CN109725323A - 位移传感器 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种位移传感器，在任意测量状态下，可获取来自对象物的反射信号的接收信号量的状态的TOF方式。位移传感器包括：射出部，周期性地射出脉冲信号；接收部，接收从射出部射出的脉冲信号由对象物反射所产生的反射信号，并输出表示此接收的反射信号的信号强度的二值化信号；波形累计部，以对应的脉冲信号的射出时机为基准，在每个对应的时间内对多个二值化信号的时间波形进行累积，由此生成累计波形；距离计算部，根据与累计波形中出现的脉冲信号的波形特征对应的波形特征，算出表示至对象物为止的距离的值；以及接收信号量计算部，根据累计波形中出现的一个或多个累积值所示的特征量，算出作为由接收部接收的反射信号的强度的接收信号量。

Description

位移传感器
技术领域
本发明涉及一种飞行时间(Time of Flight，TOF)方式的位移传感器。
背景技术
作为通过非接触来测量对象物的位移的方法之一，已知有TOF方式。在TOF方式中，朝对象物射出脉冲信号(典型的是脉冲光)，并且接收由对象物所反射的反射信号，根据此脉冲信号的射出与反射信号的接收的时间差，算出对象物的位移。
例如，日本专利特开2011-089986号公报(专利文献1)揭示如下的构成：每逢测定周期，在某一发送时间点发送信号，并且对接收信号进行扫描，持续多个测定周期对如此接收的信号进行累计，由此制作直方图(histogram)，并根据直方图的内插函数的过零点、极大、极小或反曲点来识别接收时间点。
[现有技术文献]
[专利文献]
专利文献1：日本专利特开2011-089986号公报
发明内容
[发明所要解决的问题]
在TOF方式中，根据来自对象物的反射信号，测量对象物的位移。另一方面，也存在依存于至对象物为止的距离及对象物表面的反射率等，而无法接收足够的反射信号的情况。在此种情况下，信噪(Signal to Noise，S/N)比实质上下降，无法实现精度高的测量。
所述日本专利特开2011-089986号公报(专利文献1)对此种课题未进行任何研究。
本发明的一个目的是提供一种在任意的测量状态下，可获取来自对象物的反射信号的接收信号量的状态的TOF方式的位移传感器。
[解决问题的技术手段]
本发明的某一实施方式的位移传感器包括：射出部，周期性地射出脉冲信号；接收部，接收从射出部射出的脉冲信号由对象物反射所产生的反射信号，并输出表示此接收的反射信号的信号强度的二值化信号；波形累计部，以对应的脉冲信号的射出时机为基准，在每个对应的时间内对多个二值化信号的时间波形进行累积，由此生成累计波形；距离计算部，根据与累计波形中出现的脉冲信号的波形特征对应的波形特征，算出表示至对象物为止的距离的值；以及接收信号量计算部，根据累计波形中出现的一个或多个累积值所示的特征量，算出作为由接收部接收的反射信号的强度的接收信号量。此处，所谓“一个或多个累积值所示的特征量”，是指在各时间内累积的结果之中，某一个或多个时间内的累积值所示的特征。例如，可着眼于某一特定的时间内的累积值(即，累积方向的大小)来决定特征量，也可以着眼于多个时间内的各自的累积值来决定特征量。即，在本发明中，通过利用反映至少一个累积值的某个值来算出接收信号量。
优选位移传感器更包括视觉化地输出表示所算出的接收信号量的大小的信息的输出部。
优选位移传感器更包括朝外部输出表示所算出的接收信号量的大小的信息的输出部。
优选射出部对应于所算出的接收信号量的大小，使射出的脉冲信号的强度及射出期间的长度中的至少一者变化。
优选接收部对应于所算出的接收信号量的大小，使对于反射信号的接收增益变化。
优选波形累计部对应于所算出的接收信号量的大小，使用来生成累计波形的二值化信号的时间波形的数量变化。
优选位移传感器更包括根据在距离计算部中算出的表示距离的值，判定有无对象物的存在的输出判定部，且输出判定部对应于所算出的接收信号量的大小，变更对存在对象物的判定结果与不存在对象物的判定结果进行切换的迟滞宽度(hysteresis width)。
优选接收信号量计算部根据累计波形中出现的对应于脉冲信号的上升部分或下降部分的区域的斜度的大小，算出接收信号量。
优选接收信号量计算部根据累计波形中出现的与事先决定的基准点建立关联的累积方向的大小，算出接收信号量。
优选接收信号量计算部根据累计波形中出现的与事先决定的基准点建立关联的累计波形所规定的面积，算出接收信号量。
优选位移传感器更包括对波形累计部所生成的累计波形进行滤波处理的滤波处理部。接收信号量计算部根据由滤波处理部进行滤波处理的累计波形，算出一个或多个累积值所示的特征量。
[发明的效果]
根据本发明的实施方式，能够实现一种在任意的测量状态下，可获取来自对象物的反射信号的接收信号量的状态的TOF方式的位移传感器。
附图说明
图1中的(A)是表示本实施方式的位移传感器的外观构成的立体图，图1中的(B)是在不同的视图中示出图1中的(A)的位移传感器的外观构成的立体图。
图2是用于说明利用本实施方式的位移传感器的位移测量的概要的示意图。
图3中的(A)至(D)是用于概述利用本实施方式的位移传感器的位移测量的处理的示意图。
图4是表示本实施方式的位移传感器的硬件构成的一例的示意图。
图5中的(A)至(C)是用于说明本实施方式的位移传感器中的粗略测量(roughmeasurement)的处理内容的示意图。
图6是用于说明本实施方式的位移传感器中的精密测量(fine measurement)的处理内容的示意图。
图7是表示通过本实施方式的位移传感器中的精密测量所生成的累计波形的一例的图。
图8中的(A)及(B)是用于说明本实施方式的位移传感器中的滤波处理的处理内容的示意图。
图9是表示通过本实施方式的位移传感器中的滤波处理所获得的累计波形的一例的图。
图10是用于说明本实施方式的位移传感器的输出判定部中所设定的迟滞的一例的图。
图11是用于说明在本实施方式的位移传感器中根据累计波形的斜度来算出接收信号量的方法的图。
图12是用于说明在本实施方式的位移传感器中根据累计波形的斜度来算出接收信号量的另一方法的图。
图13是用于说明在本实施方式的位移传感器中根据累计波形所规定的面积来算出接收信号量的方法的图。
图14中的(A)及(B)是用于说明本实施方式的位移传感器中的射出脉冲的强度调整的一例的图。
图15是用于说明本实施方式的位移传感器中的阈值判定中所使用的迟滞宽度的调整处理的一例的图。
符号的说明
1：位移传感器
2：框体
4：连接部
6：光收发部
10：发光元件
12：射出电路
20：光接收元件
22：接收电路
30：外部时钟
50：显示操作部
51：指示器
52：第1操作按钮
53：第2操作按钮
54：第3操作按钮
55：第1显示灯
56：第2显示灯
100：主处理部
102：脉冲产生部
104：计数器测量部
106：TDC延迟线
108：温度修正TDC延迟线
110：波形累计部
112：接收信号量计算部
114：滤波处理部
116：段数计算处理部
118：距离换算部
120：输出判定部
122：寄存器
124：接口部
130：振荡器
132：PLL
162、184、186：上升部分
164、166、182：下降部分
201、202、203、204：交叉点
205、206：差值
207：上侧累积值
208：下侧累积值
209：积分范围
1062.0～1062.m：延迟电路
1064.0～1064.m：D触发器
1066：触发器
CLK：测量用时钟
OBJ：对象物
具体实施方式
参照附图来详细说明本发明的实施方式。另外，对图中的相同或相当的部分标注相同符号，且不再重复其说明。
＜A.位移传感器的外观结构＞
