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    一種光學式位移感測器具有：一光投射部，其投射用於量測之光；一光接收部，其接收自一物件反射之光；及一量測處理部，其基於該接收的反射之光而量測該物件且輸出該量測之一結果。該量測處理部具有一判定部分。該判定部分判定一參數之一值是否落入一容許範圍內。該參數之該值具有指示由該光接收部接收的一光接收量之一變化的一參數之一值或指示待根據該光接收量之一增加或減少而調整之敏感性的一參數之一值。
    公开号:TW201321784A
    申请号:TW101140266
    申请日:2012-10-31
    公开日:2013-06-01
    发明作者:Soji Ohmae；Hoshibumi Ichiyanagi；Hideyoshi Nakamura；Kenta Yamakawa；Takahiro Oikawa
    申请人:Omron Tateisi Electronics Co；
    IPC主号:G01S17-00
    专利说明:
    光學式位移感測器
    本發明係關於一種光學式位移感測器，其包括：一光投射部，其投射用於偵測之光；一光接收部，其接收來自一待量測之物件的反射之光，該光自該光投射部投射至該物件；及一量測處理部，其基於該光接收部之一光接收狀態而量測該待量測之物件之一位移以輸出該量測結果。
    基於三角量測之光學式位移感測器包括：一光投射部，其包括一發光裝置，諸如，雷射二極體；及一光接收部，其包括一維或二維配置之光接收裝置。光接收部接收來自待量測之物件的反射之光，該光自該光投射部投射至該物件。接著，光接收量分佈資料之峰值的座標接著被偵測且轉換成位移以用於輸出。
    光學式位移感測器之其他實例包括：使用飛行時間(TOF,Time of Flight)系統之感測器，該TOF系統使用自光投射至光接收之時間長度；使用相位差測距系統之感測器，該相位差測距系統使用投射之光與接收的反射之光之間的相位差；使用PN碼測距系統之感測器，其投射經受藉由PN碼進行之強度調變的光且使用其投射之光與接收之光之間的相關性計算之結果來執行量測；及類似者。
    為使上述光學式位移感測器執行穩定量測，有必要頻繁調整敏感性，以便維持某一光接收量，而與待量測之物件之反射率或其反射狀態無關。就此而言，例如，日本未審查專利公開案第2006-133051號描述基於三角量測之光學式位移感測器調整快門打開時間(曝光時間)以便使反射之光的接收量飽和、偵測光接收量資料中的飽和像素群之中心位置作為光接收量之峰值位置並將峰值位置轉換成高度資料的技術。
    亦存在應用位移量測之上述原理以判定在預定參考距離處是否存在一物件之感測器。舉例而言，日本未審查專利公開案第2007-221491號描述藉由在至少一個方向上配置之複數個光接收裝置接收來自被光自光投射部投射之物件的反射之光、對照每一光接收裝置中的光接收量分佈之峰值位置與預定參考位置以判定物件之存在/不存在的技術。日本未審查專利公開案第2007-221491號進一步描述多個反射被判定為已當複數個峰值自光接收量分佈被偵測到時發生。
    為使上述光學式位移感測器確保量測準確性，需要僅將來自感測器之量測區域的反射之光導引至光接收部。然而，取決於感測器之使用狀態或周圍環境之狀況，來自偵測區域外之光可進入光接收部，而導致錯誤處理。此實例將參考圖6至圖8來描述。
    圖6說明使用基於三角量測之光學式位移感測器的應用之一實例。此應用旨在在預定高度位置處偵測板狀工件，該等板狀工件在分別安裝於調色板20上且向下移動之狀態下配置成兩列。感測器1及1相對於各別列之偵測位置橫向地裝設。在每一列中，具有不同厚度之兩個工件W1及W2按隨機次序傳送。感測器1用以量測穿過偵測位置的物件(工件W1、工件W2、及調色板20)之邊緣表面與感測器1之間的距離，且已傳遞工件W1及W2中哪一者係基於對應於工件之量測值被獲得期間之時間長度來判定。
    圖7及圖8說明可在上述應用中發生的錯誤偵測之一實例。在圖7之一實例中，工件之缺少發生在右列中。因此，自右側感測器1斜向上行進之光依序在處於缺少部分上方之調色板20、鄰近列中之工件W2、及處於缺少部分下方之工件W1處反射，且在反射後之光(雜散光)進入右側感測器1。
    在圖8之一實例中，工件W1及W2配置成一列，且具有高反射率之構件(鏡體)30被裝設於關於工件列與感測器1相對之位置處。在此實例中，缺少發生於工件W1及W2之配置中。因此，自感測器1發射且穿過工件W之缺少部分的光規則地在鏡體之表面處反射，且規則反射之光進入感測器1。
