CN101435719B - 彩色点传感器的强度概貌数据选择的动态补偿方法及装置 - Google Patents

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Abstract

在彩色点传感器中，距离测量基于强度概貌数据的距离指示子集，该子集以随着所确定的概貌数据的峰值位置索引坐标(PPIC)变化的方式而选择的。PPIC将概貌数据峰值的位置编索引。对于具有特定PPIC的概貌数据，基于被以所述相同的特定PPIC编索引的、特定的索引专用的数据限制参数来选择概貌数据的距离指示子集。在不同实施例中，被以特定PPIC编索引的、索引专用的数据限制参数的每一集合将数据的距离指示子集特征化，而在相应于具有所述PPIC的概貌数据的距离校准操作期间使用所述数据的距离指示子集。不管总的强度变动和探测器偏压信号电平的变动如何，数据的距离指示子集都可以被补偿，以与在校准操作期间所使用的数据的相应距离指示子集相似。

Description

彩色点传感器的强度概貌数据选择的动态补偿方法及装置
技术领域
本发明主要涉及精密测量仪器，更加具体地说涉及一种彩色点传感器(chromatic point sensor)，其中当分析光谱强度概貌(spectral intensity profile)时执行数据选择的动态补偿。 
背景技术
已知的是在光学高度传感器中使用彩色共焦技术。如在此将其以引用的形式全部并入本文中的、申请号为US2006/0109483A1的美国专利申请中所描述的那样，可以将具有轴向色差的光学元件用于将宽带光源聚焦，以使得到焦点的轴向距离随波长变化，其中也将轴向色差称为轴向色散或纵向色散。因而，只有一个波长将会被精确地聚焦于表面上，并且相对于聚焦元件的表面高度或位置确定哪个波长被最好地聚焦。在从表面反射时，光被重新聚焦于诸如针孔或光纤的末端这样的小探测器孔之上。在从表面反射并通过光学系统向后传到输入/输出(in/out)光纤时，只有被良聚焦于表面的波长被良聚焦于光纤上。全部其他波长中都被低聚焦于光纤上，因而没有将许多能量耦合到光纤中。因此，对于通过光纤返回的光，信号电平对相应于表面高度或表面的位置的波长将是最大的。光谱仪型的探测器测量对于每一波长的信号电平，以便确定表面高度。 
某些制造商将如上所述那样工作的并适用于工业设定中的彩色共焦测距的、实用而且紧凑的系统称为彩色点传感器。用于这样的系统的紧凑色散光学组件称为“光笔”。通过光纤将光笔连接到CPS(彩色点传感器)的电子器件部分，而该CPS的电子器件部分通过光纤传输光以将光从光笔输出，并提供探测和分析返回的光的光谱仪。在已知的实施方案中，分析由光谱仪的探测器阵列接收的、相应于波长分散的强度概貌的像素数据，以确定对于强度概貌的“主波长的位置坐标”，并且将得到的位置坐标与查找表一起使用，以确定表面的位置。然而，在实际的应用中，已知的实施方案呈现某些不合要求的测量波动。减小或消除这样的测量波动将是所期望的。
发明内容
提供本发明内容来以简化的形式介绍下面在具体实施方式中将进一步描述的概念的选择。本发明内容既不旨在确认权利要求的主题的关键特征，也不旨在将本发明内容用于帮助确定权利要求的主题的范畴。 
为了清楚起见，方便的是对于贯穿本公开所使用的许多术语的定义进行介绍。一般说来，在此处定义的意义中这些术语都被一致地使用。然而，在某些实例中，可以依赖于这些术语的上下文，对其赋予不同的意义和/或进一步的解释。 
光谱强度概貌——意为由光谱仪的探测器阵列像素接收的波长分散的强度概貌。在此有时将其简称为强度概貌。 
谱峰——意为沿着光谱强度概貌具有最高强度的点，其可能在像素之间下降。 
概貌信号或概貌数据——意为由光谱仪提供的测量信号，相应于光谱强度概貌。在某些实施例中，概貌信号或数据可以包括下面进一步描述的误差修正。在不同实施例中，将每一概貌信号S与光谱仪的探测器阵列的像素p(例如，对于1024个元件探测器阵列，p＝1至1024)关联，并且在此可以将所述每一概貌信号S称为S(p)。还可以将概貌信号或数据的各种特征称为基础光谱强度概貌的特征。 
探测器的测量轴——意为探测器像素沿其分布并且光谱波长沿其分布的轴。在此有时将其简称为测量轴。可以将每一像素p视为具有沿着测量轴的像素坐标p。 
峰值信号电平——意为最高的概貌信号。 
峰值像素——意为具有峰值信号电平的探测器像素。可以将峰值像素坐标分配为ppc。 
峰值位置索引坐标——ppic——意为基于概貌信号确定的并近似于(或等于)峰值像素坐标的索引坐标(沿着测量轴)。在此有时将其简称为索引坐标。根据本发明的一个方面，将索引坐标用于将某些索引专用的数据限制参数编索引，并且当对具有特定峰值位置索引坐标ppic的概貌数据执行测量操作时，测量操作基于具有相同的峰值位置索引坐标ppic的、索引专用的数据限制参数而进行。
距离指示坐标(DIC)——意为沿着探测器的测量轴的、基于概貌数据确定的亚像素分辨率坐标，并且所述亚像素分辨率坐标指示到工件表面的测量距离(例如，通过使用查找表)。根据本发明的一个方面，距离指示坐标基于数据的距离指示子集。 
数据的距离指示子集——意为用于确定距离指示坐标的概貌数据的有限子集。根据本发明的一个方面，以随着所确定的概貌数据的峰值位置索引坐标变化的方式限制数据的距离指示子集。根据本发明的一个方面，在测量操作期间基于某些具有相应于概貌数据的峰值位置索引坐标的索引坐标的、索引专用的数据限制参数来限制数据的距离指示子集。 
测量时间——在CPS的常规操作期间、当使用CPS测量到工件表面的距离时的时间。可以将测量时间的操作称为测量操作。 
校准时间——在建立对于CPS的距离校准数据的校准操作期间、当使用CPS确定距离指示坐标时的时间，该距离指示坐标相应于到表面的已知校准距离。可以将校准时间的操作称为校准操作。 
本发明教导了提供一种克服现有系统缺点的彩色点传感器(CPS)，以便提供更加一致和精确的测量。在现有的彩色点传感器中的误差的一个来源为，对于给定的测量距离，距离指示坐标的确定的可重复性会随着在总的信号强度和/或探测器电压漂移(例如，偏压漂移)中的变动而变化。由于典型地测量多种表面类型，因此强度的变动是不可避免的。类似地，与由周围的室温和/或由电子器件生成的热等造成的温度变化相关联的电压漂移是不可避免的。此外，因为CPS波长响应为非均匀的，所以这些变动的影响在不同的测量距离处为不同的，并且因此，由这些变动影响的概貌信号的比例对于由不同测量距离产生的不同波长是不同的。 
根据本发明的一个方面，每一距离指示坐标基于概貌数据的距离指示子集，并且以随着所确定的概貌数据的峰值位置索引坐标ppic变化的方式选择或限制概貌数据的距离指示子集。这样的方法考虑了非均匀的CPS波长响应。 
根据本发明的另一个方面，将索引专用的数据限制参数的集合存储为CPS中的校准参数，并由相应的峰值位置索引坐标将所述索引专用的数据限制参数的集合编索引，并且当对具有特定峰值位置索引坐标ppic的概貌数据执行测量操作时，基于索引专用的数据限制参数的集合选择或限制数据的距离指示子集，而由相同的特定峰值位置索引坐标ppic将所述索引专用的数据 限制参数的集合编索引。 
根据本发明的再一个方面，当执行测量操作时，以依赖于特定峰值位置索引坐标ppic方式来限制数据的距离指示子集，并且对于总的信号强度和/或探测器偏压漂移中的变动也动态补偿所述数据的距离指示子集。 
根据本发明的再一个方面，在距离校准操作期间，基于概貌数据的特定距离指示子集确定对于校准时间概貌数据的集合的距离指示坐标，该概貌数据的特定距离指示子集随着概貌数据的特定峰值位置索引坐标而变化。在被存储为在CPS中的校准参数的索引专用的数据限制参数的集合中，由相同的特定峰值位置索引坐标ppic将其编索引的索引专用的数据限制参数的集合是基于并反映数据的相同的特定校准时间距离指示子集定义特征的。结果，当对具有所述相同的特定峰值位置索引坐标ppic的测量时间概貌数据执行测量操作时，可以基于索引专用的数据限制参数的特定集合选择或限制数据的距离指示子集，并且数据的作为结果的测量时间距离指示子集可以具有对数据的校准时间距离指示子集的、改进的相似度(例如，相似的峰形状和不对称性)。因而，作为结果的测量时间距离指示坐标会更加适合地可比于CPS距离校准数据。 
