１９は、投受光条件Ｓ１ａ及びＳ１ｂに基づいて、投光部１０及び増幅回路１５ａ，１５ｂを制御し、シャッター信号ＳＴａ，ＳＴｂとして、奇数素子２０ａ及び偶数素子２０ｂに共通の露光指令ＳＴ１を出力する。そして、この露光指令ＳＴ１の終了後に、奇数素子２０ａ及び及び偶数素子２０ｂの受光量が、光センサチップ１３からそれぞれ出力され、受光量パターンＲ１ａ，Ｒ１ｂとして、投受光条件演算部１７へそれぞれ入力される。
【００８５】
投受光条件演算部１７は、既知の受光量パターンに基づいて、新たな投受光条件を決定している。受光量パターンＲ１ａ及びＲ１ｂのいずれにおいてもピーク受光量を確認することができなかった場合には、投受光条件演算部１７は、奇数素子２０ａ及び偶数素子２０ｂについて異なる投受光条件Ｓ２ａ，Ｓ２ｂ（不図示）を新たに決定し、ピーク受光量を確認することができるまで同様の処理を繰り返す。例えば、受光量パターンＲ１ａ及びＲ１ｂがともに飽和していた場合には、投受光条件Ｓ１ｂに比べて受光量が半分になる条件を奇数素子２０ａの新たな投受光条件Ｓ２ａとし、１／８になる条件を偶数素子２０ｂの新たな投受光条件Ｓ１ｂとする。
【００８６】
一方、図１０の（ｂ）に示す通り、奇数素子２０ａの受光量パターンＲ１ａは飽和していたが、偶数素子２０ｂの受光量パターンＲ１ｂは飽和していなかった場合、受光量パターンＲ１ｂにおいてピーク受光量を確認することができる。従って、確認されたピーク受光量と、当該受光量が得られた投受光条件Ｓ１ｂとから、ピーク受光量を目標レベルＬに一致させる投受光条件を求めることができる。
【００８７】
そこで、投受光条件演算部１７は、ピーク受光量を目標レベルＬに一致させることができる奇数素子２０ａ及び偶数素子２０ｂに共通の投受光条件Ｓ２を求める。このような投受光条件Ｓ２が決定すれば、投受光制御部１９は、シャッター信号ＳＴａ及びＳＴｂとして露光指令ＳＴ２を出力し、同じ投受光条件Ｓ２に基づいて、奇数素子２０ａ及び偶数素子２０ｂの露光が行われる。その結果、図１０の（ｃ）に示した通り、ピーク受光量が目標レベルＬに一致する受光量パターンＲ２ａ及びＲ２ｂが出力される。測距演算部１８が、これらの受光量パターンＲ２ａ及びＲ２ｂに基づいて測定対象物２までの距離を求めることにより、測距処理が行われる。
【００８８】
本実施の形態による光学式変位計では、受光量調整時に上述したような動作を行わせることによって、従来の光学式変位計の場合と比較すれば、処理時間を大幅に短縮することができる。すなわち、奇数素子２０ａ及び偶数素子２０ｂの受光量を異なる出力ポートＰ１及びＰ２から同時に出力させることにより、受光量の出力時間を最大で半分にすることができる。また、奇数素子２０ａ及び偶数素子２０ｂを異なる受光条件で同時に露光させている。このため、受光量調整の時間を大幅に短縮することができる。
【００８９】
なお、本実施の形態では、受光量調整が完了し、正確な測距処理が最初に行われるまでの動作について説明したが、その後も、全く同様にして、受光量調整と測距処理を繰り返すように動作させてもよい。
実施の形態３．
上記実施の形態１及び２では、ラインセンサ２０を構成する受光素子を奇数素子２０ａ及び偶数素子２０ｂに区分し、それぞれを独立して動作させる例について説明した。これに対し、本実施の形態では、ラインセンサ２０を構成する受光素子を２つの素子ブロックに区分し、素子ブロックごとに独立して動作させる場合について説明する。なお、実施の形態３による光学式変位計の概略構成は、図１及び図２（実施の形態１）に示されたものと同様であり、重複する説明は省略する。
【００９０】
図１１は、本発明の実施の形態３による光学式変位計１の要部の一構成例を示した図であり、図２のラインセンサ２０及びシリアル出力部２１ａ，２１ｂの詳細構成例が示されている。ラインセンサ２０は、単一の半導体基板上において一列に配列された複数の受光素子からなり、これらの受光素子は、２つの素子ブロック５ａ及び５ｂに区分されている。素子ブロック５ａ及び５ｂは、隣接する複数の受光素子によってそれぞれ構成されている。また、素子ブロック５ａ及び５ｂは、互いに隣接し、同数又は概ね同数の受光素子で構成されていることが望ましい。
【００９１】
また、ラインセンサ２０は、第１素子ブロック５ａに属する各受光素子で検出された受光量がシリアル出力部２１ａへ出力され、第２素子ブロック５ｂに属する各受光素子で検出された受光量がシリアル出力部２１ｂへ出力されるように、シリアル出力部２１ａ及び２１ｂと接続されている。
【００９２】
シリアル出力部２１ａは、シフトレジスタを構成する各レジスタが第１素子ブロック５ａ内の受光素子に対応している。第１素子ブロック５ａ内の各受光素子は、露光制御部２２により同一の露光制御が行われており、これらの各受光素子の受光量は、露光終了時にシリアル出力部２１ａ内の対応するレジスタへ同時に書き込まれ、その後、レジスタ間で受光量を一方向に移動させていくことにより、全ての受光量が出力ポートＰ１から順に出力される。
【００９３】
同様にして、シリアル出力部２１ｂは、シフトレジスタを構成する各レジスタが第２素子ブロック５ｂ内の受光素子に対応している。第２素子ブロック５ｂ内の各受光素子は、露光制御部２２により同一の露光制御が行われており、これらの各受光素子の受光量は、露光終了時にシリアル出力部２１ｂのレジスタへ同時に書き込まれ、その後、レジスタ間で受光量を一方向に移動させていくことにより、全ての受光量が出力ポートＰ２から順に出力される。
【００９４】
