TWI835520B

TWI835520B - 測量裝置及測量方法

Info

Publication number: TWI835520B
Application number: TW112101466A
Authority: TW
Inventors: 大野真司
Original assignee: 日商松下知識產權經營股份有限公司
Priority date: 2022-01-21
Filing date: 2023-01-13
Publication date: 2024-03-11

Abstract

在測量裝置中，光接收區域劃分為由第一邊界界定的多個測量區域，也加以劃分為由不同於第一邊界的第二邊界所界定的且各自至少包含一個測量區域的一部分以及相鄰測量區域的一部分的多個峰值位置識別區域。光接收區域包含整合區域，各自由該等測量區域相鄰兩者加以形成。信號處理單元配置以：決定包含接收光量係最大的光接收元件的一目標峰值位置識別區域；基於位於目標整合區域之外的測量區域中的接收光量的代表數值，在包含峰值位置識別區域的目標整合區域中估計一干擾光分量的接收光量；及基於該估計量而控制一閾值。

Description

測量裝置及測量方法

本揭露內容涉及使用一閾值來光學測量一物件的測量裝置及測量方法。

在相關技術領域中，已知有利用三角測量原理來測量一物件的位移、該物件的表面形狀等等的測量裝置。此測量裝置以從一光投射單元所投射的光照射一物件，藉由一圖像感測器接收來自該物件的反射光，基於在圖像感測器的各個像素中的所接收光的量而偵測一光接收中心位置，並基於該光接收中心位置而測量該物件的位移等等。

特別是，當順序讀取在圖像感測器的各個像素中的接收光量（光接收信號位準）時，將各個像素中的光接收信號位準與預設閾值進行比較，並且將光接收信號位準等於或大於該閾值所在的一像素範圍加以設定為一計算範圍。接著，在該設定的計算範圍之中獲得一光接收信號位準分佈（接收的光波形）的一峰值位置，並且所獲得的位置係加以偵測為光接收中心位置。

光學距離測量裝置係已知為相關技術領域的測量裝置。光學距離測量裝置包含：一光發射元件；一光發射光學系統，將從該光發射元件所發射的光通量聚焦並以點光照射一測量物件；一光接收光學系統，將來自該測量物件的反射光加以聚光；一光接收元件，偵測由該光接收光學系統所聚光的來自該測量物件的點光；及一信號處理單元，處理來自光接收元件的一光接收信號。此光接收元件係線感測器或區域感測器（area sensor），其偵測來自該測量物件的反射光的強度分佈。此信號處理單元包括：一距離計算單元，計算由該光接收光學系統所聚光在光接收元件上的點光的點位置，並偵測從該點位置到該測量物件的距離；以及校正計算單元，藉由偵測蓋件反射光的強度分佈來校正該距離的計算，其中由設置在測量物件與光發射光學系統以及光接收光學系統之間的光透射保護蓋件所反射的光係由該光接收元件經由該光接收光學系統而加以偵測。該校正計算單元係基於該光接收元件兩端的至少一者的一局部區域之中的強度分佈，計算出與蓋件反射光的強度分佈對應的一校正係數，以校正該點光的強度分佈；且該距離計算單元基於校正計算單元的一輸出而計算與該測量物件的距離。

專利文獻1：JP2014-224726A

在專利文獻1中，光接收元件的光接收區域具有一中央部分以及兩端部分。當接收光量的峰值出現在光接收區域的中央部分與兩端部分其中一者之間的邊界附近時，光強度分佈呈山形（高斯形狀），且因此光強度分佈的一腳部進入與接收光量的峰值所在的一區域（中央部分或兩端部分其中一者）相鄰的區域（兩端部分其中一者或中央部分）。因此，在專利文獻1中，對由保護蓋件所反射並由光接收元件所偵測的一信號（雜訊、干擾光等等）進行校正的準確度可能降低。因此，干擾光的影響殘留，且物件的測量準確度降低。

本揭露內容提供一測量裝置及一測量方法，能夠減少干擾光的影響並改善物件的測量準確度。

本揭露內容提供一種測量裝置，用於使用一閾值以光學測量一物件，該測量裝置包含：一光投射單元，建構以將第一投射光投射到該物件上；一光接收單元，包括多數個光接收元件，該光接收單元係配置為響應於接收到藉由以該物件反射或散射該第一投射光所獲得的第一反射光而生成第一光接收信號；及一信號處理單元，建構以處理該第一光接收信號，其中包含該光接收單元的該多數個光接收元件的一光接收區域係劃分為多數個測量區域，該多數個測量區域係由多數個第一邊界加以界定，該多數個第一邊界將該多數個光接收元件劃分成對應於該多數個測量區域的多數個群組，該多數個群組各者包括一個以上光接收元件，並且該光接收區域也加以劃分為由多數個第二邊界所界定的多數個峰值位置識別區域，該多數個第二邊界係不同於該多數個第一邊界，其中該多數個峰值位置識別區域各者至少包含一個測量區域的一部分以及與該一個測量區域相鄰的另一測量區域的一部分，其中該光接收區域包含多數個整合區域，且該多數個整合區域各者係由該多數個測量區域其中相鄰兩者加以形成，且其中，該信號處理單元係配置以：決定作為該多數個峰值位置識別區域其中之一的一目標峰值位置識別區域，該目標峰值位置識別區域包含在該第一光接收信號中的接收光量係最大的光接收元件的一位置；基於位於一目標整合區域之外的該多數個測量區域其中至少兩個的各者中的接收光量的一代表數值，在作為該多數個整合區域其中之一的該目標整合區域之中估計一干擾光分量的接收光量，該目標整合區域包含該目標峰值位置識別區域；及基於該干擾光分量的接收光量來控制該閾值。

