JP2003114123A - Light direction sensor and light direction sensor signal processing apparatus - Google Patents
Light direction sensor and light direction sensor signal processing apparatusInfo
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、例えば、人工衛星
や宇宙探査機、宇宙ステーション等の宇宙機に搭載され
る光方向センサに関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an optical direction sensor mounted on a spacecraft such as an artificial satellite, a space probe, a space station or the like.
【0002】[0002]
【従来の技術】これまで、人工衛星の姿勢制御に用いら
れる太陽センサ等の、高精度を必要とする光方向センサ
としては、図3に示す一次元光電変換素子40とスリッ
ト42を概略直交方向に配置したに構造を有する光方向
センサが用いられてきた。これを従来の光方向センサと
呼ぶこととする。一次元光電変換素子40の単位素子4
1は直線上に一列に配置されているとみなせて、この直
線を光電変換素子面基準座標系46aのxd軸とする。
この時、従来の光方向センサが光源の方向に関する情報
を検知する方法は、スリット42を通過した光束44
が、一次元光電変換素子40に当たった位置を信号処理
・素子駆動部43で検出して、光強度が最大になる位置
xpとスリット42と一次元光電変換素子40の距離L
2を使って、光源の方向とスリット42の方向48を含
む平面がysを含んでxdと平行な平面となす角度θx
を式(1)のように求めるものである。
tanθx=xp/L2 式(1)
通常は前記従来の光方向センサを2つ直交して配置し
て、2つのセンサの出力から、光源の方向を3次元空間
で特定するものであった。2. Description of the Related Art Hitherto, as a light direction sensor requiring high accuracy such as a sun sensor used for attitude control of a satellite, a one-dimensional photoelectric conversion element 40 and a slit 42 shown in FIG. Light direction sensors having a structure arranged in the background have been used. This is called a conventional light direction sensor. Unit element 4 of one-dimensional photoelectric conversion element 40
1 can be regarded as being arranged in a line on a straight line, and this straight line is set as the x d axis of the photoelectric conversion element surface reference coordinate system 46a.
At this time, the conventional method in which the light direction sensor detects the information about the direction of the light source is that the light flux 44 that has passed through the slit 42.
However, the signal processing / element drive unit 43 detects the position hitting the one-dimensional photoelectric conversion element 40, and the position x p at which the light intensity is maximum and the distance L between the slit 42 and the one-dimensional photoelectric conversion element 40.
2 is used, the angle θ x formed by the plane including the direction of the light source and the direction 48 of the slit 42 and the plane including y s and parallel to x d.
Is calculated as in Expression (1). tan θ x = x p / L 2 Formula (1) Normally, two conventional light direction sensors are arranged orthogonal to each other, and the direction of the light source is specified in a three-dimensional space from the outputs of the two sensors. It was
【0003】従来の光方向センサはスリット42と光電
変換素子40が、いずれも一次元であるため、スリット
42と一次元光電変換素子40との傾きに起因して生じ
る誤差が小さく、比較的容易に補正ができるものであ
り、高精度を実現するのが容易な構造であった。この原
理を図4で説明する。同図(A)は前記従来の光方向セ
ンサを上面から見た模式図で、同図(B)は同図(A)
を側面から見た図である。まず、一次元光電変換素子4
0のxd軸周りの傾き角は、スリット透過光の位置検出
にはほとんど影響を与えないことは明らかである。同図
(B)より、yd軸周りの傾き角β1は、一次元光電変
換素子40のxd軸の基準位置を光電変換素子面基準座
標系の原点Odにとる限り、光束57の入射角θxを算
出する際には何ら影響を与えない。ただし、このO
dは、スリット42の物理的形状から定まるスリット4
2の中心軸zsが一次元光電変換素子40と交わる交点
Odsとは、L2tanβ1だけずれているので注意が
必要である。これに対して、同図(A)より、zd軸周
りの傾き角α1を考慮した場合の光束の入射角度θxを
求める式は式(2)で表すことができる。
tanθx=xp・cosα1/L2 式(2)
式(1)より、α1は、tanθxを求める際の比例係
数として作用するので、このα1の影響を補正するのは
容易である。In the conventional light direction sensor, since the slit 42 and the photoelectric conversion element 40 are both one-dimensional, the error caused by the inclination between the slit 42 and the one-dimensional photoelectric conversion element 40 is small and relatively easy. It was possible to make corrections, and the structure made it easy to achieve high accuracy. This principle will be described with reference to FIG. FIG. 1A is a schematic view of the conventional light direction sensor seen from above, and FIG. 1B is the same drawing as FIG.
It is the figure which looked at from the side. First, the one-dimensional photoelectric conversion element 4
Obviously, the inclination angle of 0 around the x d axis has almost no influence on the position detection of the slit transmitted light. As shown in FIG. 6B, the tilt angle β 1 about the y d axis is as long as the light beam 57 is provided as long as the reference position of the x d axis of the one-dimensional photoelectric conversion element 40 is the origin O d of the photoelectric conversion element surface reference coordinate system. It has no effect on the calculation of the incident angle θ x . However, this O
d is the slit 4 determined from the physical shape of the slit 42
It should be noted that the central axis z s of 2 is displaced from the intersection point O ds where the one-dimensional photoelectric conversion element 40 intersects by L 2 tan β 1 . On the other hand, from the same figure (A), the equation for obtaining the incident angle θ x of the light flux when the tilt angle α 1 around the z d axis is taken into consideration can be expressed by the equation (2). tan θ x = x p · cos α 1 / L 2 Equation (2) From Equation (1), α 1 acts as a proportional coefficient when obtaining tan θ x , so it is easy to correct the influence of α 1. is there.
【0004】一方、高精度を必要とする用途では二次元
光電変換素子は利用されていないが、二次元光電変換素
子を使用した場合も、図5に示す原理により、前記光の
光源の方向を三次元空間内の直線の方向として特定する
ことが可能である。すなわち、単位素子70が、直交配
列した二次元光電変換素子9の上に光源61から発せら
れた光がピンホール62aを通過して点M1に像を形成
したとすると、点M1のxd座標xmとyd座標ymを
用いて、点M1の原点Odからの距離r1をr1=√
(xm 2+ym 2)と表せて、光束63aの入射角θ
d1、方位角φs1、点M1の方位角φd1は式(3)
ないし(5)の関係になる。
tanθd1=r1/L3 式(3)
tanφd1=ym/xm 式(4)
tanφs1=(−ym)/(−xm)式(5)
なお、式(5)で、ym、xmに「−」を付したのは、
φd1とφs1の角度が180度ずれていることを示し
ている。式(3)ないし(5)で示すように、1つのピ
ンホールを用いる方法では、従来の光方向センサであっ
たような傾きの影響はない。すなわち、ピンホール62
aから光電変換素子面73aへ下ろした垂線の足が光電
変換素子面基準座標系46bの原点Odと一致すればよ
い。ただし、式(2)ないし(4)では、ピンホールが
点として扱える程小さいと仮定しているので、この近似
があてはまらない場合や、またはピンホールを持つ物体
の表面などの光電変換素子面73aと平行でない面を光
方向センサの基準面とする場合では、傾きの補正を行う
ことが望ましい。On the other hand, although the two-dimensional photoelectric conversion element is not used in applications requiring high precision, even when the two-dimensional photoelectric conversion element is used, the direction of the light source of the light is changed by the principle shown in FIG. It can be specified as the direction of a straight line in the three-dimensional space. That is, assuming that the unit element 70 forms the image at the point M 1 by passing the light emitted from the light source 61 on the two-dimensional photoelectric conversion elements 9 arranged orthogonally and passing through the pinhole 62a, the image at the point M 1 is x. with d coordinate x m and y d coordinate y m, the distance r 1 from the origin O d of the point M 1 r 1 = √
The incident angle θ of the light beam 63a can be expressed as (x m 2 + y m 2 ).
d1 , azimuth angle φ s1 , and azimuth angle φ d1 of point M 1 are given by equation (3).
It becomes a relation of (5). tanθ d1 = r 1 / L 3 Equation (3) tanφ d1 = y m / x m Equation (4) tanφ s1 = (- y m) / (- x m) (5) In equation (5), "-" y m, to x m was given the will,
It shows that the angle between φ d1 and φ s1 is shifted by 180 degrees. As shown by the equations (3) to (5), the method using one pinhole does not have the influence of the tilt unlike the conventional light direction sensor. That is, the pinhole 62
It suffices that the leg of the perpendicular drawn from a to the photoelectric conversion element surface 73a coincides with the origin O d of the photoelectric conversion element surface reference coordinate system 46b. However, in the formulas (2) to (4), since it is assumed that the pinhole is small enough to be treated as a point, the case where this approximation does not apply, or the photoelectric conversion element surface 73a such as the surface of the object having the pinhole is used. When the surface not parallel to is used as the reference surface of the optical direction sensor, it is desirable to correct the inclination.