また、実施の形態１及び２では、図２の露光制御部２２が、奇数素子２０ａ及び偶数素子２０ｂについて露光制御を独立して行っていたが、本実施の形態では、第１素子ブロック５ａ及び第２素子ブロック５ｂについて露光制御を独立して行うものとする。すなわち、図１のシャッター制御部３１が、第１及び第２ブロック用のシャッター信号ＳＴａ，ＳＴｂをそれぞれ生成し、露光制御部２２は、シャッター信号ＳＴａに基づいて、第１素子ブロック５ａに属する受光素子の露光制御を行い、シャッター信号ＳＴｂに基づいて、第２素子ブロック５ｂに属する受光素子の露光制御を行っている。
【００９５】
図１２は、本発明の実施の形態３による受光量調整時の様子を示した図である。図中の（ａ）は第１及び第２素子ブロック５ａ，５ｂに共通の投受光条件、（ｂ）は第１及び第２素子ブロック５ａ，５ｂに共通のシャッター信号ＳＴａ及びＳＴｂ、（ｄ）は出力ポートＰ１から出力される第１素子ブロック５ａに属する受光素子の受光量パターン、（ｅ）は出力ポートＰ２から出力される第２素子ブロック５ｂに属する受光素子の受光量パターンである。
【００９６】
図１３の（ａ）〜（ｄ）は、図１２の（ｃ）及び（ｄ）に示された受光量パターンＲ０ａ〜Ｒ３ａ，Ｒ０ｂ〜Ｒ３ｂの一例を示した図であり、ラインセンサ２０の配列方向を横軸、各受光素子の受光量を縦軸にとって示されている。また、目標レベルＬが破線で示されている。
【００９７】
図１２に示された受光量調整の動作について順に説明する。まず最初に、投受光条件演算部１７が所定の投受光条件Ｓ０を指定する。投受光制御部１９は、この投受光条件に基づいて、投光部１０を制御し、増幅回路１５ａ及び１５ｂのゲインを制御し、さらに光センサチップ１３に対し、シャッター信号ＳＴａ，ＳＴｂとして、第１及び第２素子ブロック５ａ及び５ｂに共通の露光指令ＳＴ０を出力する。この露光指令ＳＴ０の終了後に、第１及び第２素子ブロック５ａ及び５ｂに属する受光素子の受光量が、光センサチップ１３からそれぞれ出力される。つまり、第１素子ブロック５ａに属する受光素子の受光量は、光センサチップ１３の出力ポートＰ１から順に出力され、受光量パターンＲ０ａとして投受光条件演算部１７へ入力される。また、第１素子ブロック５ａに属する受光素子の受光量の出力と並行して、第２素子ブロック５ｂに属する受光素子の受光量も光センサチップ１３の出力ポートＰ２から順に出力され、受光量パターンＲ０ｂとして投受光条件演算部１７へ入力される。
【００９８】
このとき、上記投受光条件Ｓ０が適切でなく、ピークの受光量が受光素子の受光レベルの最大値を大幅に超えていた場合、図１３の（ａ）に示したような受光量パターンＲ０ａ，Ｒ０ｂが得られる。ここでは、ピーク位置を含む広い範囲にわたって受光量が飽和しており、これらの受光量パターンＲ０ａ，Ｒ０ｂからピーク位置を正確に検出することはできない。
【００９９】
次に、投受光条件演算部１７は、受光量パターンＲ０ａ及びＲ０ｂに基づいて、新たな投受光条件Ｓ１を決定する。投受光条件Ｓ１は、第１及び第２素子ブロック５ａ及び５ｂに共通の投受光条件である。例えば、投受光条件Ｓ０に比べて受光量が１／２になる条件を投受光条件Ｓ１とする。
【０１００】
投受光制御部１９は、投受光条件Ｓ１に基づいて、投光部１０及び増幅回路１５ａ，１５ｂを制御し、シャッター信号ＳＴａ，ＳＴｂとして、第１及び第２素子ブロック５ａ及び５ｂに共通の露光指令ＳＴ１を出力する。この露光指令ＳＴ１の終了後に、両素子ブロック５ａ及び５ｂに属する受光素子の受光量が、光センサチップ１３からそれぞれ出力され、受光量パターンＲ１ａ，Ｒ１ｂとして、投受光条件演算部１７へそれぞれ入力される。図１３の（ｂ）に示したとおり、受光量パターンＲ１ａ及びＲ１ｂも飽和しており、ラインセンサ２０上におけるピーク受光量を確認することができない。このため、投受光条件演算部１７は、受光量パターンＲ１ａ及びＲ１ｂに基づいて、新たな投受光条件Ｓ２を決定する。この様にして両素子ブロック５ａ，５ｂの受光量パターンがいずれも飽和しなくなるまで、同様の検出サイクルが繰り返される。
【０１０１】
図１３の（ｃ）に示す通り、投受光条件Ｓ２で得られた受光量パターンＲ２ａ及びＲ２ｂが、いずれも飽和しておらず、受光量ピークを検出することができる場合、投受光条件演算部１７は、両素子ブロック５ａ，５ｂに共通の投受光条件Ｓ３として、ピーク受光量を目標レベルＬに一致させる投受光条件Ｓ３を求める。このような投受光条件Ｓ３が決定されると、投受光制御部１９は、シャッター信号ＳＴａ及びＳＴｂとして露光指令ＳＴ３を出力し、同じ投受光条件Ｓ３に基づいて、両素子ブロック５ａ，５ｂの露光が行われる。その結果、図１３の（ｄ）に示した通り、ピーク受光量が目標レベルＬに一致する受光量パターンＲ３ａ及びＲ３ｂが出力される。測距演算部１８が、これらの受光量パターンＲ３ａ及びＲ３ｂに基づいて測定対象物２までの距離を求めることにより、測距処理が行われる。
【０１０２】
本実施の形態による光学式変位計では、ラインセンサ２０を構成する受光素子を第１及び第２ブロック５ａ，５ｂに区分し、露光制御は両素子ブロック５ａ，５ｂに共通とし、受光量の出力を素子ブロック５ａ，５ｂごとに異なる出力ポートＰ１及びＰ２から同時に出力させている。このため、従来の光学式変位計に比べて、受光量の出力時間を半分にすることができ、受光量調整の時間を短縮させることができる。
【０１０３】
