変位センサシステム及び変位センサ
【課題】常に、受光量が最大値を示すピーク画素からの受光信号を利用する構成に比べて、検出可能な対象物の制約を抑制することが可能な技術を提供する。
【解決手段】変位センサシステムは、受光信号に基づき指定された少なくとも１つの領域について、当該領域内において受光量がピークを示す画素であるピーク画素が複数存在する場合、当該複数のピーク画素の中からいずれかを、選択画素として選択するピーク選択部と、上記少なくとも１つの領域について、ピーク選択部で選択された選択画素からの受光信号に基づき投受光感度を設定する感度設定部と、各領域内の走査線の受光信号を、当該領域に対応する投受光感度下で前記受光処理部に取り出させ、その取り出された受光信号に応じた検出処理を実行する受光制御部と、を備える。
【解決手段】変位センサシステムは、受光信号に基づき指定された少なくとも１つの領域について、当該領域内において受光量がピークを示す画素であるピーク画素が複数存在する場合、当該複数のピーク画素の中からいずれかを、選択画素として選択するピーク選択部と、上記少なくとも１つの領域について、ピーク選択部で選択された選択画素からの受光信号に基づき投受光感度を設定する感度設定部と、各領域内の走査線の受光信号を、当該領域に対応する投受光感度下で前記受光処理部に取り出させ、その取り出された受光信号に応じた検出処理を実行する受光制御部と、を備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、対象物の表面形状等を測定するための変位センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、対象物の表面形状等を測定するための変位センサが知られている（特許文献１参照）。この変位センサは、投光部及び二次元ＣＣＤを有し、投光部から出射した線状の光を対象物の表面に照射させ、その反射光を二次元ＣＣＤの撮像面にて受光する。反射光が撮像面上に形成する受光像は、対象物の表面形状に応じた形状となるため、撮像面上の受光位置に基づき対象物の表面形状等を測定することができる。
【０００３】
ところが、表面形状等を測定したい対象物は、表面全体が均一な反射率であるものに限られず、反射率が互いに異なる複数の領域を有するものもある。このような反射率が不均一な対象物の表面形状等を、上記従来の変位センサにより測定しようとすると、反射率の高い領域からの反射光を受光する画素では受光量が飽和してしまう一方で、反射率の低い領域からの反射光を受光する画素では受光量が小さく耐ノイズ性が低くなるため、表面形状等を精度よく測定することができないという問題があった。
【０００４】
そこで、本願出願人は、撮像面上の異なる領域ごとに対応して個別の投受光感度を設定可能とし、各領域内の走査線の受光信号を、当該領域に対応する投受光感度下で取り出す変位センサを創作した（特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１０−２３７１７６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところが、上記本願出願人の変位センサを利用した場合、少なくとも１つの領域内において、受光量がピークを示す画素であるピーク画素が複数存在する場合がある。例えば、対象物が、基準部材の上に光透過性部材が配置されたものである場合、少なくとも基準部材の表面及び光透過性部材の表面での反射光が撮像面にて受光されることにより、ピーク画素が複数存在することがある。この場合、基準部材の表面形状を測定するときには、基準部材の表面での反射光に対応するピーク画素からの受光信号を利用して投受光感度を調整することが好ましい。一方、光透過性部材の表面形状を測定するときには、光透過性部材の表面での反射光に対応するピーク画素からの受光信号を利用して投受光感度を調整することが好ましい。
【０００７】
しかし、上記変位センサでは、領域ごとに個別に投受光感度を設定できるものの、どの領域も、ピーク画素が複数存在するかどうかにかかわらず、常に、それら複数のピーク画素のうち受光量が最大値を示すピーク画素からの受光信号を利用して投受光感度を調整する構成であった。このため、例えば、一の領域では１番目に受光量が多いピーク画素を利用し、他の領域では２番目に受光量が多いピーク画素を利用して投受光感度を調整すべき対象物については、投受光感度が適正に調整できず、変位センサで適正に検出可能な対象物に制約があった。
【０００８】
本発明は上記のような事情に基づいて完成されたものであって、その目的は、常に、受光量が最大値を示すピーク画素からの受光信号を利用する構成に比べて、検出可能な対象物の制約を抑制することが可能な技術を提供するところにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の目的を達成するための手段として、第１の発明に係る変位センサシステムは、対象物に線状の光を照射する投光部と、前記投光部から照射され前記対象物で反射した線状の反射光を受光する撮像面を有する二次元撮像素子と、前記撮像面上の各画素での受光量に応じた受光信号を、前記線状の反射光の受光像に交差する走査線ごとに取り出す受光処理部と、前記撮像面上の複数の領域を走査線単位で指定する領域指定部と、前記受光処理部で取り出された受光信号に基づき、前記領域指定部で指定された少なくとも１つの領域について、当該領域内において受光量がピークを示す画素であるピーク画素が複数存在する場合、当該複数のピーク画素の中からいずれかを、選択画素として選択するピーク選択部と、前記少なくとも１つの領域について、前記ピーク選択部で選択された前記選択画素からの受光信号に基づき投受光感度を設定する感度設定部と、前記各領域内の走査線の受光信号を、当該領域に対応する投受光感度下で前記受光処理部に取り出させ、その取り出された受光信号に応じた検出処理を実行する受光制御部と、を備える。
【００１０】
本構成によれば、指定された少なくとも１つの領域について、複数のピーク画素の中からいずれかを、選択画素として選択し、その選択画素からの受光信号に基づき投受光感度が設定される。従って、常に、受光量が最大値を示すピーク画素からの受光信号のみを利用する構成に比べて、検出可能な対象物の制約を抑制することが可能である。
【００１１】
第２の発明は、第１の発明の変位センサシステムであって、前記ピーク選択部は、前記複数のピーク画素を受光量が大きい順或いは小さい順に順位付けた場合、予め定められた規定順位になるピーク画素を、選択画素として選択する。
本構成によれば、受光量が小さいノイズ成分、或いは、受光量の大きいノイズ成分による影響を抑制することができる。
【００１２】
第３の発明は、第１の発明の変位センサシステムであって、前記ピーク選択部は、前記複数のピーク画素を基準画素に近い順或いは遠い順に順位付けた場合、予め定められた規定順位になるピーク画素を、選択画素として選択する。
本構成によれば、基準画素から遠い位置で発生するノイズ成分、或いは、基準画素に近い位置で発生するノイズ成分による影響を抑制することができる。
【００１３】
第４の発明の変位センサは、対象物に線状の光を照射する投光部と、前記投光部から照射され前記対象物で反射した線状の反射光を受光する撮像面を有する二次元撮像素子と、前記撮像面上の各画素での受光量に応じた受光信号を、前記線状の反射光の受光像に交差する走査線ごとに取り出す受光処理部と、前記受光処理部で取り出された受光信号に基づき、前記撮像面上の異なる領域のうち少なくとも１つの領域について、当該領域内において受光量がピークを示す画素であるピーク画素が複数存在する場合、当該複数のピーク画素の中からいずれかを、選択画素として選択するピーク選択部と、前記少なくとも１つの領域について、前記ピーク選択部で選択された前記選択画素からの受光信号に基づき投受光感度を設定する感度設定部と、前記各領域内の走査線の受光信号を、当該領域に対応する投受光感度下で前記受光処理部に取り出させ、その取り出された受光信号に基づく検出処理を実行する受光制御部と、を備える。