【0005】[0005]
【発明が解決しようとする課題】ところが、前述の一つ
のピンホール62aを用いる方法では従来の光方向セン
サと同等の性能を出す為には光電変換素子面73a内の
一方向に前記一次元光電変換素子と同じ数の素子数と同
等の素子数が必要になり、小型化を行うことは困難であ
るという第一の問題点がある。そこで、もう一つのピン
ホール62bを考えると、ピンホール62aとピンホー
ル62bを通る直線74が光電変換素子面73aと平行
でない場合は、ピンホール62bから光電変換素子面7
3aへ下ろした垂線の足である点N1の位置や、ピンホ
ール62bから光電変換素子面73aまでの距離K
1は、直線74と光電変換面73aの成す角度に依存す
る為、距離K1や点N1の位置を求める計算が煩雑にな
ってしまう。これは、第一の問題点を解決するために複
数のピンホールやスリット等を被投影部として使用する
と、前記二次元光電変換素子面の傾きが、角度検出の過
程を複雑にして、角度検出の時間が非常にかかるという
第二の問題点を生み出していた。さらには、二次元光電
変換素子に含まれる単位素子数が、一次元光電変換素子
に含まれる単位素子数より桁違いに大きいために、二次
元光電変換素子を使用する場合には、すべての単位素子
の信号を読み出すまでに時間がかかり、結果として、光
源方向を検知するまでにかかる時間が、一次元光電変換
素子を使用した場合に比べて長くなるということがあ
る。この性質は光方向センサの用途によっては、解決す
るべき第三の問題点となるものである。本発明の課題
は、前記第一の問題点、前記第二の問題点を克服し、前
記従来の光方向センサと同等以上の精度を有し、かつ小
型の光方向センサを提供するとともに、第三の問題点を
克服してこの光方向センサの用途を広げるものである。However, in the method using the one pinhole 62a described above, in order to obtain the same performance as that of the conventional light direction sensor, the one-dimensional photoelectric conversion element surface 73a is formed in one direction in the photoelectric conversion element surface 73a. The first problem is that it is difficult to reduce the size because it requires the same number of elements as the number of conversion elements. Therefore, considering another pinhole 62b, when the straight line 74 passing through the pinhole 62a and the pinhole 62b is not parallel to the photoelectric conversion element surface 73a, the pinhole 62b is changed to the photoelectric conversion element surface 7a.
The position of the point N 1 which is the foot of the perpendicular line lowered to 3a and the distance K from the pinhole 62b to the photoelectric conversion element surface 73a
Since 1 depends on the angle formed by the straight line 74 and the photoelectric conversion surface 73a, calculation for obtaining the distance K 1 and the position of the point N 1 becomes complicated. This is because when a plurality of pinholes, slits, etc. are used as the projection target in order to solve the first problem, the inclination of the two-dimensional photoelectric conversion element surface complicates the process of angle detection, and The second problem was that it took a lot of time. Furthermore, since the number of unit elements included in the two-dimensional photoelectric conversion element is orders of magnitude larger than the number of unit elements included in the one-dimensional photoelectric conversion element, when using the two-dimensional photoelectric conversion element, all units are included. It may take time to read out the signal of the element, and as a result, the time required to detect the light source direction may be longer than that in the case where the one-dimensional photoelectric conversion element is used. This property is the third problem to be solved depending on the use of the light direction sensor. An object of the present invention is to provide a small-sized light direction sensor that overcomes the first problem, the second problem, has accuracy equal to or higher than that of the conventional light direction sensor, and By overcoming the three problems, the application of this optical direction sensor is expanded.
【0006】[0006]
【課題を解決するための手段】本発明によると、前述の
課題を解決するために、請求項1に記載の光方向センサ
は、複数の単位素子が二次元的に配置された二次元光電
変換素子と、光を透過する部分と遮る部分を含む被投影
部と、その二次元光電変換素子が出力する信号を処理す
る信号処理部とを備えて、被投影部が、光源からの光に
より、その二次元光電変換素子上に投影されて形成され
る投影像の光強度分布に応じて生成されるその二次元光
電変換素子に含まれる少なくとも一部の単位素子の信号
を、信号処理部で信号処理して、複数の単位素子の光強
度信号を含む光強度分布信号として検出する光方向セン
サであり、その二次元光電変換素子が、その二次元光電
変換素子の概ね全ての単位素子の感光部を包絡する感光
面の一部または全ての領域が、仮想平面である光電変換
素子面に含まれるとみなせる二次元光電変換素子であ
り、その被投影部が、その被投影部の光を透過する部分
と遮光する部分の境界である遮光境界線の一部もしくは
全部が、仮想平面である被投影面に含まれるとみなせる
被投影部であるという構成を備えることにより、先に述
べた第一の問題点及び第二の問題点の解決を可能にする
ものである。以下に詳細を述べる。According to the present invention, in order to solve the above-mentioned problems, the optical direction sensor according to claim 1 has a two-dimensional photoelectric conversion in which a plurality of unit elements are two-dimensionally arranged. An element, a projected portion including a portion that transmits light and a portion that blocks light, and a signal processing portion that processes a signal output by the two-dimensional photoelectric conversion element, and the projected portion is light by a light source, The signal of at least a part of the unit elements included in the two-dimensional photoelectric conversion element, which is generated according to the light intensity distribution of the projection image formed by being projected on the two-dimensional photoelectric conversion element, is signaled by the signal processing unit. A two-dimensional photoelectric conversion element is a light direction sensor that processes and detects as a light intensity distribution signal including light intensity signals of a plurality of unit elements, and the two-dimensional photoelectric conversion element is a photosensitive portion of almost all unit elements of the two-dimensional photoelectric conversion element. Part or all of the photosensitive surface Area is a two-dimensional photoelectric conversion element that can be regarded as included in the photoelectric conversion element surface that is a virtual plane, and the projected portion is a boundary between the light transmitting portion and the light shielding portion of the projected portion. By providing a configuration in which a part or all of the boundary line is a projected portion that can be regarded as included in a projected surface that is a virtual plane, the first problem and the second problem described above are solved. Is what makes it possible. Details will be described below.
【0007】本明細書における遮光境界線とは、例えば
開口部、スリット及びピンホールのエッジである。開口
部は、遮光境界線により囲まれた光を透過する部分であ
り、例えば図9の3hである。開口部は、主としてその
エッジが投影されて形成される明るい部分と暗い部分の
境界である明暗境界の位置を検出する目的で使用され
る。従って、エッジが直線で構成されている場合は、そ
のエッジの直線である部分それぞれが、直線状遮光形状
となる。例えば図9の2cがこれに該当する。スリット
は遮光境界線により囲まれた光を透過する線状の部分で
あり、例えば図10の23bのような形状で、その幅が
十分小さく、主として投影されて形成される線状の明る
い部分である線状の明部の位置を検出する目的で使用さ
れる。従って、例えば、スリットが直線状である場合、
このスリットを一つの直線状遮光形状とする。ピンホー
ルは遮光境界線により囲まれた光を透過する線状でない
部分であり、その面積が十分小さく、主として投影され
て形成される点状の明部の位置を検出する目的で使用さ
れる。しかし、有限の大きさを持つので、1つのピンホ
ールに対しても被投影面は定義可能である。なお、ピン
ホールは直線部を有していないが、ピンホールを、線状
に配置してスリットと同等の効果を得る場合は、スリッ
トとみなし得るものである。さらに、開口部やスリット
とは逆に、遮光境界線により囲まれた部分で遮光する遮
光部がある。開口部と同様にある程度幅がある遮光部
は、主として明暗境界の位置を検出する目的で使用さ
れ、幅が比較的狭い遮光部は、スリットとは逆に、主と
して周囲に対して暗い部分である暗部を検出する目的で
使用するものである。ピンホールとは逆の遮光ドットも
同様に主として周囲より暗い点を検出する目的で使用す
るものである。なお、被投影部の開口形状や遮光形状パ
ターン及びそれらの使用目的は、ここで述べたものに限
定されるものではなく、信号処理の方法、光源の特性等
により、種々のパターンを配置して、種々の使用方法で
使用するものである。二次元光電変換素子とは例えば、
CCD、CMOSイメージセンサ、赤外線撮像素子であ
るが、二次元光電変換素子の単位素子とは、例えばこれ
らの画素に相当するものである。もちろん、完全に独立
した素子を、二次元的に配置しても、二次元光電変換素
子であるし、一次元光電変換素子をその単位素子が二次
元的に配置されるように並べた場合も二次元光電変換素
子になる。The light-shielding boundary lines in this specification are, for example, the edges of openings, slits, and pinholes. The opening is a portion that is surrounded by the light-shielding boundary and transmits light, and is, for example, 3h in FIG. The opening is mainly used for the purpose of detecting the position of a light-dark boundary which is a boundary between a bright portion and a dark portion formed by projecting the edge thereof. Therefore, when the edge is formed by a straight line, each straight line portion of the edge has a linear light-shielding shape. For example, 2c in FIG. 9 corresponds to this. The slit is a linear portion that is surrounded by the light-shielding boundary and transmits light. For example, the slit has a shape as shown in 23b in FIG. 10, its width is sufficiently small, and it is mainly a linear bright portion formed by projection. It is used to detect the position of a linear bright part. So, for example, if the slit is straight,
This slit has one linear light-shielding shape. The pinhole is a non-linear portion, which is surrounded by the light-shielding boundary and transmits light, has a sufficiently small area, and is mainly used for the purpose of detecting the position of a dot-shaped bright portion formed by projection. However, since it has a finite size, the projected surface can be defined even for one pinhole. Although the pinhole does not have a straight line portion, it can be regarded as a slit when the pinhole is arranged linearly to obtain the same effect as the slit. Further, contrary to the openings and the slits, there is a light shielding portion that shields light in the portion surrounded by the light shielding boundary line. The light-shielding portion, which has a certain width like the opening, is mainly used for detecting the position of the light-dark boundary. It is used for the purpose of detecting dark areas. Light-shielding dots, which are the opposite of pinholes, are also used mainly for the purpose of detecting points darker than the surroundings. It should be noted that the opening shape and the light shielding shape pattern of the projected portion and the purpose of using them are not limited to those described here, and various patterns may be arranged depending on the signal processing method, the characteristics of the light source, and the like. , Used in various ways. The two-dimensional photoelectric conversion element is, for example,
The unit element of the two-dimensional photoelectric conversion element is, for example, a CCD, a CMOS image sensor, or an infrared imaging element, and corresponds to, for example, these pixels. Of course, even if completely independent elements are two-dimensionally arranged, they are two-dimensional photoelectric conversion elements, and even when one-dimensional photoelectric conversion elements are arranged so that their unit elements are two-dimensionally arranged. It becomes a two-dimensional photoelectric conversion element.