なお、本実施の形態では、素子ブロック５ａ，５ｂについて共通の露光制御行う場合について説明したが、本発明はこの様な場合に限定されない。例えば、素子ブロック５ａ，５ｂを交互に露光するように、素子ブロック５ａ，５ｂごとに露光タイミングを異ならせることもできる。
【０１０４】
実施の形態４．
上記実施の形態３では、両素子ブロック５ａ，５ｂに属する受光素子を同一の投受光条件で露光させる場合について説明した。これに対し、本実施の形態では、素子ブロック５ａ，５ｂごとに異なる投受光条件で露光させて、測定対象物２としての透明体の厚みを測定する動作について説明する。
【０１０５】
図１４は、光学式変位計を用いて行われる透明体の厚み計測の原理を示した説明図である。板状の透明体に照射された検出光は、透明体の前面で反射された反射光と、透明体の背面で反射された反射光からなり、ラインセンサ上で２つのピークが検出される。これらのピーク位置を求めることができれば、その間隔から上記透明体の厚みを計測することができる。
【０１０６】
図１４の（ａ）には、測定対象物２が、背面にクロム層５２が蒸着されているガラス板５１である場合の例が示されている。透明体としてのガラス板５１は、その表面が滑らかは平面からなり、光学式変位計から照射された検出光は、ガラス板５１の前面及び背面でそれぞれ反射される。ただし、検出光の大部分は、クロム層５２が形成されたガラス板５１の背面で反射されるため、背面で反射された反射光の強度は、前面での反射された反射光の強度よりも遙かに大きくなる。
【０１０７】
図１４の（ｂ）には、測定対象物２として、前面にカラーフィルタなどの減光フィルム５３が形成されたガラス板５１である場合の例が示されている。この場合も、光学式変位計から照射された検出光は、ガラス板５１の前面及び背面でそれぞれ反射されるが、検出光の大部分は、減光フィルムが形成されているガラス板５１の前面で反射される。このため、前面で反射された反射光の強度は、背面での反射された反射光の強度よりも遙かに大きくなる。
【０１０８】
図１５の（ａ）及び（ｂ）は、従来の光学式変位計によって検出される透明体の反射光の一例を示した図であり、図１４の（ａ）に示された測定対象物２からの反射光を検出して得られた受光量パターンが示されている。ラインセンサ２０の配列方向を横軸、各受光素子の受光量を縦軸にとって示されており、左側に行くほど反射面までの距離が近い反射光であり、右側に行くほど反射面までの距離が遠い反射光であることを意味している。本明細書では、この場合の左側をＮｅａｒ側、右側をＦａｒ側と呼ぶことにする。
【０１０９】
この例では、Ｆａｒ側に大きなピークが現れ、Ｎｅａｒ側に小さなピークが現れることになる。図中の（ａ）は、Ｎｅａｒ側のピーク受光量を目標レベルＬに一致させた場合が示されている。この場合、Ｆａｒ側のピーク受光量は飽和してしまっている。一方、図中の（ｂ）は、Ｆａｒ側のピーク受光量を目標レベルＬに一致させた場合が示されている。この場合、Ｎｅａｒ側のピーク受光量が目標レベルＬに比べて小さくなり過ぎている。
【０１１０】
透明体の厚みを精度よく測定するためには、２つのピーク位置をともに精度よく検出する必要がある。つまり、各ピークの受光量をともに目標レベルＬに一致させる必要がある。しかしながら、透明体の前面及び背面で反射した２つの反射光の強度が大きく異なっていれば、一方のピークの受光量を目標レベルＬに一致させると、他方のピークの受光量が目標レベルＬに一致せず、当該他方のピーク位置を正確に検出することができない。このため、各ピーク受光量を順に目標レベルＬに一致させて、それぞれのピーク位置を計測する必要があり、受光量調整を２回行う必要があり、受光量調整に時間がかかる。
【０１１１】
これに加えて、透明体の厚さ測定には次のような困難さがある。受光量調整の早い段階において図１５の（ａ）のような受光量パターンを得ることができた場合には、２つのピークの存在と、その大凡の位置やレベルを把握することができる。このため、各ピーク受光量を順に目標レベルＬに一致させて、それぞれのピーク位置を計測することは比較的容易に実現できる。
【０１１２】
ところが、受光量調整の早い段階において図１５の（ｂ）のような受光量パターンしか得られない場合には、ピークが２つ存在していることを確認することはできず、測定対象物２が透明体であるか否かも判別することはできない。この場合、図１５の（ｂ）の状態から、Ｆａｒ側に位置するピークが飽和するのを無視して、受光量がより大きくなるようにゲインを順に上げて行き、Ｎｅａｒ側に現れる２番目のピークを発見しなければならない。ところが、ゲインを上げすぎると２つのピークは一体化してしてまう。このため、今度は、ゲインを下げながらピークが２つに分かれて現れる条件を見つけなければならない。このようにＮｅａｒ側に２番目のピークを発見するのは難しく、早い段階で偶然発見することができなければ、その発見に非常に時間がかかり、応答時間の低下と、アルゴリズムの複雑化を招いていた。
【０１１３】
そこで、本発明の実施の形態４による光学式変位計では、実施の形態３の場合と同様、受光素子が２つの素子ブロック５ａ及び５ｂに区分された図１１のラインセンサ２０を用いて、透明体の厚さ検出を行う。なお、実施の形態４による光学式変位計の構成は、実施の形態３の場合と同様であり、重複する説明は省略する。また、本実施の形態では、素子ブロック５ａがＮｅａｒ側に、素子ブロック５ｂがＦａｒ側に位置するものとし、前者をＮｅａｒ側ブロック、後者をＦａｒ側ブロックと呼ぶことにする。
【０１１４】