根据本发明的再一个方面，索引专用的数据限制参数的每一特定集合包括这样的信息：、对于相较于存在于校准时间的总的信号强度和/或探测器偏压的、总的信号强度和/或探测器偏压漂移中的变动，允许数据的测量时间距离指示子集被动态补偿。因而，不管总的信号强度和/或探测器偏压漂移中的变动如何，作为结果的测量时间距离指示坐标都会更加适合地可比于CPS距离校准数据。 
根据本发明的再一个方面，在不同实施例中，索引专用的数据限制参数的每一特定集合包括这样的信息：相应于特定峰值位置索引坐标ppic，按照相应于特定峰值位置索引坐标ppic的、校准时间概貌数据的峰高的比例，来将数据的校准时间距离指示子集的限制阈值特征化。在某些实施例中，可以将峰高表达为相对峰高，该相对峰高为校准时间概貌数据的峰值信号电平和偏压信号电平之间的差，并且将限制阈值特征化为在偏压信号电平之上的相对峰高的比例。 
根据本发明的再一个方面，当相应于特定峰值位置索引坐标ppic来执行测量操作时，由基于具有相同的特定峰值位置索引坐标ppic的索引专用的数 据限制参数的集合的、限制阈值来限制数据的距离指示子集，从而导致测量时间概貌数据的限制阈值和峰高之间的测量时间的比例，该测量时间的比例与相应于相同的特定峰值位置索引坐标ppic的、校准时间概貌数据的限制阈值和峰高之间的校准时间的比例近似相同。在某些实施例中，可以将峰高表达为相对峰高，该相对峰高为在校准时间概貌数据的峰值信号电平和偏压信号电平之间的差。结果，对于相较于存在于校准时间的总的信号强度和/或探测器偏压的、总的信号强度和/或探测器偏压漂移中的变动，数据的测量时间距离指示子集被动态补偿。因而，不管总的信号强度和/或探测器偏压漂移中的变动如何，作为结果的测量时间距离指示坐标都更加适合地可比于CPS距离校准数据。 
在下面更加详细地公开的、特定的实施例在5至75KHz的量级上特别好地适合于支持高的测量速率，同时所述实施例基于如上面概述的那样被唯一地动态补偿的测量数据，以提供显著的鲁棒性和精度的好处。应当理解的是，亚微米级的精度和鲁棒性的改进是非常难于达到的，并且先前可能尚未认识到根据本发明的方法所消除的某些CPS的误差分量。在一个实施例中，在此公开的新的特征组合脱离了已知的方法，以在300微米的测量范围上产生在几十纳米量级上的CPS重复性和精度。 
附图说明
当结合附图参考下列的详细描述，本发明的前述方面和许多附随的优点将变得更加容易被意识到并变得更好理解，附图中： 
图1为典型的彩色点传感器的框图； 
图2为对于彩色点传感器的、使已知的测量距离与距离指示坐标相关的CPS距离校准数据的图； 
图3为来自彩色点传感器的、说明对于探测器阵列中的像素的电压偏置信号电平的概貌数据的图； 
图4为来自彩色点传感器的、如在校准操作期间形成的那样的概貌数据的图； 
图5为用于提供距离指示坐标到测量距离的参考的CPS距离校准查找表的图； 
图6为用于提供峰值位置索引坐标到索引专用的数据限制参数的参考的 CPS校准查找表的图； 
图7为来自彩色点传感器的、如在测量操作期间形成的那样的概貌数据的图； 
图8为说明在利用根据本发明的方法的彩色点传感器的精度上的改进的图；以及 
图9为说明对于根据本发明操作彩色点传感器的典型例程的流程图。 
具体实施方式
图1为典型的彩色点传感器100的框图。如图1中所示，彩色点传感器100包括光笔120和电子器件部分160。光笔120包括输入/输出光纤部件105、机架130和光学部分150。输入/输出光纤部件(in/out fiber optic sub-assembly)105包括安装元件180，而可以使用安装螺钉110来将所述安装元件180连接到机架130的末端。输入/输出光纤部件105通过包封输入/输出光纤的光缆112并通过光纤连接器108来接收输入/输出光纤(未示出)。输入/输出光纤通过孔195输出输出光束，并通过孔195接收被反射的测量信号光。 
在操作中，由光学部分150将通过孔195从光纤端发射的光聚焦，所述光学部分150包括透镜，该透镜提供轴向色散以使得沿着光轴OA的焦点依赖于光的波长而位于不同的距离处，如对于彩色共焦传感器系统所知的那样。光被聚焦于工件表面190上。当从工件表面190反射时，如由限制线(limitingray)LR1和LR2所图示的那样，由光学部分150将反射光重新聚焦于孔195之上。归因于轴向色散，只有一个波长将具有匹配从光笔100到表面190的测量距离的焦距(focus distance)FD。在表面190处被最好地聚焦的波长还将成为在孔195处被最好地聚焦的反射光的波长。孔195空间过滤被反射的光，以使得主要是被最好地聚焦的波长穿过孔195并传入光纤光缆112的芯线(core)。如下面将更加详细地描述的那样，光纤光缆112将被反射的信号光路由(route)到波长探测器162，该波长探测器162用于确定具有主要强度的波长，该波长相应于到工件表面190的测量距离。 
电子器件部分160包括光纤耦合器161、波长探测器162、光源164、信号处理器166和存储部分168。在不同的实施例中，波长探测器162包括光谱仪装置，其中色散元件(例如，光栅)通过光纤光缆112接收反射光，并将作为结果的光谱强度概貌传输到探测器阵列163。波长探测器162还可以 包括相关的信号处理(例如，在某些实施例中，由信号处理器166所提供)，该信号处理从概貌数据中移除或补偿某些探测器相关的误差分量。因而，在一些实施例中波长探测器162和信号处理器166的某些方面可以合并和/或是不可区分的。 
通过光学耦合器161(例如，2×1光学耦合器)将由信号处理器166控制的白光源164耦合到光缆112。如上所述，由于光通过产生纵向色差的光笔120，因此它的焦距随光的波长改变。通过光纤最有效地传回的光的波长为在表面190上对焦的波长。然后，由于被反射的波长相关的光强再次穿过光纤耦合器161，因此大约50％的光被对准波长探测器162，该波长探测器接收沿着探测器阵列163的测量轴分布于像素阵列之上的光谱强度概貌并工作以提供相应的概貌数据。下面将针对图4和图7更加详细地描述示例性的概貌数据。如下面将针对图2和图5更加详细地描述的那样，概貌数据的亚像素分辨率的距离指示坐标由信号处理器166计算，并且经由存储于存储部分168中的距离校准的查找表来确定到表面的测量距离。可以通过下面进一步描述的各种方法确定距离指示坐标(例如，通过确定被包括在概貌数据的峰值区域中的概貌数据的重心(centroid))。当在校准操作期间确定距离指示坐标时，可以将所述距离指示坐标称为校准距离指示坐标，并且当在工件表面测量操作期间确定所述距离指示坐标时，可以将所述距离指示坐标称为测量距离指示坐标。 
图2为对于彩色点传感器的、使已知的测量距离Z(以微米为单位)与距离指示坐标(以像素为单位)相关的距离校准数据210的图200。垂直轴包括偏距(未示出)，该偏距在相对于CPS光笔120期望的参考距离处设置参考或“零”Z距离。在图2中所示的实例中，CPS光笔120具有300微米的指定测量范围，在大约150至490像素的范围中该300微米的指定测量范围相应于校准距离指示坐标。因而，特定光笔120的测量范围可以相应于探测器阵列163的像素的子集。然而，如果愿意的话，可以将CPS在探测器阵列163的更大像素范围上校准。例如，图2示出了在500至800像素的范围上以及在小于150的像素的范围上(相应于小于“零”或偏距的距离)的其它距离校准数据。 