    圖7及圖8之實例說明缺少發生於工件W1及W2之配置中的情況。然而，在無缺少發生之情況下，在待量測之工件尚未到達偵測位置之狀態下，類似的雜訊光可進入感測器。另外，可能存在在周圍區域中突然產生之光可能進入感測器之情況。另外，在偵測位置在窗口附近之情況下，在某一時區，穿過窗口進來的陽光可進入感測器。
    若雜訊光進入感測器1，則感測器1輸出對應於與待量測之物件不同的物件之距離資料。在此距離資料不指示至工件W1或工件W2之距離的情況下，故障可能不發生；然而，在雜訊光進入指示至工件W1或工件W2之距離的位置周圍之情況下，感測器1輸出對應於工件W1及W2中之一者的量測值，此可導致錯誤處理。
    日本未審查專利公開案第2007-221491號揭示類似於圖6至圖8之實例的應用。在此應用中，在複數個峰值在光接收量分佈中被觀測到之情況下，判定峰值反映多次反射，且工件之邊緣未被偵測到(見日本未審查專利公開案第2007-221491號，段落0073至0074及圖19)。然而，藉由此處理，若雜訊光進入指示至工件W1或工件W2之距離的位置周圍，而無複數個峰值之伴隨產生，則發生誤偵測。
    在如上所述之雜訊光接收於用於量測物件之位移之目的的感測器中之情況下，可出現同樣的問題。亦即，若量測係針對雜訊光執行，則量測準確性不能得到確保。
    已使本發明聚焦於上述問題，且其目標在於防止歸因於進入光接收部之雜訊光而執行錯誤量測以確保量測準確性。
    本發明適用於一種光學式感測器，其包括：一光投射部，其投射用於量測之光；一光接收部，其接收來自一待量測之物件的反射之光，該光自該光投射部投射至該物件；及一量測處理部，其基於該光接收部之一光接收狀態而量測該待量測之物件且輸出該量測之一結果。根據本發明之一個態樣的該量測處理部包括：一判定部分，其判定指示由該光接收部接收的一光接收量之一變化的一參數之一值或指示待根據該光接收量之一增加或減少而調整之敏感性的一參數之一值是否落入一預定容許範圍內；及一控制器，其執行控制以使得當該判定部分判定該待判定之參數之該值落入該容許範圍內時該量測結果被輸出，且使得當該判定部分判定該待判定之參數之該值落在該容許範圍外時該量測結果不被輸出。
    通常，在此類型之感測器中，敏感性係在量測之開始前調整，以使得來自待量測之物件的反射之光在適合於量測之強度下被接收，且敏感性亦在量測期間基於光接收量按需要調整。因此，如圖6所說明，在量測係藉由設定為偵測目標之標準化物件(工件W1、工件W2、及調色板20)執行之情況下，在來自物件的反射之光被適當接收之狀態期間，光接收量之大改變不大可能發生。
    另一方面，在如圖7所說明之各種位置處反射後進入感測器之雜訊光變得比來自工件W1、工件W2、或調色板20的反射之光弱。另外，如圖8所說明的來自鏡體30的正反射之光被視為比來自工件W1、工件W2、或調色板20的反射之光強。
    如上所述，來自感測器之量測區域的反射之光之強度與來自量測區域外的雜訊光之強度之間的大的差有可能出現。鑒於此點，在本發明中，控制被執行以使得當判定指示光接收量之變化的參數(例如，在由一維配置之光接收裝置獲得的光接收量分佈中之峰值之變化)之值或指示待根據光接收量之增加或減少而調整之敏感性的參數之值落入容許範圍內時量測結果被輸出，且使得當判定參數值落在容許範圍外時量測結果不被輸出。藉由以上方法，若雜訊光進入光接收部，則光接收量及基於光接收量而調整之敏感性之大的改變發生，藉此防止對應於雜訊光之量測資料被輸出。
    以上感測器被組態成當(例如)判定部分判定參數值落入容許範圍內時執行量測，且輸出獲得之量測資料。或者，感測器可被組態成每當光投射及光接收被執行時執行量測，且僅當判定部分判定參數值落在容許範圍外時停止量測結果之輸出。
    在該感測器之一個具體例中，該量測處理部進一步包括一敏感性調整部分，其根據由該光接收部獲取的該光接收量之該增加或減少而改變界定該光投射部及該光接收部之一操作週期的一曝光時間、該光投射部之一光發射強度、及該光接收部之一光接收增益中之至少一者。回應於由該敏感性調整部分執行之處理，該判定部分使用在該敏感性調整部分之該處理後獲得的該曝光時間、該光投射強度及該光接收增益來計算指示待藉由該曝光時間、該光投射強度及該光接收增益調整的該敏感性之一等級的一評估值，且將該計算之評估值與該容許範圍之預定上限值及下限值比較以判定該評估值是否落入該容許範圍內。
    根據以上具體例，每當三個敏感性參數(曝光時間、光發射強度及光接收增益)中之至少一者被改變時，在改變後指示待藉由該等參數調整的敏感性之等級之評估值得以計算，且關於評估值是否落入容許範圍內之判定得以進行。因此，舉例而言，藉由先前計算在來自偵測區域的反射之光被接收到之狀態下關於待調整之敏感性的評估值之變化，且界定上限值及下限值以使得變化之範圍包括於容許範圍中，高度確定性地判定與雜訊光之接收一起調整的敏感性之評估值落在容許範圍外，藉此防止錯誤量測結果被輸出。