【0008】前述の第一の問題点の解決手段を具体的に
説明する。本発明の重要な着眼点は、平面である被投影
面に含まれる遮光境界線を、同じく平面である光電変換
素子面に含まれる二次元光電変換素子の感光面に投影す
ることで、線形変換の原理を応用できるようにしたこと
である。すなわち、光の方向が、被投影面または光電変
換素子面と平行であるような特殊な状況を除けば、被投
影面内の遮光境界線が投影されて形成された光電変換素
子面上の明暗境界や明部、暗部等の形状は、元の遮光境
界線の形状を光電変換素子面に射影すなわち線形変換し
たものとほぼ等しくなる。また、この線形変換において
は、ある図形の形状の特徴や図形と図形との位置関係が
保存される。これを図6を使って説明する。例えば四角
形ABCDが線形変換Tにより、平面P’に射影され
て、四角形A’B’C’D’に変換されるとする。点
A,B,C,Dの位置ベクトルをそれぞれ~a,~b,~
c,~dとして、位置ベクトル~e=(~a+~b+~c+~
d)/4を持つ点をEとする。同様に点A’,B’,
C’,D’の位置ベクトルをそれぞれ~a’,~b’,~
c’,~d’として、位置ベクトル~e’=(~a’+~
b’+~c’+~d’)/4を持つ点をE’とする。する
と~e’=(T~a+T~b+T~c+T~d)/4=T
((~a+~b+~c+~d)/4)=T~eであるから、
点Eは、線形変換Tによって平面P’上の点E’に変換
されることが分かる。逆に、四角形ABCDが平面P上
にあるとすれば、四角形A’B’C’D’を射影して四
角形ABCDに一致させる線形変換T’により点E’は
点Eに変換される。つまり、四角形の4頂点の位置ベク
トルの平均のベクトルを持つ点は、平面内の図形を平面
に射影する線形変換で保存される特徴点であると言え
る。ここで、図7のように四角形ABCDに相当する開
口部3gが被投影面にあって、四角形A’B’C’D’
に相当する明暗境界81が光電変換素子面にあった場
合、AとA’、BとB’、CとC’、DとD’に相当す
る点と点のそれぞれの位置関係から、光源の方向を求め
てその方向の平均を求める代わりに、まずEに相当する
被投影部特徴点等にあたる図7の点FとE’に相当する
光強度分布特徴点等にあたる図7の点F’の位置を求め
てこの2点の位置関係のみから光源の方向を求めればよ
いことになる。前者では、光源の方向を求める計算を4
回行うのに対して、後者では1回のみでよく、計算時間
の大幅な短縮が実現されている。ここでは、四角形を用
いて4点で説明したが、上述の原理は特徴点の算出に使
用する点の数を制限するものではないので、点の数を非
常に多くした場合に特にこの方法が有効であるのは明ら
かである。また、被投影面と光電変換素子面が、傾いて
いたり、基準方向がねじれていたりする場合は、点と点
の相対位置を算出する際に煩雑な補正計算が必要になる
が、上述の原理を利用すれば煩雑な計算は1回行えばよ
いので、被投影面と光電変換素子面が、傾いていたり、
基準方向がねじれていたりする場合でも、高精度な光方
向センサを実現可能になるのである。これにより、例え
ば二次元光電変換素子の一方向の単位素子数の少なさを
補うために、被投影部が二次元光電変換素子に投影され
て形成される投影像の明暗境界等を複数の箇所で検出し
た情報を効率よく信号処理ことが可能となり先に述べた
第一の問題点が解決されている。The means for solving the above-mentioned first problem will be specifically described. An important point of the present invention is to perform a linear conversion by projecting a light-shielding boundary line included in a flat surface to be projected onto a photosensitive surface of a two-dimensional photoelectric conversion element included in a photoelectric conversion element surface which is also a flat surface. That is, the principle of is applied. That is, except for a special situation where the direction of light is parallel to the projection surface or the photoelectric conversion element surface, the light and darkness on the photoelectric conversion element surface formed by projecting the light-shielding boundary line in the projection surface. The shapes of the boundaries, the bright parts, the dark parts, etc. are almost the same as the original shapes of the light-shielding boundary lines projected onto the photoelectric conversion element surface, that is, linearly converted. Further, in this linear conversion, the shape feature of a certain figure and the positional relationship between the figures are saved. This will be described with reference to FIG. For example, it is assumed that the quadrangle ABCD is projected onto the plane P ′ by the linear transformation T and converted into the quadrangle A′B′C′D ′. The position vectors of points A, B, C, and D are ~ a, ~ b, ~, respectively.
c, ~ d, position vector ~ e = (~ a + ~ b + ~ c + ~
d) Let E be the point having / 4. Similarly, points A ', B',
The position vectors of C'and D'are ~ a ', ~ b', ~
Position vectors ~ e '= (~ a' + ~ as c ', ~ d'
A point having b ′ + ˜c ′ + ˜d ′) / 4 is defined as E ′. Then, ~ e '= (T ~ a + T ~ b + T ~ c + T ~ d) / 4 = T
Since ((~ a + ~ b + ~ c + ~ d) / 4) = T ~ e,
It can be seen that the point E is transformed by the linear transformation T into the point E ′ on the plane P ′. On the contrary, if the quadrangle ABCD is on the plane P, the point E ′ is converted to the point E by the linear transformation T ′ that projects the quadrangle A′B′C′D ′ to match the quadrangle ABCD. That is, it can be said that the point having the average vector of the position vectors of the four vertices of the quadrangle is the characteristic point stored by the linear transformation that projects the figure in the plane onto the plane. Here, as shown in FIG. 7, there is an opening 3g corresponding to a quadrangle ABCD on the projection surface, and a quadrangle A'B'C'D '.
When the light-dark boundary 81 corresponding to is on the photoelectric conversion element surface, from the respective positional relationships of points corresponding to A and A ′, B and B ′, C and C ′, and D and D ′, Instead of obtaining the direction and averaging the directions, first, the points F in FIG. 7 corresponding to the feature point of the projection portion corresponding to E and the point F ′ in FIG. 7 corresponding to the light intensity distribution feature point corresponding to E ′ It is only necessary to find the position and find the direction of the light source from only the positional relationship between these two points. In the former, the calculation to find the direction of the light source is 4
In contrast, the latter requires only one time, and the calculation time has been greatly shortened. Here, four square points are used for explanation, but the above-mentioned principle does not limit the number of points used for calculating the characteristic points. Therefore, this method is particularly effective when the number of points is very large. Clearly, it works. Further, when the projected surface and the photoelectric conversion element surface are tilted or the reference direction is twisted, a complicated correction calculation is required when calculating the relative position of the points, but the above-mentioned principle , The complicated calculation needs to be performed only once, so that the projected surface and the photoelectric conversion element surface are inclined,
Even if the reference direction is twisted, a highly accurate optical direction sensor can be realized. Thus, for example, in order to compensate for the small number of unit elements in one direction of the two-dimensional photoelectric conversion element, the projected portion is projected on the two-dimensional photoelectric conversion element, and the bright and dark boundaries of the projected image are formed at a plurality of locations. The signal detected by the above method can be efficiently processed, and the first problem described above is solved.