在一个实施例中，可以如随后那样生成距离校准数据210。反射镜可以提供沿着CPS光笔的光轴OA的校准表面(例如，图1的表面190)。可以由 步进电机控制反射镜的位移，该步进电机以大约0.1或0.2微米的步长步进校准测量距离。对于每一步长，使用诸如干涉仪那样的参考标准获得真实的反射镜位置或位移。对于每一位置，如下面进一步概述的那样确定作为结果的概貌数据的校准距离指示坐标，并且记录校准距离指示坐标和由干涉仪指示的、相应的实际位置以提供校准数据210。 
稍后，在测量操作期间，沿着CPS光笔的光轴OA安置工件表面，以提供到工件表面(例如，图1的表面190)的距离测量。确定作为结果的概貌数据的测量距离指示坐标。然后，将距离校准数据210用于使专用的测量距离指示坐标与相应的测量距离Z相关。 
根据本发明，如先前所概述的和下面更加详细地描述的那样，基于概貌数据的距离指示子集确定测量距离指示坐标，并且以随着所确定的概貌数据的峰值位置索引坐标而变化的方式选择或限制数据的距离指示子集。应该理解的是，虽然校准数据210可以出现以形成在图2中的光滑曲线，但是所述校准数据210实际上包括可能在短的范围上(例如，少量或几个像素)发生的微米或亚微米级的波动。因而，在不同实施例中，使用索引专用的数据限制参数(例如，下面进一步描述的索引专用的数据限制参数CSthresh(ppic))以动态地适应相应于特定峰值位置索引坐标的测量时间操作，以使得所述索引专用的数据限制参数明确地相应于在确定校准距离指示坐标中使用的校准时间操作，该校准距离指示坐标相应于相同的(或非常接近于相同的)特定峰值位置索引坐标。与从先前已知的CPS方法得到的距离测量相比较，对于工件表面的、作为结果的距离测量更加鲁棒地精确和稳定。 
图3为来自彩色点传感器的概貌数据的图300，其示出了当没有测量表面存在(例如，没有图1的表面190)以使得在作为结果的强度概貌中没有被有意反射的光和显著的主要波长峰值时用于探测器阵列163中的像素的电压偏置信号电平Voffset(p)。如图3中所示，对于1024个像素中的每一个，电压偏置信号Voffset(p)是以归一化电压形式绘制的。“归一化电压”将值1.0分配到探测器阵列163的饱和电压。电压偏置信号Voffset(p)包括被示为在阵列之间不变的偏压信号电平Vbias，和被示为在阵列之间依赖于像素坐标p的背景信号分量Vback(p)。可变的背景信号Vback(p)表示诸如在CPS中的来自波长相关的假造反射的背景光等这样的信号，该可变的背景信号Vback(p)还归因于不同像素p的暗电流。在不同的实施例中，如果在现有基础上为探测 器阵列163的像素阵列的校准或补偿存储信号分量Vback(p)(或诸如电压偏置信号Voffset(p)那样的、示出相同变动的信号)，并将所述信号分量Vback(p)用于补偿来自每一像素p的全部随后的概貌数据信号(例如，通过减法)，这将是有利的。因而，假设以已知方式补偿了背景信号分量Vback(p)，并且不再在这里所公开的各种方法中进一步描述所述背景信号分量Vback(p)，并且所述背景信号分量Vback(p)没有包括在下面参考图4和7示出的强度概貌中。 
与随时间可能相对稳定的背景信号分量Vback(p)相反，诸如温度变化这样的因素可能会影响坐标无关的偏压信号电平Vbias。换言之，在操作期间，作为电压漂移的结果，信号电平Vbias发生改变，该电压漂移与周围的温度变化和由电子器件部分160生成的热相关联。因而，在根据本发明的不同实施例中，确定距离指示坐标的测量操作是基于概貌数据的距离指示子集的，所述概貌数据的距离指示子集被动态地适配以补偿在同时发生的偏压信号电平Vbias中的变化，从而导致更加可重复的距离测量，如下面更加详细地描述的那样。 
图4为来自彩色点传感器的、如在校准操作期间形成的那样的概貌数据410的图400。还可以将概貌数据410称为校准概貌信号CS(p)，其中CS(p)为与每一像素p关联的信号电平(以归一化电压示出)。图4的图400除了校准表面位于沿着光笔120的光轴OA的已知的距离处从而产生如图4所示的具有主波长峰值区域的相关概貌数据410之外，其它与图3的图300相似。 
图4示出同时发生的校准偏压信号电平CVbias(以归一化电压示出)。在贯穿本公开的绝大多数情况下，可以理解的是有前缀“C”的变量名和值相应于校准时间数据和操作。如上面参考图3所概述的那样，假设先前已从概貌数据410移除了信号分量Vback(p)(或示出相同变动的信号)。因而，在某些实施例中，校准偏压信号电平CVbias可以表示在同时发生的偏压信号电平和先前移除的偏压信号电平之间的差别。图4还示出峰值像素坐标ppc与关联的峰值信号电平CVpeak(ppc)、峰值位置索引坐标ppic与相对峰值信号电平CVrps(ppic)和阈值CVthreshold(ppic)，其中全部“CV”值都以归一化电压示出，所述阈值CVthreshold(ppic)定义在峰值区域中的数据的距离指示子集的下限。图4还示出校准距离指示坐标(校准DIC)，其是基于在校准光谱的峰值区域中的数据的距离指示子集而确定的。CSthreshold(ppic)为索引专用的数据限制参数，其被专门称为比率阈值参数(scaled threshold parameter)，这将在下面 更加详细地描述。 
简而言之，在根据本发明的一个实施例中，对于确定校准距离指示坐标(校准DIC)并存储相应于概貌数据410的相关的校准数据集合的校准操作可以包括如下： 
●确定相应于概貌数据410的峰值位置索引坐标ppic。 
●确定同时发生的校准偏压信号电平CVbias。 
●确定定义数据的距离指示子集的阈值CVthreshold(ppic)，所述数据的距离指示子集用来确定校准距离指示坐标。在不同实施例中，相对于同时发生的偏压信号电平CVbias来定义阈值CVthreshold(ppic)。 
●基于在校准峰值区域中的数据的距离指示子集，确定具有亚像素分辨率的校准距离指示坐标(校准DIC)。 
●确定比率阈值参数CSthresh(ppic)。 
●存储校准DIC和相应的已知距离。 
●存储峰值位置索引坐标ppic和相应的索引专用的数据限制参数CSthresh(ppic)。 
下面更加详细地描述全部这些元素的确定以及它们相互之间的关系。 
概貌数据410的最高取值的数据点CS(p)的像素坐标为峰值像素坐标ppc，该峰值像素坐标ppc为取整数值的像素坐标(例如，在图4中ppc＝540)。关联的峰值信号电平为CVpeak(ppc)。例如，在图4中CVpeak(ppc)＝CVpeak(540)＝0.92伏特(大约)。 
一般说来，在不同实施例中，峰值位置索引坐标ppic为针对由根据本发明的CPS分析的概貌数据的集合所确定的索引坐标。在每一种情况下，基于概貌数据确定峰值位置索引坐标ppic，并且所述峰值位置索引坐标ppic近似于峰值像素坐标ppc。一般说来，在不同实施例中，可以以任何方便的方式确定峰值位置索引坐标ppic，该方便的方式引起所述峰值位置索引坐标ppic以一致的方式(例如，像最高的三个或五个峰值像素的坐标的平均值等那样)表示概貌数据的集合的峰值区域的位置或坐标。在图4中所示的实施例中，将峰值像素坐标ppc用作峰值位置索引坐标ppic，并且基于特定概貌数据410将ppic设置为等于特定值540。 
在一个实施例中，将概貌数据410分成8个128个像素的箱(bin)(由在图200的顶部的垂直线、为箱A至箱H定义的)，以确定同时发生的校准 偏压信号电平CVbias。在箱A至箱H中的每一个箱中，强度值被平均，并且将8个平均值的最小值视作为同时发生的校准偏压信号电平CVbias。在图4中CVbias＝0.05伏特(大约)。 