    在以上具體例中，該量測處理部進一步包括一設定部分，其執行以下處理：使光投射部、光接收部及調整部分重複操作以便分別使光接收量、曝光時間、光發射強度及光接收增益之值穩定的處理；使用穩定化之曝光時間、穩定化之光發射強度及穩定化之光接收增益來計算評估值之參考值的處理；及基於計算之參考值判定界定容許範圍之上限值及下限值的處理。根據設定部分，可在量測處理前調整敏感性以便能夠獲得適合於量測之光接收量，且接著基於調整後的敏感性之評估值判定容許範圍之上限值及下限值。
    在設定部分之一個具體例中，計算之參考值乘以大於1之預定係數α，藉此容許範圍之上限值可被計算出，且參考值乘以係數α之倒數1/α，藉此容許範圍之下限值可被計算出。另外，輸入係數α之值的輸入部分可得以設置。在此情況下，可調整容許範圍直至達到不執行錯誤處理之狀態，或亦可回應於待量測之物件的改變而改變容許範圍。
    在感測器之另一具體例中，判定部分將指示光接收量之變化的參數之值或待根據光接收量之增加或減少而調整之敏感性的參數之值與界定容許範圍之上限值及下限值比較以判定參數值是否落入容許範圍內。此具體例之感測器包括：一輸入部分，其輸入用於設定該上限值及該下限值之資料；及一設定部分，其設定基於該判定部分中之該輸入資料獲得之該上限值及該下限值。
    待在來自待量測之物件的接收之光之接收期間產生的光接收量之變化取決於各種環境元素(諸如，待量測之物件之材料、量測之基底表面(未發生位移之表面)與感測器之間的距離)而變化，且敏感性調整之狀態對應地改變。在以上具體例中，用於界定待由判定部分使用的容許範圍之上限值及下限值可根據輸入來設定，藉此提高了感測器之方便性及多功能性。
    根據本發明，可防止關於光接收部的歸因於不同於來自待量測之物件的入射光之光(雜訊光)之入射的量測結果之輸出，藉此穩定地執行量測。
    圖1說明本發明將被應用的光學式位移感測器之一組態。
    本發明之具體例之光學式位移感測器1(下文僅被稱作「位移感測器1」或「感測器1」)包括：一光投射部101，其包括一發光裝置(雷射二極體)11；及一光接收部102，其包括一維配置之光接收裝置12(在本具體例中為CMOS)。除了發光裝置11之外，光投射部101亦包括一光投射控制電路13。除了光接收裝置12之外，光接收部102亦包括用於處理由光接收裝置12產生之影像信號的一信號處理電路14及一A/D轉換電路15。
    此外，感測器1包括一CPU 10、一記憶體16、一顯示部17、一操作部18、一I/O介面19及類似者。光投射部101及光接收部102包含於圖2所說明之感測器頭100中，且其他組件設置於稱作「放大器部」之輔助外殼(未說明)中。感測器之組態不限於此，而所有組件可設置於一個外殼中。
    CPU 10根據儲存於記憶體16中之程式執行量測處理及關於敏感性調整之處理。量測之結果顯示於顯示部17上，以及經由I/O介面19輸出至外部裝置。操作部18用於在偵測處理前進行各種設定。
    圖2例示性地說明感測器頭100之一組態及量測處理之原理。
    在此實例中之感測器頭100經設置以使得發光裝置11之光軸被設定至位於工件W之路徑L上的偵測位置。在待上下移動之工件被量測之情況下，感測器頭100可相對於工件路徑橫向地裝設(如在圖6所說明)，以便量測工件之邊緣表面與感測器頭100之間的距離。
    自發光裝置11發射之雷射光穿過光投射透鏡111，在待偵測之物件處反射，且經由光接收透鏡122進入光接收裝置12。因此，峰值出現於由一維反射之光影像(其由光接收裝置12產生)指示之光接收量分佈中對應於反射之光之入射位置的位置處。峰值位置取決於反射雷射光的物件之表面之高度而變化。
    基於以上原理，CPU 10藉由恆定間隔循環移動光投射部101及光接收部102，量測在週期內即時出現於由光接收部102產生之光接收分佈型樣中的最大峰值之形心，且使用在記憶體16中暫存之轉換表將座標轉換成距離資料。另外，每當光被投射以及光被接收時，CPU 10根據光接收量之最大峰值之增加或減少調整敏感性，以便按穩定方式執行量測。
    自最大峰值之形心之座標轉換的距離資料表示將來自光投射部之雷射光朝向形心位置反射的物件與感測器頭100之間的距離，且光接收裝置12中之每一者之座標與距離資料之間的關係被暫存於轉換表中。注意，最大峰值之形心之座標可不僅被轉換成距離資料，且亦可被轉換成表示反射雷射光的物件之高度之資料。