本実施の形態では、Ｎｅａｒ側ブロック５ａ及びＦａｒブロック５ｂについて、それぞれ独立して受光量調整を行うことにより、各素子ブロック５ａ，５ｂ内でピーク位置を求め、測定対象物２の厚さを検出する。そのために、測定対象物２は、その前面からの反射光がＮｅａｒ側ブロック５ａ、背面からの反射光がＦａｒ側ブロック５ｂに集光されるように、予め調整されている。
【０１１５】
図１６は、本発明の実施の形態４による受光量調整時の様子を示した図である。図中の（ａ）はＮｅａｒ側ブロック５ａの投受光条件、（ｂ）はＦａｒ側ブロック５ｂの投受光条件、（ｃ）は両素子ブロック５ａ，５ｂに共通のシャッター信号ＳＴａ及びＳＴｂ、（ｄ）は出力ポートＰ１から出力されるＮｅａｒ側ブロック５ａの受光量パターン、（ｅ）は出力ポートＰ２から出力されるＦａｒ側ブロック５ｂの受光量パターンである。
【０１１６】
図１７の（ａ）〜（ｄ）は、図１６の（ｄ）及び（ｅ）に示された受光量パターンＲ０ａ〜Ｒ３ａ，Ｒ０ｂ〜Ｒ３ｂの一例を示した図であり、ラインセンサ２０の配列方向を横軸、各受光素子の受光量を縦軸にとって示されている。また、目標レベルＬが破線で示されている。
【０１１７】
まず最初に、投受光条件演算部１７が所定の投受光条件Ｓ０を指定する。投受光制御部１９は、この投受光条件に基づいて、投光部１０を制御し、増幅回路１５ａ及び１５ｂのゲインを制御し、さらに光センサチップ１３に対し、シャッター信号ＳＴａ，ＳＴｂとして、両素子ブロック５ａ及び５ｂに共通の露光指令ＳＴ０を出力する。この露光指令ＳＴ０の終了後に、両素子ブロック５ａ及び５ｂに属する受光素子の受光量が、光センサチップ１３からそれぞれ出力される。つまり、Ｎｅａｒ素子ブロック５ａに属する受光素子の受光量は、光センサチップ１３の出力ポートＰ１から順に出力され、受光量パターンＲ０ａとして投受光条件演算部１７へ入力される。また、Ｎｅａｒ側素子ブロック５ａに属する受光素子の受光量の出力と並行して、Ｆａｒ側素子ブロック５ｂに属する受光素子の受光量も光センサチップ１３の出力ポートＰ２から順に出力され、受光量パターンＲ０ｂとして投受光条件演算部１７へ入力される。
【０１１８】
その後、投受光条件演算部１７は、各素子ブロック５ａ，５ｂ内において、ピーク受光量が目標レベルＬに一致するように、Ｎｅａｒ側ブロック５ａ及びＦａｒ側ブロック５ｂについて独立して投受光条件を制御する。ここでは、両素子ブロック５ａ，５ｂを同時に露光させており、両者の投光条件を異ならせることはできないため、この例では受光条件のみを異ならせている。例えば、露光時間やゲインをＮｅａｒ側ブロック５ａ及びＦａｒ側ブロック５ｂで異ならせている。
【０１１９】
図１７の（ａ）に示した通り、Ｎｅａｒ側ブロック５ａの受光量パターンＲ０ａではピークを発見することができなかったため、投受光条件演算部１７は、Ｎｅａｒ側ブロック５ａの新たな投受光条件Ｓ１ａとして、投受光条件Ｓ０よりも受光量を増大させる条件を指定する。一方、Ｆａｒ側ブロック５ｂの受光量パターンＲ０ｂでは受光量が飽和していたために、投受光条件演算部１７が、Ｆａｒ側ブロック５ｂの新たな投受光条件Ｓ１ｂとして、投受光条件Ｓ０に比べて受光量を減少させる条件を指定する。
【０１２０】
投受光制御部１９は、投受光条件Ｓ１ａに基づいて増幅回路１５ａのゲインを制御し、投受光条件Ｓ１ｂに基づいて増幅回路１５ｂのゲインを制御し、シャッター信号ＳＴａ，ＳＴｂとして、両素子ブロック５ａ，５ｂに共通の露光指令ＳＴ１を出力する。この露光指令ＳＴ１の終了後に、Ｎｅａｒ側ブロック５ａ及びＦａｒ側ブロック５ｂに属する受光素子の受光量が、光センサチップ１３からそれぞれ出力され、受光量パターンＲ１ａ，Ｒ１ｂとして、投受光条件演算部１７へそれぞれ入力される。
【０１２１】
図１７の（ｂ）に示した通り、Ｎｅａｒ側ブロック５ａについては、受光量パターンＲ１ａにおいてピーク受光量を取得することができたため、次回の検出サイクルにおいて、ピーク受光量を目標レベルＬに一致させる投受光条件Ｓ２ａを演算によって求めることができる。一方、Ｆａｒ側ブロック５ｂについては、受光量パターンＲ１ａがまだ飽和していたため、次回の投光条件Ｓ２ｂとして、投受光条件Ｓ１ｂに比べて更に受光量を減少させる条件を指定する。
【０１２２】
次に、投受光制御部１９は、投受光条件Ｓ２ａに基づいて増幅回路１５ａのゲインを制御し、投受光条件Ｓ２ｂに基づいて増幅回路１５ｂのゲインを制御し、シャッター信号ＳＴａ，ＳＴｂとして、両素子ブロック５ａ，５ｂに共通の露光指令ＳＴ２を出力する。この露光指令ＳＴ２の終了後に、Ｎｅａｒ側ブロック５ａ及びＦａｒ側ブロック５ｂに属する受光素子の受光量が、光センサチップ１３からそれぞれ出力され、受光量パターンＲ２ａ，Ｒ２ｂとして、投受光条件演算部１７へそれぞれ入力される。
【０１２３】
図１７の（ｃ）に示した通り、Ｎｅａｒ側ブロック５ａの受光量パターンＲ２ａでは、ピーク受光量が目標レベルＬに一致している。このため、測距演算部１８が、受光量パターンＲ２ａに基づいてＮｅａｒ側のピーク位置を求める。一方、Ｆａｒ側ブロック５ｂについても、受光量パターンＲ２ｂにおいてピーク受光量を取得することができたため、次回の検出サイクルにおいて、ピーク受光量を目標レベルＬに一致させる投受光条件Ｓ３ｂを演算によって求めることができる。
【０１２４】
次に、投受光制御部１９は、投受光条件Ｓ３ｂに基づいて増幅回路１５ｂのゲインを制御し、シャッター信号ＳＴｂとして、両素子ブロック５ｂに露光指令ＳＴ３を出力する。この露光指令ＳＴ３の終了後に、Ｆａｒ側ブロック５ｂによって検出された受光量が、光センサチップ１３からそれぞれ出力され、受光量パターンＲ３ｂとして、投受光条件演算部１７へ入力される。
