具体实施方式

参照附图对本发明的合适的实施方式加以说明。再者，各图中，标注相同符号的构件具有相同或同样的构成。

首先，一方面参照图1，一方面对本实施方式的光学测量装置的构成进行说明。所述图为例示本实施方式的光学测量装置100的概略构成的构成图。

如图1所示，光学测量装置100包括光源10、导光部20、传感器头30、受光部40、控制部50、存储部60、显示部70及操作部80。光学测量装置100以规定的测量周期来测量自所述装置至对象物TA为止的距离，具体而言，以规定的测量周期来测量自传感器头30至对象物TA为止的距离。另外，光学测量装置100也可以规定的测量周期来测量以某位置为基准的距离的变化、即位移。

光源10以发出包含多个波长成分的光的方式构成。自光源10发出的光朝向对象物TA。再者，本实施方式的光源相当于本发明的“投光部”的一例。

光源10基于自控制部50输入的控制信号，例如以相对于测量周期而投光时间规定的比率(以下，将投光时间相对于测量周期的比率称为“投光量”(单位为％))被供给有规定的电流值，发出规定功率(以下称为“投光功率”)的光。投光量、投光功率等可基于控制信号而变更。

光源10优选为发出包含多个波长成分的光。此时，光源10例如包含白色发光二极管(Light Emitting Diode，LED)而构成，产生白色光。然而，光源10发出的光只要为包含涵盖光学测量装置100所要求的距离范围的波长范围的光即可，不限定于白色光。

导光部20用于传播光。导光部20例如包括第一缆线21、第二缆线22、第三缆线23及光耦合器24。

第一缆线21的一端(图1中为左端)与光源10光学连接。第二缆线22的一端(图1中为右端)与传感器头30光学连接。第三缆线23的一端(图1中为左端)与受光部40光学连接。第一缆线21的另一端(图1中为右端)及第三缆线23的另一端(图1中为右端)与第二缆线22的另一端(图1中为左端)经由光耦合器24而光学结合。

光耦合器24将自第一缆线21入射的光传送至第二缆线22，并且将自第二缆线22入射的光分割并分别传送至第一缆线21及第三缆线23。再者，通过光耦合器24自第二缆线22传送至第一缆线21的光在光源10终结。

光耦合器24例如包含熔合延伸型(熔融延伸型)的光耦合器而构成。另一方面，第一缆线21、第二缆线22及第三缆线23分别例如由光纤构成。各光纤可为具有单一的芯(core)的单芯，也可为具有多个芯的多芯。

传感器头30用于向对象物TA照射光。另外，传感器头30用于将来自对象物TA的反射光聚光。再者，本实施方式的传感器头30相当于本发明的“光学系统”的一例。

传感器头30例如包括准直透镜31、衍射透镜32及物镜33。

准直透镜31以将自第二缆线入射的光转换为平行光的方式构成。准直透镜31包含单一或多个透镜而构成。另外，准直透镜31也用于将入射至传感器头30的光聚光。

衍射透镜32以使平行光产生沿着光轴方向的色差的方式构成。物镜33以将产生了色差的光聚集并照射于对象物TA的方式构成。因通过衍射透镜32产生轴上色差，故而自物镜33照射的光的每个波长在不同距离(位置)具有焦点。

图1所示的例子中，示出了焦点距离相对较长的第一波长的光L1、及焦点距离相对较短的第二波长的光L2。第一波长的光L1在对象物TA的表面对焦(聚焦)，另一方面，第二波长的光L2在对象物TA的近前对焦(聚焦)。

经对象物TA的表面反射的光经由物镜33及衍射透镜32而由准直透镜31聚光，入射至第二缆线22。反射光中的第一波长的光L1在成为共焦点的第二缆线22的端面对焦，其大部分入射至第二缆线22。另一方面，其他波长在第二缆线22的端面并未对焦，不入射至第二缆线22。入射至第二缆线22的反射光通过光耦合器24而其一部分传送至第三缆线23，射出至受光部40。