    以上量測處理使進行工件W不存在於環境區域之狀態與工件W存在於其中之狀態之間的區別成為可能。另外，在待量測之工件W具有如在圖2之實例中所說明之梯級的情況下，可偵測構成該梯級的兩個表面之高度差。
    然而，出現於光接收量分佈中之所有峰值未必由來自量測區域的反射之光產生，而可存在峰值係歸因於在周圍區域中產生的雜訊光之入射而產生之情況。
    鑒於以上內容，在本具體例中，在光接收量型樣中之峰值位置經偵測以用於量測前，指示待基於峰值調整之敏感性的評估值得以計算。當評估值落入預定容許範圍內時，量測處理被執行以輸出距離資料。另一方面，當評估值落入容許範圍外時，距離資料未被輸出，而是錯誤輸出得以進行。
    以下描述在本具體例中執行之敏感性調整。
    在本具體例中，三個參數(曝光時間、待投射的雷射光之強度(下文被稱作「光投射強度」)及光接收量之增益(下文被稱作「光接收增益」))被調整以調整敏感性，以使得光接收量展現靠近預定目標值之值。此外，在量測開始前，在工件W裝設於量測區域中之狀態下，光投射及光接收被重複以調整每一敏感性參數，以使得基於來自工件W的反射之光的光接收量之峰值展現足夠強度。此調整係在稍後待描述之「調諧處理」中執行。
    在調諧處理後，甚至在量測處理開始後，敏感性參數取決於每次光接收量分佈之最大峰值來調整。
    在本具體例中，使光投射部101之光投射週期及光接收部102之光接收週期相互重合，且將執行光投射及光接收的週期之長度定義為曝光時間。然而，不需要始終使兩個週期相互重合。舉例而言，光投射週期可開始得比光接收週期早，且光接收週期可終止得比光投射週期晚。在此情況下，自光投射週期之開始至光接收週期之終止的時間之長度被定義為曝光時間。
    在調整光投射強度過程中，光投射強度自最大值1開始按預定比率逐步減小。在調整光接收增益過程中，光接收增益自最小值1開始按預定比率逐步增大。在本具體例中，調整控制資料由針對光投射強度及光接收增益兩者之放大率表示。
    原則上，敏感性調整係基於曝光時間之調整來執行。特定言之，當光接收量分佈中之最大光接收量減小時，曝光時間根據其減小速率而增加，且當最大光接收量增大時，曝光時間根據其增大速率而減少。然而，曝光時間需要在自光投射/光接收所需之最小時間長度至對應於處理之預期用途的最大時間長度之範圍內調整。下文，調整範圍之上限被稱作「最大曝光時間」，且其下限被稱作「最小曝光時間」。在本具體例中，在即使曝光時間被設定至最小曝光時間而最大光接收量亦飽和之情況下，光投射強度或光接收增益減小，且在即使曝光時間被設定至最大曝光時間而最大光接收量亦不展現足夠強度之情況下，光投射強度或光接收增益增大。
    圖3說明待執行以便導出用於敏感性調整之三個參數的處理之程序。此導出處理被整合為如圖4所說明之偵測處理之部分，且被反覆執行。在本具體例中，敏感性參數基於在當前處理循環中偵測到之最大光接收量P(t)與預定光接收量目標值之間的比率來調整，且調整之結果被應用至接著的第二個偵測處理循環。
    參數導出處理將參考圖3之流程圖來描述，其中ST為曝光時間，D為光投射強度，且G為光接收增益。待應用至當前處理循環的各別敏感性參數之值(在倒數第二個處理循環中計算之值)被定義為ST(t)、D(t)及G(t)，且其待應用至接著的第二個處理循環的值被定義為ST(t+2)、D(t+2)、及G(t+2)。
    在步驟S101中，CPU 10將應用至當前處理循環之曝光時間ST(t)乘以藉由將光接收量目標值P0除以當前最大光接收量P(t)而獲得之值P0/P(t)以計算接著的第二個循環之曝光時間ST(t+2)。
    隨後，CPU 10將因此計算之曝光時間ST(t+2)與以上提到之最小曝光時間及最大曝光時間比較。當ST(t+2)落入最小曝光時間與最大曝光時間之間的範圍內(在兩個步驟S102及S103中皆為「否」)時，CPU 10判定ST(t+2)之值，且分別在接著的第二個循環之光投射強度D(t+2)及接著的第二個循環之光接收增益G(t+2)中設定D(t)及G(t)(步驟S108)。
    亦即，曝光時間根據峰值光接收量P(t)之百分比改變而調整，同時光投射強度或光接收增益之值被設定至與倒數第二個循環之值相同的值。
    另一方面，當曝光時間ST(t+2)小於最小曝光時間(在步驟S102中為「是」)，則CPU 10將ST(t+2)之值改變至最小曝光時間(步驟S104)。另外，CPU 10根據在關於最小曝光時間之改變前ST(t+2)之偏差度，將光投射強度D(t+2)及光接收增益G(t+2)設定至比其當前值低的放大率(步驟S105)。