在图4内所示的实施例中，在校准操作期间，阈值CVthreshold定义包括于数据的距离指示子集中的信号CS(p)的下限，所述数据的距离指示子集用来确定校准DIC。名称CVthreshold(ppic)强调CVthreshold可以针对不同的概貌数据集合而变化，并且可以将用于CVthreshold的、与概貌数据的特定集合一起使用的特定值以适当的索引坐标ppic编索引。可以根据许多不同方法中的一种来确定CVthreshold(ppic)。一般说来，主要目标是设置CVthreshold(ppic)，以使得其排除噪声数据和/或无关数据(例如，在量级CVbias上的数据值)。次要目标可以为在数据的距离指示子集中保留尽可能多的有效(非噪声)数据。例如，如图4中所示，典型的光谱峰值可能在峰值像素坐标ppc附近有点不对称的，并且该不对称性一般可以是有效的数据特征，当在不同实施例中确定校准DIC时应该将该有效的数据特征考虑在内。因而，可能不合要求的是将CVthreshold(ppic)设置到CVbias之上太多，以使得从校准DIC的确定中排除了显著数量的不对称数据。 
在一个实施例中，可以将CVthreshold(ppic)设置在相对于CVbias的、恒定的预定偏置处，其中预定偏置适度地超过任何预期的噪声电平(例如，饱和像素信号电平的5％，或最小预期峰值信号电平的10％等)。在另一个实施例中，可以将CVthreshold(ppic)设置在相对于CVbias的偏置处，该偏置依赖于在概貌数据中的峰值的高度(例如，在CVpeak(ppc)和CVbias之间的差的8％)。在其他实施例中，可以基于对源自在CPS的测量范围上的不同距离处的不同表面的典型的噪声电平、典型的信号电平和典型的不对称性等的经验，启发式地确定相对于CVbias的峰值位置索引专用偏置。在图4中，CVthreshold(ppic)＝0.10伏特(大约)，在本实例中CVthreshold(ppic)为在CVbias之上大约0.05伏特。应当理解的是，不管何种在校准时间设置CVthreshold(ppic)的方法，都可以以索引专用的数据限制参数来特征化和/或具体化CVthreshold(ppic)(或校准时间概貌数据的作为结果的距离指示子集)与校准时间数据的总集合的关系，根据本发明的原理，可以在相应于相同的峰值位置索引ppic的测量时间的操作期间，使用所述索引专用的数据限制参数来建立相似的阈值和/或数据的距离指示子集。
在图4中所示的实施例中，用于确定校准DIC的数据的距离指示子集接着被确定为由强度概貌数据410中具有大于CVthreshold(ppic)的信号值的全部数据点组成。然后，基于数据的距离指示子集，通过亚像素分辨率确定校准DIC。可以根据许多不同方法中的一种来确定校准DIC。在一个实施例中，可以将校准DIC确定一函数峰值的亚像素分辨率坐标，该函数为对数据的距离指示子集的拟合(例如，通过Cauchy的最小二乘拟合或Voigt线形函数)。在另一个实施例中，可以将校准DIC确定为数据的距离指示子集的重心Xc的亚像素分辨率坐标。例如，对于具有1024个像素的探测器，可以根据如下公式确定重心Xc： 
X C = Σ p = 1 1024 p ( S C ( p ) ) n Σ p = 1 1024 ( S C ( p ) ) n                 (公式1)
其中， 
Figure G2008101734685D00122
                                            (公式2)
在一个特定的示范实施例中，在公式1中n＝2。应当理解的是，公式2将重心计算中所使用的数据约束为数据的距离指示子集。 
关于比率阈值参数CSthresh(ppic)，如先前所指示的那样，在距离校准操作期间，可以基于概貌数据的特定距离指示子集来确定针对校准时间概貌数据的集合的校准DIC，该概貌数据的特定距离指示子集随概貌数据的特定峰值位置索引坐标而变化。然后，在CPS中被存储为校准参数的索引专用的数据限制参数的集合中，由特定峰值位置索引坐标ppic编索引的索引专用的数据限制参数的集合可以是基于并且反映数据的特定校准时间距离指示子集的定义特征，该定义特征用来确定相应于所述特定峰值位置索引坐标ppic的校准DIC。结果，当对具有所述相同的特定峰值位置索引坐标ppic的测量时间概貌数据执行测量操作时，可以基于所述索引专用的数据限制参数的特定集合来选择或限制数据的距离指示子集，并且数据的作为结果的测量时间距离指示子集可以具有对于数据的校准时间距离指示子集的改善的相似度(例如，相似的峰形状和不对称性)。因而，得到的测量时间距离指示坐标可能更加适于与CPS距离校准数据比较。比率阈值参数CSthresh(ppic)为可以根据这些原 则使用的索引专用的数据限制参数的一个实施例。 
在一个实施例中，基于CSthreshold(ppic)、CVbias和相对峰值信号电平CVrps(ppic)确定比率阈值参数CSthresh(ppic)，该CVrps(ppic)定义如下： 
CVrps(ppic)＝CVpeak(ppc)-CVbias        (公式3)
还可以将相对峰值信号电平CVrps(ppic)描述为相对峰高。 
将比率阈值参数CSthresh(ppc)定义如下： 
CSthresh(ppic)＝[CVthreshold(ppic)-CVbias]/CVrps(ppc)  (公式4)
比率阈值参数CSthresh(ppic)相应于位置索引坐标ppic，定义针对相对于CVbias的数据的距离指示子集的阈值CVthreshold(ppic)与相对于CVbias的峰值信号电平CVpeak(ppc)之间的校准时间比。稍后会结合具有相同峰值位置索引坐标ppic的工件测量概貌数据，使用所述索引专用的比率阈值参数CSthresh(ppic)，以定义数据的测量时间距离指示子集，该数据的测量时间距离指示子集对于用于确定校准DIC的数据的距离指示子集具有高的相似度。如下面进一步描述的那样，不管在测量偏压信号电平MVbias和测量峰值信号电平MVpeak(ppc)中的潜在变动，得到的测量DIC都将更加适于与相应的距离校准数据比较。 
如上面所概述的那样，对于校准概貌数据的特定集合，作为结果的校准DIC和相应的已知距离可以接着被存储，并且相应的索引专用的比率阈值参数CSthresh(ppic)还可以与其特定峰值位置索引坐标ppic关联存储。 
图5为CPS距离校准的查找表的图500，其用于将距离指示坐标关联到测量距离。如图5中所示，在左边的列中，校准DIC条目以0.1像素步长的增量涵盖从1至1024的像素坐标，并且在右边的列中，记入相应的测量距离(以微米为单位)。在工件测量操作期间，由彩色点传感器计算的测量DIC参照所存储的校准查找表，以便确定相应于测量DIC的测量距离。如果测量DIC在邻近的校准DIC值之间下降，则由内插法确定相应于测量DIC的测量距离。 
先前已经参考图2概述了对于以0.1或0.2微米的增量生成相应于已知测量距离的校准DIC的数据生成例程。对于每一个已知的测量距离，可以如上面参考图4所概述的那样来确定并存储相应的校准DIC。然后，将所述数据插值(如果必要的话)以0.1像素的像素坐标增量提供在图500中所示的条目。同时，如上面参考图4所概述的那样，可以将适当的索引专用的数据限 制参数(例如，比率阈值参数CSthresh(ppic))与相应的峰值位置索引坐标(ppic)相关地存储。 
图6为CPS校准查找表的图600，其用于将特定峰值位置索引坐标ppic关联到到索引专用的数据限制参数，在本实例中所述索引专用的数据限制参数为比率阈值参数CSthresh(ppic)。如图6中所示，在左边的列中，峰值位置索引坐标条目涵盖从1至1024的波长探测器阵列163的像素坐标，并且在右边的列中，相应的索引专用的数据限制参数CSthresh(ppic)被输入。先前已参考图4概述了索引专用的比率阈值参数CSthresh(ppic)的确定。下面参考图7来更加详细地描述索引专用的比率阈值参数CSthresh(ppic)的使用。应当理解的是，在图6中所示的比率阈值参数CSthresh(ppic)实质上可以为相对恒定的“噪声容限”和变化的相对峰高CVrps(ppic)之间的比。一般说来，相对峰高CVrps(ppic)显著地依赖于相应的波长而变化。因而，图6示出对于探测器阵列163的一个部分中的像素相对于其它部分中的像素，比率阈值参数CSthresh(ppic)的值显著地变化。 
应当理解的是，在图6的表中，相应峰值位置索引坐标ppic条目可以相应于图5的表中的若干校准DIC条目(例如，那些距离指示坐标为大约在特定位置索引坐标ppic的+/-0.5像素内的条目)，这些校准DIC条目中的每一个可能已具有在校准操作期间确定的、稍有不同的相应的比率阈值参数CSthresh(ppic)。然而，在这样的小范围(例如，+/-0.5像素)上，可以将在图6的表中的比率阈值参数CSthresh(ppic)条目确定为CSthresh(ppic)若干值的平均值或中值等，该若干值相应于相同的峰值位置索引坐标ppic。 
图7为来自彩色点传感器的、如在测量操作期间形成的那样的概貌数据710的图700。还可以将概貌数据710称为测量概貌信号MS(p)，其中MS(p)为与每一像素p关联的信号电平(以归一化电压示出)。在贯穿本公开的绝大多数情况下，可以理解的是，有“M”前缀的变量名和值相应于测量时间操作。图7的图700与除了工件表面位于沿着光笔120的光轴OA的未知的距离处从而产生具有图7中所示的主波长峰值区域的相关概貌数据710之外，其它与图4的图400相似。为了解释的目的，给来自图4的校准概貌数据410加标签，并将所述校准概貌数据410叠加在图7中的概貌数据710上，该校准概貌数据410相应于相同的特定峰值位置索引坐标ppic。应当理解的是，在工件测量操作期间只提供测量信号MS(p)。
图7包括大约为校准时间峰值区域的一半高的测量时间峰值区域，该校准时间峰值区域相应于相同的峰值位置索引坐标ppic。这样的总的强度差别可能源自变化的照明光源、工件的反射率和探测器的积分时间等。图7还示出同时发生的测量偏压信号电平MVbias，其中假设先前已从概貌数据710移除了信号分量Vback(p)(或示出相同的变动的信号)。MVbias不同于相应的校准测量偏压CVbias。如先前所概述的那样，这些差别可能由于电压漂移而出现，该电压漂移由于温度变化等造成。图7还示出峰值像素坐标ppc与关联的峰值信号电平MVpeak(ppc)、峰值位置索引坐标ppic、相对峰值信号电平MVrps(ppic)和阈值MVthreshold(ppic)，该阈值MVthreshold(ppic)定义峰值区域中的数据的测量时间距离指示子集的下限。全部“MV”值都以归一化电压示出。图7还示出基于所述数据的距离指示子集所确定的测量距离指示坐标(测量DIC)。 
简而言之，在一个实施例中，对于概貌数据710，用于确定测量距离指示坐标和作为结果的距离测量的测量操作可以包括如下： 
●确定相应于概貌数据710的峰值位置索引坐标ppic。 
●确定同时发生的测量偏压信号电平MVbias。 
●确定索引专用的数据限制参数(例如，CSthresh(ppic))，该索引专用的数据限制参数相应于在所存储的校准数据中的确定的峰值位置索引坐标ppic。 
●确定数据限制阈值MVthreshold(ppic)，其限定了数据的测量时间距离指示子集，所述数据的测量时间距离指示子集是用来确定测量DIC的(例如，基于MVbias、MVpeak(ppc)和索引专用的数据限制参数CSthresh(ppic))。 
●基于测量峰值区域中的数据的距离指示子集，确定具有亚像素分辨率的测量DIC。 
●通过使测量DIC与在所存储的距离校准数据中的相应距离相关，来确定测量距离。 
将通过与相应的校准元素的先前描述的类比，并基于下面进一步的描述，来理解全部这些元素的确定和它们相互之间的关系。 
概貌数据710的最高取值的数据点MS(p)的像素坐标为峰值像素坐标ppc(例如，在图7中ppc＝540)。关联的峰值信号电平为MVpeak(ppc)。例如，在图7中MVpeak(ppc)＝MVpeak(540)＝0.46伏特(大约)。
如先前所概述的那样，峰值位置索引坐标ppic为对由根据本发明的CPS所分析的概貌数据的集合确定的索引坐标。基于概貌数据确定峰值位置索引坐标ppic，并且其近似于峰值像素坐标ppc，并且在校准时间和测量时间一般以同样的方式确定所述峰值位置索引坐标ppic。在图4中所示的实施例中，将峰值像素坐标ppc用作峰值位置索引坐标ppic，并且基于特定概貌数据710将ppic设置为等于特定值540。 
一旦确定概貌数据710的特定峰值位置索引坐标ppic，就将相应于在所存储的校准数据中的峰值位置索引坐标ppic(例如，其相应于图6内所示的表中的条目ppic＝540)的索引专用的数据限制参数CSthresh(ppic)确定为CSthresh(ppic)的值。 
在一个实施例中，以如确定校准偏压信号电平CVbias那样的相同方式确定同时发生的测量偏压信号电平MVbias(例如，可以对在箱A至H中每一个箱中的信号值MS(p)求平均，并且将8个平均值的最小值视为同时发生的测量偏压信号电平MVbias)。在图7中MVbias＝0.01伏特(大约)。 
如先前所指示的那样，在根据本发明的不同实施例中，期望用于确定相应于峰值位置索引坐标ppic的测量DIC的数据的距离指示子集对用于确定相应于相同的峰值位置索引坐标ppic的校准DIC的数据的距离指示子集具有较高的相似度。在此处描述的实施例中，通过使用索引专用的数据限制参数CSthresh(ppic)来建立数据限制阈值MVthreshold(ppic)以实现该原则，数据限制阈值MVthreshold(ppic)定义用于确定测量DIC的数据的距离指示子集。为了方便起见，我们可以定义相对峰值信号电平MVrps(ppic)，定义如下： 
MVrps(ppic)＝MVpeak(ppc)-MVbias      (公式5)
还可以将相对峰值信号电平MVrps(ppic)描述为相对峰高。 
在一个实施例中，根据公式设置阈值MVthreshold(ppic)： 
MVthreshold(ppic)＝CSthresh(ppic)*MVrps(ppic)      (公式6)
然后，用于确定测量DIC的数据的距离指示子集被确定为由强度概貌数据710中具有比MVthreshold(ppic)更大的信号值的全部数据点组成。公式3至6的检验表明上面所概述的操作使得测量DIC基于这样的数据的距离指示子集：其是测量时间相对峰高(MVrps(ppic))的一定比例，该比例与在校准操作期间用于确定相同的峰值位置索引坐标下的校准DIC的数据的距离指示子集所呈现的比例相同。不管偏压信号电平如何变动，并且不管相对峰高如何 变动，所述比例都保持相同。因而，如期望的那样，不管在被反射的测量光的总强度中的变动如何，并且不管在偏压信号电平中的变动如何，上面所概述的程序都将引起用于测量DIC和校准DIC的数据在相同的峰值位置索引坐标ppic处具有高的相似度(例如，理想地，数据的距离指示子集的形状的相同程度的不对称性和线性缩放)。 
然后，基于数据的距离指示子集，通过亚像素分辨率确定测量DIC。在不同实施例中，可以以如确定校准DIC那样的相同方式确定测量DIC。例如，如果校准DIC为根据公式1和2确定的重心的坐标，则可以将测量DIC相似地确定为数据的距离指示子集的重心XM的亚像素坐标，根据： 
X M = Σ p = 1 1024 p ( S M ( p ) ) n Σ p = 1 1024 ( S M ( p ) ) n                           (公式7)
其中， 
Figure G2008101734685D00172
                                               (公式8)
对于在校准操作期间使用的指数n使用相同的值。应该被理解的是，公式8将重心计算中所使用的数据约束为数据的距离指示子集。在理想的情况下，在总强度的差别导致概貌数据710的距离指示子集基本上表现为概貌数据410的距离指示子集的线性缩放形式(相对于它们各自的偏压信号电平)时，上面所概述的操作可以为测量DIC和校准DIC产生基本上相等的值。 
可以将测量距离确定为与在所存储的校准数据中的测量DIC的值相应的测量距离(例如，在图5内所示的表中)。在不同实施例中，可以将所存储的距离校准数据进行内插，以给出精确地相应于测量DIC的测量距离。 
应当理解的是，上面所描述的实施例只是说明性的，并不是限制的。在其他实施例中，可以将其他索引专用的数据限制参数用于相似的效果，以代替比率阈值参数CSthresh(ppic)。例如，公式4的检验示出基于CVthreshold(ppic)、CVbias和相对峰值信号电平CVrps(ppic)来确定CSthresh(ppic)。从而，能够在与图6中所示的校对表类似的校准表中的ppic相关存储参数CVbias(ppic)、CVthreshold(ppic)和CVrps(ppic)的集合，以体现相似的校准信息。然后，能够从这些校准数据的集合导出确定测量时间概貌 数据的距离指示子集的MVthreshold(ppic)。相似地，基于CVpeak(ppc)和CVbias(ppic)确定CVrps(ppic)，因而能够以相似效果存储包括CVbias(ppic)、CVthreshold(ppic)和CVpeak(ppic)的参数的集合。相似地，在基于从CVbias(ppic)的恒定偏置确定CVthreshold(ppic)的实施例中，该参数集合中可以消除CVthreshold(ppic)，并替代地基于恒定偏置来计算的相应信息，等等。 
在一个实施例中，当一直使用特殊类型的工件表面、或者概貌数据峰值区域的形状相应于特定峰值位置索引坐标为可预测和可重复的时，可以使用不同类型的索引专用的数据限制参数，以使得数据的测量时间距离指示子集对于相同的峰值位置索引坐标ppic的数据的校准时间距离指示子集具有高的相似度。例如，图7示出对于被用于测量DIC和校准DIC的数据的距离指示子集，上面概述的操作理想地导致相同的下限坐标LL(ppic)和上限坐标UL(ppic)(例如，当概貌数据710的峰值区域的形状实质上表现为概貌数据410的峰值区域的形状的线性缩放形式时)。因而，在某些实施例中，相应于ppic的特定值的校准操作时所观察的下限坐标LL(ppic)和上限坐标UL(ppic)与ppic相关联地存储在与图6中所示的校准表类似的校准表中。然后，可以使用这样的索引专用的数据限制参数来直接定义相应于相同的峰值位置索引坐标ppic的工件测量概貌数据的相似的距离指示子集。应当理解的是，可以基于前述的公开，将其他类型的索引专用的数据限制参数设计到并用于相似的效果。 
图8为说明在利用根据本发明的方法的彩色点传感器的精度中的改进的图800。在图8中所绘出的测量的偏差(误差)为相对于由干涉仪提供的测量距离的偏差。曲线820示出当分析CPS强度数据概貌时，使用根据本发明的动态数据选择补偿方法得到的测量结果。具体地说，对于曲线820，基于索引专用的数据限制参数，使用概貌数据的测量时间距离指示子集确定每一测量DIC，选择并补偿所述概貌数据的测量时间距离指示子集，以便与相应于相同的峰值位置索引坐标的概貌数据的校准时间距离指示子集相似，如上面所概述的那样。然后，确定相关于这些测量DIC的测量距离，并将其绘于曲线820中。如图8中所示，在大约300微米的测量范围上，曲线820以50至100纳米的量级的峰-峰值误差，接近理想的精度。 
相反地，使用如曲线820那样的相同的基础测量数据，曲线810示出以传统方式使用传统的寻峰(peak-finding)技术来确定测量DIC得到的测量结 果。如图8中所示，曲线810示出高至1.5微米的误差，或大约比曲线820中所包括的最大误差大15倍的误差。 
应当理解的是，曲线810还示出测量距离中的小变化之上的、显著的误差波动，而曲线820却没有这样的波动。应当理解的是，测量距离中的小变化相应于基础测量数据的峰值位置索引坐标中的小变化。因而，曲线820中短范围波动的不存在可以表明使用索引专用的数据限制参数以动态地选择并补偿数据的测量时间距离指示子集的价值和功效。 
图9为说明对于根据本发明操作彩色点传感器的、典型的例程900的流程图。在块905处，操作彩色点传感器以将光的多个波长中各个波长聚焦于多个相应的各自的焦距处。在一个实施例中，由于这相应于通过产生纵向色象差的、彩色点传感器的光笔输出白光，因此所述光笔的焦距随光的波长改变。在块910处，工件表面被布置在相对于CPS的测量距离处，并且光被从工件表面反射到CPS以形成分布于多个像素之上的强度概貌，该多个像素沿着CPS波长探测器的测量轴。在一个实施例中，强度图形的形成相应于CPS光谱仪形成沿着探测器阵列分布的光谱强度的概貌，诸如上面针对图7所描述的那样。 
在块915处，操作CPS电子器件以提供相应于沿着波长探测器阵列的测量轴的多个像素的、测量概貌信号的集合。在一个实施例中，提供测量概貌信号的集合与光谱仪的探测器阵列的像素输出相应于强度概貌的原始信号、补偿那些原始信号以如先前所概述的那样移除电压偏置误差、并将作为结果的信号提供为测量信号的集合相对应。 
在块920处，基于测量概貌信号的集合，确定针对强度概貌的、沿着探测器的测量轴的峰值位置索引坐标(例如，峰值位置索引坐标ppic)。在块925处，从彩色点传感器的存储部分选择相应于峰值位置索引坐标的索引专用的数据限制参数。在一个实施例中，索引专用的数据限制参数与诸如图6的校准查找表中所示的值CSthresh(ppic)那样的存储值相对应，该存储值CSthresh(ppic)是与相应的峰值位置索引坐标ppic关联存储的。然而，在其他实施例中，可以以任何方便的和功能相似的形式提供所述索引专用的数据限制参数(例如，作为关于ppic的函数等那样)。 
在块930处，基于测量概貌信号的集合和所选择的索引专用的数据限制参数来操作信号处理器，以确定测量概貌信号的集合的距离确定子集。在不 同实施例中，测量概貌信号的距离指示子集的确定提供测量概貌信号的经动态选择的和补偿的子集，而相应于相同的峰值位置索引坐标，所述测量概貌信号的经动态选择的和补偿的子集对用于为CPS确定距离校准数据的信号的距离指示子集具有特别高的相似度。先前已概述根据该原则的操作的典型实施例(例如，使用索引专用的数据限制参数来提供比率阈值，并将测量概貌信号的距离确定子集确定为超过该比率阈值的那些)。 
在块935处，基于测量概貌信号的距离确定子集来操作信号处理器，以确定与到工件表面的测量距离相应的亚像素分辨率的距离指示坐标。在一个实施例中，可以通过亚像素分辨率和精度，将测量概貌信号的距离指示子集的重心坐标确定为亚像素分辨率的距离指示坐标。 
在块940处，将距离校准数据输入到信号处理器，其中距离校准数据使已知的测量距离与来自CPS的距离指示坐标相关。在一个实施例中，测量距离校准数据相应于图5的校准查找表。然而，在其他实施例中，可以以任何方便的和功能相似的形式(例如，如相关功能等那样)提供所述测量距离校准数据。在块945处，基于所确定的亚像素分辨率的距离指示坐标和距离校准数据来操作信号处理器，以便确定到工件表面的测量距离。在一个实施例中，到工件表面的测量距离的确定相应于使亚像素分辨率的距离指示坐标与相应的存储距离值相关(例如，来自图5的校准查找表)。 
根据先前的公开，根据本发明的方法可以提供有显著改进的精度和鲁棒性的CPS。应该理解的是，图8内所示的亚微米级(regime)的精度和鲁棒性的改进是非常难于达到的，并且先前可能尚未认识到根据本发明的方法消除的某些CPS误差分量。因而，在此公开的本发明的原理和特定的实施例提供新的特征组合，该组合脱离了已知的方法以产生先前未知的和未预测的效益组合。当考虑是CPS系统的进一步目标以产生高的测量速率、例如5至75KHz的测量速率时，这是特别正确的。应该理解的是，上面所概述的不同实施例特别好地适合于支持这样的测量速率，同时测量是基于经过唯一地动态选择并补偿的数据的，以便提供如图8所示的鲁棒性和精度效益。 
尽管已经说明并描述本发明的优选实施例，但是对于本领域技术人员来说，基于本公开，对这些特征的所说明的和所描述的布置与操作次序的众多变化将是明显的。因而，应当理解的是，可以在不背离本发明的精神和范畴的条件下在这里进行各种改变。

Claims (16)

1.一种用于操作彩色点传感器的方法，该彩色点传感器用于测量到工件表面的距离，并包括光笔和电子器件部分，所述光笔包括彩色色散的光学系统和空间滤波孔，所述电子器件部分包括波长探测器、校准存储部分和信号处理器，所述校准存储部分包括与索引专用的数据限制参数的集合相对应的数据，所述用于操作所述彩色点传感器的方法包括测量操作，所述测量操作包括：
操作所述彩色点传感器，以便通过所述光笔输出多波长的光，并将所述光的多个波长的各个波长沿着光轴聚焦于多个相应的各自的焦距处；
将工件表面沿着所述光轴布置在相对于所述光笔的测量距离处；
将来自所述工件表面的所述光的各个波长，通过所述光笔反射到所述波长探测器中，以便形成分布于多个像素之上的、作为结果的光谱强度概貌，该多个像素沿着所述波长探测器的探测器阵列的测量轴；以及
操作所述电子器件部分执行一组操作，包括：
提供与所述沿着所述波长探测器的测量轴的多个像素相对应的测量时间概貌数据的集合；
基于所述测量时间概貌数据的集合确定峰值位置索引坐标ppic，该峰值位置索引坐标ppic大约相应于沿着所述探测器阵列的测量轴的、光谱强度概貌的谱峰的位置；
从所述校准存储部分选择与所述峰值位置索引坐标ppic相对应的索引专用的数据限制参数的集合，该集合包括至少一个索引专用的数据限制参数；
基于所述测量时间概貌数据的集合和所选择的索引专用的数据限制参数的集合，确定所述测量时间概貌数据的集合的距离指示子集；
基于所述测量时间概貌数据的距离指示子集，确定相应于到所述工件表面的所述测量距离的、亚像素分辨率的距离指示坐标；以及
基于所确定的亚像素分辨率的距离指示坐标和距离校准数据，确定到所述工件表面的测量距离，该距离校准数据使已知的测量距离与来自所述彩色点传感器的、作为结果的距离指示坐标相关。
2.如权利要求1所述的方法，其中：
所述校准存储部分存储索引专用的数据限制参数的各个集合，并且每一个集合都与各自的峰值位置索引坐标ppic关联存储；以及
所述选择与所述峰值位置索引坐标ppic相对应的索引专用的数据限制参数的集合的步骤包括：选择与在取值上最接近所确定的峰值位置索引坐标ppic的相应峰值位置索引坐标ppic关联存储的相应集合。
3.如权利要求2所述的方法，其中：
所述峰值位置索引坐标ppic被确定为与沿着所述探测器阵列的测量轴的测量时间概貌数据中的峰值信号电平相对应的、所确定的峰值像素坐标ppc的值；
所述校准存储部分将索引专用的数据限制参数的每一个集合与具有整数值的各自的峰值位置索引坐标ppic关联存储；以及
所述选择与所述峰值位置索引坐标ppic相对应的索引专用的数据限制参数的集合的步骤包括：选择与所述所确定的峰值像素坐标ppc相同的相应峰值位置索引坐标ppic关联存储的相应集合。
4.如权利要求1所述的方法，其中，所述确定亚像素分辨率的距离指示坐标的步骤包括至少下述操作的其中之一：(a)确定对于所述测量时间概貌数据的距离指示子集的重心的亚像素分辨率坐标，和(b)确定对于所述测量时间概貌数据的距离指示子集拟合的函数的峰值的亚像素分辨率坐标。
5.如权利要求1所述的方法，其中：
使已知的测量距离与来自所述彩色点传感器的作为结果的距离指示坐标相关的距离校准数据包括由校准操作提供的距离校准数据，其中，基于所述校准时间概貌数据的各个距离指示子集来确定对于校准时间概貌数据的各个集合的距离指示坐标，由至少一个子集定义特征将校准时间概貌数据的各个距离指示子集特征化，所述至少一个子集定义特征具有随各自的峰值位置索引坐标ppic变化的值；
被存储于所述校准存储部分中的所述数据包括相应于索引专用的数据限制参数的各个集合的数据，该索引专用的数据限制参数的各个集合与各自的峰值位置索引坐标ppic关联，其中，索引专用的数据限制参数的每一特定集合基于校准时间概貌数据的特定距离指示子集，并指示所述至少一个子集定义特征的值，由特定峰值位置索引坐标ppic将所述索引专用的数据限制参数的每一特定集合编索引，所述校准时间概貌数据的特定距离指示子集相应于所述特定峰值位置索引坐标ppic，所述至少一个子集定义特征的值将所述校准时间概貌数据的特定距离指示子集特征化；以及
所述确定测量时间概貌数据的集合的距离指示子集的步骤包括确定所述测量时间概貌数据的距离指示子集，以使得如果由所述至少一个子集定义特征将所述测量时间概貌数据的距离指示子集以如与相同的峰值位置索引坐标ppic相对应的校准时间概貌数据的相应距离指示子集同样的方式特征化，那么所述测量时间概貌数据的距离指示子集和所述校准时间概貌数据的距离指示子集将在所述至少一个子集定义特征上导致基本上相同的取值。
6.如权利要求5所述的方法，其中，对于具有峰值位置索引坐标ppic和在偏压信号电平Vbias之上的相对峰高Vrps的、同时发生的概貌数据的集合，所述至少一个子集定义特征将同时发生的概貌数据的距离指示子集的数据限制阈值Vthreshold特征化为在所述偏压信号电平Vbias之上的所述相对峰高Vrps的比例Sthresh(ppic)，并且所述测量时间概貌数据的距离指示子集和所述校准时间概貌数据的距离指示子集将在所述比例Sthresh(ppic)上导致基本上相同的取值。
7.如权利要求6所述的方法，其中：
所述同时发生的概貌数据的集合具有峰值信号电平Vpeak，所述相对峰高Vrps被定义为Vrps＝[Vpeak-Vbias]，并且所述比例Sthresh(ppic)被定义为Sthresh(ppic)＝[Vthreshold-Vbias]/[Vpeak-Vbias]；以及
选择相应于所述峰值位置索引坐标ppic的索引专用的数据限制参数的集合包括：选择包括至少一个如下的集合：(a)指示基于Vpeak、Vbias和Vthreshold的校准时间值的比[(Vpeak-Vbias)/(Vthreshold-Vbias)]的参数，(b)指示基于Vpeak、Vbias和Vthreshold的校准时间值的比[(Vpeak-Vbias)/(Vpeak-Vthreshold)]的参数，(c)包括对于Vpeak、Vbias和Vthreshold的校准时间值的参数的集合，和(d)基于Vpeak、Vbias和Vthreshold的校准时间值的比例Sthresh(ppic)。
8.如权利要求5所述的方法，其中：
对于同时发生的概貌数据的集合，该集合具有：峰值位置索引坐标ppic；下限像素LL(ppic)，提供包括于所述同时发生的概貌数据的距离指示子集中的信号，该下限像素LL(ppic)为在所述距离指示子集中沿着所述探测器的测量轴到所述峰值位置索引坐标ppic的一侧最远的像素；和上限像素UL(ppic)，提供包括于所述同时发生的概貌数据的距离指示子集中的信号，该上限像素UL(ppic)为在所述距离指示子集中沿着所述探测器的测量轴到所述峰值位置索引坐标ppic的另一侧最远的像素，
所述至少一个子集定义特征将至少两个值特征化，该至少两个值包括如下所述中的至少两个：(a)所述下限像素LL(ppic)的像素坐标值，(b)所述上限像素UL(ppic)的像素坐标值，(c)所述峰值位置索引坐标ppic和所述上限像素UL(ppic)的像素坐标值之间的差，(d)所述峰值位置索引坐标ppic和所述下限像素LL(ppic)的坐标值之间的差，和(e)所述下限像素LL(ppic)的坐标值和所述上限像素UL(ppic)的坐标值之间的差。