【0009】図7において、光源の方向は式(6)ない
し(9)で表すことができる。ただし、点F’の光電変
換素子面基準座標系での座標(xf ,yf ,0)
が、被投影面座標系で(xn ,yn ,−L4)に相
当するものとする。
rs=√(xn 2+yn 2) 式(6)
tanθs2=rs/L4 式(7)
tanφd2=yn/xn 式(8)
tanφs2=(−yn)/(−xn) 式(9)
なお、式(9)で、yn、xnに「−」を付したのは、
φdとφsの角度が180度ずれていることを示してい
る。また、これまで光強度分布特徴点等である点F1つ
に対して説明したが、もちろん、光強度分布特徴点等を
用いた光源方向に関する情報の計算は、用途に応じて複
数の光強度分布特徴点等に対して実施してもよい。な
お、光強度分布特徴点等の位置等に対応する被投影部特
徴点等の位置等は、既知の遮光境界線の配置から決まる
位置等なので、これをあらかじめ計算して光方向センサ
に記憶しておくことで、光源方向等の計算時間を短縮さ
せることが可能になる。さらに、被投影部特徴点等の位
置等を光電変換素子面基準座標系での位置等にまで変換
して記憶しておけば、よりいっそう光源方向等の計算時
間を短縮させることが可能になる。また、平面である被
投影面に含まれる遮光境界線を、同じく平面である光電
変換素子面に含まれる二次元光電変換素子の感光面に投
影することは、後に述べるように平面の方程式や平面内
の回転行列、座標変換等を利用しやすくすることで、面
の傾きの補正や、方位角の基準方向のねじれの補正を行
う計算が容易になり、処理の時間が短縮できることによ
り第二の問題点を解決するものでもある。すなわち、請
求項1に記載の光方向センサは、解決すべき第一の問題
点と第二の問題点を同時に解決して、二次元光電変換素
子の一方向の単位素子数の少なさを補うために、被投影
部が二次元光電変換素子に投影されて形成される投影像
の明暗等を複数の箇所で検出した情報を効率よく信号処
理ことと、傾きの補正や、方位角の基準方向のねじれの
補正を行う計算を平易に行うことの両方に適した構成を
もつ光方向センサである。In FIG. 7, the direction of the light source can be expressed by equations (6) to (9). However, the coordinates (x f , y f , 0) of the photoelectric conversion element surface reference coordinate system of the point F ′
There shall correspond to at a projection surface coordinate system (x n, y n, -L 4). r s = √ (x n 2 + y n 2) Equation (6) tanθ s2 = r s / L 4 Equation (7) tanφ d2 = y n / x n formula (8) tanφ s2 = (- y n) / ( -x n) equation (9) in equation (9), y n, the x n "-" I was given the will,
It shows that the angle between φ d and φ s is shifted by 180 degrees. Further, the point F1 which is a light intensity distribution feature point or the like has been described so far, but of course, the calculation of the information about the light source direction using the light intensity distribution feature point or the like is performed according to the use. You may implement with respect to a feature point etc. The positions of the projected portion feature points, etc., corresponding to the positions of the light intensity distribution feature points, etc., are positions determined by the known arrangement of the light-shielding boundary lines, and so are calculated in advance and stored in the light direction sensor. By setting it in advance, it becomes possible to shorten the calculation time of the light source direction and the like. Further, by converting the positions of the feature points of the projected portion to the positions in the photoelectric conversion element surface reference coordinate system and storing them, the calculation time of the light source direction can be further shortened. . In addition, projecting the light-shielding boundary line included in the projection surface that is a plane onto the photosensitive surface of the two-dimensional photoelectric conversion element that is included in the photoelectric conversion element surface that is also a plane is the equation of the plane or the plane as described later. By making it easier to use the rotation matrix, coordinate transformation, etc. inside, it becomes easier to calculate the tilt of the surface and the twist of the azimuth in the reference direction, and the processing time can be shortened. It also solves problems. That is, the optical direction sensor according to claim 1 simultaneously solves the first problem and the second problem to be solved, and compensates for the small number of unit elements in one direction of the two-dimensional photoelectric conversion element. In order to efficiently process the information obtained by detecting the brightness and the like of the projected image formed by projecting the projected portion on the two-dimensional photoelectric conversion element at a plurality of points, correct the tilt, and adjust the azimuth reference direction. It is an optical direction sensor having a configuration suitable both for easily performing the calculation for correcting the twist of.
【0010】請求項10に記載の光方向センサは、その
信号処理部において、光強度分布信号を信号処理するこ
とにより、その被投影部が二次元光電変換素子上に投影
されて形成される投影像の一部分もしくは全体の光強度
分布の位置の基準となる点または線の位置、もしくは、
その投影像の一部分もしくは全体の光強度分布の位置の
基準となる点または線の位置と同等の量のいずれかであ
る光強度分布位置基準点等の位置等を、少なくとも1つ
求めて、光源の方向に関する情報と光源の方向に関する
情報を検知するために用いる情報との少なくとも一方に
該当する光源の方向に関する情報等を検知することによ
り、光方向センサとしての機能を高めたものである。例
えば、被投影面に含まれる遮光境界線が二次元光電変換
素子上に投影されて形成される投影像の光強度分布に対
して、あらかじめ定義した明暗境界の条件を満足する線
や点の位置、あらかじめ定義した明部の条件を満足する
線や点の位置、あらかじめ定義した暗部の条件を満足す
る線や点の位置、ある長さを1周期として定めた場合の
位相、光強度分布と評価関数とを演算処理して得られる
量などが、光強度分布位置基準点等の位置等に該当する
ものである。評価関数としては、例えば正弦関数や余弦
関数があり、これを用いて光強度分布のフーリエ解析を
行うと、位置と同等の位相情報などの検出ができる。こ
の光強度分布位置基準点等の位置等は、光源方向に関す
る情報を検知するための情報の一つであり、これに対応
する被投影部位置基準点等の位置等との相対位置関係等
により光源の方向に関する情報を検知することができ
る。この光源の方向に関する情報を検知することは、光
方向センサの中で行ってもよいし、光方向センサ信号処
理装置で行ってもよい。なお、被投影部位置基準点等の
位置等の決め方は、例えばそれに対応する光強度分布位
置基準点等が明暗境界などの物理的構成に関するもので
あれば、これに合わせて、例えば遮光境界線を被投影部
位置基準点等としてその位置等を決めればよい。光強度
分布位置基準点等の位置等を評価関数を用いた演算処理
などで求める場合は、例えばこの演算処理と同等の演算
処理を被投影部の透過率分布に対して行うことで、被投
影部位置基準点等の位置等を求めることができる。もち
ろんこの方法は他の光強度分布位置基準点等の位置等に
対応する被投影部位置基準点等の位置等を求める場合に
も適用可能である。被投影部位置基準点等の位置等はあ
らかじめ求めておいた値を使用してもよいし、光源の方
向や明るさ、温度などに応じて、都度計算してもよい。
その計算は、あらかじめ求めてある値に対しての補正計
算であれば、効率的である。According to a tenth aspect of the present invention, in the light direction sensor, the signal processing section performs signal processing of the light intensity distribution signal, so that the projected section is projected onto the two-dimensional photoelectric conversion element to form a projection. The position of a point or line that serves as a reference for the position of the light intensity distribution of part or the whole of the image, or
A light source is obtained by obtaining at least one position or the like of a light intensity distribution position reference point or the like, which is either a point or a line amount equivalent to the position of a light intensity distribution position of a part or the whole of the projected image. The function as a light direction sensor is enhanced by detecting the information regarding the direction of the light source corresponding to at least one of the information regarding the direction of the light source and the information used for detecting the information regarding the direction of the light source. For example, the position of the line or point that satisfies the predefined condition of the light-dark boundary with respect to the light intensity distribution of the projected image formed by projecting the light-shielding boundary line included in the projection surface onto the two-dimensional photoelectric conversion element. , Positions of lines and points that satisfy the condition of the predefined bright part, positions of lines and points that satisfy the condition of the predefined dark part, phase when a certain length is defined as one cycle, light intensity distribution and evaluation The amount and the like obtained by arithmetically processing the function and correspond to the position of the light intensity distribution position reference point or the like. The evaluation function includes, for example, a sine function and a cosine function, and if Fourier analysis of the light intensity distribution is performed using this, phase information equivalent to the position can be detected. The position of the light intensity distribution position reference point or the like is one of the information for detecting the information about the light source direction, and the relative position relationship with the position of the projected part position reference point or the like corresponding to the position etc. Information about the direction of the light source can be detected. The detection of the information regarding the direction of the light source may be performed in the light direction sensor or may be performed by the light direction sensor signal processing device. Note that the method of determining the position of the projected portion position reference point, etc. is, for example, if the corresponding light intensity distribution position reference point is related to the physical structure such as the light-dark boundary, the light-shielded boundary line The position and the like may be determined by using the projection target position reference point and the like. When the position of the light intensity distribution position reference point or the like is to be obtained by a calculation process using an evaluation function, for example, by performing a calculation process equivalent to this calculation process on the transmittance distribution of the projection target, It is possible to obtain the position of the part position reference point and the like. Of course, this method can also be applied to the case of obtaining the position of the projected portion position reference point or the like corresponding to the position of the other light intensity distribution position reference point or the like. For the position of the projection target position reference point or the like, a value obtained in advance may be used, or may be calculated each time depending on the direction, brightness, temperature, etc. of the light source.
The calculation is efficient if it is a correction calculation for a value that is obtained in advance.