    當曝光時間ST(t+2)大於最大曝光時間(在步驟S102中為「否」且在步驟S103中為「是」)，則CPU 10將ST(t+2)之值改變至最大曝光時間(步驟S106)。另外，CPU 10根據在關於最大曝光時間之改變前ST(t+2)之偏差度，將光投射光強度D(f+2)及光接收增益G(t+2)設定至比其當前值高的放大率(步驟S107)。
    根據以上處理，當最大光接收量P(t)相當大地增加時，曝光時間ST(t+2)減小至最小曝光時間，且光投射強度及光接收增益之值減小。另一方面，當最大光接收量P(t)相當大地減少時，曝光時間ST(t+2)增大至最大曝光時間，且光投射強度及光接收增益之值增大。在任一情況下，當具有與P(t)相同之強度之雷射光已在兩個循環後被接收到時，敏感性被調整，以使得在彼時之光接收量變為目標值P0。
    最大光接收量P(t)之增加或減少速率愈大，光投射強度及光接收增益中之每一者的放大率之變化變得愈大。
    以下參考圖4描述量測處理之一個循環之程序。
    在步驟S1中，CPU 10自記憶體16讀出待應用至當前循環之敏感性參數ST(t)、D(t)、及G(t)，且使光投射部101與光接收部102以藉由此等參數而調整之敏感性來操作(步驟S1及S2)。
    隨後，CPU 10將由光接收裝置12產生的反射之光影像輸入至其，且自由反射之光影像指示之光接收量分佈偵測具有大於預定值之振幅(微小振幅)(步驟S3)。在偵測到峰值後(在步驟S4中為「是」)，CPU 10獲取對應於偵測之峰值間的最大峰值之最大光接收量P(t)(步驟S5)。
    步驟S6指示圖3所說明之處理(步驟S101至S108)。藉由此處理，接著的第二個循環之敏感性參數ST(t+2)、D(t+2)、及G(t+2)係基於在步驟S5中獲取之最大光接收量P(t)與預定光接收量目標值P0之間的比率而導出。
    在步驟S7中，CPU 10將在以上處理中計算之敏感性參數ST(t+2)、D(t+2)、及G(t+2)相乘以計算表示由此等敏感性參數調整的敏感性等級之評估值R。在步驟S8中，CPU 10將評估值R與預定下限值RA及上限值RB比較。當評估值R落入下限值RA與上限值RB之間的範圍內時(在步驟S8中為「是」)，CPU 10計算包括最大光接收量P(t)出現之位置的最大峰值之形心之座標g(t)(步驟S9)。另外，CPU 10使用以上提到之轉換表將座標g(t)轉換成距離資料(步驟S10)，且輸出距離資料(步驟S11)。
    當評估值R小於下限值RA或大於上限值RB時(在步驟S8中為「否」)，則CPU 10不執行步驟S9、S10及S11，但進行錯誤輸出(步驟S12)。當自光投射部101投射的雷射光之反射之光因為一些原因而不能被接收到時，無峰值在步驟S3之處理中被偵測到(在步驟S4中為「否」)。亦在此情況下，CPU 10進展至步驟S12且進行錯誤輸出，如上所述。
    為了達成工件W之穩定量測，在本具體例中，在敏感性參數預先調整後，圖4所說明之處理開始，以使得基於來自工件W的反射之光的光接收量之峰值展現最佳強度。因此，當在S3或S5之處理中擷取的光接收量之最大峰值由來自量測區域中之物件(工件W或其支撐表面)的反射之光產生時，最大光接收量P(t)無顯著改變，惟緊接在引起反射的物件之類型之改變後除外。另外，緊接在引起反射的物件之類型之改變後出現的變化可被保持至比較小的範圍。因此，在光接收量之最大峰值自來自量測區域之光產生之情況下，在多數情況下，僅調整曝光時間ST係足夠的，且在光投射強度或光接收增益需要加以調整之情況下，調整範圍小。
    然而，在並非來自工件W的反射之光而是雜訊光進入之情況下，最大峰值之顯著改變高度可能會發生。舉例而言，如在圖7之以上實例中，在偏離感測器1之主光傳遞行進之弱光在複數個位置處反射後返回至感測器1之情況下，基於雜訊光之峰值光接收量P(t)變得顯著低，結果為基於目標值P0與P(t)之間的比率計算之曝光時間ST(t+2)顯著超過最大曝光時間。因此，在此情況下，曝光時間ST(t+2)改變至最大曝光時間，且光投射強度D及光接收增益G顯著增加。由此可見，作為敏感性參數之整合值的評估值R變大。
    另外，在具有高強度的規則反射之光進入之情況下(如在圖8之實例中)，最大峰值可能飽和，使得待藉由作為P(t)的最大峰值之飽和度導出之曝光時間ST(t+2)顯著低於最小曝光時間。因此，在此情況下，曝光時間ST(t+2)改變至最小曝光時間，且光投射強度D及光接收增益G顯著減小。由此可見，評估值R變小。