在第二缆线22为光纤的情形时，其芯相当于针孔(pin hole)。因此，通过减小光纤的芯径，而将反射光聚光的针孔变小，可稳定地检测在对象物TA的表面对焦的波长的光。

受光部40用于针对经传感器头30聚光的光获得后述的受光量分布信号。经传感器头30聚光的光例如为由对象物TA所反射的反射光。受光部40例如包括准直透镜41、衍射光栅42、调整透镜43、受光传感器44及处理电路45。

准直透镜41以将自第三缆线入射的光转换为平行光的方式构成。衍射光栅42以将所述平行光按每个波长成分进行分光(分离)的方式构成。调整透镜43以调整经分光的各波长的光的点径的方式构成。

受光传感器44以针对经分光的光而可对每个波长成分检测受光量的方式构成。受光传感器44包含多个受光元件而构成。各受光元件与衍射光栅42的分光方向对应地一维排列。由此，各受光元件与经分光的各波长成分的光对应地配置，受光传感器44可对每个波长成分检测受光量。

受光传感器44的一个受光元件对应于一个像素。因此，受光传感器44也可谓以多个像素各自可检测受光量的方式构成。再者，各受光元件不限定于一维排列的情形，也可二维排列。各受光元件例如优选为在包含衍射光栅42的分光方向的检测面上二维排列。

各受光元件基于自处理电路45输入的控制信号，根据在规定的曝光时间的期间接收的光的受光量而蓄积电荷。而且，各受光元件基于自处理电路45输入的控制信号，在曝光时间以外、即非曝光时间的期间，输出与所蓄积的电荷相应的电信号。由此，在曝光时间接收的受光量转换为电信号。

处理电路45以控制受光传感器44所进行的受光的方式构成。另外，对于处理电路45而言，以对自受光传感器44的各受光元件输入的电信号进行用以输出至控制部50的信号处理的方式构成。处理电路45例如包含放大电路及模拟/数字(Analog-to-Digital，A/D)转换电路。放大电路将自各受光元件输入的电信号以规定的增益分别放大。而且，A/D转换电路对经放大的各受光元件的电信号进行采样(sampling)、量化(quantization)及编码(coding)，转换为数字信号。如此，各受光元件所检测的受光量转换为数字值，而获得每个受光元件、即每个像素的受光量的分布信号(以下简称为“受光量分布信号”)。处理电路45将所述受光量分布信号输出至控制部50。各受光元件的规定的曝光时间、放大电路的规定的增益等可基于控制信号而变更。

控制部50以控制光学测量装置100的各部的运行的方式构成。另外，控制部50以通过执行存储于存储部60的程序等而实现后述各功能的方式构成。以通过执行程序等而实现后述的各功能的方式构成。控制部50例如包含中央处理器(Central Processing Unit，CPU)等微处理器及只读存储器(Read Only Memory，ROM)、随机存取存储器(Random AccessMemory，RAM)、缓冲存储器(buffer memory)等存储器而构成。

存储部60以存储程序或数据等的方式构成。存储部60例如包含硬盘驱动器(harddisc driver)、固态驱动器(solid state driver)等而构成。存储部60预先存储控制部50执行的各种程序或执行程序所需要的数据等。另外，存储部60以存储由返回光所得的受光量分布信号的方式构成。

此处，一方面参照图2及图3，一方面对通过受光部40所得的受光量分布信号的一例进行说明。图2为例示由对象物TA所反射的反射光的受光量分布信号的一例的波形图。图3为例示不存在对象物TA时的受光量分布信号的一例的波形图。图2及图3中，横轴为像素(受光传感器44的各受光元件)，纵轴为受光量。

如图2所示，由对象物TA所反射的反射光的受光量分布信号包含作为来自对象物TA的反射光的信号光成分SC、及作为光学测量装置100内部的反射光的返回光成分RC。即，对于自光源10发出的光而言，其一部分未自传感器头30射出，而在光学测量装置100的内部反射而返回。所述光被称为返回光，返回光例如在第二缆线22与传感器头30的连接部、第二缆线22与光耦合器24的连接部、第一缆线21与光耦合器24的连接部等产生。返回光在受光量分布信号中以返回光成分RC的形式出现。