【００１４】
第５の発明は、第４の発明の変位センサであって、前記領域ごとに対応する投受光感度で取り出された受光信号に基づく受光位置及び受光量の少なくとも一方に関する情報を外部出力する出力部を備える。
この発明によれば、領域ごとに対応する投受光感度で取り出された受光信号に基づく受光位置及び受光量の少なくとも一方に関する情報を、例えば上位機器等に伝送することができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、常に、受光量が最大値を示すピーク画素からの受光信号を利用する構成に比べて、検出可能な対象物の制約を抑制することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の一実施形態に係る変位センサの一部を示す概要構成図
【図２】図１のＸ−Ｘ面で切断した対象物の断面図
【図３】受光像と走査線との関係を示す模式図
【図４】変位センサシステムの電気的構成を示すブロック図
【図５】領域指定処理を示すフローチャート
【図６】領域Ｅ２の一走査線Ｌの受光量分布曲線を示すグラフ
【図７】領域別投受光処理を示すフローチャート
【発明を実施するための形態】
【００１７】
＜実施形態＞
本発明の一実施形態について図１〜図７を参照しつつ説明する。
本実施形態の変位センサシステム１は、変位センサ１０とコントローラ３０とが通信可能に接続された構成である。
【００１８】
（変位センサの概要構成）
図１は変位センサ１０の一部を示す概要構成図である。
図１に示すように、変位センサ１０は、表面形状検出器であって、レーザ光源１１（投光部の一例）及び二次元ＣＣＤ１５（二次元撮像素子の一例）を備え、レーザ光源１１から出射された光Ｂを挿通板１２のスリット１２Ａを通過させて線状にし、それを対象物Ｗの表面に照射させる。そして、その反射光Ｒを二次元ＣＣＤ１５の撮像面１５Ａ上にて受光するものである。
【００１９】
反射光Ｂが撮像面１５Ａ上に形成する受光像Ｆは、対象物Ｗの表面（被照射面）が平坦であれば、上記スリット１２Ａの開口形状と略同じ形状（例えば直線状）をなす。一方、上記受光像Ｆは、対象物Ｗの表面が凸凹状をなす場合には、凸凹に倣った形状をなす（図２参照）。従って、撮像面１５Ａ上に形成される受光像Ｆ（受光位置）に基づいて対象物Ｗの表面形状等を測定することができる。
【００２０】
図２は、図１のＸ−Ｘ面で切断した対象物Ｗの断面図である。
図２に示すように、対象物Ｗは、上面が開口したケースＷ１と、当該ケースＷ１内に収容された内部部品Ｗ２と、ケースＷ１の開口部を塞ぐガラスカバーＷ３とを備える。以下の説明では、ケースＷ１はアルミなどの金属製であり、内部部品Ｗ２は例えばＩＣチップなどであって樹脂製材料で覆われており、反射率は、ケースＷ１、ガラスカバーＷ３、内部部品Ｗ２の順に低いものとする。
【００２１】
図１，２に示すように、内部部品Ｗ２に向けて照射された光Ｂは、内部部品Ｗの表面、ガラスカバーＷ３の裏面及び表面でそれぞれ反射し、反射光Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３として二次元ＣＣＤ１５の撮像面１５Ａ上にて受光される。一方、対象物Ｗのうち内部部品Ｗ２よりも外側に向けて照射された光Ｂは、ほとんどがケースＷ１の表面で反射し、一部がガラスカバーＷ３の表面で反射して撮像面１５Ａ上にて受光される。
【００２２】
（受光像と走査線との関係）
図３は受光像Ｆ１〜Ｆ３と走査線Ｌとの関係を示す模式図であり、後述する表示部３１の表示内容を示す図でもある。同図において、受光像Ｆ１は反射光Ｒ１により形成され、受光像Ｆ２は反射光Ｒ２により形成され、受光像Ｆ３は反射光Ｒ３により形成される。
【００２３】
撮像面１５Ａは行列状に配された複数の画素（受光素子）より構成されるが、これら各画素の受光信号を受光像Ｆ１〜Ｆ３の厚み方向（受光像に交差する方向の一例）に沿った走査線Ｌ毎に読み出す。そして、読み出された走査線Ｌ上の各画素について、例えば、受光量（受光信号レベル）の比較を行って、受光量がピークとなる画素を特定し、その位置（以下、受光位置という）を検出する。
【００２４】
このように、走査線Ｌ上における受光位置を検出する処理を、各走査線Ｌについてそれぞれ行うことで、光が照射された部位の表面形状や高低差等を測定することができる。また、対象物Ｗと変位センサ１０とを相対的に移動させつつ同様の表面形状測定を各部位について行うことで、対象物Ｗ全体の表面形状についても測定することができる。
【００２５】
（変位センサシステムの電気的構成）
図４は、変位センサシステム１の電気的構成を示すブロック図である。
【００２６】
１．変位センサ
変位センサ１０には、変位センサ１０の全体を制御する第１制御部２０（受光制御部、ピーク選択部、感度設定部、領域指定部の一例）、レーザ光源１１、レーザ駆動回路１３、二次元ＣＣＤ１５、ＣＣＤ駆動回路１７（受光処理部の一例）、データ処理部２１（出力部の一例）、メモリ２５を備える。
【００２７】
レーザ駆動回路１３は第１制御部２０からの動作信号Ｓａに基づいてドライブして、レーザ光源１１に駆動電流を供給させる。また、動作信号ＳａはＰＷＭ信号であり、第１制御部２０はそのデューティ比を変えることで駆動電流の電流量を増減調整し、レーザ光源１１からの投光量を変更することができる。
【００２８】
二次元ＣＣＤ１５は、受光素子を行列状に配した撮像面１５Ａを有し、撮像面１５Ａに入光する光をその光量に応じたレベルの電気信号（受光信号）に変換する。ＣＣＤ駆動回路１７は撮像面１５Ａの各受光素子から出力される受光信号を、走査線Ｌ毎に順次読み取るものである。なお、本実施形態では、走査線Ｌは撮像面１５Ａの上下方向に延びる設定とされており、線状の受光像と略直交する。
【００２９】
第１制御部２０は、レーザ駆動回路１３を介してレーザ光源１１に投光動作をさせつつＣＣＤ駆動回路１７に二次元ＣＣＤ１５から受光信号を読み取らせる（投受光動作）。そして、当該受光信号に基づき走査線Ｌごとの受光データを、データ処理部２１を介して外部出力する。受光データは、受光素子、換言すれば画素の位置及び受光量に関する情報が含まれる。なお、データ処理量を軽減するために、受光データに、所定量以上の受光量を示す画素のみの位置及び受光量だけを含めてもよい。
【００３０】
２．コントローラ
コントローラ３０は、表示部３１、第２制御部３３（表示制御部の一例）、データ処理部３５、操作部３７を備える。データ処理部３５は、有線または無線により変位センサ１０のデータ処理部２１との間でデータの双方向通信が可能である。第２制御部３３は、表示部３１の表示制御等を行うものであり、例えば変位センサ１０から受信した受光データに基づき、図３に示すように撮像面１５Ａ上における各走査線Ｌ、及び、各走査線Ｌの受光位置に基づく形状を表示部３１に表示させる。操作部３７は、ユーザが各種の入力操作を行うものである。
【００３１】
（領域指定処理）
図５は領域指定処理を示すフローチャートである。ユーザが操作部３７にて領域指定モードの実行を指示すると、第２制御部３３がその実行を変位センサ１０の第１制御部２０に指示し、これにより第１制御部２０が領域指定処理を実行する。このとき第１制御部２０は領域指定部として機能する。
【００３２】
第１制御部２０は、投受光動作を実行し（Ｓ１）、全走査線Ｌの受光データを取得する（Ｓ３）。なお、このときの投受光動作では、例えば全走査線Ｌについて投受光感度（本実施形態ではレーザ光源の投光量）が一律、所定の初期値に設定されている。第１制御部２０は、取得した受光データをコントローラ３０に送信する。これにより第２制御部３３は、上記受光データに基づき受光像の形状を表示部３１に表示させる（Ｓ５ 図３参照）。
【００３３】