本揭露內容提供一種測量方法，用於使用一閾值以光學測量一物件，該測量方法包含以下步驟：將第一投射光投射到該物件上；藉由包括多數個光接收元件的一光接收單元，響應於接收到藉由以該物件反射或散射該第一投射光所獲得的第一反射光而生成第一光接收信號；及處理該第一光接收信號，其中包含該光接收單元的該多數個光接收元件的一光接收區域係劃分為多數個測量區域，該多數個測量區域係由多數個第一邊界加以界定，該多數個第一邊界將該多數個光接收元件劃分成對應於該多數個測量區域的多數個群組，該多數個群組各者包括一個以上光接收元件，並且該光接收區域也加以劃分為由多數個第二邊界所界定的多數個峰值位置識別區域，該多數個第二邊界係不同於該多數個第一邊界，其中該多數個峰值位置識別區域各者至少包含一個測量區域的一部分以及與該一個測量區域相鄰的另一測量區域的一部分，其中該光接收區域包含多數個整合區域，且該多數個整合區域各者係由該多數個測量區域其中相鄰兩者加以形成，且其中，處理該第一光接收信號的步驟包含以下步驟：決定作為該多數個峰值位置識別區域其中之一的一目標峰值位置識別區域，該目標峰值位置識別區域包含在該第一光接收信號中的接收光量係最大的光接收元件的一位置；基於位於一目標整合區域之外的該多數個測量區域其中至少兩個的各者中的接收光量的一代表數值，在作為該多數個整合區域其中之一的該目標整合區域之中估計一干擾光分量的接收光量，該目標整合區域包含該目標峰值位置識別區域；及基於該干擾光分量的接收光量來控制該閾值。

根據本揭露內容，干擾光的影響可減少，且物件的測量準確度可改善。

以下，適當地參照圖式對實施例進行詳細說明。可以省略不必要的詳細說明。例如，可以省略眾所周知事項的詳細說明和實質上相同的構造的說明。這是為了避免以下說明的不必要的冗餘，並且有利於所屬技術領域具有通常知識者的理解。隨附圖式和以下說明是為了讓所屬技術領域具有通常知識者充分理解本揭露內容而提供的，而不是為了限制請求項的範圍。

圖1是一概念圖，顯示一情況，其中根據本揭露內容的實施例的測量裝置將投射光加以投射到一物件上並接收反射光。在一測量裝置50中，光投射單元1將投射光L1投射到一物件10上，且光接收單元4接收藉由以物件10反射或散射投射光L1所獲得的反射光L2。測量裝置50基於從反射光L2獲得的光接收信號而以光學方式測量物件10。測量裝置50可以操作為例如測量感測器、位移感測器、或距離測量感測器。測量裝置50可以測量例如絕對距離或相對距離。例如，測量裝置50也可以偵測相對於一參考平面有無位移，諸如不均勻度、或位移量。

圖2是方塊圖，顯示根據此實施例的測量裝置50的一實例。測量裝置50包括光投射單元1、光發射透鏡2、光接收透鏡3、光接收單元4、信號處理單元5、及儲存單元5M。光投射單元1包括光發射元件等等。光發射元件包括例如雷射二極體。

光接收單元4包括多數個光接收元件。光接收元件係例如包括光電二極體或互補式金屬氧化物半導體（CMOS）的半導體光接收元件，並且將所接收光的光信號轉換成電信號。響應於接收到藉由以物件10反射或散射該投射光L1所獲得的反射光L2，光接收單元4藉由光接收元件而生成光接收信號。光接收單元4構成一線感測器，其中該等光接收元件在x軸上呈一線加以排列，並且可以是一區域感測器（area sensor），其中該等光接收元件排列在二維平面上。

在圖2中，從光投射單元1投射的投射光L1入射物件10，且來自物件10的反射光L2係入射測量裝置50的光接收單元4。在圖式中所顯示的反射光L2表示作為多重反射的結果之由光接收單元4所偵測到的一光軸。

從光投射單元1所投射的投射光L1經由光發射透鏡2加以發射。物件10係以投射光L1的大部分的發射光通量加以照射。來自在足夠距離位置處的物件10的反射光L2係由光接收透鏡3加以聚光以在光接收單元4上形成一光點。光接收單元4的光接收區域8具有偵測物件10的強度分佈S20（參見圖3）所需的大小。光接收區域8是包括多個光接收元件的一區域。

信號處理單元5包括例如一處理器。該處理器藉由執行存儲在儲存單元5M中的程式（或指令）來實現信號處理單元5的各種功能（或執行各種操作）。該處理器可以包括微處理單元（MPU）、中央處理單元（CPU）、數位信號處理器（DSP）等等。該處理器可以由各種積體電路（例如，大型積體電路（LSI）或現場可程式化閘陣列（FPGA））來實現。信號處理單元5整體地控制測量裝置50的單元且執行各種類型的處理。信號處理單元5包括一閾值控制單元6及一距離計算單元7。

儲存單元5M包括一主儲存裝置（例如，隨機存取記憶體（RAM）或唯讀記憶體（ROM））。儲存單元5M可以包括二級儲存裝置、三級儲存裝置等等，或者可以包括可移動儲存媒體。儲存單元5M存儲各種資料、資訊等等。儲存單元5M可以存儲關於光接收信號的資訊（關於表示光接收信號的接收光波形的資訊）。關於光接收信號的資訊係用於控制測量物件10的閾值th。

閾值控制單元6控制用於測量物件10的閾值th。稍後將描述閾值控制單元6的細節。

距離計算單元7根據光接收單元4的該多個光接收元件中的哪個光接收元件接收光來測量物件10。距離計算單元7可以計算從測量裝置50到物件10的距離。關於各個光接收元件的偵測距離的資訊（胞元距離資訊）可以存儲在儲存單元5M中。距離計算單元7可以基於胞元距離資訊而計算到物件10的距離。距離計算單元7識別由光接收單元4接收到的光接收信號S1（參照圖3）的接收光量等於或大於閾值th的一個以上的光接收元件。距離計算單元7可以基於所識別的光接收元件的位置來計算到物件10的距離。