首先，对本实施方式的位移传感器1的外观构成的一例进行说明。图1中的(A)是表示本实施方式的位移传感器1的外观构成的立体图，图1中的(B)是在不同的视图中示出图1中的(A)的位移传感器的外观构成的立体图。参照图1中的(A)及图1中的(B)，位移传感器1具有框体2，在框体2上配置有连接部4、光收发部6、及显示操作部50。
在连接部4中插入未图示的电源电缆、控制电缆、信号电缆等。光收发部6包含发光元件10及光接收元件20。
显示操作部50包括：配置在框体2的短边侧的一个侧面上的指示器51，配置在框体2的上侧的斜面上的第1操作按钮52及第2操作按钮53，以及配置在框体2的上表面上的第3操作按钮54、第1显示灯55、第2显示灯56。
关于分配给第1操作按钮52、第2操作按钮53及第3操作按钮54的功能，以及第1显示灯55及第2显示灯56所示的信息等，可任意地设计。
＜B.TOF方式的位移传感器的概要＞
继而，对TOF方式的位移传感器的概要进行说明。本实施方式的位移传感器1采用作为TOF方式的一例的二值方式(脉冲方式)。在二值方式中，朝对象物射出脉冲信号，对从对象物反射所产生的反射信号进行统计处理后，特定与所射出的脉冲信号的边缘(上升部分和/或下降部分)对应的部分，由此测量至对象物为止的位移。
在以下的说明中，对使用光作为脉冲信号的媒介的情况进行例示，但并不限定于此，也可以使用声波或其他信号媒介。
图2是用于说明利用本实施方式的位移传感器1的位移测量的概要的示意图。参照图2，位移传感器1从发光元件10朝对象物OBJ射出脉冲信号(以下也称为“射出脉冲”)。通过光接收元件20来接收射出脉冲由对象物OBJ反射所产生的光。
射出脉冲和反射信号之间所产生的时间差Δt与位移传感器1和对象物OBJ之间的距离L成比例。因此，通过测量时间差Δt，可算出从位移传感器1至对象物OBJ为止的距离L。
另一方面，时间差Δt相当于从位移传感器1至对象物OBJ为止的距离L的2倍除以光速所得的值，因此非常短。因此，在利用如后述般的将多个延迟元件串联多段连接而成的时间数字转换器(Time to Digital Converter，TDC)延迟线等后，根据将射出脉冲持续射出几次所获得的结果的集合，进行统计来决定时间差Δt(距离L)。
图3中的(A)至图3中的(D)是用于概述利用本实施方式的位移传感器1的位移测量的处理的示意图。在图3中的(A)中，表示从发光元件10中射出的射出脉冲的时间波形的一例。在图3中的(B)中，表示通过所射出的射出脉冲由对象物OBJ反射，并射入光接收元件20中所产生的信号(以下，也称为“接收信号”)的时间波形的一例。
在图3中的(A)中所示的时间波形中，出现射出脉冲的上升部分162及下降部分182，在图3中的(B)中所示的接收信号中，也出现与射出脉冲的上升部分162及下降部分182分别对应的下降部分164及上升部分184。另外，在图3中的(B)中所示的接收信号中，为了方便进行信号处理，射出脉冲的强度方向反转。在接收信号中出现多个脉冲状的时间波形。
图3中的(B)中所示的接收信号通过事先决定的采样周期来二值化。在图3中的(C)中，表示经二值化的接收信号(以下，也称为“二值化信号”)时间波形的一例。
图3中的(C)中所示的二值化信号是以共同的时间基准(图3中的(A)中所示的射出开始时机)为基准，持续累积多次。即，在各测量周期朝对象物OBJ射出图3中的(A)中所示的射出脉冲，并以各个射出开始时机为基准，在时间轴上对通过各个射出脉冲的射出所产生的各个二值化信号进行信号累计。在图3中的(D)中，表示信号累计的结果的一例。
在各个二值化信号中，对应的接收信号超过事先决定的信号强度的区间变成“1”，其以外的区间变成“0”。对此种二值化信号持续进行N次信号累计，由此N次的二值化信号之中，信号强度为“1”的概率高的区间表示接近“N”的值，并非如此的区间表示接近“0”的值。在图3中的(D)中，累积值相当于表示N次的信号累计之中，在何种程度的次数中对应的区间表示“1”的概率。
通过如所述般的N次的信号累计，对通过射出脉冲的射出而从对象物OBJ中产生的反射信号进行统计处理。其结果，如图3中的(D)所示，可特定对应于从位移传感器1至对象物OBJ为止的距离的与射出脉冲的上升部分162及下降部分182分别对应的下降部分166及上升部分186。
最终，可根据射出脉冲的上升部分162与累计波形的下降部分166的时间差、或射出脉冲的下降部分182与累计波形的上升部分186的时间差，测量位移传感器1与对象物OBJ的距离。
＜C.位移传感器的硬件构成＞
继而，对本实施方式的位移传感器1的硬件构成的一例进行说明。图4是表示本实施方式的位移传感器1的硬件构成的一例的示意图。参照图4，位移传感器1包括：主处理部100、发光元件10、射出电路12、光接收元件20、接收电路22、外部时钟30、及显示操作部50。
发光元件10及射出电路12作为将射出脉冲周期性地朝对象物OBJ射出的射出部发挥功能。发光元件10例如包含发光二极管(Light Emitting Diode，LED)或激光二极管(Laser Diode，LD)等半导体发光元件。射出电路12接受来自主处理部100的指令(时机指令及强度指令)，并供给用于驱动发光元件10的电力。
光接收元件20及接收电路22作为用于接收来自对象物OBJ的反射信号的接收部发挥功能。光接收元件20接收来自发光元件10的射出脉冲由对象物OBJ反射所产生的反射信号。光接收元件20例如包含光敏二极管(Photo Diode，PD)等半导体光接收元件。接收电路22输出将从光接收元件20中输出的接收信号加以二值化而成的二值化信号。如此，包含光接收元件20及接收电路22的接收部接收从射出部(发光元件10及射出电路12)中射出的射出脉冲由对象物OBJ反射所产生的反射信号，并输出表示此接收的反射信号的信号强度的二值化信号。
主处理部100是担当位移传感器1中的主要的处理的部分，典型的是包含现场可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array，FPGA)或专用集成电路(ApplicationSpecific Integrated Circuit，ASIC)等安装硬件的电路。但是，也可以通过安装软件来实现至少一部分。即，也可以通过任意的处理器执行程序，而实现如后述般的处理或功能。
主处理部100对射出部(发光元件10及射出电路12)输出指示射出脉冲的射出开始的时机指令及指示射出脉冲的强度的强度指令，并且从接收部(光接收元件20及接收电路22)输入二值化信号。主处理部100对显示操作部50输出处理结果等，并且接收表示对于显示操作部50的用户操作的信息。
更具体而言，主处理部100包括：脉冲产生部102、计数器测量部104、TDC延迟线106、温度修正TDC延迟线108、波形累计部110、接收信号量计算部112、滤波处理部114、段数计算处理部116、距离换算部118、输出判定部120、寄存器122、接口部124、锁相回路(PhaseLocked Loop，PLL)132、及振荡器130。
在图4中，作为一例，表示通过粗略测量及精密测量的两个阶段来算出位移(从位移传感器1至对象物OBJ为止的距离)的构成例。
脉冲产生部102对射出电路12输出与射出脉冲的射出周期(测量周期)及强度(射出脉冲的振幅)相关的指令。脉冲产生部102按照来自接收信号量计算部112的强度指令决定射出脉冲的强度，并且也将表示射出脉冲的射出周期(测量周期)的时机指令输出至计数器测量部104中。
计数器测量部104是担当粗略测量的电路，其将来自接收电路22的二值化信号的时间变化(以下，为了便于说明，也称为“时间波形”)持续保持规定期间，并且将规定期间的时间波形持续累积规定次数，由此算出射出脉冲与反射信号之间所产生的时间差。