ここで、上述したように対象物Ｗは反射率が不均一である。このため、撮像面１５Ａ上において、低反射率の内部部品Ｗ２に対応する領域では受光量が少なくノイズに埋もれてしまい、高反射率のケースＷ１に対応する領域では受光量が多く飽和レベルに達してしまうおそれがある。そして、その結果、各走査線Ｌ上のおける受光位置を正確に検出できず、表示部３１には対象物Ｗの実際の形状に対して不正確な受光像の形状が表示されることがある。
【００３４】
但し、不正確な受光像の形状とは言っても、ユーザは、その受光像の形状から、反射率の異なる各領域を概ね視認することができる。そこで、ユーザは、表示部３１を見ながら、操作部３７での操作により、各領域をそれぞれ走査線Ｌ単位で指定する。図３の例では、例えば走査線Ｌ１〜Ｌ４の領域（第１領域Ｅ１）、走査線Ｌ５〜Ｌ１７の領域（第２領域Ｅ２）、Ｌ１８〜Ｌ２１の領域（第３領域Ｅ３）の３つ領域を指定することが好ましい。
【００３５】
ユーザにより領域が指定されると（Ｓ７：ＹＥＳ）、第２制御部３３は、指定された複数の領域の中に、ピーク画素が複数存在する領域があるかどうかを判断する（Ｓ９）。ピーク画素とは、所定本（本実施形態では１本）分の走査線Ｌ上において受光量（輝度）がピークを示す画素であり、ピークとは、所定本分の走査線Ｌ上に位置する画素群の受光量分布曲線において増減傾向が反転する、いわゆる極大値を意味する。
【００３６】
図３の例では、領域Ｅ１の走査線Ｌ２〜Ｌ４、領域Ｅ３の走査線Ｌ１８〜Ｌ２１それぞれにおいてピーク画素は１つしか存在しない。しかし、領域Ｅ２の走査線Ｌ５〜Ｌ１７それぞれにおいてピーク画素が３つずつ存在する。従って、この場合、第２制御部３３は、ピーク画素が複数存在する領域があると判断する（Ｓ９：ＹＥＳ）。
【００３７】
図６は、領域Ｅ２の一走査線Ｌの受光量分布曲線を示すグラフである。縦軸が受光量であり、横軸が一走査線Ｌ上の各画素の位置を示す。同図に示すように、同走査線Ｌの受光量分布曲線には３つのピーク画素Ｇ１〜Ｇ３が存在する（同図の実線グラフ参照）。ピーク画素Ｇ１は、内部部品Ｗ２の表面での反射光Ｒ１に対応し、ピーク画素Ｇ２は、ガラスカバーＷ３の裏面での反射光Ｒ２に対応し、ピーク画素Ｇ３は、ガラスカバーＷ３の表面での反射光Ｒ３に対応する。
【００３８】
ここで、例えばガラスカバーＷの裏面または表面の表面形状を測定したいにもかかわらず、ピーク画素Ｇ１の受光量に基づき投受光感度を調整した場合、ピーク画素Ｇ２、Ｇ３の受光量が飽和してしまうおそれがある（図６の二点鎖線参照）。そうすると、後述する領域別投受光処理において、ガラスカバーＷの裏面や表面の形状について測定誤差が大きくなってしまう。また、例えば内部部品Ｗ２の表面またはガラスカバーＷの裏面の形状を測定したいにもかかわらず、ピーク画素Ｇ３の受光量に基づき投受光感度を調整した場合、ピーク画素Ｇ１、Ｇ２の受光量が不足してしまうおそれがある。そうすると、やはり領域別投受光処理において、ガラスカバーＷの裏面や表面の形状について測定誤差が大きくなってしまう。
【００３９】
従って、測定対象に応じて適切なピーク画素を選択することが好ましい。第２制御部３３は、ピーク画素が複数存在する領域が有ると判断した場合（Ｓ９：ＹＥＳ）、その領域についてピーク画素をユーザに選択させるための選択画面を表示部３１に表示させる（Ｓ１１）。この選択画面には、図３及び図６の示す画像が含まれていることが好ましい。ユーザは、選択画面を見ながら特定のピーク画素を選択する操作を操作部３７にて行う。
【００４０】
本実施形態では、ユーザにより複数のピーク画素のいずれかが選択されると（Ｓ１３：ＹＥＳ）、第２制御部３３は、複数のピーク画素を受光量が大きい順に順位付けた場合において、選択されたピーク画素の順位を特定し、その順位を規定順位とし、領域指定情報（走査線Ｌの指定番号）と共に変位センサ１０に送信する。そして、第１制御部２０は、受信した規定順位及び領域指定情報をメモリ２５に格納し（Ｓ１５、Ｓ１７）、本領域指定処理を終了する。
【００４１】
一方、第２制御部３３は、ピーク画素が複数存在する領域が無いと判断した場合（Ｓ９：ＮＯ）、領域指定情報を変位センサ１０に送信し、第１制御部２０は、受信した領域指定情報をメモリ２５に格納し（Ｓ１７）、本領域指定処理を終了する。
【００４２】
（領域別投受光処理）
図７は、領域別投受光処理を示すフローチャートである。
ユーザが操作部３７にて測定モードの実行を指示すると、第２制御部３３は領域別投受光処理の実行コマンドを変位センサ１０に送信する。そして、第１制御部２０は、実行コマンドの受信に基づき領域別投受光処理を実行する。このとき第１制御部２０は感度設定部、受光制御部として機能する。
【００４３】
第１制御部２０は、領域指定番号Ｋを「１」に初期化し（Ｓ２１）、各領域Ｅにおける代表走査線Ｌ（例えば各領域Ｅの中央の位置する走査線 第１領域Ｅ１であれば走査線Ｌ２またはＬ３）について投受光動作を実行する（Ｓ２３）。即ち、現在設定されている投光量レベルでレーザ光源１１に投光動作をさせ、二次元ＣＣＤ１５から上記代表走査線Ｌのみの受光信号を読み出す。
【００４４】
次に第１制御部２０は、読み出した受光信号に基づき、代表走査線Ｌ上に複数のピーク画素が存在するかどうかを判断する（Ｓ２５）。第１制御部２０は、複数のピーク画素が存在すると判断した場合には（Ｓ２５：ＹＥＳ）、複数のピーク画素を受光量が大きい順に順位付けた場合、上記規定順位になるピーク画素を、選択画素として特定する（Ｓ２７）。次に、第１制御部２０は、その選択画素の受光量が適切か否かを判断する（Ｓ２９）。具体的には、受光量が所定の基準範囲（飽和レベルよりも低く、且つ、ノイズよりも高い範囲）内か否かを判断する。受光量が適切であれば（Ｓ２９：ＹＥＳ）、Ｓ３３にそのまま進む。
【００４５】
一方、受光量が不適切である場合には（Ｓ２９：ＮＯ）、受光量が基準範囲内になるよう投受光感度（第１制御部２０が受ける受光信号レベル）を変更し（Ｓ３１）、その後、Ｓ３３に進む。本実施形態では、第１制御部２０は、レーザ駆動回路１３に与える動作信号Ｓａのデューティ比を変更しレーザ光源１１の投光量を変更することにより、投受光感度を変更する。具体的には、受光量が基準範囲よりも低ければ投光量を多くし、受光量が基準範囲よりも高ければ投光量を少なくする。なお、投受光感度を変更する方法としては、例えばＣＣＤ駆動回路１７における受光信号の増幅度を変更してもよい。
【００４６】
なお、第１制御部２０は、１つのピーク画素のみ存在すると判断した場合には（Ｓ２５：ＮＯ）、そのピーク画素についてＳ２９，Ｓ３１の処理を実行する。
【００４７】
受光量が適切になると（Ｓ２９：ＹＥＳ）、受光信号に基づく受光データを、各領域Ｅ（または代表走査線Ｌ）に対応付けてコントローラ３０に送信する（Ｓ３３）。そして、第１制御部２０は、未処理の領域が残っている場合には（Ｓ３５：ＮＯ）、領域指定番号Ｋに「１」を加えて（Ｓ３７）、Ｓ２３に戻り、第２領域以降についても同様の処理を繰り返す。
【００４８】
全領域Ｅについて処理が終了すれば（Ｓ３５：ＹＥＳ）、本領域別投受光処理を終了する。これにより、変位センサ１０は、領域Ｅごとに適切な画素に基づく投受光感度下で取得した受光データをコントローラ３０に送信することができる。そして、コントローラ３０の第２制御部３３は、受信した領域Ｅごとの受光データに基づき、各領域Ｅ間の高低差を所定の閾値と比較することにより、ケースＷ１に対して内部部品Ｗ２或いはガラスカバーＷ３が傾くことなく適切に嵌められているか否かを判定し、その判定結果に応じた判定信号を図示しない上位機器に出力する。このとき第２制御部３３は受光制御部として機能する。
【００４９】
なお、他の検出処理としては、例えば変位センサ１０に設けられた図示しない表示灯を点灯動作させたり、コントローラ３０の表示部３１に判定結果を表示させたりしてもよい。また、変位センサ１０と対象物Ｗの各部位との距離（変位）を検出（測定）してもよい。
【００５０】
（本実施形態の効果）