圖3是一圖表，顯示由光接收單元4所生成的光接收信號S1、測量區域R1、峰值位置識別區域R2、及整合區域TR的一示例。圖4是一概念圖，顯示藉由測量裝置50決定峰值位置的例子以及估計所接收干擾光的量。圖4是圖3的圖表中的測量區域R10至R13的放大圖。

圖3顯示基於在光接收單元4的光接收區域8之中所接收到的反射光L2的強度分佈（反射光分佈）而由光接收單元4所生成的光接收信號S1。圖3中的水平軸（對應x軸）是光接收區域8的坐標軸，並且在其上將多個排列的光接收元件各者的編號（光接收元件編號）加以分派。該多個光接收元件係沿著與圖1中光投射單元1和光接收單元4排列的方向相同的方向加以排列。

光接收區域8係劃分為多個測量區域R1，其由共同劃分該多個光接收元件的多數個第一邊界B1加以界定。在圖3中，光接收區域8包括八個測量區域R1（R10至R17）。

圖3顯示光接收單元4構成線感測器的例子。在光接收單元4構成區域感測器的情況下，將在圖3的圖表中的一平面上沿著與x軸垂直的一軸生成多個測量區域。

圖3中的垂直軸（y軸）表示在各個光接收元件（各個光接收位置）處的接收光的量（例如，藉由對電壓進行AD轉換所取得的數值）。亦即是，基於反射光L2由光接收單元4所生成的光接收信號S1之中的接收光的量係加以顯示。在光接收信號S1中的接收光量的強度分佈具有一形狀，其中來自物件10的接收光的量的強度分佈S20係添加到接收光量的強度分佈S10，其在沿著x軸的任何方向（在本例子中的左方向）增加。在圖3中，強度分佈S10具有向左上升的形狀，即一形狀，其中隨著具有較小光接收元件編號的光接收元件所接收到的光接收信號S1中的接收光量增加而一數值（接收光量）增加。該現像是由來自周圍的干擾光的作用引起的，且是測量裝置中普遍可見的現象。即，強度分佈S10對應於干擾光分量的接收光量。強度分佈S20具有一形狀，其根據所謂的高斯分佈具有一預定峰值，並且此峰值對應於來自物件10的反射光L2。

強度分佈S10中出現的干擾光包括例如環境光。環境光包括例如太陽光或測量裝置50周圍的照明的光。當干擾光係由物件10加以反射或散射之時，干擾光可以由光接收單元4加以接收作為干擾光分量，其是反射光L2的分量的部分。

在圖3中，強度分佈S20的峰值存在於測量區域R12，且閾值控制單元6對光接收信號S1進行處理並對在測量區域R12中接收到來自物件10的反射光L2進行判定。距離計算單元7基於接收反射光L2的測量區域R1而計算與物件10的距離。在這種情況下，距離計算單元7將各個光接收元件的接收光量與閾值控制單元6所設定的閾值th進行比較，並且設定一距離測量計算範圍以僅包括接收光量係等於或大於閾值th的光接收元件。距離計算單元7計算在所設定的距離測量計算範圍之中的強度分佈S20的峰值位置，且將此位置偵測為光接收中心位置。因此，測量裝置50可以減少計算誤差。距離計算單元7可以基於胞元距離資訊而導出與所偵測的光接收位置對應的一距離。

在圖3中，預先於在即使當光接收單元4未偵測到光時也總是生成的一信號中的接收光量而將一暗位準加以設定。舉例來說，此暗位準係在測量裝置50啟動時加以設定為一預定數值，並存儲在儲存單元5M中。舉例來說，當測量裝置50啟動時，信號處理單元5設定一初始設定閾值th1並將該初始設定閾值th1存儲在儲存單元5M中。該初始設定閾值th1可以預先於可能通常施加的接收光量而加以設定。當設定此初始設定閾值th1之時，距離計算單元7僅將偵測到大於此初始設定閾值th1的接收光量的一光接收元件加以設定，作為物件10的測量的計算目標。

在此，測量裝置50的環境變化很大，且初始設定閾值th1根據情況可能不是適當的接收光量。因此，閾值控制單元6估計干擾光分量的接收光量，並且基於所估計的干擾光分量的接收光量來控制閾值th。在圖3的例子中，初始設定閾值th1係過小，且所有的光接收元件為距離計算單元7導出光接收中心位置的計算目標。因此，閾值控制單元6決定強度分佈S10和強度分佈S20，並確定與光接收信號S1中的接收光量（即，接收光波形）對應的估計閾值th2。即，閾值控制單元6將初始設定閾值th1變更為此估計閾值th2（圖3的箭頭C2）。測量裝置50可以藉由使用估計閾值th2而光學測量物件10來減少計算誤差。

例如，當干擾光分量的量係大時，即當測量裝置50係佈置在與對應於初始設定閾值th1的環境相比更亮的環境中時，估計閾值th2係改變為大於初始設定閾值th1。當干擾光分量的量係小之時，即，當測量裝置50係配置在與初始設定閾值th1所對應的環境相比更暗的環境中之時，將估計閾值th2變更為小於初始設定閾值th1。除了亮度之外，還可以基於溫度來改變閾值th。

基於由光接收信號S1所指示的各個光接收元件的接收光量，閾值控制單元6決定光接收信號S1中的峰值位置，即接收光量為最大值的光接收元件的位置（最大光接收位置），以及最大光接收位置所屬的峰值位置識別區域R2（在此例子中，峰值位置識別區域R21）。

在本實施例中，光接收區域8係分成兩種類型的區域。特別是，光接收區域8係劃分為多個測量區域R1。光接收區域8也劃分成多個峰值位置識別區域R2，用於識別光接收信號S1中的峰值位置。多個峰值位置識別區域R2係由與界定測量區域R1的第一邊界B1不同的第二邊界B2加以界定和劃分。當測量區域R1係加以決定時，峰值位置識別區域R2係加以決定。例如，峰值位置識別區域R2係加以決定，使得介於界定測量區域R1的兩個相鄰第一邊界B1之間的中心位置係第二邊界B2。