TDC延迟线106、温度修正TDC延迟线108、波形累计部110、滤波处理部114、段数计算处理部116、及距离换算部118是担当精密测量的电路。
TDC延迟线106包含经串联多段连接的多个延迟元件(即，多段的延迟元件群)，其将来自接收电路22的二值化信号的时间波形持续保持规定期间，并且朝波形累计部110中输出此经保持的规定期间的时间波形。
温度修正TDC延迟线108是用于获取用来修正构成TDC延迟线106的各延迟元件中所产生的延迟时间的变动(主要是温度因素)的信息的电路，与TDC延迟线106同样地，包含经串联多段连接的多个延迟元件(即，多段的延迟元件群)。温度修正TDC延迟线108在事先决定的期间之内被激活。根据此时被激活的延迟元件的段数与此事先决定的期间之内的关系，算出一个延迟元件中所产生的延迟时间。
波形累计部110通过将TDC延迟线106中所保持的规定期间的时间波形累积多次来生成累计波形，并朝接收信号量计算部112及滤波处理部114中输出。即，波形累计部110将对应的射出脉冲的射出时机作为共同的基准，在每个对应的时间内积存相对于多个射出脉冲所产生的多个二值化信号的时间波形，由此生成累计波形。累计波形相当于表示在各时间内二值化信号接通的概率的一种直方图。
滤波处理部114对来自波形累计部110的累计波形进行滤波处理后，朝段数计算处理部116中输出滤波后的累计波形。即，滤波处理部114对波形累计部110所生成的累计波形进行滤波处理。
段数计算处理部116根据来自滤波处理部114的滤波后的累计波形，算出相当于射出脉冲与反射信号之间所产生的时间差的延迟元件的段数。
距离换算部118根据来自段数计算处理部116的段数、及来自温度修正TDC延迟线108的一个延迟元件中所产生的延迟时间，算出从将射出脉冲射出至在反射信号中出现特征点为止的时间，并最终算出从位移传感器1至对象物OBJ为止的距离(位移)。
段数计算处理部116及距离换算部118作为根据与累计波形中出现的射出脉冲的波形特征(射出脉冲的边缘(上升部分和/或下降部分))对应的波形特征，算出表示至对象物OBJ为止的距离的值的距离计算部发挥功能。
通过如以上般的功能，而算出从位移传感器1至对象物OBJ为止的距离。
接收信号量计算部112根据累计波形中出现的一个或多个累积值所示的特征量，算出作为由接收部(光接收元件20及接收电路22)接收的反射信号的强度的接收信号量(由反射信号所产生的接收信号的强度)。此算出的接收信号量(信号的接收信号量)相当于此测量状态下的信噪(Signal to Noise，S/N)比，可评价为接收信号量越大，测量稳定性越高，另外，可评价为接收信号量越大，测量分辨率也越高。接收信号量计算部112中的接收信号量的算出处理的详细情况将后述。
输出判定部120判定在距离换算部118中算出的距离是否满足事先决定的条件，并朝显示操作部50中输出其判定结果。典型的是当从位移传感器1至对象物OBJ为止的距离为事先决定的值以下时，也可以输出表示对象物OBJ的检测的信号。典型的是输出判定部120根据在距离计算部(段数计算处理部116及距离换算部118)中算出的表示距离的值，判定有无对象物OBJ的存在。
寄存器122暂时地储存来自距离换算部118的距离、及来自接收信号量计算部112的接收信号量，并朝接口部124中输出。接口部124根据储存在寄存器122中的值等，逐步更新显示操作部50的指示器51(参照图1等)的显示。
外部时钟30产生用于驱动主处理部100的各部的参照时钟。作为外部时钟30，例如可使用石英振子等。振荡器130按照来自外部时钟30的参照时钟，产生内部时钟。来自振荡器130的内部时钟被提供至PLL132中。
PLL132按照来自振荡器130的内部时钟，供给用于驱动TDC延迟线106及温度修正TDC延迟线108、以及构成主处理部100的各部的测量用时钟。
关于显示操作部50，由于参照图1进行了说明，因此省略详细的说明。
＜D.测量处理的概要＞
继而，对本实施方式的位移传感器1中的两阶段的测量(粗略测量及精密测量)的详细情况进行说明。
(d1：粗略测量：计数器测量部104)
本实施方式的位移传感器1中的粗略测量由计数器测量部104来执行。计数器测量部104根据测量用时钟CLK及使测量用时钟CLK进行相移而成的时钟，与时间建立关联来收集二值化信号。针对多个射出周期(测量周期)测量所收集的二值化信号的时间波形。对时间波形持续测量规定次数(例如，n个样品)，在分别进行了测量的多个时间波形的期间内，累积每个对应的时间(采样时机)的二值化信息。即，若将二值化信息的时间波形测量N次，则针对各采样时机可获得N次的二值化信息，因此在各采样时机累积N次的二值化信息，由此可算出累计波形。
图5中的(A)至图5中的(C)是用于说明本实施方式的位移传感器1中的粗略测量的处理内容的示意图。在图5中的(A)中，表示射出脉冲的时间波形的一例，在图5中的(B)中，表示图5中的(A)中所示的射出脉冲由对象物OBJ反射所产生的反射信号的时间波形的一例。在图5中的(B)中，表示从光接收元件20中输出的信号强度的时间波形(二值化处理前的状态)。
如图5中的(A)及图5中的(B)所示，在本实施方式的位移传感器1中，测量射出脉冲与反射信号之间所产生的时间差。计数器测量部104决定用于规定精密测量的实效范围的时机(对于朝TDC延迟线106的移动动作的停止时机)。即，计数器测量部104决定精密测量中所使用的TDC延迟线106的停止时机。
在图5中的(C)中，表示对N次的二值化信号进行累积所获得的累计波形的一例。例如，也可以算出相当于射出脉冲的上升部分的累计波形中的波形边缘与判定阈值的交叉点(基准点)，并根据此算出的基准点决定对于TDC延迟线106的停止时机。在图5中的(C)中，表示将在波形边缘与判定阈值的交叉点(基准点)之后到来的采样时机决定为停止时机的例子。
另外，也可以将相当于累计波形的下降部分的波形边缘与判定阈值的交叉点用作基准点。进而，也可以使用累计波形中所含有的特征点(例如最大值、最小值、极大值、极小值等)。
如所述般的粗略测量在精密测量之前执行，通过测量N次的二值化信号的时间波形，决定后续的测量周期内的精密测量中所使用的对于TDC延迟线106的停止时机。
(d2：精密测量：TDC延迟线106及波形累计部110)
本实施方式的位移传感器1中的精密测量主要由TDC延迟线106及波形累计部110来执行。TDC延迟线106将所输入的二值化信号输入至经串联多段连接的延迟元件中，并且对应于表示由计数器测量部104所决定的停止时机的停止信号，一并导入同一时机的各延迟元件的值，由此获取二值化信息的波形数据。
波形累计部110将二值化信息的波形数据累积M次，由此对每个对应的段数(延迟元件的位置)的二值化信息进行累积。即，波形累计部110若获取M次二值化信息的波形数据，则针对各段数可获得M次的二值化信息，因此通过对针对同一段数的二值化信息(M个)进行累积，可算出累计波形。
图6是用于说明本实施方式的位移传感器1中的精密测量的处理内容的示意图。参照图6，TDC延迟线106包括：经串联多段连接的延迟电路1062.0～延迟电路1062.m、与延迟电路1062.0～延迟电路1062.m分别建立了对应的D触发器1064.0～D触发器1064.m、及触发器1066。
在TDC延迟线106中，二值化信号被输入至延迟电路1062.0的第1输入端口(CI)中。在延迟电路1062.0～延迟电路1062.m的各自的第2输入端口中输入有“1”(真)。其结果，被输入至第1输入端口(CI)中的值被直接从延迟电路1062.0的输出端口(CO)中输出。但是，从某个值被输入至延迟电路1062.0的第1输入端口(CI)中至此值被从输出端口(CO)中输出为止，产生为了使延迟电路1062.0的内部状态变化而需要的延迟时间。即，在被输入至延迟电路1062.0中的二值化信号中附加相当于延迟电路1062.0的动作时间的延迟时间。