    對於評估值R之容許範圍，評估值R的變化之範圍係基於在光接收量之最大峰值自來自量測區域的反射之光產生之條件下產生的各別敏感性參數之變化而計算。接著，以上下限值RA及上限值RB經判定以使得變化包括於容許範圍中，且此後，判定之RA及RB被暫存於記憶體16中。藉由使用暫存之下限值RA及上限值RB執行圖4之量測處理，基於雜訊光之光接收量被作為最大光接收量偵測。在此情況下，即使基於此偵測結果調整之敏感性參數展現顯著改變，在步驟S8中亦進行「否」之判定，以使得不存在歸因於雜訊光之入射而引起的錯誤距離資料被計算且輸出之可能性。因此，可執行穩定且準確的量測。
    如上所述，在本具體例中，接著的第二個循環之敏感性參數係基於在重複光投射及光接收時在每一循環中的最大光接收量與目標值之間的比率導出。同時，用於判定導出之敏感性參數是否適當之評估值被計算出，且判定計算之評估值是否落入容許範圍內。然而，接著的第二個循環之敏感性參數之導出為甚至當偵測處理之循環比較短時仍穩定地執行敏感性調整之措施，且若CPU 10之操作速度被允許，則隨後循環之敏感性參數可被導出，且接著可判定基於此等敏感性參數之評估值R是否落入容許範圍內。
    在圖4之處理中，在曝光時間之變化落在於下限值RA與上限值RB之間界定的容許範圍外之情況下，量測處理自身不被執行。然而，或者，量測處理自身始終被執行但若評估值R偏離容許範圍R則量測資料之輸出停止的組態可為可能的。
    另外，以下方法可用以提高量測準確性。亦即，並非藉由單一光投射/光接收操作量測的距離資料之計算而是藉由複數個先前循環量測的距離資料之平均值之計算(移動平均值計算)被執行，且計算之平均值被作為量測結果輸出。且，在此情況下，需要每當光投射及光接收被執行時執行敏感性調整及評估值R之計算，且若評估值R落在容許範圍外則停止移動平均值計算或平均值之輸出。在評估值R在一旦在容許範圍外後返回至容許範圍之情況下，移動平均值計算或平均值之輸出可恢復，但在評估值R在容許範圍外期間之時間期間獲得的距離資料需要被排除在移動平均值計算之外。
    本具體例之感測器1設有在量測處理前判定需要用於在重複光投射及光接收之同時量測的條件之功能。基於此功能之處理為以上提到之「調諧」處理。
    調諧處理包括調整敏感性之處理，使得光接收量之最大峰值停留在以上目標值P0周圍。因此，藉由在工件W之模型裝設於量測區域中之狀態下執行調諧處理，可使基於來自工件W的反射之光的光接收量之峰值靠近目標值P0。
    另外，本具體例之感測器1具有複數個量測模型，該等量測模型具有不同回應時間，且預設量測條件係針對每一量測模型而暫存。回應時間為CPU 10回應於在某一點執行之光投射及光接收而輸出量測結果所需要的時間之長度，且取決於光投射及光接收被執行之週期(下文被稱作「量測週期」)、最大曝光時間、以上移動平均值計算之次數或類似者而變化。取決於量測模式，藉由以上調諧處理設定的敏感性參數不同。
    另外，在本具體例中，下限值RA及上限值RB可基於在調諧處理中執行的敏感性調整之結果而計算，以用於暫存。
    圖5為說明下限值RA及上限值RB之調諧處理及暫存處理之流程圖。每一處理之處理流程將在以下參考圖5來描述。
    在執行調諧處理前，使用者選擇操作模式中之一者，將工件W裝設於偵測位置處，且指導經由操作部18的調諧處理之開始。結果，圖5之處理開始。
    在此處理之第一步驟S20中，對應於選定量測模式之預設量測條件被讀出。量測條件包括光投射強度及光接收增益中之每一者之量測週期、最小曝光時間、最大曝光時間及最大放大率(可經受在選定量測模式下之調整的最大放大率)。
    在步驟S21中，曝光時間ST、光投射強度D及光接收增益G在預設量測條件之範圍內被初始化。舉例而言，預設最小曝光時間被設定至曝光時間ST，且光投射強度D及光接收增益G分別被設定至1。
    此後，直至達到最大光接收量停留在目標值P0周圍且敏感性參數ST、D及G分別停留在實質上某些值之狀態，光投射/光接收處理及敏感性調整處理被重複(與在圖3之步驟S101至S108之處理相同的處理)。
    在最大光接收量及敏感性參數已變得穩定後(在步驟S23及S24中為「是」)，流程繼續進行至步驟S26，在步驟S26，穩定化之曝光時間ST、穩定化之光投射強度D及穩定化之光接收增益G分別被設定至ST0、D0及G0，且量測條件基於此等值來判定。此時判定之量測條件亦包括光投射強度及光接收增益中之每一者的量測週期、最小曝光時間、最大曝光時間及最大放大率。除此之外，以上提到之移動平均值計算的資料之數目(等於或大於1之數目)亦被添加至量測條件。
    在本具體例之記憶體16中，量測條件表被暫存，自該量測條件表，經驗上導出之量測條件可將曝光時間之值用作密鑰而被讀出。在步驟S26中，量測條件表由穩定化之曝光時間ST0參考，且對應於ST0之量測條件被讀出且暫存以用於該量測。