第二邊界B2係例如設定在x軸上的測量區域R11至R16各者的中心位置處，即在光接收元件的排列方向上的測量區域R11至R16各者的的中心位置。換言之，第二邊界B2係例如設定於相鄰的兩個第一邊界B1之間的中心位置處。然而，第二邊界B2的位置不限於此示例，只要第二邊界B2不與第一邊界B1交疊即可。

在圖3中，峰值位置識別區域R2包括如下所述的七個峰值位置識別區域R2（R20至R26）。

此多個峰值位置識別區域R2各者包含彼此相鄰的二個測量區域R1各者的一部分。舉例來說，峰值位置識別區域R21包括測量區域R11的一部分（右半部分）和測量區域R12的一部分（左半部分）。彼此相鄰的該兩個測量區域R1形成將兩個測量區域R1整合的整合區域TR。

在本實施例中，表示一整合區域TRxy，其中x是兩個相鄰測量區域R1其中一者（具有一較小記號）的尾號，且y是兩個相鄰測量區域R1其中另一者（具有一較大記號）的尾號。舉例來說，包括測量區域R11、R12的整合區域TR是整合區域TR12。同樣地，在整合區域TR與測量區域R1之間的關係例如如下。

整合區域 TR01：測量區域R10、R11 整合區域TR12：測量區域 R11、R12 整合區域TR23：測量區域 R12、R13 整合區域TR34：測量區域 R13、R14 整合區域TR45：測量區域 R14、R15 整合區域TR56：測量區域 R15、R16 整合區域TR67：測量區域 R16、R17

閾值控制單元6決定在光接收信號S1中包含最大光接收位置的峰值位置識別區域R2。最大光接收位置是光接收信號S1中的接收光量最大的光接收元件的位置。在圖3中，閾值控制單元6對峰值位置識別區域R21包含最大光接收位置進行判斷。

閾值控制單元6判定包含最大光接收位置的峰值位置識別區域R21包含測量區域R11的一部分（右半部分）和測量區域R12的一部分（左半部分），且判定峰值位置識別區域R21係包含在整合區域TR12之中。閾值控制單元6計算出位於峰值位置識別區域R21之外（亦即，在與峰值位置識別區域R21對應的整合區域TR之外）的多個測量區域R1各者之中的接收光量的代表數值。在此例子中，閾值控制單元6計算位在峰值位置識別區域R21之外的測量區域R10、R13各者之中的接收光量的代表數值。由於第一邊界B1和第二邊界B2彼此不交疊，因此測量區域R10和測量區域R13係與對應於峰值位置識別區域R21的整合區域TR12相鄰並且在其之外。

在圖3中，在測量區域R10中的接收光量的代表數值為接收光量A ₀。在測量區域R13中的接收光量的代表數值是接收光量A ₃。例如，閾值控制單元6基於在測量區域R10中的接收光量A ₀和在測量區域R13中的接收光量A ₃而計算與包含最大光接收位置的峰值位置識別區域R21對應的整合區域（例如，在x軸上整合區域TR的中心位置）的接收光量A _T12。接收光量A _T12表示整合區域TR中的接收光量的代表數值。基於連接作為代表數值的接收光量A ₀、A ₃的直線D，閾值控制單元6可以將整合區域TR12中的接收光量A _T12計算為例如在直線D上的一數值。

閾值控制單元6藉由從測量區域R1的接收光量的代表數值中減去暗位準的接收光量來計算在測量區域R1中的接收光的偏移量。不僅對於測量區域R1而且對於整合區域TR，以相同的方式計算接收光的偏移量。因此，閾值控制單元6藉由從整合區域TR12中的接收光量A _T12中減去暗位準的接收光量來計算在測量區域R1中的接收光的偏移量。

以此方式，閾值控制單元6基於分別作為測量區域R10、R13中的代表數值的接收光量A ₀、A ₃來計算整合區域TR12中的接收光的偏移量。閾值控制單元6基於初始設定閾值th1以及整合區域TR12的接收光的偏移量來決定該估計閾值th2。在這種情況下，閾值控制單元6可以藉由將整合區域TR12中的接收光的偏移量與初始設定閾值th1相加來決定該估計閾值th2。

與包含最大光接收位置的峰值位置識別區域R21對應的整合區域TR12中的偏移數值的計算係對應於整合區域TR12中的干擾光分量的接收光量的估計。然後，閾值控制單元6基於與干擾光分量的估計接收光量對應的接收光偏移量來控制閾值th。因此，測量裝置50可以適當地設定閾值th，並且可以適當地限制用於物件10測量的光接收中心位置的距離測量計算範圍。

在本實施方式中，舉例來說，即使當光接收信號S1中的最大光接收位置係存在於作為介於兩個測量區域R1之間的邊界的第一邊界B1附近之時，最大光接收位置也不存在於第一邊界B1（介於測量區域R12、R13之間的邊界）（其是與包括最大光接收位置的峰值位置識別區域R2對應的整合區域TR12的外邊緣）附近。亦即，即使當最大光接收位置係存在於介於二個測量區域R1之間的邊界（第一邊界B1）附近時，最大光接收位置係存在於與包括最大光接收位置的整合區域TR的邊界（外邊緣）偏離的一位置（整合區域TR的中央位置附近）。因此，能夠防止光接收信號S1中的接收光量從最大光接收位置減少的具有大數值的一腳部進入包含最大光接收位置的整合區域TR之外。因此，測量裝置50能夠防止光接收信號S1的原始信號分量進入到從其導出接收光偏移量的接收光量，且因此可以高準確度而導出接收光偏移量。因此，測量裝置50能夠適當地決定閾值th。