在延迟电路1062.1～延迟电路1062.m的各者中也同样地依次附加延迟时间，因此分别从延迟电路1062.0～延迟电路1062.m的输出端口(CO)中输出的值相当于将被输入至TDC延迟线106中的二值化信号的时间波形错开各个对应于段数的延迟时间而分别进行了采样的值。如此，延迟电路1062.1～延迟电路1062.m的各者相当于延迟元件。
D触发器1064.0～D触发器1064.m相当于对应于停止信号，对分别从延迟电路1062.0～延迟电路1062.m的输出端口(CO)中输出的值进行锁存的电路。更具体而言，分别从延迟电路1062.0～延迟电路1062.m的结果输出端口(S0～Sm)中输出的值被输入至D触发器1064.0～D触发器1064.m的D端口中。
触发器1066的反转输出被提供至D触发器1064.0～D触发器1064.m的激活端口(EN)中。另外，来自计数器测量部104的停止信号被输入至D触发器1064.0～D触发器1064.m的触发端口中。D触发器1064.0～D触发器1064.m为边缘触发型，在停止信号中产生了变化的时机，即从计数器测量部104中输出了停止信号的时机激活。
另外，触发器1066通过测量用时钟CLK来驱动，并且来自计数器测量部104的停止信号被输入至触发端口中。触发器1066为边缘触发型的触发器。
在如图6所示的电路构成中，在输入来自计数器测量部104的停止信号之前，输入有二值化信号，依次仅错开延迟电路1062.0～延迟电路1062.m的各者中产生的延迟时间的波形位置的值得到保持及更新。另外，触发器1066为未激活状态，作为触发器1066的反转输出的“1”(真)被提供至D触发器1064.0～D触发器1064.m的激活端口(EN)中。
此处，若输入来自计数器测量部104的停止信号，则D触发器1064.0～D触发器1064.m激活，D触发器1064.0～D触发器1064.m导入分别从延迟电路1062.0～延迟电路1062.m的结果输出端口(S0～Sm)输出的值。
继而，触发器1066被激活，作为触发器1066的反转输出的“0”(假)被提供至D触发器1064.0～D触发器1064.m的激活端口(EN)中。由此，在D触发器1064.0～D触发器1064.m中，来自延迟电路1062.0～延迟电路1062.m的结果输出端口(S0～Sm)的值的导入无效化。进而，D触发器1064.0～D触发器1064.m未激活。
通过此种一连串的动作，而导入从计数器测量部104输入了停止信号的时机中的延迟电路1062.0～延迟电路1062.m各自所保持的值D0～值Dm。获取包含值D0～值Dm的二值化信息的波形数据。此种二值化信息的波形数据仅被朝波形累计部110中输出M次。
在波形累计部110中，对M次的二值化信息的波形数据进行累积，而生成累计波形。
图7是表示通过本实施方式的位移传感器1中的精密测量所生成的累计波形的一例的图。参照图7，针对每个延迟电路1062.1～延迟电路1062.m(即，D触发器1064.0～D触发器1064.m)的段数算出累积值。另外，段数越大，延迟时间变得越大，因此越是图7中所示的波形的右侧，表示越早的时机的值。即，二值化信号的时间轴变成与图5中所示者相反，右侧变成过去侧，左侧变成当前侧。如此，段数越小，表示时间越新(距离越远)的波形。其结果，如图7所示，在纸面右侧产生射出脉冲的上升部分，在纸面左侧产生射出脉冲的下降部分。
从位移传感器1至对象物OBJ为止的距离例如根据对应于相当于射出脉冲的上升部分的累计波形中的波形边缘与判定阈值的交叉点的段数来算出。
另外，在本实施方式的位移传感器1中，TDC延迟线106中的段数的算出处理在滤波处理后执行，因此在波形累计部110中不执行。
如以上般，在本实施方式的位移传感器1的精密测量中，关于被输入至TDC延迟线106中的二值化信号，根据由计数器测量部104(粗略测量)所决定的停止时机，在同一时机导入二值化信号的各部的值。将此种各部的值的导入持续多个测量周期来重复执行，直至达到规定的累积次数(M回)为止，对所导入的各个二值化信息进行各时间(段数)的M次累积。由此，可算出累计波形。
另外，在图6中，为了便于说明，表示经串联多段连接的延迟元件列仅存在一排的构成例，但也可以并列地配置多个经串联多段连接的延迟元件列。在此情况下，二值化信号被并列地输入至各个延迟元件列中。波形累计部110对从各个延迟元件列中导入的波形数据进行累积。即，当TDC延迟线106包含多排的延迟元件群时，对全排的累计结果进行合计。
另外，在图6中例示了将延迟电路1062.0～延迟电路1062.m用作延迟元件的构成，但并不限定于此，可将任意的元件用作延迟元件。典型的是也可以使用反相器电路或触发器电路等。即，只要是存在至少一个栅极的电路，则可作为延迟元件发挥功能。
(d3：滤波处理部114及段数计算处理部116)
继而，对针对通过精密测量所获取的累计波形的滤波处理及段数算出处理进行说明。
滤波处理部114对通过波形累计部110所获取的累计波形执行滤波处理。滤波处理是将由减少噪声所带来的精度改善作为目标者。
图8中的(A)及图8中的(B)是用于说明本实施方式的位移传感器1中的滤波处理的处理内容的示意图。在图8中的(A)中表示用于滤波处理的滤波的一例。图8中的(A)中所示的滤波是一种加权移动平均滤波，对位于关注点的附近的值进行加权后进行累计，由此算出此关注点的值。
在图8中的(B)中表示滤波处理的一例。某一关注点的值通过对此关注点的附近的值进行加权后进行累计来算出。
图8中的(A)中所示的滤波是将关注点作为中心对附近±7区域的值进行加权后进行累计。在图8中的(A)中所示的滤波中，将权重均设定为“1”，由此算出附近±7区域的平均值。即，通过将权重均设定为“1”，可用作平滑化滤波。
图9是表示通过本实施方式的位移传感器1中的滤波处理所获得的累计波形的一例的图。在图9中，表示在图8中的(A)中所示的滤波中，将权重均设定为“1”时所获得的波形的一例。如图9所示，可知通过执行滤波处理，累计波形的振幅被放大，并且上升部分中所含有的噪声成分减少。
另外，也可以对所算出的累计波形进行内插处理来代替滤波处理部114中的滤波处理，或者除滤波处理以外，对所算出的累计波形进行内插处理，由此提升时间方向(段数方向)的分辨率。
段数计算处理部116对如图9所示的滤波处理后的累计波形中所含有的特征点进行探索，由此算出用于计算射出脉冲与反射信号之间所产生的时间差Δt的段数。
在图9中，表示根据对应于作为所射出的射出脉冲的边缘的下降部分的累计波形的下降部分与判定阈值的交叉点，算出段数的处理。另外，从纸面左侧算出段数。另外，也可以使用累计波形中所含有的特征点(例如最大值、最小值、极大值、极小值等)。
如此，滤波处理部114将通过对在TDC延迟线106中导入的所有二值化信息的波形数据进行累计所生成的累计波形作为对象。例如，当TDC延迟线106具有两排经串联多段连接的延迟元件时，在每一排的累积次数(相当于所述M次)为1024次的情况下，可生成两排合计的累积次数为2048次的累计波形。
另外，滤波处理部114中所使用的滤波的宽度及权重事先任意地设定。或者，也可以对应于状况而动态地设定。
最终，段数计算处理部116根据从滤波处理部114中输出的滤波后的累计波形决定交叉点，并算出段数。
(d4：距离换算部118及温度修正TDC延迟线108)
距离换算部118通过使由段数计算处理部116所算出的段数乘以各延迟元件中产生的延迟时间，而算出射出脉冲与反射信号之间所产生的时间差Δt，即位移传感器1与对象物OBJ之间的距离L。各延迟元件中产生的延迟时间是使用温度修正TDC延迟线108来算出。
温度修正TDC延迟线108包含与构成TDC延迟线106的延迟元件相同的延迟元件。温度修正TDC延迟线108优选以变成与TDC延迟线106相同的温度条件的方式，在共同的基板或半导体上形成TDC延迟线106及温度修正TDC延迟线108。