    在量測條件表中所暫存的量測條件中之任一者中，最小曝光時間及最大曝光時間被設定，以便不落在於對應的量測模式下設定之預設曝光時間之容許範圍外。類似地，量測週期或光投射強度被設定，以便比其預設值小。然而，可能存在光接收增益超過其預設值之情況。另外，移動平均值計算的資料之數目(等於、大於1之整數)係在滿足在對應的量測模式下之回應時間或最大曝光時間之範圍中計算的，且被添加至量測條件。
    在於步驟S26中判定了量測條件後，流程繼續進行至步驟S27，在步驟S27，穩定化之曝光時間ST0、穩定化之光投射強度D0及穩定化之光接收增益G0相乘，以計算敏感性參數之評估值R的參考值R0。參考值R0指示較佳的敏感性值。
    在步驟S28中，參考值R0乘以預定係數α(α>0)以計算評估值R之上限值RB。另外，參考值R0乘以α之倒數1/α以計算評估值R之下限值RA。接著，在步驟S29中，RA及RB被暫存於記憶體16中，藉此此常式結束。
    在於上述調諧處理後轉變至選定量測模式後，量測處理根據圖4之程序來執行。藉由調諧處理計算之下限值RA及上限值RB用於針對每一循環之敏感性調整來判定評估值R之處理(步驟S8)中。
    根據圖5之處理，基於在於來自工件W的反射之光被接收之條件下執行的敏感性調整之完成後獲得的敏感性參數ST0、D0及G0之評估值R被設定為參考值R0，且接著足夠大於及小於參考值R0之值可分別被暫存為上限值RB及下限值RA。因此，與基於來自工件W的反射之光之光接收量極其不同的光接收量落在界定於上限值RB與下限值RA之間的容許範圍外。
    用於導出RA及RB的α之值可按需要改變。舉例而言，若故障由於在基於α之預設值的RA及RB之計算後執行的實驗量測已出現，則α之值改變，以便重新計算RA及RB，接著為實驗量測之另一個執行。藉由重複以上程序，當達到歸因於雜訊光之錯誤量測不發生之狀態時，RA及RB之值可得以判定。
    或者，RA及RB之值可根據不使用α或R0但在於調諧處理後改變RA及RB之值的同時執行實驗量測之方法來判定。
    在於改變α之值或RA及RB之值的同時執行實驗量測之情況下，待新設定之數值可經由操作部18輸入。或者，待新設定之數值可經由外部裝置(諸如，個人電腦)輸入，同時經由圖1所說明之I/O介面19連接。在此情況下，可在實驗量測期間改變輸入值，同時監視至外部裝置的感測器輸入之偵測信號，且與偵測錯誤之存在/不存在一致。
    在移動工件W被量測之情況下，可在與正常量測處理之條件相同的條件下在移動工件W之同時執行敏感性調整以計算評估值R且接著基於評估值R之變化判定RA及RB之值。藉由此方法，RA及RB之值可亦考慮歸因於來自工件W之支撐表面的光之入射之敏感性改變來判定。另外，在工件W具有梯級或具有不同反射率之部分之情況下，RA及RB之值可考慮在一個工件穿過待偵測之區域期間產生的光接收量之變化來判定。
    在複數個工件W待被偵測之情況下，針對工件之每一類型計算RA及RB之值，且將該等值之組合與工件之識別資訊相關聯地暫存於記憶體16中。藉由此方法，當待量測之工件改變至另一者時，使用者可藉由選擇對應於另一工件之識別資訊針對量測進行適當設定。
    在以上具體例中，藉由三個敏感性參數調整的敏感性之等級表示為稱作評估值R之參數，且評估值R是否落入容許範圍內被設定為關於工件W之量測值是否被輸出之判定條件。然而，或者，替代評估值R，在複數個量測循環間的最大光接收量之變化可被計算出，且可判定變化是否落入容許範圍內。指示光接收量之變化的參數之實例包括最後一個循環或倒數第二個循環之最大光接收量與最近最大光接收量之間的比率及目標值與最大光接收量之間的比率。
    在使用光接收量之變化進行判定之情況下，與光接收裝置12不同的另一光接收裝置可被設置以便量測光接收量。
    偵測工件W之存在/不存在同時判定評估值R或光接收量之變化的功能不需要始終在作用中。舉例而言，操作部18可經組態以接收在作用中與非作用中之間切換功能之操作。在此情況下，可採用圖4之步驟S9、S10、及S11始終被執行而當進行使該功能不在作用中之操作時不執行步驟S7及S8之組態。切換可不僅回應於經由操作部18之操作且亦回應於來自外部裝置的切換信號之輸入來達成。
    或者，以上功能通常被保持在不在作用中且當符合預定條件時(例如，當錯誤發生之次數超過容許值時)使其在作用中之組態可為可能的。另外，或者，在於某一時區中雜訊光(例如，穿過窗口進來的陽光)可進入之情況下，可按規則時間間隔或當基於內部計時器而達到設定時間時使以上功能在作用中，且在預定時間週期消逝後再次使其不在作用中。