この実施形態の変位センサシステム１によれば、撮像面１５Ａ上の異なる領域Ｅごとに対応して個別の投受光感度を設定可能であり、各領域Ｅ内の走査線Ｌの受光信号を、当該領域Ｅに対応する投受光感度下で取り出すことができる。従って、反射率が不均一な対象物Ｗでも、各部分に対応する撮像面１５Ａ上の領域Ｅごとに当該部分の反射率に応じた投受光感度を設定することで対象物ＷのガラスカバーＷ３等が正常に嵌っているかを判定することが可能である。
【００５１】
しかも、各領域Ｅの代表走査線Ｌのみの受光信号に基づき上記判定が可能であるから、撮像面上の全走査線の受光信号を利用する構成に比べて高速で処理することができる。
【００５２】
また、指定された少なくとも１つの領域について、複数のピーク画素の中からいずれかを、選択画素として選択し、その選択画素からの受光信号に基づき投受光感度が設定される。従って、常に、受光量が最大値を示すピーク画素からの受光信号のみを利用する構成に比べて、検出可能な対象物の制約を抑制することが可能である。図３の例では、領域Ｅ２について、１番目に受光量が大きいピーク画素Ｇ３を選択画素とすれば、ガラスカバーＷ３の表面形状を精度よく測定することができる。また、２番目に受光量が大きいピーク画素Ｇ２を選択画素とすれば、ガラスカバーＷ３の裏面形状を精度よく測定することができる。更に、３番目に受光量が大きいピーク画素Ｇ１を選択画素とすれば、内部部品Ｗ２の表面形状を精度よく測定することができる。
【００５３】
しかも、複数のピーク画素が存在する領域について、複数のピーク画素を受光量が大きい順に順位付けた場合、規定順位になるピーク画素を、選択画素として特定する。従って、例えば外部環境の変化により、受光量が規定順位よりも下位のノイズ成分等が発生した場合でも、当該ノイズ成分等による影響を抑制することができる。
【００５４】
＜他の実施形態＞
本発明は上記記述及び図面によって説明した実施形態に限定されるものではなく、例えば次のような種々の態様も本発明の技術的範囲に含まれる。特に、各実施形態の構成要素のうち、最上位の発明の構成要素以外の構成要素は、付加的な要素なので適宜省略可能である。
（１）上記実施形態では、変位センサ１０及びコントローラ３０を備えた変位センサシステムについて説明したが、本発明はこれに限られない。例えば表示部３１及び操作部３７の少なくとも一方を変位センサ１０側に設けた構成や、コントローラ３０の第２制御部３３が領域指定処理を実行する構成であってもよい。
【００５５】
（２）上記実施形態では、各走査線Ｌ及び各走査線Ｌの受光位置に基づく形状を表示部３１に表示（図形表示）したが、本発明はこれに限られない。例えば各走査線Ｌの特定情報、受光位置の位置情報を文字、記号等で数値表示してもよい。
【００５６】
（３）また、領域別投受光処理を行った後に、各領域Ｅについて各走査線Ｌ及び各走査線Ｌの受光位置に基づく形状を表示部３１に表示させ、領域指定を変更できるようにしてもよい。このような構成であれば、より正確に領域指定を行うことができる。このとき、全ての領域Ｅについて、受光位置に基づく形状を同時に表示部３１に表示するのが好ましい。
【００５７】
（４）上記実施形態では、領域指定処理において各領域Ｅの代表走査線Ｌのみの受光信号に基づき対象物Ｗの高低差を測定したが、本発明はこれに限られない。例えば各領域Ｅの全走査線Ｌの受光信号に基づき対象物Ｗの表面形状を測定してもよい。
【００５８】
（５）上記実施形態では、ガラスカバーＷ３を備える対象物Ｗを例に挙げた。しかし、ガラスカバーＷ３の代わりに、フィルムなどの透明体や半透明体を備える対象物でもよい。要するに、少なくとも一部の領域での反射光により複数のピーク画素が存在する対象物であればよい。
【００５９】
（６）上記実施形態では、ピーク画素が複数存在する領域が１つだけの場合を例に挙げて説明した。しかし、ピーク画素が複数存在する領域が２以上ある場合でもよく、この場合、領域ごとに個別に選択画素を選択することが好ましい。
【００６０】
（７）上記実施形態では、複数のピーク画素を受光量が大きい順に順位付けた場合、規定順位になるピーク画素を、選択画素とした。しかし、複数のピーク画素を受光量が小さい順に順位付けた場合、規定順位になるピーク画素を、選択画素としてもよい。この場合、例えば周囲環境の変化により、受光量が規定順位よりも上位のノイズ成分等が発生した場合でも、当該ノイズ成分等による影響を抑制することができる。
【００６１】
また、複数のピーク画素を基準画素に近い順に順位付けた場合、規定順位になるピーク画素を、選択画素としてもよい。この場合、周囲環境の変化により、基準画素から遠い位置で発生したノイズ成分等による影響を抑制することができる。逆に、複数のピーク画素を基準画素に遠い順に順位付けた場合、規定順位になるピーク画素を、選択画素としてもよい。この場合、周囲環境の変化により、基準画素から近い位置で発生したノイズ成分等による影響を抑制することができる。また、単にユーザが選択したピーク画素を、選択画素としてもよい。
【符号の説明】
【００６２】
１：変位センサシステム
１０：変位センサ
１１：レーザ光源（投光部）
１５：二次元ＣＣＤ（二次元撮像素子）
１５Ａ：撮像面
１７：ＣＣＤ駆動回路（受光処理部）
２０：第１制御部（受光制御部、ピーク選択部、感度設定部、領域指定部）
２１：データ処理部（出力部）
Ｌ：走査線
Ｗ：対象物
【技術分野】
【０００１】
本発明は、対象物の表面形状等を測定するための変位センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、対象物の表面形状等を測定するための変位センサが知られている（特許文献１参照）。この変位センサは、投光部及び二次元ＣＣＤを有し、投光部から出射した線状の光を対象物の表面に照射させ、その反射光を二次元ＣＣＤの撮像面にて受光する。反射光が撮像面上に形成する受光像は、対象物の表面形状に応じた形状となるため、撮像面上の受光位置に基づき対象物の表面形状等を測定することができる。
【０００３】
ところが、表面形状等を測定したい対象物は、表面全体が均一な反射率であるものに限られず、反射率が互いに異なる複数の領域を有するものもある。このような反射率が不均一な対象物の表面形状等を、上記従来の変位センサにより測定しようとすると、反射率の高い領域からの反射光を受光する画素では受光量が飽和してしまう一方で、反射率の低い領域からの反射光を受光する画素では受光量が小さく耐ノイズ性が低くなるため、表面形状等を精度よく測定することができないという問題があった。
【０００４】
そこで、本願出願人は、撮像面上の異なる領域ごとに対応して個別の投受光感度を設定可能とし、各領域内の走査線の受光信号を、当該領域に対応する投受光感度下で取り出す変位センサを創作した（特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１０−２３７１７６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところが、上記本願出願人の変位センサを利用した場合、少なくとも１つの領域内において、受光量がピークを示す画素であるピーク画素が複数存在する場合がある。例えば、対象物が、基準部材の上に光透過性部材が配置されたものである場合、少なくとも基準部材の表面及び光透過性部材の表面での反射光が撮像面にて受光されることにより、ピーク画素が複数存在することがある。この場合、基準部材の表面形状を測定するときには、基準部材の表面での反射光に対応するピーク画素からの受光信号を利用して投受光感度を調整することが好ましい。一方、光透過性部材の表面形状を測定するときには、光透過性部材の表面での反射光に対応するピーク画素からの受光信号を利用して投受光感度を調整することが好ましい。
【０００７】