在已知的期间之内将温度修正TDC延迟线108激活的处理被重复执行。根据将温度修正TDC延迟线108激活的期间与在此期间中被激活的延迟元件的段数，可算出各延迟元件的延迟时间。
如此，距离换算部118根据由段数计算处理部116所算出的段数，算出射出脉冲与反射信号之间所产生的时间差Δt，即位移传感器1与对象物OBJ之间的距离L。
(d5：输出判定部120)
输出判定部120将由距离换算部118所算出的位移传感器1与对象物OBJ之间的距离L和事先决定的阈值进行比较，在所算出的距离L超过阈值的情况、或所算出的距离L低于阈值的情况下，输出接通/断开(或者检测/非检测)的判定结果。也可以对应于来自输出判定部120的判定结果，使配置在框体2中的指示器51、第1显示灯55、第2显示灯56的点灯状态变化。
除阈值以外，也可以设定规定范围的迟滞，以使来自输出判定部120的判定结果在短时间内不产生变动(所谓的振动(chattering))。
图10是用于说明本实施方式的位移传感器1的输出判定部中所设定的迟滞的一例的图。参照图10，例如在所算出的距离低于事先设定的阈值的情况下，设想输出意味着对象物OBJ的存在的“接通”的情况。
如图10所示，若所算出的距离低于阈值，则输出“接通”作为判定结果。此后，即便所算出的距离已超过阈值，也继续“接通”的输出，在从阈值超过规定宽度(迟滞)的情况下，解除“接通”的输出。
如此，通过相对于事先设定的阈值设定迟滞，即便在所算出的距离中产生了变动，也可以防止判定输出断续地变化的状态。
＜E.接收信号量算出处理＞
继而，对本实施方式的位移传感器1的接收信号量计算部112中的接收信号量算出处理的详细情况进行说明。在先前的二值方式(脉冲方式)中，无法测量接收信号量，即来自发光元件10的射出脉冲由对象物OBJ反射所产生的反射信号的强度。其原因在于：对反射信号进行二值化。
相对于此，本实施方式的位移传感器1测量或推断相对于射出脉冲的来自对象物OBJ的反射信号的强度(接收信号量)，并根据通过此测量或推断所获得的结果，实现射出脉冲的强度调整等测量状态的适当化。更具体而言，接收信号量计算部112根据从波形累计部110中输出的累计波形、或从滤波处理部114中输出的滤波后的累计波形，算出一个或多个累积值所示的特征量。
以下，对根据一个或多个累积值所示的特征量的接收信号量的算出处理的若干方法进行说明。
(e1：利用累计波形的斜度的方法：其一)
首先，对将累计波形中出现的斜度用作一个或多个累积值所示的特征量来算出接收信号量的方法进行说明。
图11是用于说明在本实施方式的位移传感器1中根据累计波形的斜度来算出接收信号量的方法的图。参照图11，关于从波形累计部110中输出的累计波形、或从滤波处理部114中输出的滤波后的累计波形，着眼于此累计波形中的波形边缘。另外，虽然也可以对从波形累计部110中输出的累计波形进行如后述般的处理，但使用从滤波处理部114中输出的滤波后的累计波形可实现更稳定的处理。
作为累计波形的斜度的一例，在图11中，表示算出累计波形中的波形边缘的斜度(相对于时间的累积值的变化量)的方法。累计波形中的波形边缘的斜度相当于对应于射出脉冲的上升部分或下降部分的区域的斜度，根据此斜度的大小来算出接收信号量。
作为算出累计波形中的波形边缘的斜度的具体的程序，算出累计波形中的波形边缘与判定阈值的交叉点(基准点)，在时间轴(段数轴)上，在相对于此基准点前后的方向上分别决定与斜度算出用高阈值及斜度算出用低阈值的交叉点201及交叉点202。
根据交叉点201与交叉点202的坐标位置，算出累计波形中的波形边缘的斜度。即，可作为累计波形中的波形边缘的斜度＝(对应于交叉点201的累积值与对应于交叉点202的累积值的差)/(对应于交叉点201的时间与对应于交叉点202的时间的差)来算出。
以所述方式算出的累计波形中的波形边缘的斜度越陡峭，可判定接收信号量越大。因此，通过使所算出的斜度的大小乘以固定系数，可算出接收信号量。或者，也可以使用包含所算出的斜度作为变数的多维函数来算出接收信号量。进而，通过参照事先规定了斜度的大小与接收信号量的关系的表格，可决定对应于所算出的斜度的接收信号量。
通过如以上般的处理程序，可算出在位移传感器1中所接收的反射信号的强度，即接收信号量。当此算出的接收信号量从事先决定的适当的范围内脱离时，也可以执行如后述般的将测量状态加以适当化的处理。
(e2：利用累计波形的斜度的方法：其二)
如所述般的累计波形中出现的斜度也可以利用时间宽度而非阈值来算出。
图12是用于说明在本实施方式的位移传感器1中根据累计波形的斜度来算出接收信号量的另一方法的图。在图12中，表示算出累计波形中的波形边缘的斜度(相对于时间的累积值的变化量)的另一方法。作为算出此累计波形中的波形边缘的斜度的具体的程序，算出累计波形中的波形边缘与判定阈值的交叉点(基准点)，在时间轴(段数轴)上，分别设定相对于此基准点前后的规定时间宽度(判定时间)，并将各个判定时间宽度内的累积值分别决定为交叉点203及交叉点204。
根据交叉点203与交叉点204的坐标位置，算出累计波形中的波形边缘的斜度。即，可作为累计波形中的波形边缘的斜度＝(对应于交叉点203的累积值与对应于交叉点204的累积值的差)/(2×判定时间)来算出。
以所述方式算出的累计波形中的波形边缘的斜度越陡峭，可判定接收信号量越大。因此，通过使所算出的斜度的大小乘以固定系数，可算出接收信号量。或者，也可以使用包含所算出的斜度的大小作为变数的多维函数来算出接收信号量。进而，通过参照事先规定了斜度的大小与接收信号量的关系的表格，可决定对应于所算出的斜度的接收信号量。
通过如以上般的处理程序，可算出在位移传感器1中所接收的反射信号的强度，即接收信号量。当此算出的接收信号量从事先决定的适当的范围内脱离时，也可以执行如后述般的将测量状态加以适当化的处理。
(e3：通过分析来决定累计波形的斜度的方法)
在所述说明中，对根据累计波形或滤波后的累计波形，获取用于算出接收信号量的特征量的方法进行了说明，但也可以通过分析来决定此种特征量。
具体而言，例如也可以针对从波形累计部110中输出的累计波形、或从滤波处理部114中输出的滤波后的累计波形，规定多个设想的斜度曲线，分别算出各个斜度曲线与累计波形之间的相关值，并决定表示最高的相关值的斜度曲线，由此算出对应于此决定的斜度曲线的接收信号量。
在此情况下，可根据规定斜度曲线的参数来算出接收信号量，也可以事先规定对应于各斜度曲线的接收信号量，并输出对应于表示最高的相关值的斜度曲线的接收信号量。
(e4：利用累计波形所示的高度的方法：其一)
继而，对将累计波形所示的高度(累积值的大小)用作一个或多个累积值所示的特征量来算出接收信号量的方法进行说明。此时，也可以根据累计波形中出现的与事先决定的基准点(例如，累计波形中的波形边缘与判定阈值的交叉点)建立关联的累积方向的大小，算出接收信号量。
作为算出累计波形所示的高度的具体的程序，也可以决定所述图12中所示的交叉点203或交叉点204，并根据所决定的任一个交叉点的累积值的大小，算出接收信号量。此时，可使用对应于所决定的交叉点203或交叉点204的累积值本身，也可以使用对应于各交叉点的累积值与判定阈值的差值205或差值206。
通过使对应于交叉点的累积值、或者差值205或差值206的大小乘以固定系数，可算出接收信号量。或者，也可以使用包含对应于交叉点的累积值、或者差值205或差值206的大小作为变数的多维函数来算出接收信号量。进而，通过参照事先规定了对应于交叉点的累积值、或者差值205或差值206的大小与接收信号量的关系的表格，可决定对应于所算出的斜度的接收信号量。
(e5：利用累计波形所示的高度的方法：其二)