【0011】前述のあらかじめ定義した条件とは、例え
ば明暗境界を、図8(A)のように光強度が変化する部
分において、光強度があるスレショルド値ITh1に一致
する線と定義して、明暗境界上の点を、明暗境界と交わ
る直線上の光強度分布に対して、同様の条件を満たす点
と定義することができる。図8(A)では、この位置を
xBDと示している。ここでスレショルド値そのものは、
あらかじめ決めた一定値を使用する必要は無く、おおよ
その光源方向、光の明るさ、光電変換素子信号のノイズ
レベル等に応じて適宜変更してもよい。例えば、ナイフ
エッジ回折の式を適用して、ITh1=(IBR+3
IDK)/4とすることができる。また、例えば線状の
明部は、図8(B)のように、線に交わる一定方向の直
線上の光強度分布が極大値IPKとなる点の集合として
定義して、明点はそれに含まれる点と定義することがで
きる。図8(B)では明点の位置をxPKと示している。
他にも、あるスレショルド値ITh2と一致する2点の中
点という定義でもよい。この点の位置は図8(B)では
(xH1+xH2)/2になる。なお、この場合も、上述の
ようにスレショルド値そのものは、あらかじめ決めた一
定値を使用する必要は無く、光源方向、光の明るさ、光
電変換素子信号のノイズレベル等に応じて適宜変更して
もよい。点状の明部の定義としては、光強度分布が二次
元的に極大となる点とするのが一般的である。暗部の位
置は、明部と逆の考え方で求められる。なお、光強度分
布位置基準線の位置を求める場合は、例えば、遮光境界
線と同じ形状の光強度分布位置基準線を、光電変換素子
面上で動かして、その線上の光強度分布が明暗境界の条
件を満足するような位置を探すという方法がある。この
時、遮光境界線の直線部分を用いれば、例えば、光強度
分布位置基準線を遮光境界線の直線部分に平行なまま、
その直線に垂直な方向に動かせばよいので、位置の検知
は比較的容易になる。また、二次元光電変換素子の単位
素子の複数個の光強度信号の例えば和からなる光強度分
布に対して、例えば上述の明暗境界点を求めることで、
実質的な光強度分布位置基準線の位置を求めることも可
能である。もちろん、光強度分布位置基準点等の位置に
限らず、位相、距離、方位などを求めてもよい。また位
置等は、1方向に関する情報であったり、2方向以上に
関する情報であったりする。2方向の場合は、1方向の
位置を固定して他の方向のみを求めたり、1方向ずつ別
に求めたり、2方向を同時に求めたりするなどの方法が
一般的である。なお、以下の説明においては、主として
明暗境界や線状の明部を検知することを想定する例を用
いるが、他の光強度分布位置基準点等の位置等の検知が
制限されることを意味するものではない。The above-mentioned predefined condition is defined as, for example, a light-dark boundary as a line where the light intensity coincides with a certain threshold value I Th1 in a portion where the light intensity changes as shown in FIG. A point on the light-dark boundary can be defined as a point that satisfies the same condition with respect to the light intensity distribution on a straight line intersecting with the light-dark boundary. In FIG. 8A, this position is shown as x BD . Here, the threshold value itself is
It is not necessary to use a predetermined constant value, and it may be appropriately changed depending on the approximate light source direction, light brightness, noise level of the photoelectric conversion element signal, and the like. For example, applying the knife-edge diffraction equation, I Th1 = (I BR +3
I DK ) / 4. Further, for example, a linear bright portion is defined as a set of points where the light intensity distribution on a straight line in a certain direction intersecting the line has a maximum value I PK, and the bright point is defined as the bright point. It can be defined as the included point. In FIG. 8B, the position of the bright point is shown as x PK .
Alternatively, the definition may be defined as the midpoint between two points that match a certain threshold value I Th2 . The position of this point is (x H1 + x H2 ) / 2 in FIG. 8B. In this case as well, as described above, the threshold value itself does not need to use a predetermined constant value, and may be appropriately changed according to the light source direction, the brightness of light, the noise level of the photoelectric conversion element signal, and the like. Good. As a definition of the dot-shaped bright part, it is general to define the point where the light intensity distribution has a two-dimensional maximum. The position of the dark part is calculated in the opposite way to the light part. In addition, when obtaining the position of the light intensity distribution position reference line, for example, a light intensity distribution position reference line having the same shape as the light shielding boundary line is moved on the photoelectric conversion element surface, and the light intensity distribution on the line has a light-dark boundary. There is a method of searching for a position that satisfies the condition of. At this time, if the straight line portion of the light shielding boundary line is used, for example, the light intensity distribution position reference line remains parallel to the straight line portion of the light shielding boundary line,
The position can be detected relatively easily because it can be moved in a direction perpendicular to the straight line. Further, for the light intensity distribution consisting of, for example, the sum of a plurality of light intensity signals of the unit element of the two-dimensional photoelectric conversion element, for example, by obtaining the above-mentioned bright and dark boundary points,
It is also possible to find the position of the substantial light intensity distribution position reference line. Of course, not only the position of the light intensity distribution position reference point or the like but also the phase, distance, azimuth, etc. may be obtained. The position and the like may be information about one direction or information about two or more directions. In the case of two directions, it is common to fix the position in one direction and obtain only the other directions, obtain one direction at a time, or obtain two directions at the same time. It should be noted that in the following description, an example is mainly used in which it is assumed that a bright / dark boundary or a linear bright portion is detected, but it means that detection of positions such as other light intensity distribution position reference points is limited. Not something to do.
【0012】実際に光方向センサが検出する光強度分布
信号から構成される光強度分布は、概ね図9、図10、
図11に示すような不連続な光強度分布である。図9
は、一つの直線上遮光形状2cを投影した場合の光強度
分布等の模式図であり、図10はスリット23bの場
合、図11は開口部3iの場合である。これらの不連続
な光強度分布から明暗境界点や明点の位置を求める単純
な方法としては、明暗境界のスレショルド値にもっとも
近い光強度を有する単位素子の位置xBD0を、明暗境界
点としたり、最も大きい光強度を有する単位素子の位置
xPK0を、明点の位置としたりする方法がある。しかし
ながら、この方法では、位置の検出分解能が単位素子の
配置の間隔以下にならない。これでは精度が不足する時
は、補間、近似、フィルタ等により光強度分布を連続な
線にしてから、スレショルド値に一致する光強度の位置
を算出したり、分布の重心を求めるセントロイド計算等
により光強度分布の中心を求めたりすることにより、位
置の検出分解能を単位素子の配置の間隔より小さくし
て、検出位置を真の光強度分布の明暗境界点の位置x
BD1や明点の位置xPK1に近づけることができる。このほ
かに、予測した光強度分布の曲線または曲面であるフィ
ッティング関数の基準位置を少しずつずらして、実際の
光強度値との誤差を算出し、誤差が最小になる位置をフ
ィッティング関数の最も確からしい位置として、光強度
分布位置基準点等の位置等を求める方法や、一次元もし
くは二次元の少なくとも1つの評価関数と同次元の光強
度分布の間での信号処理、例えば両者を乗じて積分する
などの処理を行って光強度分布位置基準点等の位置等を
検知する方法などもある。なお、図11のように明暗境
界線を対で求める方法は、求めた明暗境界点の中点の位
置(xBD2+xBD3)/2が、スレショルド値をどのよう
に設定するかという方法やスレショルド値自体の影響を
受けにくいというメリットがある方法である。ピンホー
ルを投影して形成される点状の明部の明点の場合につい
ては詳述しないが、セントロイド計算を行うことによ
り、位置検出分解能を上げることが可能である。The light intensity distribution actually composed of the light intensity distribution signals detected by the light direction sensor is roughly as shown in FIGS.
It is a discontinuous light intensity distribution as shown in FIG. Figure 9
[Fig. 10] is a schematic view of a light intensity distribution and the like when one straight line light-shielding shape 2c is projected. Fig. 10 shows a case of a slit 23b and Fig. 11 shows a case of an opening 3i. As a simple method for obtaining the light-dark boundary points or the positions of the light points from these discontinuous light intensity distributions, the position x BD0 of the unit element having the light intensity closest to the threshold value of the light-dark boundary is used as the light-dark boundary point. , the position x PK0 of the unit element having the largest light intensity, there is a method or the position of the bright point. However, in this method, the position detection resolution does not become equal to or less than the unit element arrangement interval. When accuracy is insufficient with this, after making the light intensity distribution a continuous line by interpolation, approximation, filtering, etc., calculate the position of the light intensity that matches the threshold value, or calculate the centroid of the distribution. By obtaining the center of the light intensity distribution by using, the detection resolution of the position is made smaller than the interval of the arrangement of the unit elements, and the detection position is the position x of the bright / dark boundary point of the true light intensity distribution.
It is possible to approach the position of BD1 or the bright spot x PK1 . In addition, the reference position of the fitting function, which is the predicted curve or curved surface of the light intensity distribution, is gradually shifted to calculate the error from the actual light intensity value, and the position where the error is minimized is the most accurate fitting function. As a unique position, a method of obtaining the position of the light intensity distribution position reference point, or the like, or signal processing between at least one one-dimensional or two-dimensional evaluation function and the light intensity distribution of the same dimension, for example, multiplying both and integrating. There is also a method of detecting the position of the light intensity distribution position reference point or the like by performing processing such as performing. In addition, as shown in FIG. 11, the method of obtaining the light-dark boundary line in a pair is a method of setting the threshold value at the position (x BD2 + x BD3 ) / 2 of the obtained midpoint of the light-dark boundary point, and the threshold value. This is a method that has the advantage that it is unlikely to be affected by the value itself. The case of bright spots formed by projecting pinholes will not be described in detail, but the position detection resolution can be increased by performing centroid calculation.
【0013】上述のようにして、光強度分布位置基準点
等の位置等を検知して、これに対応する被投影部位置基
準点等の位置等との相対位置関係等により光源の方向に
関する情報を検知することができることはすでに述べた
通りである。点と点での対応とその相対位置が分かれ
ば、式(6)ないし(9)に示した計算により、光源方
向を特定できる。また、光電変換素子面上の点と被投影
面上の直線の対応がとれる場合は、その点とその直線を
含む平面内に光源が存在することが分かる。この情報だ
けでは光源の方向を知ることはできないので、この情報
は光源の方向に関する情報であって、光源の方向そのも
のではない。しかしながら、例えば被投影面上の平行で
ない2直線に対して、それぞれ光電変換素子面上の点の
対応がとれれば、平行でない2つの平面内に光源がある
ことになるので、この2つの平面が交わった直線の方向
が光源の方向となる。As described above, the position of the light intensity distribution position reference point or the like is detected, and the information on the direction of the light source is obtained by the relative positional relationship with the position of the projected part position reference point or the like corresponding thereto. It is as described above that the can be detected. If the correspondence between points and their relative positions are known, the light source direction can be specified by the calculations shown in equations (6) to (9). Further, when the point on the photoelectric conversion element surface and the straight line on the projection surface can be matched, it can be seen that the light source exists in the plane including the point and the straight line. Since it is not possible to know the direction of the light source from this information alone, this information is information about the direction of the light source, not the direction of the light source itself. However, for example, if two points that are not parallel to each other on the projected surface can be associated with points on the photoelectric conversion element surface, then the light source exists in two planes that are not parallel. The direction of the intersecting straight line is the direction of the light source.