しかし、上記変位センサでは、領域ごとに個別に投受光感度を設定できるものの、どの領域も、ピーク画素が複数存在するかどうかにかかわらず、常に、それら複数のピーク画素のうち受光量が最大値を示すピーク画素からの受光信号を利用して投受光感度を調整する構成であった。このため、例えば、一の領域では１番目に受光量が多いピーク画素を利用し、他の領域では２番目に受光量が多いピーク画素を利用して投受光感度を調整すべき対象物については、投受光感度が適正に調整できず、変位センサで適正に検出可能な対象物に制約があった。
【０００８】
本発明は上記のような事情に基づいて完成されたものであって、その目的は、常に、受光量が最大値を示すピーク画素からの受光信号を利用する構成に比べて、検出可能な対象物の制約を抑制することが可能な技術を提供するところにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の目的を達成するための手段として、第１の発明に係る変位センサシステムは、対象物に線状の光を照射する投光部と、前記投光部から照射され前記対象物で反射した線状の反射光を受光する撮像面を有する二次元撮像素子と、前記撮像面上の各画素での受光量に応じた受光信号を、前記線状の反射光の受光像に交差する走査線ごとに取り出す受光処理部と、前記撮像面上の複数の領域を走査線単位で指定する領域指定部と、前記受光処理部で取り出された受光信号に基づき、前記領域指定部で指定された少なくとも１つの領域について、当該領域内において受光量がピークを示す画素であるピーク画素が複数存在する場合、当該複数のピーク画素の中からいずれかを、選択画素として選択するピーク選択部と、前記少なくとも１つの領域について、前記ピーク選択部で選択された前記選択画素からの受光信号に基づき投受光感度を設定する感度設定部と、前記各領域内の走査線の受光信号を、当該領域に対応する投受光感度下で前記受光処理部に取り出させ、その取り出された受光信号に応じた検出処理を実行する受光制御部と、を備える。
【００１０】
本構成によれば、指定された少なくとも１つの領域について、複数のピーク画素の中からいずれかを、選択画素として選択し、その選択画素からの受光信号に基づき投受光感度が設定される。従って、常に、受光量が最大値を示すピーク画素からの受光信号のみを利用する構成に比べて、検出可能な対象物の制約を抑制することが可能である。
【００１１】
第２の発明は、第１の発明の変位センサシステムであって、前記ピーク選択部は、前記複数のピーク画素を受光量が大きい順或いは小さい順に順位付けた場合、予め定められた規定順位になるピーク画素を、選択画素として選択する。
本構成によれば、受光量が小さいノイズ成分、或いは、受光量の大きいノイズ成分による影響を抑制することができる。
【００１２】
第３の発明は、第１の発明の変位センサシステムであって、前記ピーク選択部は、前記複数のピーク画素を基準画素に近い順或いは遠い順に順位付けた場合、予め定められた規定順位になるピーク画素を、選択画素として選択する。
本構成によれば、基準画素から遠い位置で発生するノイズ成分、或いは、基準画素に近い位置で発生するノイズ成分による影響を抑制することができる。
【００１３】
第４の発明の変位センサは、対象物に線状の光を照射する投光部と、前記投光部から照射され前記対象物で反射した線状の反射光を受光する撮像面を有する二次元撮像素子と、前記撮像面上の各画素での受光量に応じた受光信号を、前記線状の反射光の受光像に交差する走査線ごとに取り出す受光処理部と、前記受光処理部で取り出された受光信号に基づき、前記撮像面上の異なる領域のうち少なくとも１つの領域について、当該領域内において受光量がピークを示す画素であるピーク画素が複数存在する場合、当該複数のピーク画素の中からいずれかを、選択画素として選択するピーク選択部と、前記少なくとも１つの領域について、前記ピーク選択部で選択された前記選択画素からの受光信号に基づき投受光感度を設定する感度設定部と、前記各領域内の走査線の受光信号を、当該領域に対応する投受光感度下で前記受光処理部に取り出させ、その取り出された受光信号に基づく検出処理を実行する受光制御部と、を備える。
【００１４】
第５の発明は、第４の発明の変位センサであって、前記領域ごとに対応する投受光感度で取り出された受光信号に基づく受光位置及び受光量の少なくとも一方に関する情報を外部出力する出力部を備える。
この発明によれば、領域ごとに対応する投受光感度で取り出された受光信号に基づく受光位置及び受光量の少なくとも一方に関する情報を、例えば上位機器等に伝送することができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、常に、受光量が最大値を示すピーク画素からの受光信号を利用する構成に比べて、検出可能な対象物の制約を抑制することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の一実施形態に係る変位センサの一部を示す概要構成図
【図２】図１のＸ−Ｘ面で切断した対象物の断面図
【図３】受光像と走査線との関係を示す模式図
【図４】変位センサシステムの電気的構成を示すブロック図
【図５】領域指定処理を示すフローチャート
【図６】領域Ｅ２の一走査線Ｌの受光量分布曲線を示すグラフ
【図７】領域別投受光処理を示すフローチャート
【発明を実施するための形態】
【００１７】
＜実施形態＞
本発明の一実施形態について図１〜図７を参照しつつ説明する。
本実施形態の変位センサシステム１は、変位センサ１０とコントローラ３０とが通信可能に接続された構成である。
【００１８】
（変位センサの概要構成）
図１は変位センサ１０の一部を示す概要構成図である。
図１に示すように、変位センサ１０は、表面形状検出器であって、レーザ光源１１（投光部の一例）及び二次元ＣＣＤ１５（二次元撮像素子の一例）を備え、レーザ光源１１から出射された光Ｂを挿通板１２のスリット１２Ａを通過させて線状にし、それを対象物Ｗの表面に照射させる。そして、その反射光Ｒを二次元ＣＣＤ１５の撮像面１５Ａ上にて受光するものである。
【００１９】
反射光Ｂが撮像面１５Ａ上に形成する受光像Ｆは、対象物Ｗの表面（被照射面）が平坦であれば、上記スリット１２Ａの開口形状と略同じ形状（例えば直線状）をなす。一方、上記受光像Ｆは、対象物Ｗの表面が凸凹状をなす場合には、凸凹に倣った形状をなす（図２参照）。従って、撮像面１５Ａ上に形成される受光像Ｆ（受光位置）に基づいて対象物Ｗの表面形状等を測定することができる。
【００２０】
図２は、図１のＸ−Ｘ面で切断した対象物Ｗの断面図である。
図２に示すように、対象物Ｗは、上面が開口したケースＷ１と、当該ケースＷ１内に収容された内部部品Ｗ２と、ケースＷ１の開口部を塞ぐガラスカバーＷ３とを備える。以下の説明では、ケースＷ１はアルミなどの金属製であり、内部部品Ｗ２は例えばＩＣチップなどであって樹脂製材料で覆われており、反射率は、ケースＷ１、ガラスカバーＷ３、内部部品Ｗ２の順に低いものとする。
【００２１】
図１，２に示すように、内部部品Ｗ２に向けて照射された光Ｂは、内部部品Ｗの表面、ガラスカバーＷ３の裏面及び表面でそれぞれ反射し、反射光Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３として二次元ＣＣＤ１５の撮像面１５Ａ上にて受光される。一方、対象物Ｗのうち内部部品Ｗ２よりも外側に向けて照射された光Ｂは、ほとんどがケースＷ１の表面で反射し、一部がガラスカバーＷ３の表面で反射して撮像面１５Ａ上にて受光される。
【００２２】
（受光像と走査線との関係）
図３は受光像Ｆ１〜Ｆ３と走査線Ｌとの関係を示す模式図であり、後述する表示部３１の表示内容を示す図でもある。同図において、受光像Ｆ１は反射光Ｒ１により形成され、受光像Ｆ２は反射光Ｒ２により形成され、受光像Ｆ３は反射光Ｒ３により形成される。
【００２３】
撮像面１５Ａは行列状に配された複数の画素（受光素子）より構成されるが、これら各画素の受光信号を受光像Ｆ１〜Ｆ３の厚み方向（受光像に交差する方向の一例）に沿った走査線Ｌ毎に読み出す。そして、読み出された走査線Ｌ上の各画素について、例えば、受光量（受光信号レベル）の比較を行って、受光量がピークとなる画素を特定し、その位置（以下、受光位置という）を検出する。