另一方面，返回光为光学测量装置100内部的反射光，故而即便为不存在对象物TA而并无来自对象物TA的反射光的状态，也出现于受光量分布信号。因此，如图3所示，可认为不存在对象物TA时的受光量分布信号与图2所示的返回光成分RC相同或大致相同。

因此，在不存在对象物TA的状态下获得图3所示的受光量分布信号，并作为由返回光所得的受光量分布信号而预先存储于存储部60。而且，在存在对象物TA的状态下获得图2所示的受光量分布信号，例如自图2所示的受光量分布信号减去图3所示的受光量分布信号，由此可去除返回光成分RC，获取以信号光成分SC作为主成分的测量波形信号。

回到图1的说明，控制部50例如包括获取部51、测量部52及调整部53作为其功能构成。

获取部51以基于图3所示的受光量分布信号，自图2所示的受光量分布信号获取测量波形信号的方式构成。

此处，一方面参照图4，一方面对通过获取部51获取的测量波形信号进行说明。所述图为例示测量波形信号的一例的波形图。图4中，横轴为像素(受光传感器44的各受光元件)，纵轴为经归一化的受光量(归一化受光量)。

详细而言，获取部51首先自图2所示的由对象物TA所反射的反射光的受光量分布信号，针对每个像素而减去图3所示的不存在对象物TA时的受光量分布信号(做减法)。继而，获取部51针对其相减结果，乘以相对于获得图3的受光量分布信号时的曝光时间的获得图2的受光量分布信号时的曝光时间，即乘以(图2的受光量分布信号的曝光时间)/(图3的受光量分布信号的曝光时间)(做乘法)。由此，将由曝光时间所引起的受光量的差异归一化。再者，存储部60将所述曝光时间也与图3的受光量分布信号一并预先存储。继而，获取部51针对每个像素，将其相乘结果除以图3的受光量分布信号(做除法)。由此，修正由图2所示的返回光成分RC引起的钝化(rounding)。如此，获取部51获取图4所示的测量波形信号MS。

回到图1的说明，测量部52以基于通过获取部51获取的测量波形信号MS来测量自光学测量装置100至对象物TA为止的距离，准确而言测量自传感器头30至对象物TA为止的距离的方式构成。图1所示的例子中，所述距离为Z轴方向的距离。

如图4所示，通常测量波形信号MS具有某像素的受光量成为峰值的波形。如上文所述，自传感器头30至对焦的点为止的距离视波长而不同，故而测量波形信号MS的峰值受光量的像素为与自传感器头30照射并在对象物TA对焦的光的波长对应的像素。而且，所述波长对应于自传感器头30至对象物TA为止的距离。图1所示的例子中，在对象物TA的表面对焦的第一波长的光L1作为受光量分布信号的峰值受光量的波长而出现。

具体而言，在将测量波形信号MS的峰值受光量设为100％时，求出50％的受光量的线与测量波形信号MS的两个交点的中间点，获得与所述中间点的像素对应的波长λ。

波长λ与距离的关系(对应)预先存储于控制部50的存储器或存储部60等。测量部52通过参照所述关系，而基于测量波形信号MS来测量自传感器头30至对象物TA为止的距离。

如此，通过基于测量波形信号MS来测量自光学测量装置100至对象物TA为止的距离，而将对于测量波形信号MS而言成为噪声成分的图2所示的受光量分布信号所含的返回光成分RC去除，因此与以下情形相比较，即基于由对象物TA所反射的反射光的受光量分布信号来测量自光学测量装置100至对象物TA为止的距离，可抑制噪声的影响而测量距离。

调整部53以下述方式构成，即：在由对象物TA所反射的反射光的受光量分布信号的一部分受光量为规定值以上时，以获取测量波形信号MS的方式，调整对于对象物TA的反射光的受光量分布信号的感度参数。