【0014】請求項11に記載の光方向センサでは、光
強度分布位置基準点等の位置等を、複数求めることによ
り、平均効果等により検知する光源の方向の精度を向上
させるとともに、上述のように線と点の対応でも光源の
方向を決められるようにしている。また、線形変換の特
性を利用した光強度分布特徴点等の位置等の算出は、光
強度分布位置基準点等の位置等が複数検知されて有効に
なるものであるから、光強度分布位置基準点等の位置等
を複数求めることの効果は非常に大きい。In the light direction sensor according to the eleventh aspect, by obtaining a plurality of positions of the light intensity distribution position reference point and the like, the accuracy of the direction of the light source to be detected by the averaging effect and the like is improved, and as described above. The direction of the light source can also be determined by the correspondence between lines and points. Further, the calculation of the positions of the light intensity distribution feature points and the like using the characteristics of the linear conversion is effective when a plurality of positions of the light intensity distribution position reference points and the like are detected. The effect of obtaining a plurality of positions such as points is very effective.
【0015】請求項12に記載の光方向センサでは、あ
る1つの平面内に存在する少なくとも1つの図形を、あ
る別の1つの平面に射影する線形変換を行った時に、そ
の線形変換で保存される図形の形状の特徴と、その線形
変換で保存される図形と図形との位置関係との少なくと
も一方を用いて定義することができる図形の特徴点また
は特徴線に相当する光強度分布特徴点等を、光強度分布
に対して少なくとも1つ定義して、その光強度分布特徴
点等の位置もしくは位置と同等の量である光強度分布特
徴点等の位置等を、複数の光強度分布位置基準点等の位
置等を用いて算出する過程を、光強度分布信号から光源
の方向に関する情報等を検知する過程に含むことによ
り、例えば検知した多数の光強度分布位置基準点等の位
置等を使った光源方向に関する情報の算出を短時間で実
行可能とした。線形変換を応用することの有効性につい
てはすでに述べた通りである。なお、請求項12で記載
された図形には、線や点も含まれている。例えば、平面
内の図形を平面に射影する線形変換により点は点に、直
線は直線に変換される。他にもこの線形変換により保存
される特徴は多数あり、例えばこれらを被投影部の遮光
境界線の配置に合わせてうまく組み合わせることで、有
効な光強度分布特徴点等の位置等を定義し、その位置等
を効率よく算出することができる。In the optical direction sensor according to a twelfth aspect, when a linear transformation is performed in which at least one figure existing in one plane is projected onto another plane, the linear transformation is saved. Shape feature of the figure and the light intensity distribution feature point corresponding to the feature point or feature line of the figure that can be defined using at least one of the figure and the positional relationship between the figure saved by the linear conversion At least one is defined for the light intensity distribution, and the position of the light intensity distribution feature point or the position of the light intensity distribution feature point, which is the same amount as the position, is defined as a plurality of light intensity distribution position references. By including the process of calculating using the position of points etc. in the process of detecting the information about the direction of the light source from the light intensity distribution signal, for example, the positions of many detected light intensity distribution position reference points etc. can be used. Light source The calculation of the information about the executable in a short time. The effectiveness of applying the linear transformation has already been described. The figure described in claim 12 also includes lines and points. For example, a point is converted into a point and a straight line is converted into a straight line by a linear conversion in which a figure in the plane is projected onto the plane. There are many other features that can be saved by this linear transformation.For example, by combining these properly according to the arrangement of the light-shielding boundary lines of the projected portion, the positions of effective light intensity distribution feature points etc. are defined, The position and the like can be calculated efficiently.
【0016】請求項4に記載の光方向センサでは、その
遮光境界線に、遮光境界線の直線状の部分である直線状
遮光形状が含まれることにより、光強度分布位置基準点
等の位置等の検出精度を向上させるとともに、上述の光
強度分布特徴点等の位置等の算出を容易にしている。例
えば遮光境界線の直線部分が投影されて形成される投影
像の直線と交わる方向の光強度分布は、直線部の端から
十分離れたところでは、ほぼ同一になるので、この直線
と交わる方向に沿った直線を複数定めて、それぞれの直
線上の光強度分布に対して例えば光強度分布位置基準点
の位置をそれぞれ求めると、これらの点が直線上に並ぶ
ことが期待できる。逆に直線から外れる部分が、二次元
光電変換素子の単位素子毎の感度特性、暗電流特性等の
ばらつきや信号処理ノイズ等による位置検出誤差である
ので、ほぼ直線上に並んだ光強度分布位置基準点から近
似直線を求めることで、この位置検出誤差を低減でき
る。なお、被投影面と光電変換面の傾きや基準方向のね
じれが補正できる場合もしくは傾きやねじれが無視でき
る場合などには、あらかじめ遮光境界線の直線部が光電
変換面に投影される像の直線部の方向を求めておき、上
述の近似直線の方向をこのあらかじめ求めた方向と一致
させておくのがよい。この場合、例えば求めた近似直線
とこれに対応する被投影部位置基準線の両方を含む平面
内に光源があることになる。また、光方向センサの視野
を考慮して、遮光境界線の直線部を十分に長くした場
合、光源の方向をこの直線部の方向に垂直な平面に射影
した線の方向が同じであれば、この直線部の投影像の光
電変換素子面での位置が同じであるとみなせるなどのメ
リットが得られる。In the light direction sensor according to a fourth aspect of the present invention, the light-shielding boundary line includes a linear light-shielding shape which is a linear portion of the light-shielding boundary line, so that the position of the light intensity distribution position reference point or the like. The detection accuracy is improved, and the positions of the light intensity distribution feature points and the like are easily calculated. For example, the light intensity distribution in the direction intersecting with the straight line of the projected image formed by projecting the straight line portion of the light-shielding boundary line is almost the same at a position sufficiently distant from the end of the straight line portion. When a plurality of straight lines along the line are defined and the positions of the light intensity distribution position reference points are obtained for the light intensity distributions on the respective straight lines, it is expected that these points will be arranged on the straight line. Conversely, the part deviating from the straight line is the position detection error due to variations in sensitivity characteristics, dark current characteristics, etc. of each unit element of the two-dimensional photoelectric conversion element, signal processing noise, etc. This position detection error can be reduced by obtaining the approximate straight line from the reference point. If the inclination of the projected surface and the photoelectric conversion surface or the twist in the reference direction can be corrected, or if the inclination or the twist can be ignored, the straight line part of the light-shielding boundary line is the straight line of the image projected on the photoelectric conversion surface in advance. It is preferable that the direction of the part is obtained in advance and the direction of the above-mentioned approximate straight line is made to coincide with the direction obtained in advance. In this case, for example, the light source lies in a plane including both the calculated approximate straight line and the corresponding projected portion position reference line. Further, in consideration of the field of view of the light direction sensor, when the straight line portion of the light shielding boundary line is sufficiently long, if the direction of the line projected on the plane perpendicular to the direction of the light source is the same, There is a merit that the position of the projected image of the linear portion on the photoelectric conversion element surface can be regarded as the same.