【００２４】
このように、走査線Ｌ上における受光位置を検出する処理を、各走査線Ｌについてそれぞれ行うことで、光が照射された部位の表面形状や高低差等を測定することができる。また、対象物Ｗと変位センサ１０とを相対的に移動させつつ同様の表面形状測定を各部位について行うことで、対象物Ｗ全体の表面形状についても測定することができる。
【００２５】
（変位センサシステムの電気的構成）
図４は、変位センサシステム１の電気的構成を示すブロック図である。
【００２６】
１．変位センサ
変位センサ１０には、変位センサ１０の全体を制御する第１制御部２０（受光制御部、ピーク選択部、感度設定部、領域指定部の一例）、レーザ光源１１、レーザ駆動回路１３、二次元ＣＣＤ１５、ＣＣＤ駆動回路１７（受光処理部の一例）、データ処理部２１（出力部の一例）、メモリ２５を備える。
【００２７】
レーザ駆動回路１３は第１制御部２０からの動作信号Ｓａに基づいてドライブして、レーザ光源１１に駆動電流を供給させる。また、動作信号ＳａはＰＷＭ信号であり、第１制御部２０はそのデューティ比を変えることで駆動電流の電流量を増減調整し、レーザ光源１１からの投光量を変更することができる。
【００２８】
二次元ＣＣＤ１５は、受光素子を行列状に配した撮像面１５Ａを有し、撮像面１５Ａに入光する光をその光量に応じたレベルの電気信号（受光信号）に変換する。ＣＣＤ駆動回路１７は撮像面１５Ａの各受光素子から出力される受光信号を、走査線Ｌ毎に順次読み取るものである。なお、本実施形態では、走査線Ｌは撮像面１５Ａの上下方向に延びる設定とされており、線状の受光像と略直交する。
【００２９】
第１制御部２０は、レーザ駆動回路１３を介してレーザ光源１１に投光動作をさせつつＣＣＤ駆動回路１７に二次元ＣＣＤ１５から受光信号を読み取らせる（投受光動作）。そして、当該受光信号に基づき走査線Ｌごとの受光データを、データ処理部２１を介して外部出力する。受光データは、受光素子、換言すれば画素の位置及び受光量に関する情報が含まれる。なお、データ処理量を軽減するために、受光データに、所定量以上の受光量を示す画素のみの位置及び受光量だけを含めてもよい。
【００３０】
２．コントローラ
コントローラ３０は、表示部３１、第２制御部３３（表示制御部の一例）、データ処理部３５、操作部３７を備える。データ処理部３５は、有線または無線により変位センサ１０のデータ処理部２１との間でデータの双方向通信が可能である。第２制御部３３は、表示部３１の表示制御等を行うものであり、例えば変位センサ１０から受信した受光データに基づき、図３に示すように撮像面１５Ａ上における各走査線Ｌ、及び、各走査線Ｌの受光位置に基づく形状を表示部３１に表示させる。操作部３７は、ユーザが各種の入力操作を行うものである。
【００３１】
（領域指定処理）
図５は領域指定処理を示すフローチャートである。ユーザが操作部３７にて領域指定モードの実行を指示すると、第２制御部３３がその実行を変位センサ１０の第１制御部２０に指示し、これにより第１制御部２０が領域指定処理を実行する。このとき第１制御部２０は領域指定部として機能する。
【００３２】
第１制御部２０は、投受光動作を実行し（Ｓ１）、全走査線Ｌの受光データを取得する（Ｓ３）。なお、このときの投受光動作では、例えば全走査線Ｌについて投受光感度（本実施形態ではレーザ光源の投光量）が一律、所定の初期値に設定されている。第１制御部２０は、取得した受光データをコントローラ３０に送信する。これにより第２制御部３３は、上記受光データに基づき受光像の形状を表示部３１に表示させる（Ｓ５ 図３参照）。
【００３３】
ここで、上述したように対象物Ｗは反射率が不均一である。このため、撮像面１５Ａ上において、低反射率の内部部品Ｗ２に対応する領域では受光量が少なくノイズに埋もれてしまい、高反射率のケースＷ１に対応する領域では受光量が多く飽和レベルに達してしまうおそれがある。そして、その結果、各走査線Ｌ上のおける受光位置を正確に検出できず、表示部３１には対象物Ｗの実際の形状に対して不正確な受光像の形状が表示されることがある。
【００３４】
但し、不正確な受光像の形状とは言っても、ユーザは、その受光像の形状から、反射率の異なる各領域を概ね視認することができる。そこで、ユーザは、表示部３１を見ながら、操作部３７での操作により、各領域をそれぞれ走査線Ｌ単位で指定する。図３の例では、例えば走査線Ｌ１〜Ｌ４の領域（第１領域Ｅ１）、走査線Ｌ５〜Ｌ１７の領域（第２領域Ｅ２）、Ｌ１８〜Ｌ２１の領域（第３領域Ｅ３）の３つ領域を指定することが好ましい。
【００３５】
ユーザにより領域が指定されると（Ｓ７：ＹＥＳ）、第２制御部３３は、指定された複数の領域の中に、ピーク画素が複数存在する領域があるかどうかを判断する（Ｓ９）。ピーク画素とは、所定本（本実施形態では１本）分の走査線Ｌ上において受光量（輝度）がピークを示す画素であり、ピークとは、所定本分の走査線Ｌ上に位置する画素群の受光量分布曲線において増減傾向が反転する、いわゆる極大値を意味する。
【００３６】
図３の例では、領域Ｅ１の走査線Ｌ２〜Ｌ４、領域Ｅ３の走査線Ｌ１８〜Ｌ２１それぞれにおいてピーク画素は１つしか存在しない。しかし、領域Ｅ２の走査線Ｌ５〜Ｌ１７それぞれにおいてピーク画素が３つずつ存在する。従って、この場合、第２制御部３３は、ピーク画素が複数存在する領域があると判断する（Ｓ９：ＹＥＳ）。
【００３７】
図６は、領域Ｅ２の一走査線Ｌの受光量分布曲線を示すグラフである。縦軸が受光量であり、横軸が一走査線Ｌ上の各画素の位置を示す。同図に示すように、同走査線Ｌの受光量分布曲線には３つのピーク画素Ｇ１〜Ｇ３が存在する（同図の実線グラフ参照）。ピーク画素Ｇ１は、内部部品Ｗ２の表面での反射光Ｒ１に対応し、ピーク画素Ｇ２は、ガラスカバーＷ３の裏面での反射光Ｒ２に対応し、ピーク画素Ｇ３は、ガラスカバーＷ３の表面での反射光Ｒ３に対応する。
【００３８】
ここで、例えばガラスカバーＷの裏面または表面の表面形状を測定したいにもかかわらず、ピーク画素Ｇ１の受光量に基づき投受光感度を調整した場合、ピーク画素Ｇ２、Ｇ３の受光量が飽和してしまうおそれがある（図６の二点鎖線参照）。そうすると、後述する領域別投受光処理において、ガラスカバーＷの裏面や表面の形状について測定誤差が大きくなってしまう。また、例えば内部部品Ｗ２の表面またはガラスカバーＷの裏面の形状を測定したいにもかかわらず、ピーク画素Ｇ３の受光量に基づき投受光感度を調整した場合、ピーク画素Ｇ１、Ｇ２の受光量が不足してしまうおそれがある。そうすると、やはり領域別投受光処理において、ガラスカバーＷの裏面や表面の形状について測定誤差が大きくなってしまう。
【００３９】
従って、測定対象に応じて適切なピーク画素を選択することが好ましい。第２制御部３３は、ピーク画素が複数存在する領域が有ると判断した場合（Ｓ９：ＹＥＳ）、その領域についてピーク画素をユーザに選択させるための選択画面を表示部３１に表示させる（Ｓ１１）。この選択画面には、図３及び図６の示す画像が含まれていることが好ましい。ユーザは、選択画面を見ながら特定のピーク画素を選択する操作を操作部３７にて行う。
【００４０】
本実施形態では、ユーザにより複数のピーク画素のいずれかが選択されると（Ｓ１３：ＹＥＳ）、第２制御部３３は、複数のピーク画素を受光量が大きい順に順位付けた場合において、選択されたピーク画素の順位を特定し、その順位を規定順位とし、領域指定情報（走査線Ｌの指定番号）と共に変位センサ１０に送信する。そして、第１制御部２０は、受信した規定順位及び領域指定情報をメモリ２５に格納し（Ｓ１５、Ｓ１７）、本領域指定処理を終了する。
【００４１】
一方、第２制御部３３は、ピーク画素が複数存在する領域が無いと判断した場合（Ｓ９：ＮＯ）、領域指定情報を変位センサ１０に送信し、第１制御部２０は、受信した領域指定情報をメモリ２５に格納し（Ｓ１７）、本領域指定処理を終了する。