【０１２５】
図１７の（ｄ）に示した通り、受光量パターンＲ３ｂでは、ピーク受光量が目標レベルＬに一致している。このため、測距演算部１８が、受光量パターンＲ３ｂに基づいてＦａｒ側のピーク位置を求める。このようにして、Ｎｅａｒ側ブロック５ａ内のピーク位置と、Ｆａｒ側ブロック５ｂ内のピーク位置が求められると、その差から測定対象物２の厚さが求められる。
【０１２６】
ここで、図１１のラインセンサ２０における撮影エリアの指定方法の一例について説明する。実施の形態１で説明した通り、撮影エリアは、ラインセンサ２０を構成する全て又は一部の受光素子であって、出力ポートＰ１又はＰ２から受光量を出力させる一連の受光素子を意味し、撮影エリア指定部１４によって指定される。
【０１２７】
図１８は、撮影エリア２５の一例を示した図である。撮影エリア指定部１４は、ユーザ操作に基づいて撮影エリア２５を指定している。図１１のラインセンサ２０の場合、２つの素子ブロック５ａ及び５ｂの境界を中心とする撮影エリア２５が、撮影エリア指定部１４によって指定される。つまり、第１ブロック５ａに属する受光素子のうち、第２ブロック５ｂ側の端部から連続する受光素子と、第２ブロック５ｂに属する受光素子のうち、第１ブロック５ａ側の端部から連続する受光素子とが、撮影エリア２５として指定される。また、第１ブロック５ａ及び５ｂのそれぞれについて、同数の受光素子が撮影エリア２５として指定される。
【０１２８】
この様にして撮影エリア２５を決定する場合、ユーザは撮影エリア２５の幅を指定するだけで、撮影エリア指定部１４に対し撮影エリア２５を指示することができるので、簡便な操作で所望の撮影エリア２５を決定し、変更することができる。なお、ユーザによる撮影エリア２５の幅の指定は、例えば、撮影エリア２５の最大幅に対する比率、従前の撮影エリア２５の幅に対する比率、撮影エリア２５を構成する受光素子の数、あるいは、一方の素子ブロック５ａ，５ｂに属する撮影エリア２５を構成する受光素子の数として指定することができる。
【０１２９】
本実施の形態による光学式変位計では、ラインセンサ２０を構成する受光素子をＮｅａｒ側ブロック５ａ及びＦａｒ側ブロック５ｂに区分し、露光制御は、両素子ブロック５ａ，５ｂに共通とし、受光量の出力を素子ブロック５ａ，５ｂごとに異なる出力ポートＰ１及びＰ２から同時に出力させている。このため、従来の光学式変位計に比べて、受光量の出力時間を半分にすることができ、受光量調整の時間を短縮させることができる。
【０１３０】
また、Ｎｅａｒ側ブロック５ａ及びＦａｒ側ブロック５ｂについて、独立して受光量調整を行っているため、１つの受光量パターン内に２つの受光量ピークが現れる場合のような受光量調整の困難さがなく、受光量調整のアルゴリズムを複雑化することなく受光量調整の時間を短くすることができる。
【０１３１】
実施の形態５．
本実施の形態では、上記実施の形態１〜４の組み合わせについて説明する。すなわち、ラインセンサ２０は、交互に配置される奇数素子２０ａ及び偶数素子２０ｂに区分されるとともに、互いに隣接する２つの素子ブロック５ａ及び５ｂに区分されている。この結果、ラインセンサ２０を構成する各受光素子は４つのグループに区分されている。
【０１３２】
図１９は、本発明の実施の形態５による光学式変位計の要部について一構成例を示した図であり、光センサチップ１３に内蔵されているラインセンサ２０及びシリアル出力部２１ｘ〜２１ｗを示したブロック図である。ラインセンサ２０は、単一の半導体基板上において、奇数素子２０ａ及び偶数素子２０ｂが交互となるように、多数の素子２０ａ，２０ｂを一列に配列させて形成されている。また、ラインセンサ２０を構成する各受光素子は、２つの素子ブロック５ａ及び５ｂに区分されている。素子ブロック５ａ及び５ｂは、隣接する複数の受光素子によってそれぞれ構成されている。なお、素子ブロック５ａ及び５ｂは、互いに隣接し、同数又は概ね同数の受光素子で構成されていることが望ましい。
【０１３３】
素子ブロック５ａに属する奇数素子２０ａで検出された受光量はシリアル出力部２１ｘへ出力され、素子ブロック５ｂに属する奇数素子２０ａで検出された受光量はシリアル出力部２１ｙへ出力される。また、素子ブロック５ａに属する偶数素子２０ｂで検出された受光量はシリアル出力部２１ｚへ出力され、素子ブロック５ｂに属する偶数素子２０ｂで検出された受光量はシリアル出力部２１ｗへ出力される。
【０１３４】
シリアル出力部２１ｘは、シフトレジスタを構成する各レジスタが、素子ブロック５ａ内の奇数素子２０ａに対応している。素子ブロック５ａ内の各奇数素子２０ａは、露光制御部２２により同一の露光制御が行われており、これらの受光素子の受光量は、露光終了時にシリアル出力部２１ｘ内の対応するレジスタへ同時に書き込まれ、その後、レジスタ間で受光量を一方向に移動させていくことにより、全ての受光量が出力ポートＰ１から順に出力される。
【０１３５】
同様にして、シリアル出力部２１ｙは、シフトレジスタを構成する各レジスタが、素子ブロック５ｂ内の奇数素子２０ａに対応している。素子ブロック５ｂ内の各奇数素子２０ａは、露光制御部２２により同一の露光制御が行われており、これらの受光素子の受光量は、露光終了時にシリアル出力部２１ｙ内の対応するレジスタへ同時に書き込まれ、その後、レジスタ間で受光量を一方向に移動させていくことにより、全ての受光量が出力ポートＰ２から順に出力される。
【０１３６】