【0017】請求項5に記載の光方向センサでは、二次
元光電変換素子の少なくとも一部の単位素子が、単位格
子が概ね平行四辺形である格子の格子点上に配置されて
いて、その直線状遮光形状がその二次元光電変換素子に
投影されて形成される像のその直線状遮光形状の直線の
部分に対応する部分の直線の方向のうち少なくとも1つ
の方向が、その二次元光電変換素子の単位素子の配置の
方向のいずれに対しても平行でないことにより、単位素
子の配置の隙間や単位素子内部の感度むらの影響による
誤差、光強度分布位置基準点等の位置等の検出アルゴリ
ズムに伴う誤差等を低減することができる。これを図1
3を例にして説明する。図13(A)は、図11と同様
の構成において、二次元光電変換素子9を光電変換素子
面内でねじれ角度γ2だけまわした構成である。ここで
明暗境界81eに着目すると、この明暗境界81eの位
置を検出するために、単位素子列85b、85cないし
85dでそれぞれ明暗境界点を検出して近似直線を求め
るとした時に、単位素子列毎に明暗境界が単位素子内の
どの位置にあるかが少しずつ異なっていることが分か
る。つまり、単位素子列85bでは明暗境界は単位素子
の左側にあって、単位素子列85cではほぼ中央、85
dでは、単位素子と単位素子の境界付近にある。このよ
うな構成をとることで、図13の光方向センサでは、明
暗境界点の位置を単位素子間隔以下の分解能で求める際
に生じる単位素子間隔周期の誤差を平均化することがで
き、位置検出の精度を向上できる。なお、この種の誤差
は、感度が一様な単位素子が隙間無く配置されていても
生じる誤差であり、例えばセントロイド計算を行う場合
にはセントロイド誤差としてこの種の誤差が生じること
が知られている。一方、実際の二次元光電変換素子で
は、単位素子内部に構造があって、感度が一様でなかっ
たり、単位素子間に隙間があったりするのが普通であ
る。図13(A)の構成では、この単位素子内の感度む
らによる位置検出誤差も低減できる。図13(B)は、
一様な感度を持つ有感部91と感度がない不感部92を
有する単位素子を6個並べた図である。分かりやすくす
る為に明暗境界81gないし81jの左側の領域の光強
度が「0」、右側の領域の光強度が「1」であるとす
る。この時、81gがわずかに左右に動いたとすると、
それに応じて、左の3個の単位素子の出力が変化するの
で、明暗境界の位置の変化を検出できるが、81hがわ
ずかに左右に動いた時には、左の3個の単位素子も、右
の3個の単位素子も出力が変化しないため、位置の変化
を知ることはできない。これに対して、81i、81j
のように単位素子の配置の方向と明暗境界が斜めになる
ようにする場合は、明暗境界のどこか一部がかならずど
こかの単位素子の有感部にかかるようにできる。つまり
この構成は、明暗境界の位置変化に対する検出位置の感
度を均一化することができるので、単位素子内の感度む
らによる位置検出誤差も低減できるのである。また、単
位素子が正方形で直交配列している場合、ねじれ角度γ
2は、一つの明暗境界の直線部に交わっていて明暗境界
点の検出を行う単位素子列の数がNLで、NLの中で単
位素子と明暗境界の位置関係がNCサイクル変化すると
した場合、式(10)のように表すことができる。ta
nγ2=NC/NL (式10)上述の効果を十分
得るためには、NCは1以上である必要があるので、ね
じれ角度の微妙な変化や光源方向によってNLが変化す
る可能性を考慮するとNCは数サイクル以上に設定する
のが望ましい。例えば、NL=100でNC=7とし
て、γ2=4度である。なお、ここでは明暗境界を使っ
て説明したが、この構成は直線状遮光形状の像の光強度
分布に対して、光強度分布位置基準点の位置等を複数求
める場合や光強度分布位置基準線の位置等を求める場合
には、明暗境界の位置を求める場合以外でも同様の効果
が期待できる。また、単位格子の形は正方形である必要
はなく、平行四辺形であればよい。In the optical direction sensor according to a fifth aspect of the present invention, at least a part of the unit elements of the two-dimensional photoelectric conversion element are arranged on the lattice points of the lattice whose unit lattice is substantially a parallelogram, and the straight line thereof. At least one of the directions of the straight lines of the portion corresponding to the straight line portion of the linear light-shielding shape of the image formed by projecting the light-shielding shape on the two-dimensional photoelectric conversion element is the two-dimensional photoelectric conversion element. Since it is not parallel to any of the unit element placement directions, the error due to the influence of the unit element placement gap and the sensitivity unevenness inside the unit element, the detection algorithm for the position of the light intensity distribution position reference point, etc. It is possible to reduce accompanying errors and the like. Figure 1
3 will be described as an example. FIG. 13A shows a configuration similar to that of FIG. 11 in which the two-dimensional photoelectric conversion element 9 is rotated by a twist angle γ 2 within the plane of the photoelectric conversion element. Focusing on the light-dark boundary 81e, in order to detect the position of the light-dark boundary 81e, when the light-dark boundary points are respectively detected by the unit element rows 85b, 85c to 85d to obtain an approximate straight line, It can be seen that the position of the light-dark boundary in the unit element is slightly different. That is, in the unit element row 85b, the light-dark boundary is on the left side of the unit element, and in the unit element row 85c, it is almost at the center,
In d, it is near the boundary between the unit elements. With such a configuration, in the light direction sensor of FIG. 13, it is possible to average the error of the unit element interval period that occurs when the position of the light-dark boundary point is obtained with a resolution of the unit element interval or less, and the position detection is performed. The accuracy of can be improved. Note that this type of error is an error that occurs even if unit elements having uniform sensitivity are arranged without a gap. For example, when performing centroid calculation, this type of error is known to occur as a centroid error. Has been. On the other hand, in an actual two-dimensional photoelectric conversion element, there is a structure inside the unit element, and thus the sensitivity is not uniform or there is a gap between the unit elements. With the configuration of FIG. 13A, it is possible to reduce the position detection error due to the uneven sensitivity in the unit element. FIG. 13B shows
6 is a diagram in which six unit elements each having a sensitive section 91 having a uniform sensitivity and a dead section 92 having no sensitivity are arranged. FIG. For the sake of clarity, it is assumed that the light intensity in the region on the left side of the light-dark boundaries 81g to 81j is "0" and the light intensity in the region on the right side is "1". At this time, if 81g moves slightly to the left and right,
Since the outputs of the three unit elements on the left change accordingly, changes in the position of the light-dark boundary can be detected, but when 81h moves slightly left and right, the three unit elements on the left also change Since the outputs of the three unit elements also do not change, it is not possible to know the change in position. On the other hand, 81i, 81j
When the arrangement direction of the unit elements and the light-dark boundary are inclined as described above, it is possible to ensure that some part of the light-dark boundary is applied to the sensitive part of the unit element. In other words, with this configuration, the sensitivity of the detection position with respect to the position change of the light-dark boundary can be made uniform, so that the position detection error due to the uneven sensitivity in the unit element can be reduced. When the unit elements are square and orthogonally arranged, the twist angle γ
2 indicates that the number of unit element rows that intersect the straight line portion of one light-dark boundary and detect the light-dark boundary point is N L , and the positional relationship between the unit element and the light-dark boundary in N L changes by N C cycles. When it does, it can be expressed as in Expression (10). ta
n γ 2 = N C / N L (Equation 10) Since N C needs to be 1 or more in order to sufficiently obtain the above-mentioned effect, N L may change depending on a slight change in the twist angle or the light source direction. In consideration of the characteristics, it is desirable to set N C to several cycles or more. For example, if N L = 100 and N C = 7, then γ 2 = 4 degrees. Although the description has been given here by using the light-dark boundary, this configuration is used when a plurality of positions of the light intensity distribution position reference points are obtained for the light intensity distribution of a linear light-shielding image, or the light intensity distribution position reference line. When obtaining the position and the like, the same effect can be expected except when obtaining the position of the light-dark boundary. Further, the shape of the unit cell does not have to be a square, but may be a parallelogram.
【0018】請求項6に記載の光方向センサでは、被投
影部に、直線状遮光形状の方向が互いに平行な直線状遮
光形状を少なくとも1対含むことにより、それらの直線
と直交する平面に正射影した光源の方向を検知する精度
を向上するものである。また、平行な2直線は、線形変
換により平行な2直線になることを利用して、例えば複
数の平行な線から、これらに平行な一つの直線を定義す
ることを、例えば光強度分布特徴点等の位置等や被投影
部特徴点等の位置等を定義することに利用することも可
能であるし、評価関数などを用いて光強度分布位置基準
点等の位置等を求める場合には、複数の線をまとめて扱
うことが容易になる。例えば、平行な線の間隔が等しけ
れば、評価関数をこの間隔と同じ周期の関数にするのが
望ましい。In the optical direction sensor according to a sixth aspect of the present invention, the projected portion includes at least one pair of linear light-shielding shapes in which the directions of the linear light-shielding shapes are parallel to each other. The accuracy of detecting the direction of the projected light source is improved. Further, by utilizing the fact that two parallel straight lines become two parallel straight lines by linear conversion, it is possible to define one straight line parallel to them from a plurality of parallel lines, for example, a light intensity distribution feature point. It is also possible to use it to define positions such as the position of the projection target part and the position of the projection target feature point, etc., and to obtain the position of the light intensity distribution position reference point using the evaluation function, etc. It is easy to handle multiple lines together. For example, if the intervals between parallel lines are equal, it is desirable that the evaluation function be a function having the same period as this interval.
【0019】請求項7に記載の光方向センサでは、被投
影部に、直線状遮光形状の方向が互いに平行でない直線
状遮光形状を含むことにより、光源の方向を直線の方向
として特定できるようにした。少なくとも2つの平行で
ない直線状遮光形状が投影されて生じた像の光強度分布
の光強度分布位置基準点等の位置等と、これらに対応す
る被投影部位置基準線との相対位置を知ることで、光源
の方向を特定できることは前述の通りである。このほか
に、例えば、2つの平行でない直線状遮光形状が投影さ
れて生じた明部の線を前述の方法で近似直線として求め
て、これらの交点と、被投影部の対応する直線状遮光形
状に沿った直線の交点との相対位置を知ることで、光源
の方向を特定することができる。この方法は、複数点の
位置検出と線形変換を有効に利用した方法である。もち
ろん、他の光強度分布位置基準点等の位置等を検知する
場合にも有効である。In the light direction sensor according to the seventh aspect of the present invention, the projected portion includes the linear light shielding shapes in which the directions of the linear light shielding shapes are not parallel to each other, so that the direction of the light source can be specified as the linear direction. did. To know the relative positions of the light intensity distribution position reference points and the like of the light intensity distribution of the image generated by projecting at least two non-parallel linear light-shielding shapes, and the corresponding position of the projected portion position reference line. As described above, the direction of the light source can be specified. In addition to this, for example, the line of the bright portion generated by projecting two non-parallel linear light-shielding shapes is obtained as an approximate straight line by the above-described method, and these intersections and the corresponding linear light-shielding shape of the projected portion are obtained. The direction of the light source can be specified by knowing the relative position of the straight line along the intersection. This method effectively uses the position detection of a plurality of points and the linear conversion. Of course, it is also effective when detecting the position of another light intensity distribution position reference point or the like.