此处，一方面参照图5，一方面对通过受光部40所得的受光量分布信号的另一例进行说明。所述图为例示由对象物TA所反射的反射光的受光量分布信号的另一例的波形图。图5中，横轴为像素(受光传感器44的各受光元件)，纵轴为受光量。

对象物TA的反射光的受光量分布信号中，有时其一部分受光量成为规定值以上。其结果为，如图5所示，受光量分布信号包含受光量保持规定值而不变得更大的部分。此时，图5所示的受光量分布信号不含图2所示的受光量分布信号那样的信号光成分SC，故而获取部51无法自图5所示的受光量分布信号获取测量波形信号MS。

因此，调整部53在存在对象物TA时的受光量分布信号中，在如图5所示那样其一部分受光量为规定值以上时，调整对于对象物TA的反射光的受光量分布信号的感度参数。此处，例如通过调整投光量等感度参数，而可使受光量分布信号的受光量变化。通过调整部53调整感度参数，而受光部40可获得图2所示那样的包含信号光成分SC的受光量分布信号，而通过获取部51获取测量波形信号MS。因此，在由对象物TA所反射的反射光的受光量分布信号的一部分受光量为规定值以上时，以获取测量波形信号MS的方式，调整部53调整对于对象物TA的反射光的受光量分布信号的感度参数，由此可在调整感度参数之后所得的对象物TA的反射光的受光量分布信号中，使受光量小于规定值，例如不使受光量饱和，而在调整感度参数后的对象物TA的反射光的受光量分布信号包含图2所示的信号光成分SC。因此，通过调整由对象物TA所反射的反射光的受光量分布信号的感度参数，而可自对象物TA的反射光的受光量分布信号获取测量波形信号。

图5所示的例子中，在对象物TA的反射光的受光量分布信号中，受光量的规定值为通过受光部40可接收的受光量饱和的值。由此，可在调整感度参数之后所得的对象物TA的反射光的受光量分布信号中，防止受光量的饱和。

为了识别通过获取部51获取的测量波形信号MS与由噪声等所致的信号，调整部53优选为以获取的测量波形信号MS的峰值受光量成为规定值以上的方式，调整对于对象物TA的反射光的受光量分布信号的感度参数。由此，例如通过对测量波形信号MS设定小于规定值的阈值，而可排除由可能与测量波形信号MS混杂的噪声等所致的信号。

对于对象物TA的反射光的受光量分布信号的感度参数包含光源10的投光量、光源10的投光功率、受光传感器44的各受光元件的曝光时间、及处理电路45中的放大电路的增益中的至少一个。由此，可在由对象物TA所反射的反射光的受光量分布信号中，使受光量容易地变化。

以下，作为由对象物TA所反射的反射光的受光量分布信号的感度参数，使用投光量来进行说明。

此处，一方面参照图6至图9，一方面对由调整部53进行的对于对象物TA的反射光的受光量分布信号的感度参数的调整进行说明。图6为例示图1所示的调整部53调整投光量的第一实施例的信号图。图7为例示图1所示的调整部53调整投光量的第二实施例的信号图。图8为例示图1所示的调整部53调整投光量的第三实施例的信号图。图9为例示图1所示的调整部53调整投光量的第四实施例的信号图。图5至图9中，横轴为时间，纵轴为投光量[％]。

(第一实施例)

例如如图6所示，调整部53使投光量阶段性地增加直至通过获取部51获取测量波形信号MS为止。投光量的步幅Vst例如设定为10[％]，所述投光量的投光时间的步幅Tst例如设定为测量周期的3倍(3周期份)。设定为投光量的步幅Vst及投光时间的步幅Tst的值也可显示于后述的显示部70，且通过操作部80而可变更。

在即便阶段性地增加的投光量达到规定值、图6所示的例子中为100[％]但也未获取测量波形信号MS的情形时，调整部53使投光量降低至下限值Vmin为止。投光量的下限值Vmin例如设定为10[％]。设定为投光量的下限值Vmin的值也可与投光量的步幅Vst及投光时间的步幅Tst同样地显示于显示部70，且通过操作部80而可变更。