即使當光接收信號S1中的最大光接收位置係存在於介於兩個相鄰峰值位置識別區域R2之間的一邊界（第二邊界B2）附近之時，與峰值位置識別區域R2對應的整合區域TR的外邊緣（第一邊界B1）係位於第二邊界B2的位置之外。因此，能夠防止光接收信號S1中的接收光量從最大光接收位置減少的具有大數值的一腳部進入包含最大光接收位置的整合區域TR的之外。因此，測量裝置50能夠防止光接收信號S1的原始信號分量進入到從其導出接收光偏移量的接收光量，且因此能夠以高準確度而導出接收光偏移量。因此，測量裝置50能夠適當地決定閾值th。

圖3還包括一圖形，顯示由測量裝置50估計干擾光分量的接收光量的示例。閾值控制單元6可以，基於在與所決定的峰值位置識別區域R21對應的整合區域TR12的兩個外側邊相鄰的兩個測量區域R10、R13各者中的光接收信號S1中的接收光量的代表數值，估計干擾光分量的接收光量。在這種情況下，閾值控制單元6可以針對各個測量區域R1而將由包括在測量區域R1中的多個光接收元件所接收的光接收信號S1中的接收光量的平均數值加以計算作為在光接收信號S1中的接收光量的一代表數值。接收光量的該代表數值可以是不同於該平均數值的一數值（例如，一最大數值或一最小數值）。

當各個測量區域R1的接收光量的平均數值係用作接收光量的代表數值時，閾值控制單元6可以根據以下步驟來估計包括最大光接收位置的整合區域TR中的接收光的偏移量。舉例來說，如圖3所示，當在峰值位置識別區域R21中包含最大光接收位置之時，對應於峰值位置識別區域R21將整合區域TR12加以識別。例如，閾值控制單元6根據(A ₀+ A ₃)/2計算在整合區域TR12中的接收光的偏移量。當最大光接收位置係包括在一峰值位置識別區域R22之中時，整合區域TR23係對應於峰值位置識別區域R22加以識別。例如，閾值控制單元6根據(A ₁+ A ₄)/2計算整合區域TR23中的接收光偏移量。此處，接收光量A _n是在測量區域R1n中的接收光量的代表數值（例如，一平均數值）。

圖5是顯示由測量裝置50估計干擾光分量的接收光量的另一例子的圖形。在圖5的例子中，強度分佈S20的峰值位置（最大光接收位置）係位於峰值位置識別區域R20。在此例子中，在與峰值位置識別區域R20對應的整合區域TR01的左側（在x軸（圖5的水平軸）的較小側）不存在相鄰的測量區域R1。因此，閾值控制單元6也可以基於的接收光量A ₂、A ₃將干擾光分量的接收光量估計為在整合區域TR01的一外側（例如，右側，x軸上較大的一側）及與其相鄰的兩個測量區域R12、R13中的光接收信號S1中的代表數值。

舉例來說，如圖5所示，當峰值位置識別區域R20中包含最大光接收位置時，對應於峰值位置識別區域R20而識別整合區域TR01。例如，閾值控制單元6根據(5A ₂− 3A ₃)/2計算整合區域TR01中的接收光的偏移量。因此，即使當峰值位置識別區域R2或包括最大光接收位置的整合區域TR係位於光接收區域8的一端部部分，測量裝置50可以使用一外部分隔點來估計在整合區域TR中的接收光的偏移量，且可以決定合適的閾值th。

閾值控制單元6可以基於在與包含最大光接收位置的整合區域TR不相鄰的多個測量區域R1各者中的接收光量的一代表數值，估計整合區域TR中的接收光偏移量。閾值控制單元6可以基於在包含最大光接收位置的整合區域TR之外的三個以上測量區域R1中的接收光量的代表數值，估計在整合區域TR中的接收光偏移量。當獲得該三個以上接收光量時，閾值控制單元6可以根據各種已知的近似方法而不是線性近似方法來估計整合區域TR中接收光的偏移量。

接下來，將描述閾值控制的變化。

閾值控制單元6可以控制閾值th以不超過一上限數值。藉由調整來自光投射單元1的投射光L1的光投射時間，可調整由光接收單元4所接收的光量。閾值th的上限數值係根據由光接收單元4所接收的光量而考慮可接收的光量來加以決定。光投射單元1可以調整投射光的量以使其等於或大於閾值th的上限數值並且等於或小於可接收光量的上限數值。閾值th的上限數值可以存儲在儲存單元5M中。

例如，在閾值th係控制為從初始設定閾值th1改變為估計閾值th2的情況下，當估計閾值th2的估計數值等於或大於上限數值時，閾值控制單元6可以將估計閾值th2決定為上限數值。估計閾值th2的估計數值是不考慮上限數值的情況下考慮在整合區域TR中的接收光的偏移量而由閾值控制單元6所計算的初始估計閾值th2。因此，閾值控制單元6可以防止估計閾值th2過大。

閾值控制單元6可以控制閾值th的變化量不超過上限變化量。例如，在閾值th係控制為從初始設定閾值th1改變為估計閾值th2的情況下，當在初始設定閾值th1與估計閾值th2的估計數值之間的差係大於一預定數值時，即當閾值th的變化量係大於上限變化量時，閾值控制單元6可以藉由將上限變化量加到初始設定閾值th1來決定估計閾值th2。因此，閾值控制單元6可以防止估計閾值th2的快速變化和使用估計閾值th2的物件10的測量結果的快速變化。

閾值控制部6進行閾值控制的時機是根據需要的。例如，閾值控制的時機與物件10的測量時機可以相同。例如，閾值控制單元6可以在每次測量物件10時控制閾值th。閾值控制單元6可以在每次取得光接收信號S1（接收光波形）時控制閾值th。

閾值控制的時機與物件10的測量時機可以是不同的時機。例如，光投射單元1可以將不同於用於閾值控制之用於測量的投射光加以投射到物件10上，並且光接收單元4可以響應於接收到藉由以物件10反射或散射投射光所取得的用於測量的反射光，產生不同於用於閾值控制的用於測量的光接收信號。距離計算單元7可以識別由光接收單元4所接收的光接收信號中的接收光量等於或大於已經由閾值控制單元6控制的閾值th之光接收元件，並且可以基於所識別的光接收元件的位置來測量物件10。亦即，距離計算單元7可以與用於閾值控制的投射光L1和反射光L2不同地使用用於測量的投射光和反射光來測量物件10。

以此方式，根據本實施例的測量裝置50識別包含最大光接收位置的峰值位置識別區域R2，使用與實際測量時（例如，在距離測量時）的區域（測量區域R1）不同的峰值位置識別區域R2。測量裝置50識別與所識別的峰值位置識別區域R2對應的整合區域TR，計算在整合區域TR中的接收光偏移量，並估計在例如整合區域TR的中心位置處的干擾光。估計的干擾光對應於一可變暗位準。測量裝置50可以根據估計的干擾光來調整閾值th。

例如，假設整體上暗位準變化為一大數值。在這種情況下，初始設定閾值th1相對於暗位準係相對較小，並且接收大於初始設定閾值th1的接收光量的光接收元件的數量增加。亦即，反射光L2不僅在峰值位置附近被接收，而且在光接收區域8的一寬範圍內接收光量係等於或大於初始設定閾值th1。在這種情況下，距離計算單元7在光接收區域8的該寬範圍內計算一光接收中心位置，因而可能降低物件10的測量準確度。與之相比，根據測量裝置50，初始設置閾值th1根據由於暗位準而變化的干擾光的估計結果加以改變為估計閾值th2。因此，在光接收區域8中接收到大於或等於估計閾值th2的接收光量的光接收元件的數量可加以減少，且對應於大於或等於估計閾值th2的接收光量的反射光L2係僅在光接收區域8中的峰值位置附近加以接收。因此，測量裝置50可以防止物件10的測量準確度的降低。

測量裝置50使用存在最大光接收位置的整合區域TR之外的測量區域R1之中的接收光量來導出整合區域TR的接收光偏移量，且不使用在整合區域TR中的接收光量來導出在整合區域TR中的接收光的偏移量。在整合區域TR中，藉由將投射光L1反射或散射所得到的反射光L2的信號分量（即本來想取得的干擾光以外的一分量）之中的接收光量係大的。因此，由於測量裝置50可以使用其中排除了原本希望獲取的該分量且包含大量干擾光分量的測量區域R1中的接收光量來導出整合區域TR中的接收光偏移量，可以改善干擾光的估計準確度。

在本實施方式中，已主要例示了接收光偏移量為正值的情況，但本發明不限於此。接收的干擾光的偏移量可以是負值。當接收到的干擾光的偏移量是負值時，估計閾值th2係加以改變為小於初始設定閾值th1。閾值控制單元6可以在整合區域TR的中心位置以外的一位置處估定干擾光，例如，可以在最大光接收位置處估計干擾光。

如上所述，根據上述實施例的測量裝置50係配置為使用此閾值以光學方式測量物件10。測量裝置50包括：光投射單元1，將投射光L1（第一投射光的示例）投射到物件10上；光接收單元4，包括多數個光接收元件，光接收單元4係配置為響應於接收到藉由以物件10反射或散射投射光L1所獲得反射光L2（第一反射光的示例）而生成光接收信號S1（第一光接收信號的示例）)；及信號處理單元5，建構以處理光接收信號S1。含有光接收單元4的該多數個光接收元件的光接收區域8係劃分為多數個測量區域R1，該多數個測量區域R1由多數個第一邊界B1加以界定，該多數個第一邊界B1將該多數個光接收元件劃分成對應於該多數個測量區域R1的多數個群組，該多數個群組各者包括一個以上光接收元件，並且光接收區域8也劃分為由多數個第二邊界B2所界定的多數個峰值位置識別區域R2，該多數個第二邊界B2係不同於該多數個第一邊界B1。該多數個峰值位置識別區域R2各者至少包含一個測量區域R1的一部分以及與該一個測量區域R1相鄰的另一測量區域R1的一部分。光接收區域8包含多數個整合區域TR，且該多數個整合區域TR各者係由該多數個測量區域R1其中相鄰兩者加以形成。信號處理單元5係配置以決定作為該多數個峰值位置識別區域R2其中之一的一目標峰值位置識別區域R2，該目標峰值位置識別區域R2包含光接收元件的一位置（最大光接收位置），於該處，光接收信號S1中的接收光量係最大。信號處理單元5係配置為，基於位於一目標整合區域TR之外的該多數個測量區域R1其中至少兩個的各者中的接收光量的代表數值，在作為該多數個整合區域TR其中之一的該目標整合區域TR之中估計一干擾光分量的接收光量（接收光偏移量），該目標整合區域TR包含該目標峰值位置識別區域R2。信號處理單元5係建構以，基於干擾光分量的接收光量來控制閾值th。

因此，測量裝置50可與用於測量物件10的測量區域R1分開地考慮整合區域TR以及用於識別光接收信號S1中的峰值位置的峰值位置識別區域R2來控制閾值th。在此情況下，在測量裝置50中，即使當峰值位置（最大光接收位置）係位於測量區域R1的邊界端部部分處之時，峰值位置也不位於整合區域TR的一端部部分。亦即，當測量區域R1中的峰值位置係位於測量區域R1的邊界端部部分時，整合區域TR係加以選擇，使得峰值係位於整合區域TR的中心附近。因此，指示光接收信號S1的接收光波形的腳部不會進入與整合區域TR相鄰的外部區域。因此，一信號分量係位於整合區域TR之中，且該信號分量以外的干擾光分量係位於整合區域TR之外。測量裝置50可以使用整合區域TR之外的接收光量而以高準確度估計干擾光的光接收位準，並且可以適當地決定用於測量物件10的閾值th。因此，測量裝置50可以減少干擾光的影響，並改善物件的測量準確度。

信號處理單元5可以基於與包含目標峰值位置識別區域R2的目標整合區域TR相鄰且在其二外側的兩個測量區域R1各者中的光接收信號S1中的接收光量的代表數值，估計干擾光分量的接收光量。