    雖然以上具體例之感測器1為基於三角量測之感測器，但感測器類型不限於此。甚至對於根據不同於三角量測之方法量測位移之感測器而言，可藉由判定待在計算處理中使用的光接收量之變化或根據光接收量之改變調整的敏感性參數之變化是否落入容許範圍內且接著當判定以上變化落入容許範圍內時執行計算來準確偵測待偵測之物件，而不受雜訊光影響。
    1‧‧‧光學式感測器
    10‧‧‧CPU
    11‧‧‧發光裝置(雷射二極體)
    12‧‧‧光接收裝置(CMOS)
    13‧‧‧光投射控制電路
    14‧‧‧信號處理電路
    15‧‧‧A/D轉換電路
    16‧‧‧記憶體
    17‧‧‧顯示部
    18‧‧‧操作部
    19‧‧‧I/O介面
    100‧‧‧感測器頭
    101‧‧‧光投射部
    102‧‧‧光接收部
    111‧‧‧光投射透鏡
    122‧‧‧光接收透鏡
    W‧‧‧工件
    圖1為說明光學式位移感測器之一組態實例之方塊圖；圖2為說明感測器及偵測原理之一使用實例之例示性視圖；圖3為說明敏感性參數偏差處理之流程圖；圖4為說明量測處理之一個循環之流程圖；圖5為說明在量測處理前執行的設定處理之流程圖；圖6為使用光學式位移感測器之應用之一實例之視圖；圖7為說明雜訊光產生於以上應用中之一實例之視圖；及圖8為說明雜訊光得以產生之另一實例之視圖。
    1‧‧‧光學式感測器
    10‧‧‧CPU
    11‧‧‧發光裝置(雷射二極體)
    12‧‧‧光接收裝置(CMOS)
    13‧‧‧光投射控制電路
    14‧‧‧信號處理電路
    15‧‧‧A/D轉換電路
    16‧‧‧記憶體
    17‧‧‧顯示部
    18‧‧‧操作部
    19‧‧‧I/O介面
    101‧‧‧光投射部
    102‧‧‧光接收部
    权利要求:
    Claims (10)
    [1] 一種光學式位移感測器，其包含：一光投射部，其被組態成投射用於量測之光；一光接收部，其被組態成接收自一物件反射之光；及一量測處理部，其被組態成基於該接收的反射之光而量測該物件且輸出該量測之一結果，該量測處理部具有一判定部分，該判定部分被組態成判定一參數之一值是否在一容許範圍內，該參數之該值具有指示由該光接收部接收的一光接收量之一變化的一參數之一值或指示待根據該光接收量之一增加或減少而調整之敏感性的一參數之一值。
    [2] 如申請專利範圍第1項之光學式位移感測器，該量測處理部進一步包含：一控制器，其被組態成控制輸出該量測之該結果，且當參數之該值在該容許範圍內時，該量測之該結果被輸出，且當參數之該值不在該容許範圍內時，該量測之該結果不被輸出。
    [3] 如申請專利範圍第1項之光學式位移感測器，該量測處理部進一步包含：一敏感性調整部分，其被組態成根據由該光接收部接收的該光接收量之該增加或減少來改變一曝光時間、由該光接收部投射的一光發射強度、及該光接收部之一光接收增益中之至少一者，其中該曝光時間界定該光投射部及該光接收部之一操作週期。
    [4] 如申請專利範圍第3項之光學式位移感測器，其中，該判定部分被組態成計算一評估值，且將該評估值與該容許範圍之上限值及下限值比較以判定該評估值是否落入該容許範圍內，且該評估值指示基於由該敏感性調整部分改變之該曝光時間、該光發射強度及該光接收增益的該敏感性之一等級。
    [5] 如申請專利範圍第4項之光學式位移感測器，該量測處理部進一步包含：一設定部分，其被組態成執行一處理以藉由調整該光投射部、該光接收部及該敏感性調整部分來使該光接收量、該曝光時間、該光發射強度之值穩定化。
    [6] 如申請專利範圍第5項之光學式位移感測器，其中，該設定部分執行一處理以計算該評估值之一參考值，且該參考值係藉由該光接收量、該曝光時間及該光發射強度之該等穩定化之值計算。
    [7] 如申請專利範圍第6項之光學式位移感測器，其中，該設定部分執行一處理以基於該參考值判定該容許範圍之上限值及下限值。
    [8] 如申請專利範圍第7項之光學式位移感測器，其中，該設定部分將該參考值乘以大於1之一預定係數α，以計算該容許範圍之該上限值，且將該參考值乘以該係數α之一倒數1/α，以計算該容許範圍之該下限值。
    [9] 如申請專利範圍第8項之光學式位移感測器，其進一步包含：一輸入部分，其被組態成輸入該係數α之一值。
    [10] 如申請專利範圍第1項之光學式位移感測器，其進一步包含：一輸入部分，其被組態成輸入用於設定上限值及下限值之資料以判定該容許範圍，及一設定部分，其被組態成在該判定部分中設定該上限值及該下限值。
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