使投光量降低至下限值Vmin为止后，调整部53再次使投光量阶段性地增加直至通过获取部51获取测量波形信号MS为止。

(第二实施例)

例如如图7所示，调整部53使投光量阶段性地降低直至通过获取部51获取测量波形信号MS为止。投光量的步幅Vst例如设定为10[％]，所述投光量的投光时间的步幅Tst例如设定为测量周期的3倍(3周期份)。设定为投光量的步幅Vst及投光时间的步幅Tst的值也可与第一实施例同样地显示于显示部70，且通过操作部80而可变更。

在即便阶段性地降低的投光量达到预先设定的下限值Vmin、例如10[％]但也未获取测量波形信号MS的情形时，调整部53使投光量增加至规定值、图6所示的例子中为100[％]为止。设定为投光量的下限值Vmin的值也可与第一实施例同样地显示于显示部70，且通过操作部80而可变更。

在使投光量增加至规定值为止后，调整部53再次使投光量阶段性地降低直至通过获取部51获取测量波形信号MS为止。

(第三实施例)

在预先得知对象物TA的反射率的情形时，对于对象物TA的反射光的受光量分布信号的感度参数只要在规定范围内调整便足矣。此时，例如如图8所示，调整部53在调整范围AR1内使投光量阶段性地增加直至通过获取部51获取测量波形信号MS为止。调整范围AR1为基于对象物TA的反射率而设定的投光量的范围，例如为以与对象物TA的反射率对应的投光量作为中央值的范围。调整范围AR1显示于显示部70，且通过操作部80而指定。

与第一实施例同样地，调整部53使投光量以投光量的步幅Vst及投光时间的步幅Tst阶段性地增加，在即便投光量达到调整范围AR1的上限值但也未获取测量波形信号MS的情形时，调整部53使投光量降低至调整范围AR1的下限值为止。其后，调整部53再次在调整范围AR1内使投光量阶段性地增加直至通过获取部51获取测量波形信号MS为止。

第三实施例中，示出了调整部53在调整范围AR1内使投光量阶段性地增加的示例，但不限定于此。也可与第二实施例同样地，调整部53在调整范围AR1内使投光量阶段性地降低。此时，在即便投光量达到调整范围AR1的下限值但也未获取测量波形信号MS的情形时，调整部53使投光量增加至调整范围AR1的上限值为止。

如此，通过基于对象物TA的反射率来设定感度参数的调整范围AR1，而可缩小(限定)感度参数的调整范围，可缩短感度参数的调整所耗的时间。

(第四实施例)

在通过获取部51可获取测量波形信号MS时，在将对于对象物TA的反射光的受光量分布信号的感度参数存储于控制部50的存储器或存储部60等的情形时，感度参数只要在规定范围内调整便足矣。此时，例如如图9所示，调整部53在调整范围AR2内使投光量阶段性地增加直至通过获取部51获取测量波形信号MS为止。调整范围AR2为基于获取前一次测量波形信号MS时的投光量Vpre而设定的投光量的范围，例如为以获取前一次测量波形信号MS时的投光量作为中央值的范围。

与第一实施例同样地，调整部53使投光量以投光量的步幅Vst及投光时间的步幅Tst阶段性地增加，在即便投光量达到调整范围AR2的上限值但也未获取测量波形信号MS的情形时，调整部53使投光量降低至调整范围AR2的下限值为止。其后，调整部53再次在调整范围AR2内使投光量阶段性地增加直至通过获取部51获取测量波形信号MS为止。

第四实施例中，示出了调整部53在调整范围AR2内使投光量阶段性地增加的示例，但不限定于此。也可与第二实施例同样地，调整部53在调整范围AR2内使投光量阶段性地降低。此时，在即便投光量达到调整范围AR2的下限值但也未获取测量波形信号MS的情形时，调整部53使投光量增加至调整范围AR2的上限值为止。