因此，測量裝置50使用實質上不包含原本希望取得的信號分量且包含大量的干擾光分量之測量區域R1中的接收光量，估計干擾光分量的接收光量，從而可以高準確度估計在整合區域TR中的干擾光。

信號處理單元5可以基於在與包含目標峰值位置識別區域R2的目標整合區域TR相鄰且在其一外側的兩個測量區域R1各者中的光接收信號S1中的接收光量的代表數值，估計干擾光分量的接收光量。

因此，即使當峰值位置識別區域R2或包括最大光接收位置的整合區域TR係位於光接收區域8的一端部部分之時，測量裝置50可以使用一外部分隔點估計在整合區域TR中的接收光偏移量，且可以決定合適的閾值th。

在多數個測量區域R1各者中的光接收信號S1中的接收光量的代表數值可以是光接收信號S1中所指示的以及由在該多數個測量區域R1其中一對應一者中所包含的一個或多個光接收元件所接收的接收光量的平均數值。因此，可以適當地獲得表示測量區域R1的接收光量的一數值。

該多數個第二邊界B2其中至少一個可加以設定在該多數個第一邊界B1的相鄰兩者之間的一中心位置。

因此，峰值位置識別區域R2可以包括兩個測量區域R1各者的一半。因此，在測量區域R1、峰值位置識別區域R2、及整合區域TR之間的位置關係具有對稱性。因此，測量裝置50可防止在整合區域TR中的干擾光估計基於在光接收區域8的x軸上偏向較大側或較小側的一位置處的接收光量加以執行，並且可以改進干擾光估計的估計準確度。

在控制閾值以從初始設定閾值th1（第一閾值的例子）變化至估計閾值th2（第二閾值的例子）的情況下，當估計閾值th2的一估計數值係等於或大於一上限數值時，信號處理單元5可以將估計閾值th2設定至該上限數值。

因此，測量裝置50可考慮例如光投射單元1或光接收單元4的特性而防止估計閾值th2過大。

在控制閾值以從初始設定閾值th1變化至估計閾值th2的情況下，當在初始設定閾值th1與估計閾值th2的一估計數值之間的差係等於或大於一上限變化量，信號處理單元5可以藉由將該上限變化量加入初始設定閾值th1來設定該估計閾值th2。

因此，測量裝置50可以防止估計閾值th2的快速變化以及使用估計閾值th2的物件10的測量結果的快速變化。

信號處理單元5可以配置為：識別在該多數個光接收元件中的至少一個光接收元件，在光接收信號S1中指示的且由光接收單元4所接收的該至少一個光接收元件的接收光量係等於或大於該閾值；及基於該至少一個光接收元件其中各者的一位置來測量物件10。

因此，測量裝置50可在與測量時機相同的時機考慮干擾光分量來決定閾值th。因此，測量裝置50可在短時間內以高準確度測量物件10。

光投射單元1可以配置以將另一投射光（第二投射光的示例）投射到物件10上。光接收單元4可以配置為響應於接收到藉由以物件10反射或散射另一投射光所獲得的另一反射光（第二反射光的示例）而生成另一光接收信號（第二光接收信號的示例）。信號處理單元5可以配置為：識別在多數個光接收元件中的至少一個光接收元件，在另一光接收信號中指示的且由光接收單元4所接收的該至少一個光接收元件的接收光量係等於或大於該閾值th；及基於該至少一個光接收元件各者的一位置來測量物件10。

因此，測量裝置50可在與測量時機不同的時機考慮干擾光分量來決定閾值th。因此，測量裝置50可在另一時機決定該閾值th，減輕在測量時的處理負荷，及測量物件10。

雖然以上參照圖式對各種實施例進行了說明，但本發明當然不限於這些實施例。顯然，所屬技術領域具有通常知識者在請求項所記載的範圍內可以想到各種修飾和變更，並且應當理解，這樣的修飾和變更自然落入本發明的技術範圍內。此外，在不脫離本發明的範圍的情況下，可以任意組合上述實施例中的構成元素。

在上述實施例中，例如CPU的處理器可以任何方式加以物理實現。當使用可編程處理器時，可以藉由改變一程式來改變處理內容，且因此可以增加設計處理器的自由度。該處理器可以藉由一個半導體晶片加以實現，或者可以物理上由多個半導體晶片加以實現。在多個半導體晶片的情況下，根據上述實施例的控制可以藉由不同的半導體晶片加以實現。在這種情況下，可以認為一個處理器由多個半導體晶片實現。處理器可以由具有與半導體晶片不同功能的構件（電容器等）來實現。一個半導體晶片可以實現處理器的功能和其他功能。多個處理器的功能可以由一個處理器加以實現。

本揭露內容對於能夠減少干擾光的影響並改善物件的測量準確度的測量裝置和測量方法是有用的。

B1:第一邊界 B2:第二邊界 L1:投射光 L2:反射光 R1:測量區域 R2:峰值位置識別區域 R10~R13:測量區域 R20~R26:峰值位置識別區域 S1:光接收信號 S10:強度分佈 S20:強度分佈 TR, TR12:整合區域 1:光投射單元 2:光發射透鏡 3:光接收透鏡 4:光接收單元 5:信號處理單元 5M:儲存單元 6:閾值控制單元 7:距離計算單元 8:光接收區域 10:物件 50:測量裝置

本揭露內容將基於以下圖示加以詳述，其中：圖1是一概念圖，顯示一情況，其中根據本揭露內容的實施例的測量裝置將投射光加以投射到一物件上並接收反射光；圖2是方塊圖，顯示一測量裝置的一實例；圖3是一圖表，顯示由光接收單元所生成的一光接收信號、一測量區域、一峰值位置識別區域、及一整合區域的一示例；圖4是一概念圖，顯示藉由測量裝置決定峰值位置的例子以及估計所接收干擾光的量；及圖5是顯示藉由測量裝置估計干擾光分量的接收光量的另一例子的圖形。

B1:第一邊界

B2:第二邊界

R10~R13:測量區域

R20~R22:峰值位置識別區域

TR,TR12:整合區域

Claims

一種測量裝置，用於使用一閾值以光學測量一物件，該測量裝置包含：一光投射單元，建構以將第一投射光投射到該物件上；一光接收單元，包括多數個光接收元件，該光接收單元係配置為響應於接收到藉由以該物件反射或散射該第一投射光所獲得的第一反射光而生成第一光接收信號；及一信號處理單元，建構以處理該第一光接收信號，其中包含該光接收單元的該多數個光接收元件的一光接收區域係劃分為多數個測量區域，該多數個測量區域係由多數個第一邊界加以界定，該多數個第一邊界將該多數個光接收元件劃分成對應於該多數個測量區域的多數個群組，該多數個群組各者包括一個以上光接收元件，並且該光接收區域也加以劃分為由多數個第二邊界所界定的多數個峰值位置識別區域，該多數個第二邊界係不同於該多數個第一邊界，其中該多數個峰值位置識別區域各者至少包含一個測量區域的一部分以及與該一個測量區域相鄰的另一測量區域的一部分，其中該光接收區域包含多數個整合區域，且該多數個整合區域各者係由該多數個測量區域其中相鄰兩者加以形成，且其中，該信號處理單元係配置以：決定作為該多數個峰值位置識別區域其中之一的一目標峰值位置識別區域，該目標峰值位置識別區域包含在該第一光接收信號中的接收光量係最大的光接收元件的一位置；基於位於一目標整合區域之外的該多數個測量區域其中至少兩個的各者中的接收光量的一代表數值，在作為該多數個整合區域其中之一的該目標整合區域之中估計一干擾光分量的接收光量，該目標整合區域包含該目標峰值位置識別區域；及基於該干擾光分量的接收光量來控制該閾值。
如請求項1之測量裝置，其中該信號處理單元係建構成：基於在與包含該目標峰值位置識別區域的該目標整合區域相鄰且在其二外側的二個測量區域各者中的該第一光接收信號中的接收光量的一代表數值，估計該干擾光分量的接收光量。
如請求項1之測量裝置，其中該信號處理單元係建構成：基於在與包含該目標峰值位置識別區域的該目標整合區域相鄰且在其一外側的兩個測量區域各者中的該第一光接收信號中的接收光量的一代表數值，估計該干擾光分量的接收光量。
如請求項1至3任一項之測量裝置，其中在該多數個測量區域各者中的該第一光接收信號中的接收光量的該代表數值係在該第一光接收信號中所指示的以及由在該多數個測量區域其中一對應一者中所包含的一個或多個光接收元件所接收的接收光量的平均數值。
如請求項1至3任一項之測量裝置，其中該多數個第二邊界其中至少一個係加以設定在該多數個第一邊界的相鄰兩者之間的一中心位置。
如請求項1至3任一項之測量裝置，其中在控制該閾值以從一第一閾值變化至一第二閾值的情況下，當該第二閾值的一估計數值係等於或大於一上限數值時，該信號處理單元將該第二閾值設定至該上限數值。
如請求項1至3任一項之測量裝置，其中在控制該閾值以從一第一閾值變化至一第二閾值的情況下，當在該第一閾值與該第二閾值的一估計數值之間的差係等於或大於一上限變化量，該信號處理單元係藉由將該上限變化量加上該第一閾值來設定該第二閾值。
如請求項1至3任一項之測量裝置，其中該信號處理單元係配置以：識別在該多數個光接收元件中的至少一個光接收元件，在該第一光接收信號中所指示的且由該光接收單元所接收的該至少一個光接收元件的接收光量係等於或大於該閾值；及基於該至少一個光接收元件其中各者的一位置來測量該物件。
如請求項1至3任一項之測量裝置，其中該光投射單元係建構以將第二投射光投射到該物件上，該第二投射光係不同於該第一投射光，其中該光接收單元係建構以響應於接收到藉由以該物件反射或散射該第二投射光所獲得的第二反射光而生成一第二光接收信號，且其中該信號處理單元係建構以：識別在該多數個光接收元件中的至少一個光接收元件，在該第二光接收信號中所指示的且由該光接收單元所接收的該至少一個光接收元件的接收光量係等於或大於該閾值；且基於該至少一個光接收元件各者的一位置來測量該物件。
一種測量方法，用於使用一閾值以光學測量一物件，該測量方法包含以下步驟：將第一投射光投射到該物件上；藉由包括多數個光接收元件的一光接收單元，響應於接收到藉由以該物件反射或散射該第一投射光所獲得的第一反射光而生成第一光接收信號；及處理該第一光接收信號，其中包含該光接收單元的該多數個光接收元件的一光接收區域係劃分為多數個測量區域，該多數個測量區域係由多數個第一邊界加以界定，該多數個第一邊界將該多數個光接收元件劃分成對應於該多數個測量區域的多數個群組，該多數個群組各者包括一個以上光接收元件，並且該光接收區域也加以劃分為由多數個第二邊界所界定的多數個峰值位置識別區域，該多數個第二邊界係不同於該多數個第一邊界，其中該多數個峰值位置識別區域各者至少包含一個測量區域的一部分以及與該一個測量區域相鄰的另一測量區域的一部分，其中該光接收區域包含多數個整合區域，且該多數個整合區域各者係由該多數個測量區域其中相鄰兩者加以形成，且其中，處理該第一光接收信號的步驟包含以下步驟：決定作為該多數個峰值位置識別區域其中之一的一目標峰值位置識別區域，該目標峰值位置識別區域包含在該第一光接收信號中的接收光量係最大的光接收元件的一位置；基於位於一目標整合區域之外的該多數個測量區域其中至少兩個的各者中的接收光量的一代表數值，在作為該多數個整合區域其中之一的該目標整合區域之中估計一干擾光分量的接收光量，該目標整合區域包含該目標峰值位置識別區域；及基於該干擾光分量的接收光量來控制該閾值。