また、シリアル出力部２１ｚは、シフトレジスタを構成する各レジスタが、素子ブロック５ａ内の偶数素子２０ｂに対応している。素子ブロック５ａ内の各偶数素子２０ｂは、露光制御部２２により同一の露光制御が行われており、これらの受光素子の受光量は、露光終了時にシリアル出力部２１ｚ内の対応するレジスタへ同時に書き込まれ、その後、レジスタ間で受光量を一方向に移動させていくことにより、全ての受光量が出力ポートＰ３から順に出力される。
【０１３７】
また、シリアル出力部２１ｗは、シフトレジスタを構成する各レジスタが、素子ブロック５ｂ内の偶数素子２０ｂに対応している。素子ブロック５ｂ内の各偶数素子２０ｂは、露光制御部２２により同一の露光制御が行われており、これらの受光素子の受光量は、露光終了時にシリアル出力部２１ｗ内の対応するレジスタへ同時に書き込まれ、その後、レジスタ間で受光量を一方向に移動させていくことにより、全ての受光量が出力ポートＰ４から順に出力される。
【０１３８】
この様にして、本実施の形態による光学式変位計では、光センサチップ１３に内蔵されているラインセンサ２０を構成する各受光素子を４つのグループに区分し、各グループごとに異なる投受光条件を指定して独立して露光制御することができる。また、各グループごとにシリアル出力部２１ｘ〜２１ｗと、各グループごとの出力ポートＰ１〜Ｐ４を備え、グループごとに独立して受光量を出力することができる。従って、同時に４つの受光量を出力させることができ、従来の光学式変位計に比べて高速に動作させることができる。
【０１３９】
例えば、Ｎｅａｒ側ブロック５ａ及びＦａｒ側ブロック５ｂごとに、独立して受光量調整が行われる実施の形態４による光学式変位計において、奇数素子２０ａ及び偶数素子２０ｂを異なる投受光条件で露光させる実施の形態１又は２の発明を適用することにより、透明体の厚さ検出を更に高速化することができる。
【０１４０】
また、第１及び第２素子ブロック５ａ，５ｂについて異なる投受光条件で露光させる実施の形態３による光学式変位計において、奇数素子２０ａ及び偶数素子２０ｂを異なる投受光条件で露光させる実施の形態２の発明を適用することにより、受光量調整を更に高速化することができる。
【０１４１】
図２０は、本発明の実施の形態５による光学式変位計の要部について他の構成例を示した図であり、光センサチップ１３に内蔵されているラインセンサ２０及びシリアル出力部２１ｘ〜２１ｗを示したブロック図である。ラインセンサ２０は、単一の半導体基板上に一列に配列された複数の受光素子が、Ｎｅａｒブロック５ａ及びＦａｒブロック５ｂに区分されている。両素子ブロック５ａ及び５ｂは、隣接する複数の受光素子によってそれぞれ構成されている。
【０１４２】
Ｎｅａｒブロック５ａは、更にサブブロック５ｘ及び５ｙに区分されている。これらのサブブロック５ｘ及び５ｙも、隣接する複数の受光素子によってそれぞれ構成されており、同数又はほぼ同数の受光素子で構成されていることが望ましい。また、Ｆａｒブロック５ｂは、更にサブブロック５ｚ及び５ｗに区分されている。これらのサブブロック５ｚ及び５ｗも、隣接する複数の受光素子によってそれぞれ構成されており、同数又はほぼ同数の受光素子で構成されていることが望ましい。
【０１４３】
サブブロック５ｘに属する受光素子で検出された受光量はシリアル出力部２１ｘへ出力され、サブブロック５ｙに属する受光素子で検出された受光量はシリアル出力部２１ｙへ出力される。また、サブブロック５ｚに属する受光素子で検出された受光量はシリアル出力部２１ｚへ出力され、サブブロック５ｗに属する受光素子で検出された受光量はシリアル出力部２１ｗへ出力される。
【０１４４】
シリアル出力部２１ｘは、シフトレジスタを構成する各レジスタが、サブブロック５ｘ内の受光素子に対応している。サブブロック５ｘ内の各受光素子は、露光制御部２２により同一の露光制御が行われており、これらの受光素子の受光量は、露光終了時にシリアル出力部２１ｘ内の対応するレジスタへ同時に書き込まれ、その後、レジスタ間で受光量を一方向に移動させていくことにより、全ての受光量が出力ポートＰ１から順に出力される。
【０１４５】
同様にして、シリアル出力部２１ｙは、シフトレジスタを構成する各レジスタが、サブブロック５ｙ内の受光素子に対応している。サブブロック５ｙ内の各受光素子は、露光制御部２２により同一の露光制御が行われており、これらの受光素子の受光量は、露光終了時にシリアル出力部２１ｙ内の対応するレジスタへ同時に書き込まれ、その後、レジスタ間で受光量を一方向に移動させていくことにより、全ての受光量が出力ポートＰ２から順に出力される。
【０１４６】
また、シリアル出力部２１ｚは、シフトレジスタを構成する各レジスタが、サブブロック５ｚ内の受光素子に対応している。サブブロック５ｚ内の各受光素子は、露光制御部２２により同一の露光制御が行われており、これらの受光素子の受光量は、露光終了時にシリアル出力部２１ｚ内の対応するレジスタへ同時に書き込まれ、その後、レジスタ間で受光量を一方向に移動させていくことにより、全ての受光量が出力ポートＰ３から順に出力される。
【０１４７】
また、シリアル出力部２１ｗは、シフトレジスタを構成する各レジスタが、サブブロック５ｗ内の受光素子に対応している。サブブロック５ｗ内の各受光素子は、露光制御部２２により同一の露光制御が行われており、これらの受光素子の受光量は、露光終了時にシリアル出力部２１ｗ内の対応するレジスタへ同時に書き込まれ、その後、レジスタ間で受光量を一方向に移動させていくことにより、全ての受光量が出力ポートＰ４から順に出力される。