如此，通过基于获取前一次测量波形信号MS时的感度参数来设定感度参数的调整范围AR2，而可缩小(限定)感度参数的调整范围，可缩短感度参数的调整所耗的时间。

回到图1的说明，显示部70用于输出信息。详细而言，显示部70例如以显示设定内容、运行状态、通信状态等的方式构成。显示部70例如包含多位数的七段显示器或十一段显示器、及以多色发光的显示灯。

操作部80用于通过利用者(用户)的操作而输入信息。操作部80例如包含按钮、开关等而构成。此时，在利用者操作按钮、开关等时，与操作相应的信号输入至控制部50。继而，控制部50生成与所述信号对应的数据，由此可向光学测量装置100输入信息。

本实施方式中，示出了光学测量装置100为白色共焦点方式的示例，但不限定于此。本发明的光学测量装置例如也可为三角测距方式。此时，光学测量装置只要包括下述构件即可：投光部，向对象物发出光；受光部，获得每个像素的受光量分布信号；获取部，基于不存在对象物TA时的受光量分布信号，自利用对象物TA所反射的反射光的受光量分布信号获取测量波形信号；以及调整部53，在由对象物TA所反射的反射光的受光量分布信号的一部分受光量为规定值以上时，以获取测量波形信号MS的方式，调整对于对象物TA的反射光的受光量分布信号的感度参数。

如此，根据本实施方式的光学测量装置100以及光学测量方法，在由对象物TA所反射的反射光的受光量分布信号的一部分受光量为规定值以上时，以获取测量波形信号MS的方式，调整对于对象物TA的反射光的受光量分布信号的感度参数。由此，可在调整感度参数之后所得的对象物TA的反射光的受光量分布信号中，使受光量小于规定值，例如不使受光量饱和，而在调整感度参数后的对象物TA的反射光的受光量分布信号包含图2所示的信号光成分SC。因此，通过调整由对象物TA所反射的反射光的受光量分布信号的感度参数，而可自对象物TA的反射光的受光量分布信号获取测量波形信号。

以上说明的实施方式是为了使本发明的理解容易，而非用于限定性地解释本发明。实施方式所包括的各元件及其配置、材料、条件、形状以及尺寸等不限定于例示，可适当变更。另外，可将不同实施方式所示的构成彼此局部地置换或组合。

(附记)

1.一种光学测量装置(100)，包括：

光源(10)，向对象物(TA)发出光；

受光部(40)，以多个像素各自可检测受光量的方式构成，且获得每个像素的受光量分布信号；

获取部(51)，基于不存在对象物(TA)时的受光量分布信号，自利用对象物(TA)所反射的反射光的受光量分布信号获取测量波形信号MS；以及

调整部(53)，在反射光的受光量分布信号的一部分受光量为规定值以上时，以获取测量波形信号(MS)的方式，调整对于反射光的受光量分布信号的感度参数。

9.一种光学测量方法，包括：

投光步骤，向对象物(TA)发出光；

受光步骤，获得每个像素的受光量分布信号；

获取步骤，基于不存在对象物(TA)时的受光量分布信号，自利用对象物(TA)所反射的反射光的受光量分布信号获取测量波形信号(MS)；以及

调整步骤，在反射光的受光量分布信号的一部分受光量为规定值以上时，以获取测量波形信号(MS)的方式，调整对于反射光的受光量分布信号的感度参数。

符号的说明

10：光源

20：导光部

21：第一缆线

22：第二缆线

23：第三缆线

24：光耦合器

30：传感器头

31：准直透镜

32：衍射透镜

33：物镜

40：受光部

41：准直透镜

42：衍射光栅

43：调整透镜

44：受光传感器

45：处理电路

50：控制部

51：获取部

52：测量部

53：调整部

60：存储部

70：显示部

80：操作部

100：光学测量装置

AR1、AR2：调整范围

L1、L2：光

MS：测量波形信号

RC：返回光成分

SC：信号光成分

TA：对象物

Tst：步幅

Vmin：下限值

Vpre：投光量

Vst：步幅

λ：波长