【0020】請求項2に記載の光方向センサでは、被投
影面と光電変換素子面とを、概ね平行になるように調整
することが可能な構造または機構を備えたことで、被投
影面と光電変換素子面とを平行になるように調整するこ
とができるようにした。この構造または機構を用いて、
被投影面と光電変換素子面とを平行になるように調整す
ると傾きの補正の計算を行わなくても光源の方向に関す
る情報を良好な精度で検知できるようなる。前述の誤差
低減の方法は、光電変換素子特性の単位素子毎のむら、
単位素子内の感度むらや、信号処理回路のノイズ、セン
トロイド等の原因で生じるいわゆる高空間周波数誤差を
低減する方法である。これに対して、被投影面と光電変
換素子面の傾き、方位角基準方向のねじれ、光電変換素
子面の歪、熱膨張などによる誤差は低空間周波数誤差と
呼ばれる誤差である。本明細書では、光源の方向に関す
る情報に含まれる低空間周波数誤差をバイアス誤差と呼
ぶ。面の傾きによるバイアス誤差を低減するには、傾き
をなくすか、傾きを補正するのが有効であるが、例えば
図12に示すような傾き調整ができる構造で、二次元光
電変換素子9を保持することで、被投影面と光電変換素
子面を平行にするように調整することができる。すなわ
ち、3箇所の傾き調整部10bにある、シム89の厚さ
をそれぞれ調整することにより、二次元光電変換素子ホ
ルダ12cと二次元光電変換素子ホルダ支持プレート1
3bの傾きを微小角度の範囲でほぼ任意に設定可能であ
るので、例えば二次元光電変換素子ホルダ支持プレート
13bと被投影部の両方が筐体に固定されていれば、被
投影面と光電変換素子面を概ね平行に調節可能である。
なお、傾きの角度が大きい時は、ワッシャ88やスペー
サ90の形状を適宜加工して、固定ボルト87に加わる
圧力が偏らないようするのが望ましい。In the optical direction sensor according to the second aspect, since the projection surface and the photoelectric conversion element surface are provided with a structure or mechanism capable of being adjusted so as to be substantially parallel, The photoelectric conversion element surface can be adjusted to be parallel. With this structure or mechanism,
If the projection surface and the photoelectric conversion element surface are adjusted so as to be parallel to each other, it becomes possible to detect the information regarding the direction of the light source with good accuracy without performing the calculation for correcting the inclination. The error reduction method described above is based on the unevenness of photoelectric conversion element characteristics for each unit element,
This is a method for reducing so-called high spatial frequency error caused by uneven sensitivity in the unit element, noise of the signal processing circuit, centroid and the like. On the other hand, an error caused by a tilt between the projection surface and the photoelectric conversion element surface, a twist in the azimuth reference direction, distortion of the photoelectric conversion element surface, thermal expansion, etc. is an error called a low spatial frequency error. In this specification, the low spatial frequency error included in the information about the direction of the light source is called a bias error. In order to reduce the bias error due to the inclination of the surface, it is effective to eliminate the inclination or correct the inclination. For example, the two-dimensional photoelectric conversion element 9 is held by a structure capable of adjusting the inclination as shown in FIG. By doing so, the projection surface and the photoelectric conversion element surface can be adjusted to be parallel to each other. That is, the two-dimensional photoelectric conversion element holder 12c and the two-dimensional photoelectric conversion element holder support plate 1 are adjusted by adjusting the thicknesses of the shims 89 in the three inclination adjusting portions 10b.
Since the inclination of 3b can be set almost arbitrarily within the range of a minute angle, for example, if both the two-dimensional photoelectric conversion element holder support plate 13b and the projected portion are fixed to the housing, the projected surface and the photoelectric conversion are The element surfaces can be adjusted substantially parallel to each other.
When the angle of inclination is large, it is desirable to appropriately shape the washers 88 and the spacers 90 so that the pressure applied to the fixing bolts 87 is not biased.
【0021】請求項3に記載の光方向センサでは、被投
影部と光電変換素子の両方もしくはいずれか一方を、そ
の被投影面の法線またはその光電変換素子面の法線と概
ね同一の方向の回転軸に対して回転させることができる
構造または機構を備えたことで、その被投影面とその光
電変換素子面の面内の方位角の基準方向を平行になるよ
うに調整して、この基準方向のねじれの補正の計算を行
わなくても良好な光源の方向に関する情報の精度が得ら
れるようにするか、前述のねじれ角度γ2の設定を容易
にするものである。具体的には例えば、被投影部や被投
影部が取り付くものの外形の一部または全部が円弧で構
成されている構造である。なお、ここでの被投影部は、
遮光膜がついた光学ガラス等を含むものである。In the optical direction sensor according to a third aspect of the present invention, both or one of the projected portion and the photoelectric conversion element has a direction substantially the same as the normal line of the projected surface or the normal line of the photoelectric conversion element surface. By providing a structure or mechanism that can rotate with respect to the rotation axis of, the projected surface and the reference direction of the in-plane azimuth angle of the photoelectric conversion element surface are adjusted to be parallel, The accuracy of information about the direction of the light source can be obtained without calculating the correction of the twist of the reference direction, or the above-mentioned twist angle γ 2 can be easily set. Specifically, for example, it is a structure in which part or all of the outer shape of the projection target or the one to which the projection target is attached is configured by an arc. The projected part here is
It includes optical glass having a light-shielding film.
【0022】請求項13に記載の光方向センサでは、光
強度分布信号から、光源の方向に関する情報等を検知す
る過程に、少なくともその被投影面と光電変換素子面と
の傾きに関する情報を用いて、その傾きに関する補正処
理である傾き補正を行う過程が含まれることにより、傾
きを補正していない光方向センサが出力する光強度信号
等から検知する光源の方向に関する情報等に含まれるバ
イアス誤差を低減するようにした。例えば、あらかじ
め、顕微鏡等の測定器を用いて傾きを測るか、傾き補正
前の光方向センサが検知する光源方向の値や光強度分布
信号などから傾きを推定するなどして、傾きに関する情
報を知ることができる。例えばこの情報から、光電変換
素子面を表す平面の方程式を作って、光電変換素子面で
の面外方向の位置を補正すればよい。これを図14を用
いて説明する。同図は光電変換素子面基準座標系のyd
軸が被投影面基準座標系のys軸に平行でxd軸がβ2
だけ傾いた状態を模式的に示した図である。Osに理想
的なピンホール62cがあるとして、これを通過した光
束63cがM3に達するとすれば、傾きβ2を補正しな
い場合は、M3がxsと平行なxc上にあるM4の位置
にあるとして入射角θs4を検知する。しかし、実際の入
射角は、θs3であるので、この差が傾きによる誤差とな
る。図14から、θs4とθs3の関係は、式(11)で表
すことができる。tanθs4=tanθs3cosβ2+tanθs3ta
n(θs3+β2)sinβ2 式(11)この誤差を補正
するために、平面の方程式を用いた場合は、M3がM5
の位置にあるとして、入射角θs5を検知する。この方法
では、誤差を0にはできないが、簡単に行える方法とし
ては有効な方法の一つである。このときθs5は式(1
2)で与えられる。tanθs5=tanθs4+/(1+tanθ
s4tanβ2) 式(12)なお、この例とは逆に光電変
換素子面を基準にして、Osの位置に対して同様の補正
を行ってもよい。また、傾きの補正は、傾き調整を行っ
ていない光方向センサのバイアス誤差を低減するだけで
なく、傾き調整をした光方向センサのバイアス誤差をさ
らに低減させるのにも有効である。In the light direction sensor according to the thirteenth aspect, in the process of detecting information about the direction of the light source from the light intensity distribution signal, at least information about the inclination between the projected surface and the photoelectric conversion element surface is used. By including a process of performing a tilt correction, which is a correction process related to the tilt, the bias error included in the information about the direction of the light source detected from the light intensity signal output from the light direction sensor that does not correct the tilt is included. I tried to reduce it. For example, information about the tilt can be obtained by measuring the tilt in advance using a measuring device such as a microscope or estimating the tilt from the value of the light source direction detected by the light direction sensor before tilt correction or the light intensity distribution signal. I can know. For example, a plane equation representing the photoelectric conversion element surface may be created from this information to correct the position in the out-of-plane direction on the photoelectric conversion element surface. This will be described with reference to FIG. The figure shows y d of the photoelectric conversion element surface reference coordinate system.
Axis is parallel to the y s axis of the projected surface reference coordinate system and the x d axis is β 2
It is the figure which showed the state which only tilted. To O s as there is an ideal pinhole 62c, if the light beam 63c which has passed through this reaches M 3, when not correcting the tilt beta 2, M 3 is on x s parallel x c The incident angle θ s4 is detected assuming that it is at the position of M 4 . However, since the actual incident angle is θ s3 , this difference causes an error due to the inclination. From FIG. 14, the relationship between θ s4 and θ s3 can be expressed by equation (11). tan θ s4 = tan θ s3 cos β 2 + tan θ s3 ta
n (θ s3 + β 2) sinβ 2 Equation (11) in order to correct the error, in the case of using the plane equation, M 3 is M 5
The incident angle θ s5 is detected assuming that the position is. This method cannot reduce the error to 0, but it is one of the effective methods that can be easily performed. At this time, θ s5 is given by the formula (1
Given in 2). tan θ s5 = tan θ s4 + / (1 + tan θ
s4 tan β 2 ) Expression (12) Note that, conversely to this example, the same correction may be performed on the position of O s with the photoelectric conversion element surface as a reference. