检测设备的制作方法

文档序号:6170620
检测设备的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种检测设备,其包括:多个发光部分,它们布置成一行并以分时段方式将平行光发射到物体在其上经过的通道区域;一个或多个光接收部分,接收通过物体反射或透射穿过物体的平行光,所述光接收部分的数量小于所述发光部分的数量;以及检测部分,根据通过光接收部分接收的平行光的强度分布来检测物体的边缘和物体的具有不同反射率或透射率的部分的边缘中的至少一个。
【专利说明】检测设备
【技术领域】
[0001]本发明涉及检测设备。
【背景技术】
[0002]日本未审查的专利申请公开N0.10-318726公开了一种三维尺寸测量设备,其用于测量沿着水平方向移动的移动物体的三维尺寸,包括在移动方向上的长度、在与移动方向交叉的水平方向上的宽度和在竖直方向上的高度。

【发明内容】

[0003]期望的是,准确地检测物体的边缘和物体的具有不同反射率或透射率的部分的边缘中的至少一个。
[0004]根据本发明的一方面,提供了一种检测设备,其包括:多个发光部分,它们布置成一行并以分时段方式将平行光发射到物体在其上经过的通道区域;一个或多个光接收部分,接收通过物体反射或透射穿过物体的平行光,所述光接收部分的数量小于所述发光部分的数量;以及检测部分,根据通过光接收部分接收的平行光的强度分布来检测物体的边缘和物体的具有不同反射率或透射率的部分的边缘中的至少一个。
[0005]根据本发明的第二方面,提供了一种根据第一方面的检测设备,其中所述多个发光部分一体地形成在公共基底上以形成发光元件。
[0006]根据本发明的第三方面,提供了一种根据第一方面的检测设备,其中所述多个发光部分以多种不同的发光强度发光。
[0007]根据本发明的第四方面,提供了一种根据第二方面的检测设备,其中所述多个发光部分以多种不同的发光强度发光。
[0008]根据本发明的第五方面,提供了一种根据第一方面的检测设备,其中将所述多个发光部分设置为与物体经过的通道方向交叉,并使它们按次序地发光,并且所述检测部分基于所述物体的边缘和所述部分的边缘中的至少一个检测以下的至少一个:物体的二维形状、物体在通道方向上的长度、物体在与通道方向正交的正交方向上的宽度、物体相对于所述正交方向的倾角、所述部分的二维形状、所述部分在通道方向上的长度、所述部分在正交方向上的宽度、所述部分相对于所述物体的位置和位置上的任何重合失调。
[0009]根据本发明的第六方面,提供了一种根据第二方面的检测设备,其中将所述多个发光部分设置为与物体经过的通道方向交叉,并使它们按次序地发光,并且所述检测部分基于所述物体的边缘和所述部分的边缘中的至少一个检测以下的至少一个:物体的二维形状、物体在通道方向上的长度、物体在与通道方向正交的正交方向上的宽度、物体相对于所述正交方向的倾角、所述部分的二维形状、所述部分在通道方向上的长度、所述部分在正交方向上的宽度、所述部分相对于所述物体的位置和位置上的任何重合失调。
[0010]根据本发明的第七方面,提供了一种根据第三方面的检测设备,其中将所述多个发光部分设置为与物体经过的通道方向交叉,并使它们按次序地发光,并且所述检测部分基于所述物体的边缘和所述部分的边缘中的至少一个检测以下的至少一个:物体的二维形状、物体在通道方向上的长度、物体在与通道方向正交的正交方向上的宽度、物体相对于所述正交方向的倾角、所述部分的二维形状、所述部分在通道方向上的长度、所述部分在正交方向上的宽度、所述部分相对于所述物体的位置和位置上的任何重合失调。
[0011]根据本发明的第八方面,提供了一种根据第四方面的检测设备,其中将所述多个发光部分设置为与物体经过的通道方向交叉,并使它们按次序地发光,并且所述检测部分基于所述物体的边缘和所述部分的边缘中的至少一个检测以下的至少一个:物体的二维形状、物体在通道方向上的长度、物体在与通道方向正交的正交方向上的宽度、物体相对于所述正交方向的倾角、所述部分的二维形状、所述部分在通道方向上的长度、所述部分在正交方向上的宽度、所述部分相对于所述物体的位置和位置上的任何重合失调。
[0012]根据本发明的第九方面,提供了一种根据第一方面的检测设备,其中沿着物体经过的通道方向设置所述多个发光部分,并使它们按次序地发光,并且所述检测部分基于所述物体的边缘和所述部分的边缘中的至少一个检测物体的速度。
[0013]根据本发明的第十方面,提供了一种根据第二方面的检测设备,其中沿着物体经过的通道方向设置所述多个发光部分,并使它们按次序地发光,并且所述检测部分基于所述物体的边缘和所述部分的边缘中的至少一个检测物体的速度。
[0014]根据本发明的第十一方面,提供了一种根据第三方面的检测设备,其中沿着物体经过的通道方向设置所述多个发光部分,并使它们按次序地发光,并且所述检测部分基于所述物体的边缘和所述部分的边缘中的至少一个检测物体的速度。
[0015]根据本发明的第十二方面,提供了一种根据第四方面的检测设备,其中沿着物体经过的通道方向设置所述多个发光部分,并使它们按次序地发光,并且所述检测部分基于所述物体的边缘和所述部分的边缘中的至少一个检测物体的速度。
[0016]与不使用平行光的情况相比,利用根据本发明的第一方面的构造可准确地检测物体的边缘和物体的具有不同反射率或透射率的部分的边缘中的至少一个。
[0017]与设置有单独地制造的多个发光部分的情况相比,利用根据本发明的第二方面的构造,所述多个发光部分的位置精度和照射方向的精度较高。
[0018]与发光部分不按次序地发光的情况相比,利用根据本发明的第三和第四方面的构造可准确地检测以下的至少一个:物体的二维形状、物体在通道方向上的长度、物体在与通道方向正交的正交方向上的宽度、物体相对于所述正交方向的倾角、物体的具有不同反射率或透射率的部分的二维形状、所述部分在通道方向上的长度、所述部分在正交方向上的宽度、所述部分相对于所述物体的位置和位置上的任何重合失调。
[0019]与发光部分不按次序地发光的情况相比,利用根据本发明的第五、第六、第七和第八方面的构造可准确地检测物体的速度。
【专利附图】

【附图说明】
[0020]将基于以下附图详细描述本发明的示例性实施例,其中:
[0021]图1A是根据第一示例性实施例的检测设备的平面图,图1B是根据第一示例性实施例的检测设备的正视图,以及图1C是根据第一示例性实施例的检测设备的侧视图;
[0022]图2A和图2B是分别示出根据第一示例性实施例的变型例的发光元件的平面图;[0023]图3A至3D是分别示出使用了根据第一示例性实施例的光学元件的构造的示意图,所述光学元件用于增大或减小来自半导体激光器的平行光光线之间的间隔,同时保持所述光为平行光;
[0024]图4A和图4B示出了将被检测的目标是通过将第二物体布置在第一物体上形成的物体的情况;
[0025]图5示出了根据第一示例性实施例的通过光接收元件接收的平行光的接收的光强分布;
[0026]图6是根据第一示例性实施例的用于检测物体的速度的构造的平面图;
[0027]图7是示出根据第一示例性实施例的检测物体的倾角的平面图;
[0028]图8是示出接收透射穿过物体的平行光的构造的正视图;
[0029]图9A至图9H是分别示出根据变型例的发光元件和光接收元件的示意图;
[0030]图1OA是根据第二示例性实施例的检测设备的平面图,图1OB是根据第二示例性实施例的检测设备的正视图,以及图1OC是根据第二示例性实施例的检测设备的侧视图;
[0031]图11示出了根据第二示例性实施例的通过光接收元件接收的平行光的接收的光强分布;以及
[0032]图12A和图12B是分别示出根据第二示例性实施例的变型例的构造的示意图。【具体实施方式】
[0033]下面将参照附图描述本发明的示例性实施例。
[0034][第一示例性实施例]
[0035](根据第一示例性实施例的检测设备10的构造)
[0036]首先,将描述根据第一示例性实施例的检测设备10的构造。图1A至图1C是分别示出根据示例性实施例的检测设备10的构造的示意图。如图1C所示,检测设备10包括:发光元件20,其作为发光部分的实例;光接收元件30,其作为光接收部分的实例;以及检测部分40。
[0037](发光元件20)
[0038]如图1A和图1B所示,发光元件20包括半导体激光器22,其作为将平行光发射到通道区域(移动区域)的多个(至少三个或更多个)发光部分的实例,其中物体B通过(移动通过)所述通道区域(移动区域)。具体地说,垂直于半导体基底发光的表面发射激光器(SEL),更具体地说包括垂直于半导体基底的共振器的竖直腔面发射激光器(VCSEL),被用作半导体激光器22。术语“平行光”指它们的光轴彼此平行地延伸的光线,并且各个光线可为漫射光线。
[0039]半导体激光器22的其它实例包括边发射激光器(EEL),其包括处在沿着半导体基底的方向上的共振器,以从分裂的侧表面在沿着半导体基底的方向上发光。
[0040]与发光二极管(LED)不同,半导体激光器22具有共振器结构。半导体激光器22使光共振通过共振器结构以使所述光形成为平行光并减小光的直径。也就是说,共振器结构用作用于形成平行光的结构。作为用于形成平行光的构造,可使用诸如准直透镜的光学元件代替共振器结构或除共振器结构之外还使用诸如准直透镜的光学元件。因此,发光部分可为LED和诸如准直透镜的光学元件。[0041]通过在公共基底(半导体基底(晶圆))上一体地形成多个半导体激光器22来形成发光元件20。也就是说,通过经一系列工艺形成所述多个半导体激光器22而非通过组装多个单独地制造的发光部分来形成发光元件20。
[0042]将多个半导体激光器22沿着与物体B通过(移动通过)通道区域R的通道方向(移动方向)Y正交的正交方向(X方向)布置成一行。具体地说,多个半导体激光器22布置成一行。
[0043]如图2A所示,所述半导体激光器22可布置为两行。这样,减小了半导体激光器22之间在正交方向X上的间隔,从而提高了分辨率。在半导体激光器22 (VCSEL)排列为三行或更多行的情况下,在半导体激光器22之间需要布线空间,并且半导体激光器22之间在正交方向X上的间隔未减小。这使得与半导体激光器22排列为两行的情况相比难以提高分辨率。然而,应该注意,半导体激光器22可布置为三行或更多行,以通过增加半导体激光器22的数量提高检测的可靠性。
[0044]如图2B所不,多个半导体激光器22可相对于正交方向X倾斜地布置。这样,减小了半导体激光器22之间在正交方向X上的间隔,从而提高了分辨率。
[0045]如图1B所示,多个半导体激光器22朝下发射平行光,并且从半导体激光器22发射的平行光光线沿着正交方向X布置成一行。平行光的光束直径为例如I至20 μ m,并且平行光光线的间隔为例如10至1000 μ m。
[0046]多个半导体激光器22按次序地发光。具体地说,多个半导体激光器22按照从图1A中位于最左侧位置的半导体激光器22A (下文中称为“最左侧的半导体激光器”)至图1A中位于最右侧位置的半导体激光器22B (下文中称为“最右侧的半导体激光器”)的次序一个接一个地发光。在最右侧的半导体激光器22B完成发光之后,半导体激光器22再次按照从最左侧的半导体激光器22A至最右侧的半导体激光器22B的次序发光。按照这种方式,多个半导体激光器22按照从最左侧的半导体激光器22A至最右侧的半导体激光器22B的次序重复地按次序地发光。也就是说,在示例性实施例中,在半导体激光器之一开启的同时,其它的半导体激光器基本上关闭。彼此相邻的多个半导体激光器可形成为按次序地发光的一组半导体激光器。
[0047]半导体激光器22以例如Ins的间隔发光。因此,对于具有1000个半导体激光器22的发光元件20,从最左侧的半导体激光器22A至最右侧的半导体激光器22B的按次序地发光的一个周期是I μ S。
[0048]为了补偿半导体激光器22发射的光量的变化,期望的是,应该预先使每个半导体激光器22受到利用具有恒定的整体反射率的样品执行的黑斑补偿(shadingcompensation)。
[0049]半导体激光器22执行的光发射不限于从半导体激光器22A至半导体激光器22B的逐个按次序的光发射,并且多个半导体激光器22可根据必要的分辨率等按照其它方法发光。例如,多个半导体激光器22可在禁用一些半导体激光器22的情况下按次序地发光。也就是说,可以不使用所述多个半导体激光器22中的一些。
[0050]简短地说,仅需要的是,半导体激光器22应当发光以至少使得所述多个半导体激光器22中的一些与其它半导体激光器22在不同的时间发光。
[0051]如图3A和图3B所示,光学元件24可用于增大或减小在来自半导体激光器22的平行光光线之间的间隔,同时保持所述光为平行光。这允许在平行光光线之间的间隔适应于必要的分辨率。光学元件24的实例包括双面远心透镜。
[0052]如图3C所示,双面远心透镜包括一对透镜24A和设置在所述一对透镜24A之间的光圈24B。减小光圈24B的尺寸允许仅采用平行光分量,但减少光量。因此,根据必要的精度(非平行光分量可被允许的程度)和必要的光量设置光圈24B的尺寸。在半导体激光器22布置成一行的情况下,可通过去除对于光路来说非必要的部分使双面远心透镜成形,也就是说,通过仅留下对于光路来说必要的部分使双面远心透镜形成为板状,如图3D所示。
[0053](物体B)
[0054]如图1A所示,物体B,即通过发光元件20用平行光照射的目标,包括具有不同反射率的部分P (下文中称其为“不同部分”)。在示例性实施例中,所述不同部分P的反射率高于物体B的除所述不同部分P之外的部分的反射率。
[0055]术语“反射率”指来自发光元件20的平行光被反射(引导)至光接收元件30的比率。反射率根据(例如)不同部分P的材料、光泽度等的差别和不同部分P的反射表面(表面)上的反射角的差别而变化。
[0056]物体B具有边缘(边界)E (E1、E2、E3、E4)。边缘E包括第一正交方向端部(图1A中的左端部)E1、第二正交方向端部(图1A中的右端部)E2、上游通道方向端部E3和下游通道方向端部E4。
[0057]不同部分P各自具有边缘(边界)F (F1、F2、F3、F4)。边缘F包括第一正交方向端部(图1A中的左端部)F1、第二正交方向端部(图1A中的右端部)F2、上游通道方向端部F3和下游通道方向端部F4。
[0058]如图4A和图4B所示,可通过将反射率与第一物体BI的反射率不同的第二物体B2布置在第一物体BI上形成物体B。在这种情况下,第二物体B2用作先前讨论的不同部分P。在图4B中,发光元件20 (半导体激光器22)所在的位置由虚线指示(这点对于将在稍后讨论的图6也一样)。
[0059]物体B可为通过运输构件运输的物体,或可为在空中飞行的物体。即使物体B是飞行的物体,只要其反射率与背景的反射率存在差别,物体B的边缘E也是可检测的。飞行方向可相对于半导体激光器22的设置方向(正交方向)倾斜。
[0060](光接收元件30)
[0061]如图1C所示,光接收元件30由接收物体B反射的平行光的元件形成。光接收元件30的特定实例包括光电二极管(PD)。光电二极管输出对应于接收的光量的电信号。具体地说,随着接收的光量变得更大,光电二极管输出更大的值(电流值或电压值)。
[0062]光接收元件30设置在物体B的通道区域R上方。也就是说,相对于通道区域R,光接收元件30设置在从发光元件20发射的平行光被反射所至的侧面上,也就是说,其上设置有发光元件20的侧面上。光接收元件30在通道方向上设置在发光元件20的上游。光接收元件30可在通道方向上设置在发光元件20的下游。
[0063]设置多个光接收元件30,并且光接收元件30的数量小于半导体激光器22的数量。在示例性实施例中,半导体激光器22逐个地发光,并且可以知道正被接收的平行光来自哪一个半导体激光器22。因此,针对每个半导体激光器22设置光接收元件30是非必要的,这样,使得光接收元件30的数量小于半导体激光器22的数量。因此,可以仅有一个光接收元件30。
[0064]光接收元件30沿着从发光元件20的第一端部在纵向方向(X方向)上延伸至第二端部的线设置。也就是说,光接收元件30在通道方向上设置在沿着纵向方向的发光元件20的第一端部(最左侧的半导体激光器22A)和第二端部(最右侧的半导体激光器22B)的上游。
[0065]会聚反射的光的透镜32设置在光接收元件30的反射的光入射至其上的侧面上。这确保了通过光接收元件30接收的光量。透镜32的实例包括与多个光接收元件30共同设置的圆柱形透镜。可针对每个光接收元件30设置会聚反射的光的透镜。可省去会聚反射的光的透镜。
[0066]在如示例性实施例中那样使用多个光接收元件30的情况下,期望的是,半导体激光器22和光接收元件30应当预先彼此关联起来。也就是说,期望的是,当每个半导体激光器22发光时,预先设置哪个光接收元件30输出将被参考的值。与选择从所述多个光接收元件30输出的值之一的情况相比,这样加快了处理速度。在将半导体激光器22与光接收元件30彼此关联的过程中,可将多个半导体激光器22与例如一个光接收元件30关联起来。
[0067]可将一个半导体激光器22与多个光接收元件30关联起来。在这种情况下,可从所述多个光接收元件30输出的值中选择最大值,以参考最大值。
[0068]为了补偿通过光接收元件30接收的光量的变化,期望的是,每个光接收元件30应当预先受到利用具有恒定的整体反射率的样品执行的黑斑补偿。多个光接收元件30可在光接收元件30中的一些失效的情况下接收光。也就是说,可不使用多个光接收元件30中
的一些。
[0069](检测部分40)
[0070]图5示出了当执行一次从图1A中最左侧的半导体激光器22A至最右侧的半导体激光器22B的至物体B的按次序的光发射时,通过光接收元件30接收的平行光的接收的光强分布。接收的光强分布包括在接收的光强改变处的变化点G (G1、G2)和变化点H (HUH2)。
[0071]检测部分40根据通过光接收元件30接收的平行光的强度分布(也就是说,图5所示的接收的光强分布)检测物体B的不同部分P的边缘(边界)F和物体B本身的边缘(边界)E中的至少一个。
[0072]具体地说,检测部分40基于接收的光强分布中的变化点G (GU G2)和变化点H(H1、H2)检测物体B的不同部分P的边缘F和物体B的边缘E中的至少一个。
[0073]在图5所示的实例中,接收的光强分布中的变化点G (GU G2)对应于物体B的边缘E,并且检测部分40根据存在或不存在变化点G来检测存在或不存在物体B的边缘E,也就是说,存在或不存在物体B本身。也就是说,在不存在变化点G的情况下,检测结果为物体B不存在。
[0074]同时,接收的光强分布中的变化点H (H1、H2)对应于不同部分P的边缘F,并且检测部分40根据存在或不存在变化点H来检测存在或不存在不同部分P的边缘F,也就是说,存在或不存在不同部分P本身。也就是说,在不存在变化点H的情况下,检测结果为不同部分P不存在。
[0075]边缘F和边缘E对应于通道方向Y和正交方向X上的边缘,并且不包括物体B在高度方向上的边缘。也就是说,在示例性实施例中,物体B在高度方向上的边缘不作为参考,并且检测部分40不具有检测物体B的高度或基于物体B的高度检测物体B的三维形状的功能。
[0076]根据通过检测部分40检测的物体B存在或不存在的结果,检查将被布置在目标物品(物体B的实例)上的部件是否被布置在所述目标物品上,例如,电子部件(物体B的实例)的引线是否存在(未损坏)等。
[0077]根据通过检测部分40检测的不同部分P存在或不存在的结果,例如,检查将被贴在作为物体B的商品上的标签(标签具有与商品的反射率不同的反射率)是否被贴在所述商品上。
[0078]在图5所示的实例中,变化点Gl对应于物体B的第一正交方向端部E1,并且变化点G2对应于物体B的第二正交方向端部E2。检测部分40根据在变化点Gl和变化点G2之间的距离检测从物体B的第一正交方向端部El至物体B的第二正交方向端部E2的距离,也就是说,物体B在正交方向上的宽度Wl。
[0079]在图5所示的实例中,变化点Hl对应于不同部分P的第一正交方向端部F1,并且变化点H2对应于不同部分P的第二正交方向端部F2。检测部分40根据在变化点Hl和变化点H2之间的距离检测从不同部分P的第一正交方向端部Fl至不同部分P的第二正交方向端部F2的距离,也就是说,不同部分P在正交方向上的宽度W2。
[0080]检测部分40根据在变化点Gl和变化点Hl之间的距离检测从物体B的第一正交方向端部El至不同部分P的第一正交方向端部Fl的宽度W3。例如,根据宽度W3,检测不同部分P在正交方向上相对于物体B的相对位置。在相对位置和预先设置的参考位置之间进行比较以检测任何重合失调(misregistration)。可参照变化点Gl和变化点H2、变化点G2和变化点Hl或变化点G2和变化点H2来检测不同部分P在正交方向上相对于物体B的相对位置。
[0081]在图5所示的实例中,出现变化点Gl的时刻对应于物体B的上游通道方向端部E3经过发光元件20 (半导体激光器22)的时刻。此外,在从半导体激光器22A至半导体激光器22B的重复的按次序发光的过程中,变化点Gl消失的时刻对应于物体B的下游通道方向端部E4经过发光元件20 (半导体激光器22)的时刻。根据从变化点Gl出现至变化点Gl消失的时间段,检测部分40检测从物体B的上游通道方向端部E3至物体B的下游通道方向端部E4的一部分经过发光元件20 (半导体激光器22)所用的时间。根据物体B的通过时间和通过速度(移动速度)检测从物体B的上游通道方向端部E3至物体B的下游通道方向端部E4的所述部分的长度LI。然后,根据所述长度LI和先前讨论的物体B在正交方向上的宽度Wl来检测物体B的二维形状(轮廓)。
[0082]在图5所示的实例中,出现变化点Hl的时刻对应于不同部分P的上游通道方向端部F3经过发光元件20 (半导体激光器22)的时刻。此外,在从半导体激光器22A至半导体激光器22B的重复的按次序发光的过程中,变化点Hl消失的时刻对应于不同部分P的下游通道方向端部F4经过发光元件20 (半导体激光器22)的时刻。根据变化点Hl出现至变化点Hl消失的时间段,检测部分40检测从不同部分P的上游通道方向端部F3至不同部分P的下游通道方向端部F4的一部分经过发光元件20 (半导体激光器22)所用的时间。根据物体B的通过时间和通过速度(移动速度)检测从不同部分P的上游通道方向端部F3至不同部分P的下游通道方向端部F4的所述部分的长度L2。然后,根据所述长度L2和先前讨论的不同部分P在正交方向上的宽度W2来检测不同部分P的二维形状(轮廓)。
[0083]根据从变化点Gl出现至变化点Hl出现的时间段,检测部分40检测从物体B的上游通道方向端部E3至不同部分P的上游通道方向端部F3的一部分经过光接收元件30所用的时间。根据物体B的通过时间和通过速度(移动速度)检测从物体B的上游通道方向端部E3至不同部分P的上游通道方向端部F3的所述部分的长度L3。根据长度L3,例如,检测不同部分P在通道方向上相对于物体B的相对位置。在相对位置和预先设置的参考位置之间进行比较以检测任何重合失调。
[0084]例如,如下测量物体B的速度。
[0085]如图6所示,在物体B的上游通道方向端部E3预先设置包括具有不同反射率的多个区域Cl和C2的条形码C,以允许按照与先前讨论的不同部分P相同的方式检测条形码C的区域Cl和C2的移动时间。然后,可根据预先已知的区域Cl和C2在通道方向上的移动时间和长度测量物体B的速度。也就是说,预先为物体B设置在通道方向上具有已知长度的区域,并且检测部分40检测所述区域的移动时间,从而根据所述移动时间和预先已知的通道方向上的长度来测量物体B的速度。
[0086]物体B的速度可为例如预先设置的运输物体B的运输构件(诸如运输器)的运输速度,或为利用根据稍后讨论的第二示例性实施例的构造检测的速度。
[0087]在物体B为纸张的情况下,例如,已知物体B的长度LI,可根据长度LI和从物体B的上游通道方向端部E3至物体B的下游通道方向端部E4的一部分经过发光元件20(半导体激光器22)所用的时间来测量物体B的速度。
[0088]根据先前讨论的检测到的物体B的二维形状,例如,检查部件(物体的实例)是否未损坏或者部件(物体的实例)的长度是否足够。根据先前讨论的检测到的不同部分P的二维形状,例如,检查形成在记录介质上的图像的图案或形状是否正确(不同部分P的实例)。图像的实例包括条形码和二维码。
[0089]在根据第一示例性实施例的构造中,如图7所示,物体B相对于正交方向X的倾角(斜角)是可检测的。通过例如检测物体B的上游通道方向端部E3的倾角来检测物体B的倾角。检测部分40根据是否仅从正交方向第一端的侧面上的多个半导体激光器22中的一些接收平行光来检测物体B的上游通道方向端部E3是否倾斜。在从多个半导体激光器22的全部接收平行光的情况下,检测到物体B的上游通道方向端部E3不是倾斜的。
[0090]如上所述,检测部分40检测以下的至少一个:物体B的二维形状、物体B在通道方向上的长度L1、物体B在与通道方向正交的正交方向上的宽度W1、物体B相对于正交方向X的倾角、不同部分P的二维形状、不同部分P在通道方向上的长度L2、不同部分P在正交方向上的宽度W2、不同部分P相对于物体B的位置和所述位置的任何重合失调。
[0091](第一示例性实施例的效果)
[0092]在该示例性实施例中,首先,利用平行光通过从最左侧的半导体激光器22A至最右侧的半导体激光器22B的按次序的发光照射物体B。重复执行从最左侧的半导体激光器22A至最右侧的半导体激光器22B的这种按次序的发光。从半导体激光器22发射并被物体B反射的平行光被多个光接收元件30接收。
[0093]在将检测不同部分P在正交方向X上相对于物体B的相对位置的情况下,例如,检测部分40根据在通过光接收元件30接收的平行光的强度分布中的变化点Gl和变化点Hl之间的距离来检测从物体B的第一正交方向端部El至不同部分P的第一正交方向端部Fl的宽度W3。根据宽度W3,检测不同部分P在正交方向X上相对于物体B的相对位置。
[0094]因此,与使用漫射光的情况相比,在使用平行光的示例性实施例中,照射范围更有限。因此,基于在所述有限范围内发生的平行光的强度变化来检测物体B的边缘E和不同部分P的边缘F。因此,与使用漫射光的情况相比,更准确地检测了物体B的边缘E和不同部分P的边缘F。
[0095]在使用平行光的示例性实施例中,即使从半导体激光器22至物体B的距离改变,照射范围也不容易改变,并且分辨率同样不容易改变。此外,因为使用了平行光,所以光不被第二物体B2的侧表面C反射,例如甚至在物体B是通过将第二物体B2置于第一物体BI上形成的物体(如图4A和图4B所示)的情况下也是如此。因此,甚至对于三维物体也准确地检测物体B的边缘E和不同部分P的边缘F。
[0096]在示例性实施例中,在公共基底(半导体基底(晶圆))上一体地形成多个半导体激光器22。因此,与设置多个单独地制造的发光部分的情况相比,多个半导体激光器22的位置精度和照射方向上的精度更高。
[0097]在半导体激光器22按次序地发光的示例性实施例中,基于在所述单一范围内发生的从半导体激光器22之一发射的平行光的强度变化,检测物体B的边缘E和不同部分P的边缘F。因此,与半导体激光器22不按次序地发光的情况相比,更准确地检测了物体B的边缘E和不同部分P的边缘F。
[0098]在示例性实施例中,半导体激光器22按次序地发光。因此,与所有半导体激光器22 (大量半导体激光器22)同时发光的情况相比,抑制了功耗的峰值。
[0099](第一变型例)
[0100]在上述示例性实施例中,光接收元件30接收反射的光。然而,如图8所示,光接收元件30可接收透射穿过物体B的平行光。在这种情况下,光接收元件30相对于通道区域R设置在从发光元件20发射出并透射穿过物体B的平行光到达的侧面上,也就是说,与其上设置有发光元件20的侧面相对的侧面上。在发光元件20设置在通道区域R上方的情况下,光接收元件30设置在通道区域R下方。
[0101]在根据第一变型例的构造中,检测部分40根据通过光接收元件30接收的平行光的强度分布检测物体B的具有不同透射率的部分P的边缘(边界)F和物体B的边缘(边界)E中的至少一个。也就是说,该构造允许检测物体B的具有不同透射率的部分P,而非物体B的具有不同反射率的部分P。
[0102](第二变型例)
[0103]发光元件20的半导体激光器22可发射多种不同强度的光。具体地说,以不同的发光强度多次执行从半导体激光器22A至半导体激光器22B的按次序的发光。可使得半导体激光器22之一以不同发光强度多次发光,可针对每个半导体激光器22重复这种多次发光。
[0104]物体B的除不同部分P之外的部分以及不同部分P的反射率彼此不同,并且适于检测不同部分P的发光强度和适于检测物体B的除不同部分P之外的部分的发光强度彼此不同。具体地说,在物体B的除不同部分P之外的部分与不同部分P之间的光泽度存在很大差别的情况下,在适于检测物体B的除不同部分P之外的部分的发光强度和适于检测不同部分P的发光强度之间存在很大差别。
[0105]因此,如在变型例中那样,通过使得每个半导体激光器22以多种强度发光,即使在第一强度下发生检测失败的情况下,也可抑制在与第一强度不同的第二强度下发生检测失败。
[0106]可通过预先测量适于检测不同部分P的发光强度和适于检测物体B的除不同部分P之外的部分的发光强度来设置半导体激光器22的发光强度。
[0107]所述变型例还可应用于物体B包括具有不同反射率的多个不同部分P的情况。
[0108](第三变型例)
[0109]在上述示例性实施例中,如图9A所示,所述半导体激光器22朝下发射平行光。然而,根据物体B的反射特性设置半导体激光器22用平行光照射物体B的照射角(光发射角)。相似地,还根据物体B的反射特性设置光接收元件30接收从物体B反射的光的光接收角。
[0110]具体地说,如图9B所示,可将从半导体激光器22至物体B上的入射角和至光接收元件30的反射角设为彼此相等。
[0111]如图9C所示,检测设备10可包括用于接收从半导体激光器22发射至物体B的不同角度的光的多个光接收元件30。如图9D所示,检测设备10可包括以不同角度向物体B发光的多个发光兀件20 (半导体激光器22)。
[0112]如图9E和图9F所示,半透明反射镜28可设置在来自半导体激光器22的平行光的光路中,以接收朝半导体激光器22反射的光。如图9G和图9H所示,可将用于接收从物体B反射的不同角度的光的光接收元件30添加到图9E和图9F所示的构造中。
[0113](其它变型例)
[0114]在示例性实施例中,发光元件20和光接收元件30形成为分离的部件。然而,发光元件20和光接收元件30可形成在同一基底上。这样减少了部件的数量,并简化了部件。
[0115]在示例性实施例中,检测设备10包括单个发光元件20。然而,发光部分可由多个发光元件20形成。
[0116][第二示例性实施例]
[0117]接着,将描述根据第二示例性实施例的检测设备200。图1OA至图1OC分别是示出根据第二示例性实施例的检测设备的示意图。这里,将描述与根据第一示例性实施例的那些部件不同的部件,并且通过相同的标号指代根据第一示例性实施例的那些部件功能相同的部件,以适当省略对它们的描述。
[0118]在第一示例性实施例中,多个半导体激光器22沿着正交方向X布置成一行。在第二示例性实施例中,如图1OA和图1OB所示,多个半导体激光器22沿着通道方向Y (物体B在该通道方向Y上穿过通道区域R)布置成一行。因此,光接收元件30也沿着通道方向Y布置成一行。
[0119]图11示出了当三次执行从图1OA中最左侧的半导体激光器22A至最右侧的半导体激光器22B向物体B的按次序地发光时,通过光接收元件30接收的平行光的接收的光强分布,它们分别通过实线、点划线和虚线指示。在图11中,由从开始检测的第一顺序的光发射引起的接收的光强分布由实线指示,由第二顺序的光发射引起的接收的光强分布由点划线指示,并且由第三顺序的光发射引起的接收的光强分布由虚线指示。接收的光强分布包括变化点H (H1、H2),接收的光强在所述变化点H (H1、H2)处变化。
[0120]检测部分40根据通过光接收元件30接收的平行光的强度分布(也就是说,图11所示的接收的光强分布)检测物体B的速度。具体地说,检测部分40基于接收的光强分布中的变化点H (HU H2)检测物体B的不同部分P的边缘F,并且基于边缘F检测物体B的速度。
[0121]在接收的光强分布中的变化点H2对应于不同部分P的上游通道方向端部F3,并且检测部分40根据从实线中的变化点H2至点划线中的变化点H2的距离检测从第一顺序的光发射至第二顺序的光发射的时间段内物体B的移动距离。
[0122]具体地说,所述时间段对应于从半导体激光器22发光以使得在第一顺序的光发射中出现变化点H2的时刻至半导体激光器22发光以使得在第二顺序的光发射中出现变化点H2的时刻的时间段。在参考变化点H的过程中,可参考对应于在变化点H上升时的输出峰值的50%或100%的输出值。
[0123]然后,检测部分40根据所述时间段检测在所述时间段内物体B的移动速度和物体B的移动距离。
[0124]检测部分40根据从点划线中的变化点H2至虚线中的变化点H2的距离检测从第二顺序的光发射至第三顺序的光发射的时间段内的物体B的移动距离。
[0125]具体地说,所述时间段对应于从半导体激光器22发光以使得在第二顺序的光发射中出现变化点H2的时刻至半导体激光器22发光以使得在第三顺序的光发射中出现变化点H2的时刻的时间段。
[0126]然后,所述检测部分40根据所述时间段检测在所述时间段内物体B的移动速度和物体B的移动距离。在示例性实施例中,按照这种方式检测从第一顺序的光发射至第二顺序的光发射的时间段内的物体B的速度和从第二顺序的光发射至第三顺序的光发射的时间段内的物体B的速度。从物体B的多个检测到的速度中计算物体B的速度变化、物体B的平均速度等等。
[0127]可根据自第一顺序的光发射至第三顺序的光发射的时间段来计算物体B的速度和物体B在所述时间段内的移动距离。
[0128]如先前的讨论,对于具有1000个半导体激光器22的发光元件20,从最左侧的半导体激光器22A至最右侧的半导体激光器22B的按次序的光发射的一个周期是I μ S。因此,以10 μ m/ μ s的高分辨率测量以lOm/s移动的物体B。由于以高分辨率测量所述速度,因此可容易测量物体B的速度的变化。
[0129]在其中半导体激光器22按次序地发光的第二示例性实施例中,基于在单一范围内发生的从半导体激光器22之一发射的平行光的强度变化来检测不同部分P的边缘F。因此,与半导体激光器22不按次序地发光的情况相比,利用不同部分P的边缘F更准确地检测物体B的速度。
[0130]在示例性实施例中,利用对应于不同部分P的上游通道方向端部F3的变化点H2来检测物体B的速度。然而,可利用对应于不同部分P的下游通道方向端部F4的变化点H1、对应于物体B的上游通道方向端部E3的变化点或者对应于物体B的下游通道方向端部E4的变化点来检测物体B的速度。
[0131](第一变型例)[0132]在上述第二示例性实施例中,多个半导体激光器22沿着通道方向Y设置成一行。在第一变型例中,如图12A所示,多个半导体激光器22在正交方向X上在通道区域R的第一端部和第二端部的每个处沿着通道方向Y (物体B沿着所述通道方向Y经过通道区域R)布置成一行。这样,允许检测物体B的倾角(斜角),这是因为由设置在正交方向X上第一端部处的多个半导体激光器22检测的物体B的上游通道方向端部E3的位置(时刻)与由设置在正交方向X上第二端部处的多个半导体激光器22检测的物体B的上游通道方向端部E3的位置(时刻)之间存在差别。
[0133](第二变型例)
[0134]在第二变型例中,发光元件20包括沿着通道方向Y布置成一行的多个半导体激光器22,和沿着正交方向X布置成一行的多个半导体激光器22。这样,允许检测物体B在正交方向X上的任何重合失调。
[0135]本发明不限于上面描述的示例性实施例,并且可作出多种修改、改变和改进。例如,上面描述的多个变型例可适当地彼此结合。针对第一示例性实施例提供的多个变型例可适当地与第二示例性实施例结合。针对第二示例性实施例提供的多个变型例可适当地与第一示例性实施例结合。
【权利要求】
1.一种检测设备,其包括: 多个发光部分,它们布置成一行并以分时段方式将平行光发射到物体在其上经过的通道区域; 一个或多个光接收部分,接收通过物体反射或透射穿过物体的平行光,所述光接收部分的数量小于所述发光部分的数量;以及 检测部分,根据通过光接收部分接收的平行光的强度分布来检测物体的边缘和物体的具有不同反射率或透射率的部分的边缘中的至少一个。
2.根据权利要求1所述的检测设备, 其中所述多个发光部分一体地形成在公共基底上以形成发光元件。
3.根据权利要求1所述的检测设备, 其中所述多个发光部分以多种不同的发光强度发光。
4.根据权利要求2所述的检测设备, 其中所述多个发光部分以多种不同的发光强度发光。
5.根据权利要求1所述的检测设备, 其中将所述多个发光部分设置为与物体经过的通道方向交叉,并使它们按次序地发光,并且 所述检测部分基于所述物 体的边缘和所述部分的边缘中的至少一个检测以下的至少一个:物体的二维形状、物体在通道方向上的长度、物体在与通道方向正交的正交方向上的宽度、物体相对于所述正交方向的倾角、所述部分的二维形状、所述部分在通道方向上的长度、所述部分在正交方向上的宽度、所述部分相对于所述物体的位置和位置上的任何重合失调。
6.根据权利要求2所述的检测设备, 其中将所述多个发光部分设置为与物体经过的通道方向交叉,并使它们按次序地发光,并且 所述检测部分基于所述物体的边缘和所述部分的边缘中的至少一个检测以下的至少一个:物体的二维形状、物体在通道方向上的长度、物体在与通道方向正交的正交方向上的宽度、物体相对于所述正交方向的倾角、所述部分的二维形状、所述部分在通道方向上的长度、所述部分在正交方向上的宽度、所述部分相对于所述物体的位置和位置上的任何重合失调。
7.根据权利要求3所述的检测设备, 其中将所述多个发光部分设置为与物体经过的通道方向交叉,并使它们按次序地发光,并且 所述检测部分基于所述物体的边缘和所述部分的边缘中的至少一个检测以下的至少一个:物体的二维形状、物体在通道方向上的长度、物体在与通道方向正交的正交方向上的宽度、物体相对于所述正交方向的倾角、所述部分的二维形状、所述部分在通道方向上的长度、所述部分在正交方向上的宽度、所述部分相对于所述物体的位置和位置上的任何重合失调。
8.根据权利要求4所述的检测设备, 其中将所述多个发光部分设置为与物体经过的通道方向交叉,并使它们按次序地发光,并且 所述检测部分基于所述物体的边缘和所述部分的边缘中的至少一个检测以下的至少一个:物体的二维形状、物体在通道方向上的长度、物体在与通道方向正交的正交方向上的宽度、物体相对于所述正交方向的倾角、所述部分的二维形状、所述部分在通道方向上的长度、所述部分在正交方向上的宽度、所述部分相对于所述物体的位置和位置上的任何重合失调。
9.根据权利要求1所述的检测设备, 其中沿着物体经过的通道方向设置所述多个发光部分,并使它们按次序地发光,并且 所述检测部分基于所述物体的边缘和所述部分的边缘中的至少一个检测物体的速度。
10.根据权利要求2所述的检测设备, 其中沿着物体经过的通道方向设置所述多个发光部分,并使它们按次序地发光,并且 所述检测部分基于所述物体的边缘和所述部分的边缘中的至少一个检测物体的速度。
11.根据权利要求3所述的检测设备, 其中沿着物体经过的通道方向设置所述多个发光部分,并使它们按次序地发光,并且 所述检测部分基于所述物体 的边缘和所述部分的边缘中的至少一个检测物体的速度。
12.根据权利要求4所述的检测设备, 其中沿着物体经过的通道方向设置所述多个发光部分,并使它们按次序地发光,并且 所述检测部分基于所述物体的边缘和所述部分的边缘中的至少一个检测物体的速度。
【文档编号】G01B11/24GK103712570SQ201310225000
【公开日】2014年4月9日 申请日期:2013年6月7日 优先权日:2012年10月9日
【发明者】堀田宏之, 中山秀生 申请人:富士施乐株式会社
再多了解一些
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