【００４２】
（領域別投受光処理）
図７は、領域別投受光処理を示すフローチャートである。
ユーザが操作部３７にて測定モードの実行を指示すると、第２制御部３３は領域別投受光処理の実行コマンドを変位センサ１０に送信する。そして、第１制御部２０は、実行コマンドの受信に基づき領域別投受光処理を実行する。このとき第１制御部２０は感度設定部、受光制御部として機能する。
【００４３】
第１制御部２０は、領域指定番号Ｋを「１」に初期化し（Ｓ２１）、各領域Ｅにおける代表走査線Ｌ（例えば各領域Ｅの中央の位置する走査線 第１領域Ｅ１であれば走査線Ｌ２またはＬ３）について投受光動作を実行する（Ｓ２３）。即ち、現在設定されている投光量レベルでレーザ光源１１に投光動作をさせ、二次元ＣＣＤ１５から上記代表走査線Ｌのみの受光信号を読み出す。
【００４４】
次に第１制御部２０は、読み出した受光信号に基づき、代表走査線Ｌ上に複数のピーク画素が存在するかどうかを判断する（Ｓ２５）。第１制御部２０は、複数のピーク画素が存在すると判断した場合には（Ｓ２５：ＹＥＳ）、複数のピーク画素を受光量が大きい順に順位付けた場合、上記規定順位になるピーク画素を、選択画素として特定する（Ｓ２７）。次に、第１制御部２０は、その選択画素の受光量が適切か否かを判断する（Ｓ２９）。具体的には、受光量が所定の基準範囲（飽和レベルよりも低く、且つ、ノイズよりも高い範囲）内か否かを判断する。受光量が適切であれば（Ｓ２９：ＹＥＳ）、Ｓ３３にそのまま進む。
【００４５】
一方、受光量が不適切である場合には（Ｓ２９：ＮＯ）、受光量が基準範囲内になるよう投受光感度（第１制御部２０が受ける受光信号レベル）を変更し（Ｓ３１）、その後、Ｓ３３に進む。本実施形態では、第１制御部２０は、レーザ駆動回路１３に与える動作信号Ｓａのデューティ比を変更しレーザ光源１１の投光量を変更することにより、投受光感度を変更する。具体的には、受光量が基準範囲よりも低ければ投光量を多くし、受光量が基準範囲よりも高ければ投光量を少なくする。なお、投受光感度を変更する方法としては、例えばＣＣＤ駆動回路１７における受光信号の増幅度を変更してもよい。
【００４６】
なお、第１制御部２０は、１つのピーク画素のみ存在すると判断した場合には（Ｓ２５：ＮＯ）、そのピーク画素についてＳ２９，Ｓ３１の処理を実行する。
【００４７】
受光量が適切になると（Ｓ２９：ＹＥＳ）、受光信号に基づく受光データを、各領域Ｅ（または代表走査線Ｌ）に対応付けてコントローラ３０に送信する（Ｓ３３）。そして、第１制御部２０は、未処理の領域が残っている場合には（Ｓ３５：ＮＯ）、領域指定番号Ｋに「１」を加えて（Ｓ３７）、Ｓ２３に戻り、第２領域以降についても同様の処理を繰り返す。
【００４８】
全領域Ｅについて処理が終了すれば（Ｓ３５：ＹＥＳ）、本領域別投受光処理を終了する。これにより、変位センサ１０は、領域Ｅごとに適切な画素に基づく投受光感度下で取得した受光データをコントローラ３０に送信することができる。そして、コントローラ３０の第２制御部３３は、受信した領域Ｅごとの受光データに基づき、各領域Ｅ間の高低差を所定の閾値と比較することにより、ケースＷ１に対して内部部品Ｗ２或いはガラスカバーＷ３が傾くことなく適切に嵌められているか否かを判定し、その判定結果に応じた判定信号を図示しない上位機器に出力する。このとき第２制御部３３は受光制御部として機能する。
【００４９】
なお、他の検出処理としては、例えば変位センサ１０に設けられた図示しない表示灯を点灯動作させたり、コントローラ３０の表示部３１に判定結果を表示させたりしてもよい。また、変位センサ１０と対象物Ｗの各部位との距離（変位）を検出（測定）してもよい。
【００５０】
（本実施形態の効果）
この実施形態の変位センサシステム１によれば、撮像面１５Ａ上の異なる領域Ｅごとに対応して個別の投受光感度を設定可能であり、各領域Ｅ内の走査線Ｌの受光信号を、当該領域Ｅに対応する投受光感度下で取り出すことができる。従って、反射率が不均一な対象物Ｗでも、各部分に対応する撮像面１５Ａ上の領域Ｅごとに当該部分の反射率に応じた投受光感度を設定することで対象物ＷのガラスカバーＷ３等が正常に嵌っているかを判定することが可能である。
【００５１】
しかも、各領域Ｅの代表走査線Ｌのみの受光信号に基づき上記判定が可能であるから、撮像面上の全走査線の受光信号を利用する構成に比べて高速で処理することができる。
【００５２】
また、指定された少なくとも１つの領域について、複数のピーク画素の中からいずれかを、選択画素として選択し、その選択画素からの受光信号に基づき投受光感度が設定される。従って、常に、受光量が最大値を示すピーク画素からの受光信号のみを利用する構成に比べて、検出可能な対象物の制約を抑制することが可能である。図３の例では、領域Ｅ２について、１番目に受光量が大きいピーク画素Ｇ３を選択画素とすれば、ガラスカバーＷ３の表面形状を精度よく測定することができる。また、２番目に受光量が大きいピーク画素Ｇ２を選択画素とすれば、ガラスカバーＷ３の裏面形状を精度よく測定することができる。更に、３番目に受光量が大きいピーク画素Ｇ１を選択画素とすれば、内部部品Ｗ２の表面形状を精度よく測定することができる。
【００５３】
しかも、複数のピーク画素が存在する領域について、複数のピーク画素を受光量が大きい順に順位付けた場合、規定順位になるピーク画素を、選択画素として特定する。従って、例えば外部環境の変化により、受光量が規定順位よりも下位のノイズ成分等が発生した場合でも、当該ノイズ成分等による影響を抑制することができる。
【００５４】
＜他の実施形態＞
本発明は上記記述及び図面によって説明した実施形態に限定されるものではなく、例えば次のような種々の態様も本発明の技術的範囲に含まれる。特に、各実施形態の構成要素のうち、最上位の発明の構成要素以外の構成要素は、付加的な要素なので適宜省略可能である。
（１）上記実施形態では、変位センサ１０及びコントローラ３０を備えた変位センサシステムについて説明したが、本発明はこれに限られない。例えば表示部３１及び操作部３７の少なくとも一方を変位センサ１０側に設けた構成や、コントローラ３０の第２制御部３３が領域指定処理を実行する構成であってもよい。
【００５５】
（２）上記実施形態では、各走査線Ｌ及び各走査線Ｌの受光位置に基づく形状を表示部３１に表示（図形表示）したが、本発明はこれに限られない。例えば各走査線Ｌの特定情報、受光位置の位置情報を文字、記号等で数値表示してもよい。
【００５６】
（３）また、領域別投受光処理を行った後に、各領域Ｅについて各走査線Ｌ及び各走査線Ｌの受光位置に基づく形状を表示部３１に表示させ、領域指定を変更できるようにしてもよい。このような構成であれば、より正確に領域指定を行うことができる。このとき、全ての領域Ｅについて、受光位置に基づく形状を同時に表示部３１に表示するのが好ましい。
【００５７】
（４）上記実施形態では、領域指定処理において各領域Ｅの代表走査線Ｌのみの受光信号に基づき対象物Ｗの高低差を測定したが、本発明はこれに限られない。例えば各領域Ｅの全走査線Ｌの受光信号に基づき対象物Ｗの表面形状を測定してもよい。
【００５８】
（５）上記実施形態では、ガラスカバーＷ３を備える対象物Ｗを例に挙げた。しかし、ガラスカバーＷ３の代わりに、フィルムなどの透明体や半透明体を備える対象物でもよい。要するに、少なくとも一部の領域での反射光により複数のピーク画素が存在する対象物であればよい。
【００５９】
（６）上記実施形態では、ピーク画素が複数存在する領域が１つだけの場合を例に挙げて説明した。しかし、ピーク画素が複数存在する領域が２以上ある場合でもよく、この場合、領域ごとに個別に選択画素を選択することが好ましい。
【００６０】