【０１４８】
この様にして、Ｎｅａｒ側ブロック５ａ及びＦａｒ側ブロック５ｂごとに、独立して受光量調整が行われる実施の形態４による光学式変位計において、各ブロック５ａ，５ｂを更に２つのサブブロックに分割することによって、透明体の厚さ検出を更に高速化することができる。すなわち、同じブロック内の２つのサブブロックについて、同一の投受光条件で同時に露光させ、同時に受光量を出力されることにより、各ブロック５ａ、５ｂに対し、それぞれ実施の形態３の発明を適用することができる。
【０１４９】
実施の形態６．
実施の形態１では、ラインセンサ２０が、異なるシリアル出力部２１ａ，２１ｂに対し受光量を出力する奇数素子２０ａ，偶数素子２０ｂを交互に配列して構成される例について説明した。これに対し、本実施の形態では、ラインセンサ２０が、異なるシリアル出力部２１ａ，２１ｂに対し受光量を出力する受光素子ユニット２４ａ，２４ｂを交互に配列して構成され、各受光素子ユニット２４ａ，２４ｂが、それぞれ２以上の受光素子からなる場合について説明する。
【０１５０】
図２１は、本発明の実施の形態６による光学式変位計１の要部の一構成例を示した図であり、図２のラインセンサ２０及びシリアル出力部２１ａ，２１ｂの詳細構成例が示されている。なお、本実施の形態６による光学式変位計１の基本的な構成及び動作は、実施の形態１の場合と同様であり、重複する説明は省略する。
【０１５１】
ラインセンサ２０は、単一の半導体基板上において一列に配列された多数の受光素子２０ｅからなり、これらの受光素子２０ｅは、多数の受光素子ユニット２４ａ及び２４ｂに区分されている。受光素子ユニット２４ａ及び２４ｂは、隣接する２以上の受光素子によってそれぞれ構成され、ラインセンサ２０は、これらの受光素子ユニット２４ａ及び２４ｂを交互に配列して構成される。
【０１５２】
シリアル出力部２１ａは、シフトレジスタを構成する各レジスタが、受光素子ユニット２４ａに属する各受光素子２０ｅに対応している。受光素子ユニット２４ａに属する各受光素子２０ｅは、露光制御部２２により同一の露光制御が行われており、これらの各受光素子２０ｅの受光量は、露光終了時にシリアル出力部２１ａ内の対応するレジスタへ同時に書き込まれ、その後、レジスタ間で受光量を一方向に移動させていくことにより、全ての受光量が出力ポートＰ１から順に出力される。
【０１５３】
同様にして、シリアル出力部２１ｂは、シフトレジスタを構成する各レジスタが、受光素子ユニット２４ｂに属する各受光素子２０ｅに対応している。受光素子ユニット２４ｂに属する各受光素子２０ｅは、露光制御部２２により同一の露光制御が行われており、これらの各受光素子２０ｅの受光量は、露光終了時にシリアル出力部２１ｂ内の対応するレジスタへ同時に書き込まれ、その後、レジスタ間で受光量を一方向に移動させていくことにより、全ての受光量が出力ポートＰ２から順に出力される。
【０１５４】
また、図２の露光制御部２２は、２種類の受光素子ユニット２４ａ及び２４ｂについて露光制御を独立して行うものとする。すなわち、図１のシャッター制御部３１が、受光素子ユニット２４ａ及び２４ｂ用のシャッター信号ＳＴａ，ＳＴｂをそれぞれ生成し、露光制御部２２は、シャッター信号ＳＴａに基づいて、各受光素子ユニット２４ａに属する受光素子２０ｅの露光制御を行い、シャッター信号ＳＴｂに基づいて、各受光素子ユニット２４ｂに属する受光素子２０ｅの露光制御を行っている。
【０１５５】
本実施の形態による光学式変位計では、受光素子ユニット２４ａ及び２４ｂに属する受光素子２０ｅを交互に露光させ、その受光量パターンを交互に読み出すことにより、１つの受光量パターンを取得するために要する時間を半分にし、受光量調整のためのフィードバックのサイクルを高速化している。従って、実施の形態１の場合と同様、ピーク受光量を目標レベルＬに速く一致させ、受光量調整の時間を短縮させることができる。しかも、最終的な測距演算処理は、受光素子ユニット２４ａ及び２４ｂの両受光量パターンに基づいて行われるため、測定精度を低下させることはない。
【０１５６】
なお、投受光条件演算部１７や測距演算部１８における処理を簡略化するという観点からは、受光素子ユニット２４ａ，２４ｂが、ラインセンサ２０上において周期的に配置されていることが望ましい。例えば、各受光素子ユニット２４ａが互いに同じ数の受光素子２０ｅで構成され、かつ、各受光素子ユニット２４ｂが互いに同じ数の受光素子２０ｅで構成されていれば、受光素子ユニット２４ａ，２４ｂは、それぞれラインセンサ２０上において周期的に配置される。つまり、各受光素子ユニット２４ａがラインセンサ２０上で等間隔に配置され、各受光素子ユニット２４ｂもラインセンサ２０上で等間隔に配置されることになり、両受光素子ユニット２４ａ，２４ｂから歪みのない受光量パターンをそれぞれ得ることができる。
【０１５７】
さらに、各受光素子ユニット２４ａ及び２４ｂが、いずれも同じ数の受光素子２０ｅで構成されていれば、受光素子ユニット２４ａ及び素子ユニット２４ｂの露光条件が同じである場合、受光素子ユニット１個分のずれを除き、シリアル出力手段２１ａ及びシリアル出力手段２１ｂから同じ受光量パターンが得られるため、投受光条件演算や測距演算のための処理が容易となる。
【０１５８】