继而，对将累计波形所示的高度(累积值的大小)用作一个或多个累积值所示的特征量来算出接收信号量的另一方法进行说明。此时，也可以根据累计波形中出现的与事先决定的基准点(例如，累计波形中的波形边缘与判定阈值的交叉点)建立关联的累积方向的大小，算出接收信号量。
作为算出此累计波形所示的高度的具体的程序，也可以决定所述图12中所示的交叉点203或交叉点204，并根据所决定的任一个交叉点间的差值(差值205与差值206的绝对值和)，算出接收信号量。
通过使交叉点间的差值乘以固定系数，可算出接收信号量。或者，也可以使用包含交叉点间的差值的大小作为变数的多维函数来算出接收信号量。进而，通过参照事先规定了交叉点间的差值的大小与接收信号量的关系的表格，可决定对应于所算出的斜度的接收信号量。
另外，作为基准点，也可以采用将累积方向的最大值作为基准的值(例如，累积方向的最大值的1/2的水准等)。
(e6：利用累计波形所规定的面积的方法)
继而，对将累计波形所规定的面积用作一个或多个累积值所示的特征量来算出接收信号量的方法进行说明。此时，也可以根据累计波形中出现的与事先决定的基准点(例如，累计波形中的波形边缘与判定阈值的交叉点)建立关联的累计波形所规定的面积，算出接收信号量。
图13是用于说明在本实施方式的位移传感器1中根据累计波形所规定的面积来算出接收信号量的方法的图。在图13中，表示算出累计波形中的波形边缘的斜度所规定的面积的方法。作为算出累计波形所规定的面积的具体的程序，算出累计波形中的波形边缘与判定阈值的交叉点(基准点)，在时间轴(段数轴)上，分别设定相对于此基准点前后的规定时间宽度(判定时间)。将包含两个判定时间宽度的范围规定为积分范围209。
横跨积分范围209，对判定阈值与累计波形之间的差值的绝对值进行累计，由此可算出上侧累积值207及下侧累积值208的面积的大小。积分范围209相当于累计波形中的波形边缘的部分，此波形边缘的斜度越陡峭，可判定接收信号量越大。即，所算出的上侧累积值207的面积与下侧累积值208的面积的合计越大，可判定接收信号量越大。
因此，通过使所算出的合计面积的大小乘以固定系数，可算出接收信号量。或者，也可以使用包含所算出的合计面积的大小作为变数的多维函数来算出接收信号量。进而，通过参照事先规定了合计面积的大小与接收信号量的关系的表格，可决定对应于所算出的斜度的接收信号量。
通过如以上般的处理程序，可算出在位移传感器1中所接收的反射信号的强度，即接收信号量。当此算出的接收信号量从事先决定的适当的范围内脱离时，也可以执行如后述般的将测量状态加以适当化的处理。
另外，在图13中，作为算出面积的程序，对将判定阈值作为基准，算出累计波形所规定的面积的处理进行了例示，但并不限定于此，成为基准的累积值可任意地决定。例如，也可以将变成二值化信号的时间波形的总累积次数(即，图13中所示的累积值的理论上的最大值)的1/2的位置作为基准，算出由成为此基准的累积值与累计波形所规定的面积。
(e7：统计性的处理)
为了便于说明，在所述处理中，对根据一个累计波形或滤波后的累计波形来算出接收信号量的方法进行了说明，但也可以根据多个累计波形来分别算出接收信号量，并对这些接收信号量应用平均化等统计处理，由此算出成为代表值的接收信号量。
＜F.装置输出＞
通过如所述般的方法所算出的接收信号量也可以面向用户等而朝传感器外部输出。
(f1：视觉化输出)
本实施方式的位移传感器1具有视觉化地输出表示所算出的接收信号量的大小的信息的输出部。图1中所示的指示器51、第1显示灯55、第2显示灯56等对应于此种输出部。
更具体而言，也可以在配置在框体2中的指示器51(参照图1)中显示表示所算出的接收信号量的数值或表示接收信号量的程度的仪表等。进而，在所算出的接收信号量低于事先决定的下限阈值的情况等下，也可以进行用于向用户通知此意思的显示形态的变化(例如，闪烁或警告显示)等。
另外，也可以对应于所算出的接收信号量，使配置在框体2中的第1显示灯55和/或第2显示灯56的点灯状态变化。例如，在所算出的接收信号量超过下限阈值的情况下，也可以使显示灯点灯或显示蓝色，在所算出的接收信号量低于下限阈值的情况下，也可以使显示灯熄灯或显示红色。
如此，以可辨认所算出的接收信号量的形态朝用户输出，由此用户看一眼便可掌握使用位移传感器1的测量是否正稳定地实施。
另外，除如所述般的视觉化的输出以外，在所算出的接收信号量低于下限阈值的情况下，也可以产生警告音或警报等。通过使用此种视觉化的通知手段，可迅速地知道在位移传感器1的测量状态中产生了某种不良情况。
(f2：外部输出)
也可以经由任意的信号线、通信手段或接口，将如所述般的经由指示器51、第1显示灯55、第2显示灯56来通知的内容输出至位移传感器1以外的外部装置中。即，本实施方式的位移传感器1也可以具有朝外部输出表示所算出的接收信号量的大小的信息的输出部。
作为经由任意的信号线的输出形态，设想模拟输出或数字输出。在模拟输出的情况下，也可以准备数字模拟(Digital to Analog，D/A)转换器等，输出对应于所算出的接收信号量的大小的电流值(例如4mA～20mA的范围)或电压值(例如1V～5V的范围、或0V～5V)。在数字输出的情况下，也可以输出表示所算出的接收信号量是否超过事先决定的阈值的接通/断开(ON/OFF)信号。在此情况下，可使用用于对所算出的接收信号量与阈值进行比较的比较器及继电器电路等来实现。
为了进行此种经由信号线的外部输出而需要的构成例如只要安装在接口部124(参照图4)等中即可。
进而，作为任意的通信手段或接口，例如设想串行通信、并行通信、局域网(LocalAreaNetwork，LAN)等有线通信手段，无线LAN或蓝牙(Bluetooth)(注册商标)等无线通信手段，各种存储卡等。
通过安装此种朝传感器外部的信息的输出手段，可更容易地实现包含位移传感器1的生产装置等的构成。另外，对于用户来说，由于可知道所算出的具体的接收信号量，因此可容易地掌握所测量的距离的可靠性处于何种程度。
＜G.测量状态的适当化处理＞
也可以使用通过如所述般的方法所算出的接收信号量，将测量状态加以适当化。另外，以下所说明的各种处理可适宜组合。
(g1：射出脉冲的强度调整)
首先，对通过对应于所算出的接收信号量来调整射出脉冲的强度，将测量状态加以适当化的处理进行说明。
在位移传感器1的测量过程中，当接收信号量低于事先决定的下限阈值时，优选进行使接收信号量增大的处理，而始终维持最合适的检测状态。作为用于使接收信号量增大的处理，例如可列举如下的处理。
(1)使从发光元件10中射出的射出脉冲的强度(功率)变大。
(2)使从发光元件10中射出的射出脉冲的射出期间的长度(脉冲宽度或占空比)变大。
(3)提高接收部(光接收元件20及接收电路22)中的接收增益。
(4)增加波形累计部110中的时间波形的累积次数。
通过执行以上的(1)～(4)中所示的处理中的至少一个，可使接收信号量增大，并维持稳定的测量状态。
另外，相反地在位移传感器1的测量过程中，当接收信号量超过事先决定的上限阈值时，优选进行使接收信号量减少的处理，而始终维持最合适的检测状态。作为用于使接收信号量减少的处理，例如可采用与所述(1)～所述(4)正相反的控制等。
在所述(1)中所示的处理中，射出部(发光元件10及射出电路12)对应于所算出的接收信号量的大小，使射出的射出脉冲的强度变化。另外，在所述(2)中所示的处理中，射出部(发光元件10及射出电路12)使射出期间的长度(脉冲宽度或占空比)变化。这些行为的变化也可以通过从接收信号量计算部112朝脉冲产生部102中提供强度指令来实现。脉冲产生部102按照来自接收信号量计算部112的强度指令，对射出电路12输出指令(时机指令及强度指令)。
图14中的(A)及图14中的(B)是用于说明本实施方式的位移传感器1中的射出脉冲的强度调整的一例的图。
在图14中的(A)中，表示所述(1)中所示的提高从发光元件10中射出的射出脉冲的强度(功率)的例子。如图14中的(A)所示，通过调整射出脉冲的振幅，可实现射出脉冲的强度调整。
在图14中的(B)中，表示所述(2)中所示的延长从发光元件10中射出的射出脉冲的射出期间(脉冲宽度或占空比)的例子。如图14中的(B)所示，通过调整射出脉冲的振幅宽度，可实现射出脉冲的强度调整。
另外，在所述(3)中所示的处理中，接收部(光接收元件20及接收电路22)对应于所算出的接收信号量的大小，使对于反射信号的接收增益变化。具体而言，可变更构成接收电路22的光接收元件20的光接收灵敏度，也可以变更接收电路22中的放大量等。此种行为的变化也可以通过从接收信号量计算部112朝接收电路22中提供与接收增益相关的指令来实现。
另外，在所述(4)中所示的处理中，波形累计部110也可以对应于所算出的接收信号量的大小，使用于生成累计波形的二值化信号的时间波形的数量变化。此种行为的变化也可以通过从接收信号量计算部112朝波形累计部110中提供涉及到与接收增益相关的累积次数的指令来实现。
通过对应于所算出的接收信号量的大小来适宜执行如所述般的使接收信号量增大或减少的处理，可维持优选的测量状态。
(g2：输出判定部120)
也可以对应于所算出的接收信号量，使输出判定部120中的判定基准变化。例如，在位移传感器1的测量过程中，也可以对应于所算出的接收信号量，动态地设定进行阈值判定时所使用的迟滞宽度。在此情况下，也可以根据按照事先决定的函数所算出的接收信号量来决定迟滞宽度，通过参照事先规定了接收信号量与迟滞宽度的关系的表格，可决定对应于所算出的接收信号量的迟滞宽度。
图15是用于说明本实施方式的位移传感器1中的阈值判定中所使用的迟滞宽度的调整处理的一例的图。如图15所示，例如在所算出的接收信号量相对大的情况下，测量状态的稳定度也相对地变高，因此优选使迟滞宽度相对地变小，而提高检测灵敏度。相对于此，在所算出的接收信号量相对小的情况下，测量状态的稳定度相对地变低，因此优选使迟滞宽度相对地变大，而提高检测稳定度。
如此，输出判定部120对应于所算出的接收信号量的大小，变更对存在对象物OBJ的判定结果与不存在对象物OBJ的判定结果进行切换的迟滞宽度。通过对应于所算出的接收信号量来动态地设定用于输出判定部120中的阈值判定的迟滞宽度，可始终维持最合适的判定。
另外，也可以在配置在框体2中的指示器51中显示输出判定部120中所设定的迟滞宽度。用户通过确认所显示的迟滞宽度，可容易地知道对于对象物OBJ的可检测的段差(间隙)的大小。
＜H.总结＞
本实施方式的位移传感器1根据持续积存多个二值化信号而成的累计波形(直方图)，检测所射出的射出脉冲由对象物OBJ反射而返回所需要的时间(接收时间点)，并根据此检测到的时间，算出位移传感器1与对象物OBJ之间的距离。同时，位移传感器1根据累计波形中出现的累积(高度)方向的特征量，算出此时的相当于S/N比的接收信号量。而且，位移传感器1向用户等通知所算出的接收信号量，并且执行对应于所算出的接收信号量的测量状态的适当化处理等。
作为累计波形中出现的累积(高度)方向的特征量，例如设想累计波形的斜度、累计波形所示的高度、累计波形所规定的面积等。在算出此种累计波形中出现的累积(高度)方向的特征量时，可使用对累计波形(直方图)进行用于波形稳定化的滤波处理后的波形，也可以使用进行内插处理而提升了时间方向的分辨率的波形。
通过向用户等通知所算出的接收信号量，用户可确认当前的测量状态下的接收信号量的充裕程度等。另外，用户可一面确认表示所通知的接收信号量的大小的信息的变化，一面确认是否通过配置位移传感器1而将射出脉冲发送信号射出至所意图的位置上。
通过对应于所算出的接收信号量，使相对于所算出的距离的阈值判定时的迟滞宽度变化，可设定或实现不产生判定输出中的振动等的适当的检测段差(间隙)。具体而言，在接收信号量大的情况下，可判断为稳定的测量状态，因此使迟滞宽度相对地变小，在接收信号量小的情况下，可判断为不稳定的测量状态，因此使迟滞宽度相对地变大。
进而，通过向用户通知所设定的迟滞宽度(即，可检测的段差(间隙))，用户可判定能否适应作为对象的应用(环境)。
在所述说明中，作为一例，表示了粗略测量及精密测量的两阶段测量的构成例，但并不限定于此，也可以采用仅安装了对应于所述粗略测量及精密测量的任一者的测量的构成。另外，可在粗略测量及精密测量的各者中算出累计波形，对于任一个累计波形均可进行如所述般的接收信号量的算出处理。
本次所揭示的实施方式应认为在所有方面均为例示而非进行限制者。本发明的范围由权利要求而非所述说明来表示，且意图包含与权利要求均等的含义及范围内的所有变更。

Claims (11)

1.一种位移传感器，包括：
射出部，周期性地射出脉冲信号；
接收部，接收从所述射出部射出的脉冲信号由对象物反射所产生的反射信号，并输出表示所接收的反射信号的信号强度的二值化信号；
波形累计部，以对应的脉冲信号的射出时机为基准，在每个对应的时间内对多个所述二值化信号的时间波形进行累积，由此生成累计波形；
距离计算部，根据与所述累计波形中出现的脉冲信号的波形特征对应的波形特征，算出表示至所述对象物为止的距离的值；以及
接收信号量计算部，根据所述累计波形中出现的一个或多个累积值所示的特征量，算出作为由所述接收部接收的反射信号的强度的接收信号量。
2.根据权利要求1所述的位移传感器，更包括视觉化地输出表示算出的所述接收信号量的大小的信息的输出部。
3.根据权利要求1或2所述的位移传感器，更包括朝外部输出表示算出的所述接收信号量的大小的信息的输出部。
4.根据权利要求1或2所述的位移传感器，其中，所述射出部对应于算出的所述接收信号量的大小，使射出的脉冲信号的强度及射出期间的长度中的至少一者变化。
5.根据权利要求1或2所述的位移传感器，其中，所述接收部对应于算出的所述接收信号量的大小，使对于所述反射信号的接收增益变化。
6.根据权利要求1或2所述的位移传感器，其中，所述波形累计部对应于算出的所述接收信号量的大小，使用来生成所述累计波形的所述二值化信号的时间波形的数量变化。
7.根据权利要求1或2所述的位移传感器，更包括根据在所述距离计算部中算出的表示距离的值，判定有无所述对象物的存在的输出判定部，且
所述输出判定部对应于算出的所述接收信号量的大小，变更对存在所述对象物的判定结果与不存在所述对象物的判定结果进行切换的迟滞宽度。
8.根据权利要求1或2所述的位移传感器，其中，所述接收信号量计算部根据所述累计波形中出现的对应于脉冲信号的上升部分或下降部分的区域的斜度的大小，算出所述接收信号量。
9.根据权利要求1或2所述的位移传感器，其中，所述接收信号量计算部根据所述累计波形中出现的与事先决定的基准点建立关联的累积方向的大小，算出所述接收信号量。
10.根据权利要求1或2所述的位移传感器，其中，所述接收信号量计算部根据所述累计波形中出现的与事先决定的基准点建立关联的所述累计波形所规定的面积，算出所述接收信号量。
11.根据权利要求1或2所述的位移传感器，更包括对所述波形累计部所生成的累计波形进行滤波处理的滤波处理部，且
所述接收信号量计算部根据由所述滤波处理部进行滤波处理的累计波形，算出所述一个或多个累积值所示的特征量。
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Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6990356B2 (ja) * 2018-10-30 2022-01-12 オムロン株式会社 センサ装置及び検出方法
GB2578788B (en) * 2018-11-09 2022-10-05 Toshiba Kk An investigation system and method
JP7298186B2 (ja) * 2019-02-26 2023-06-27 セイコーエプソン株式会社 超音波計測装置、及び超音波計測方法
CN111624582B (zh) * 2020-07-07 2023-03-17 Oppo广东移动通信有限公司 周期误差标定方法、装置及周期误差标定系统
CN112764048B (zh) * 2020-12-30 2022-03-18 深圳市灵明光子科技有限公司 基于飞行时间的寻址和测距方法及测距系统

Citations (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0886875A (ja) * 1994-09-16 1996-04-02 Nissan Motor Co Ltd 車両用レーダ装置
US5623335A (en) * 1995-05-04 1997-04-22 Bushnell Corporation Laser range finder with target quality display
WO1999060419A1 (de) * 1998-05-19 1999-11-25 Andreas Perger Verfahren zur optischen entfernungsmessung
JP2005077379A (ja) * 2003-09-03 2005-03-24 Denso Corp レーダ装置
US20060181527A1 (en) * 2005-02-11 2006-08-17 England James N Method and apparatus for specifying and displaying measurements within a 3D rangefinder data set
JP2007256191A (ja) * 2006-03-24 2007-10-04 Hokuyo Automatic Co 測距方法および測距装置
JP2008180593A (ja) * 2007-01-24 2008-08-07 Matsushita Electric Works Ltd 距離変化観測装置
CN101281022A (zh) * 2008-04-08 2008-10-08 上海世科嘉车辆技术研发有限公司 基于单目机器视觉的车辆距离测量方法
CN102662176A (zh) * 2005-07-04 2012-09-12 株式会社尼康美景 距离测量设备
EP2942644A1 (de) * 2014-05-08 2015-11-11 Sick Ag Entfernungsmessender Sensor und Verfahren zur Erfassung und Abstandsbestimmung von Objekten
JP2017073322A (ja) * 2015-10-08 2017-04-13 株式会社キーエンス 光電スイッチ

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS61102575A (ja) * 1984-10-25 1986-05-21 Matsushita Electric Works Ltd 光電スイツチ
US5179286A (en) 1990-10-05 1993-01-12 Mitsubishi Denki K.K. Distance measuring apparatus receiving echo light pulses
JP2853578B2 (ja) * 1993-06-28 1999-02-03 日産自動車株式会社 レーダ装置
WO2008152647A2 (en) 2007-06-15 2008-12-18 Ben Gurion University Of The Negev Research And Development Authority Three-dimensional imaging method and apparatus
EP2315045B1 (de) 2009-10-22 2012-08-01 Sick Ag Messung von Entfernungen oder Entfernungsänderungen
JP6214993B2 (ja) 2013-10-11 2017-10-18 株式会社キーエンス 光電センサ
US11131756B2 (en) 2015-09-29 2021-09-28 Qualcomm Incorporated LIDAR system with reflected signal strength measurement
DE102018220932A1 (de) * 2018-12-04 2020-06-04 Osram Gmbh Verfahren zum Bestimmen des Abstands und Rückstrahlvermögens einer Objektoberfläche

Patent Citations (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0886875A (ja) * 1994-09-16 1996-04-02 Nissan Motor Co Ltd 車両用レーダ装置
US5623335A (en) * 1995-05-04 1997-04-22 Bushnell Corporation Laser range finder with target quality display
WO1999060419A1 (de) * 1998-05-19 1999-11-25 Andreas Perger Verfahren zur optischen entfernungsmessung
JP2005077379A (ja) * 2003-09-03 2005-03-24 Denso Corp レーダ装置
US20060181527A1 (en) * 2005-02-11 2006-08-17 England James N Method and apparatus for specifying and displaying measurements within a 3D rangefinder data set
CN102662176A (zh) * 2005-07-04 2012-09-12 株式会社尼康美景 距离测量设备
JP2007256191A (ja) * 2006-03-24 2007-10-04 Hokuyo Automatic Co 測距方法および測距装置
JP2008180593A (ja) * 2007-01-24 2008-08-07 Matsushita Electric Works Ltd 距離変化観測装置
CN101281022A (zh) * 2008-04-08 2008-10-08 上海世科嘉车辆技术研发有限公司 基于单目机器视觉的车辆距离测量方法
EP2942644A1 (de) * 2014-05-08 2015-11-11 Sick Ag Entfernungsmessender Sensor und Verfahren zur Erfassung und Abstandsbestimmung von Objekten
JP2017073322A (ja) * 2015-10-08 2017-04-13 株式会社キーエンス 光電スイッチ

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