（７）上記実施形態では、複数のピーク画素を受光量が大きい順に順位付けた場合、規定順位になるピーク画素を、選択画素とした。しかし、複数のピーク画素を受光量が小さい順に順位付けた場合、規定順位になるピーク画素を、選択画素としてもよい。この場合、例えば周囲環境の変化により、受光量が規定順位よりも上位のノイズ成分等が発生した場合でも、当該ノイズ成分等による影響を抑制することができる。
【００６１】
また、複数のピーク画素を基準画素に近い順に順位付けた場合、規定順位になるピーク画素を、選択画素としてもよい。この場合、周囲環境の変化により、基準画素から遠い位置で発生したノイズ成分等による影響を抑制することができる。逆に、複数のピーク画素を基準画素に遠い順に順位付けた場合、規定順位になるピーク画素を、選択画素としてもよい。この場合、周囲環境の変化により、基準画素から近い位置で発生したノイズ成分等による影響を抑制することができる。また、単にユーザが選択したピーク画素を、選択画素としてもよい。
【符号の説明】
【００６２】
１：変位センサシステム
１０：変位センサ
１１：レーザ光源（投光部）
１５：二次元ＣＣＤ（二次元撮像素子）
１５Ａ：撮像面
１７：ＣＣＤ駆動回路（受光処理部）
２０：第１制御部（受光制御部、ピーク選択部、感度設定部、領域指定部）
２１：データ処理部（出力部）
Ｌ：走査線
Ｗ：対象物
【特許請求の範囲】
【請求項１】
対象物に線状の光を照射する投光部と、
前記投光部から照射され前記対象物で反射した線状の反射光を受光する撮像面を有する二次元撮像素子と、
前記撮像面上の各画素での受光量に応じた受光信号を、前記線状の反射光の受光像に交差する走査線ごとに取り出す受光処理部と、
前記撮像面上の複数の領域を走査線単位で指定する領域指定部と、
前記受光処理部で取り出された受光信号に基づき、前記領域指定部で指定された少なくとも１つの領域について、当該領域内において受光量がピークを示す画素であるピーク画素が複数存在する場合、当該複数のピーク画素の中からいずれかを、選択画素として選択するピーク選択部と、
前記少なくとも１つの領域について、前記ピーク選択部で選択された前記選択画素からの受光信号に基づき投受光感度を設定する感度設定部と、
前記各領域内の走査線の受光信号を、当該領域に対応する投受光感度下で前記受光処理部に取り出させ、その取り出された受光信号に応じた検出処理を実行する受光制御部と、を備える変位センサシステム。
【請求項２】
請求項１に記載の変位センサシステムであって、
前記ピーク選択部は、前記複数のピーク画素を受光量が大きい順或いは小さい順に順位付けた場合、予め定められた規定順位になるピーク画素を、選択画素として選択する、変位センサシステム。
【請求項３】
請求項１に記載の変位センサシステムであって、
前記ピーク選択部は、前記複数のピーク画素を基準画素に近い順或いは遠い順に順位付けた場合、予め定められた規定順位になるピーク画素を、選択画素として選択する、変位センサシステム。
【請求項４】
対象物に線状の光を照射する投光部と、
前記投光部から照射され前記対象物で反射した線状の反射光を受光する撮像面を有する二次元撮像素子と、
前記撮像面上の各画素での受光量に応じた受光信号を、前記線状の反射光の受光像に交差する走査線ごとに取り出す受光処理部と、
前記受光処理部で取り出された受光信号に基づき、前記撮像面上の異なる領域のうち少なくとも１つの領域について、当該領域内において受光量がピークを示す画素であるピーク画素が複数存在する場合、当該複数のピーク画素の中からいずれかを、選択画素として選択するピーク選択部と、
前記少なくとも１つの領域について、前記ピーク選択部で選択された前記選択画素からの受光信号に基づき投受光感度を設定する感度設定部と、
前記各領域内の走査線の受光信号を、当該領域に対応する投受光感度下で前記受光処理部に取り出させ、その取り出された受光信号に基づく検出処理を実行する受光制御部と、を備える変位センサ。
【請求項５】
請求項４に記載の変位センサであって、
前記領域ごとに対応する投受光感度で取り出された受光信号に基づく受光位置及び受光量の少なくとも一方に関する情報を外部出力する出力部を備える、変位センサ。
【請求項１】
対象物に線状の光を照射する投光部と、
前記投光部から照射され前記対象物で反射した線状の反射光を受光する撮像面を有する二次元撮像素子と、
前記撮像面上の各画素での受光量に応じた受光信号を、前記線状の反射光の受光像に交差する走査線ごとに取り出す受光処理部と、
前記撮像面上の複数の領域を走査線単位で指定する領域指定部と、
前記受光処理部で取り出された受光信号に基づき、前記領域指定部で指定された少なくとも１つの領域について、当該領域内において受光量がピークを示す画素であるピーク画素が複数存在する場合、当該複数のピーク画素の中からいずれかを、選択画素として選択するピーク選択部と、
前記少なくとも１つの領域について、前記ピーク選択部で選択された前記選択画素からの受光信号に基づき投受光感度を設定する感度設定部と、
前記各領域内の走査線の受光信号を、当該領域に対応する投受光感度下で前記受光処理部に取り出させ、その取り出された受光信号に応じた検出処理を実行する受光制御部と、を備える変位センサシステム。
【請求項２】
請求項１に記載の変位センサシステムであって、
前記ピーク選択部は、前記複数のピーク画素を受光量が大きい順或いは小さい順に順位付けた場合、予め定められた規定順位になるピーク画素を、選択画素として選択する、変位センサシステム。
【請求項３】
請求項１に記載の変位センサシステムであって、
前記ピーク選択部は、前記複数のピーク画素を基準画素に近い順或いは遠い順に順位付けた場合、予め定められた規定順位になるピーク画素を、選択画素として選択する、変位センサシステム。
【請求項４】
対象物に線状の光を照射する投光部と、
前記投光部から照射され前記対象物で反射した線状の反射光を受光する撮像面を有する二次元撮像素子と、
前記撮像面上の各画素での受光量に応じた受光信号を、前記線状の反射光の受光像に交差する走査線ごとに取り出す受光処理部と、
前記受光処理部で取り出された受光信号に基づき、前記撮像面上の異なる領域のうち少なくとも１つの領域について、当該領域内において受光量がピークを示す画素であるピーク画素が複数存在する場合、当該複数のピーク画素の中からいずれかを、選択画素として選択するピーク選択部と、
前記少なくとも１つの領域について、前記ピーク選択部で選択された前記選択画素からの受光信号に基づき投受光感度を設定する感度設定部と、
前記各領域内の走査線の受光信号を、当該領域に対応する投受光感度下で前記受光処理部に取り出させ、その取り出された受光信号に基づく検出処理を実行する受光制御部と、を備える変位センサ。
【請求項５】
請求項４に記載の変位センサであって、
前記領域ごとに対応する投受光感度で取り出された受光信号に基づく受光位置及び受光量の少なくとも一方に関する情報を外部出力する出力部を備える、変位センサ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１２−２１５３９９（Ｐ２０１２−２１５３９９Ａ）
【公開日】平成２４年１１月８日（２０１２．１１．８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−７９２３８（Ｐ２０１１−７９２３８）
【出願日】平成２３年３月３１日（２０１１．３．３１）
【出願人】（０００１０６２２１）パナソニック デバイスＳＵＮＸ株式会社 (578)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１１月８日（２０１２．１１．８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年３月３１日（２０１１．３．３１）
【出願人】（０００１０６２２１）パナソニック デバイスＳＵＮＸ株式会社 (578)
【Ｆターム（参考）】
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