なお、上記の各実施の形態では、本発明による光学式変位計の種々の構成例について説明したが、同じ光学式変位計が、ユーザによる動作モードの切り替えによって異なる２以上の構成例のいずれか一つとして選択的に機能するように構成されていてもよい。例えば、上記実施の形態３による光学式変位計として、ラインセンサ２０上に集光された１つの受光スポットを高速に検出するワンスポットモード（距離測定モード）と、上記実施の形態４による光学式変位計として、ラインセンサ２０上に集光された２つの受光スポットを高速に検出するツースポットモード（厚み測定モード）とをユーザによる動作モードの切り替えによって選択可能となるように構成することもできる。また、ユーザによる動作モードの選択によって、上述した全ての構成例の任意のものとして機能させることができる光学式変位計であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【０１５９】
【図１】本発明による光学式変位計の一構成例を示した図である。
【図２】図１の光センサチップ１３内の一構成例を示したブロック図である。
【図３】図２のラインセンサ２０及びシリアル出力部２１ａ，２１ｂの詳細構成例を示したブロック図である。
【図４】奇数素子２０ａ及び偶数素子２０ｂの露光時間を異ならせた場合の動作の一例を示した図である。
【図５】光センサチップ１３からの受光量の読み出し動作の一例を示したタイミングチャートである。
【図６】図１の光学式変位計による受光量調整時の様子を示した図である。
【図７】図６の（ｄ）及び（ｅ）に示された受光量パターンＲ０〜Ｒ４の一例を示した図である。
【図８】検出された受光量パターンと、実際の受光量分布との関係の一例を示した図である。
【図９】本発明の実施の形態２による受光量調整時の様子を示した図である。
【図１０】図９の（ｄ）及び（ｅ）に示された受光量パターンＲ０ａ〜Ｒ２ａ，Ｒ０ｂ〜Ｒ２ｂの一例を示した図である。
【図１１】本発明の実施の形態３による光学式変位計１の要部の一構成例を示した図であり、図２のラインセンサ２０及びシリアル出力部２１ａ，２１ｂの詳細構成例が示されている。
【図１２】本発明の実施の形態３による受光量調整時の様子を示した図である。
【図１３】図１２の（ｃ）及び（ｄ）に示された受光量パターンＲ０ａ〜Ｒ３ａ，Ｒ０ｂ〜Ｒ３ｂの一例を示した図である。
【図１４】光学式変位計を用いて行われる透明体の厚み計測の原理を示した説明図である。
【図１５】従来の光学式変位計によって検出される透明体の反射光の一例を示した図である。
【図１６】本発明の実施の形態４による受光量調整時の様子を示した図である。
【図１７】図１６の（ｃ）及び（ｄ）に示された受光量パターンＲ０ａ〜Ｒ３ａ，Ｒ０ｂ〜Ｒ３ｂの一例を示した図である。
【図１８】図１１のラインセンサ２０における撮影エリアの一例を示した図である。
【図１９】本発明の実施の形態５による光学式変位計の要部について一構成例を示した図である。
【図２０】本発明の実施の形態５による光学式変位計の要部について他の構成例を示した図である。
【図２１】本発明の実施の形態６による光学式変位計１の要部の一構成例を示した図である。
【符号の説明】
【０１６０】
１  光学式変位計
２  測定対象物
５ａ  第１素子ブロック，Ｎｅａｒ側ブロック
５ｂ  第２素子ブロック，Ｆａｒ側ブロック
５ｘ，５ｙ，５ｚ，５ｗ  サブブロック
６ａ  第１受光素子ユニット
６ｂ  第２受光素子ユニット
１０  投光部
１１  投光レンズ
１２  受光レンズ
１３  光センサチップ
１４  撮影エリア指定部
１５ａ，１５ｂ  増幅回路
１６ａ，１６ｂ  Ａ／Ｄ変換回路
１７  投受光条件演算部
１８  測距演算部
１９  投受光制御部
２０  ラインセンサ
２０ａ  奇数素子
２０ｂ  偶数素子
２０ｅ  受光素子
２１ａ，２１ｂ，２１ｘ，２１ｙ，２１ｚ，２１ｗ  シリアル出力部
２２  露光制御部
２３  出力エリア制御部
２４ａ，２４ｂ  受光素子ユニット
２５  撮影エリア
３０  ゲイン制御部
３１  シャッター制御部
３２  発光制御部
５１  ガラス板
５２  クロム層
５３  減光フィルム
Ｌ  目標レベル
Ｐ１〜Ｐ４  出力ポート
Ｒ０〜Ｒ４，Ｒ０ａ〜Ｒ３ａ，Ｒ０ｂ，Ｒ０ｂ〜Ｒ３ｂ  受光量パターン
Ｓ０〜Ｓ４，Ｓ０ａ〜Ｓ３ａ，Ｓ０ｂ〜Ｓ３ｂ  投受光条件
ＳＴ０〜ＳＴ５  露光指令
ＳＴ，ＳＴａ，ＳＴｂ  シャッター信号
【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】
0005144171.tif 000008
【図８】
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【図９】
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【図１０】
0005144171.tif 000011
【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
0005144171.tif 000014
【図１４】
0005144171.tif 000015
【図１５】
0005144171.tif 000016
【図１６】
0005144171.tif 000017
【図１７】
0005144171.tif 000018
【図１８】
0005144171.tif 000019
【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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