9.如权利要求8所述的方法，其中：
选择与所述峰值位置索引坐标ppic相应的索引专用的数据限制参数的集合包括：选择包括至少两个如下所述的集合：(a)所述下限像素LL(ppic)的像素坐标值，(b)所述上限像素UL(ppic)的像素坐标值，(c)所述峰值位置索引坐标ppic和所述上限像素UL(ppic)的像素坐标值之间的差，(d)所述峰值位置索引坐标ppic和所述下限像素LL(ppic)的坐标值之间的差，和(e)所述下限像素LL(ppic)的坐标值和所述上限像素UL(ppic)的坐标值之间的差。
10.如权利要求1所述的方法，其中，基于所述测量时间概貌数据的集合和所选择的索引专用的数据限制参数的集合来确定所述测量时间概貌数据的集合的距离指示子集包括：
基于所述测量时间概貌数据的集合，确定峰值信号电平MVpeak和偏压信号电平MVbias；
基于相应于所述峰值位置指示坐标ppic的MVpeak、MVbias和所选择的索引专用的数据限制参数的集合，确定对于所述测量时间概貌数据的距离指示子集的数据限制信号电平Mthreshold；以及
将所述测量时间概貌数据的距离指示子集确定为最大的子集，该最大的子集中每一个概貌信号电平至少如所述数据限制信号电平MVthreshold那样大。
11.如权利要求10所述的方法，其中：
存储于所述校准存储部分中的数据包括相应于索引专用的数据限制参数的各个集合的数据，该索引专用的数据限制参数的各个集合与各自的峰值位置索引坐标ppic关联，其中：
由特定峰值位置索引坐标ppic编索引的索引专用的数据限制参数的每一特定集合基于相应于所述特定峰值位置索引坐标ppic的、校准时间概貌数据的特定距离指示子集，该校准时间概貌数据已具有峰值信号电平CVpeak、偏压信号电平CVbias和校准时间数据限制信号电平CVthreshold，其中由所述校准时间概貌数据的最大子集组成所述校准时间概貌数据的特定距离指示子集，其中每一概貌信号电平至少如所述校准时间数据限制信号电平CVthreshold那样大，并且
由特定峰值位置索引坐标ppic编索引的、索引专用的数据限制参数的每一特定集合指示比率阈值比CSthresh(ppic)，该比率阈值比CSthresh(ppic)基于相应于所述特定峰值位置索引坐标ppic的所述校准时间概貌数据而被定义为CSthresh(ppic)＝[(CVpeak-CVbias)/(CVthreshold-CVbias)]比率；以及
基于相应于所述峰值位置指示坐标ppic的MVpeak、MVbias和所选择的索引专用的数据限制参数的集合来确定对于所述测量时间概貌数据的距离指示子集的数据限制信号电平MVthreshold包括：确定MVthreshold，以使得[(MVpeak-MVbias)/(MVthreshold-MVbias)]＝CSthresh(ppic)。
12.如权利要求11所述的方法，其中，选择与所述峰值位置索引坐标ppic相对应的索引专用的数据限制参数的集合包括：选择包括至少一个如下数据的集合：(a)指示比[(CVpeak-CVbias)/(CVthreshold-CVbias)]的参数，(b)指示比[(CVpeak-CVbias)/(CVpeak-CVthreshold)]的参数，(c)包括CVpeak、CVbias和CVthreshold的参数的集合，和(d)比率阈值比CSthresh(ppic)。
13.如权利要求1所述的方法，其中，所述提供测量时间概貌数据的集合的步骤包括：提供为背景信号分量作了补偿的测量时间概貌数据，该背景信号分量与从所述工件表面反射的光不相关。
14.一种测量到工件表面的距离的彩色点传感器，所述彩色点传感器包括：
光笔，包括彩色色散的光学系统和空间滤波孔；和
电子器件部分，包括：
波长探测器，包括探测器阵列，其包括沿着该探测器阵列的测量轴布置的多个像素，
校准存储部分，包括：
第一类被存储的数据，相应于索引专用的数据限制参数的集合，和
第二类被存储的数据，包括使已知的测量距离与来自所述彩色点传感器的作为结果的距离指示坐标相关的距离校准数据；和
信号处理器，
其中，所述电子器件部分被配置为当测量到工件表面的距离时执行一组测量操作，所述距离形成沿着所述探测器阵列的测量轴的所述多个像素之上分布的、作为结果的光谱强度概貌，该组测量操作包括：
提供与所述沿着探测器阵列的测量轴的多个像素相对应的测量时间概貌数据的集合；
基于所述测量时间概貌数据的集合确定峰值位置索引坐标ppic，该峰值位置索引坐标ppic大约相应于沿着所述探测器阵列的测量轴的光谱强度概貌的光谱峰值的位置；
从被包括在所述校准存储部分中的所述第一类被存储的数据中，选择相应于所述峰值位置索引坐标ppic的索引专用的数据限制参数的集合，所述集合包括至少一个索引专用的数据限制参数；
基于所述测量时间概貌数据的集合和所选择的索引专用的数据限制参数的集合，确定所述测量时间概貌数据的集合的距离指示子集；
基于所述测量时间概貌数据的距离指示子集，确定相应于到所述工件表面的所述测量距离的亚像素分辨率的距离指示坐标；以及
基于所述被确定的亚像素分辨率的距离指示坐标和被包括在所述校准存储部分中的所述第二类被存储的数据，确定到所述工件表面的测量距离，所述第二类被存储的数据包括使已知的测量距离与来自所述彩色点传感器的作为结果的距离指示坐标相关的距离校准数据。
15.如权利要求14所述的彩色点传感器，其中，基于所述测量时间概貌数据的集合和所选择的索引专用的数据限制参数的集合确定所述测量时间概貌数据的集合的距离指示子集包括：
基于所述测量时间概貌数据的集合，确定峰值信号电平MVpeak和偏压信号电平MVbias；
基于相应于所述峰值位置指示坐标ppic的MVpeak、MVbias和所选择的索引专用的数据限制参数的集合，确定对于所述测量时间概貌数据的距离指示子集的数据限制信号电平MVthreshold；以及
将所述测量时间概貌数据的距离指示子集确定为最大的子集，该最大的子集中每一个概貌信号电平至少如所述数据限制信号电平MVthreshold那样大。
16.如权利要求15所述的彩色点传感器，其中：
存储于所述校准存储部分中的所述第一类数据包括相应于索引专用的数据限制参数的各个集合的数据，该索引专用的数据限制参数的各个集合与各自的峰值位置索引坐标ppic关联，其中：
由特定峰值位置索引坐标ppic编索引的、索引专用的数据限制参数的每一特定集合基于相应于所述特定峰值位置索引坐标ppic的、校准时间概貌数据的特定距离指示子集，该校准时间概貌数据已具有峰值信号电平CVpeak、偏压信号电平CVbias和校准时间数据限制信号电平CVthreshold，其中由所述校准时间概貌数据的最大子集组成所述校准时间概貌数据的特定距离指示子集，其中每一概貌信号电平至少为如所述校准时间数据限制信号电平CVthreshold那样大，并且
由特定峰值位置索引坐标ppic编索引的、索引专用的数据限制参数的每一特定集合指示比率阈值比CSthresh(ppic)，该比率阈值比CSthresh(ppic)基于相应于所述特定峰值位置索引坐标ppic的所述校准时间概貌数据被定义为CSthresh(ppic)＝[(CVpeak-CVbias)/(CVthreshold-CVbias)]比率；以及
基于相应于所述峰值位置指示坐标ppic的MVpeak、MVbias和所选择的索引专用的数据限制参数的集合来确定对于所述测量时间概貌数据的距离指示子集的数据限制信号电平MVthreshold包括确定MVthreshold，以使得[(MVpeak-MVbias)/(MVthreshold-MVbias)]＝CSthresh(ppic)。
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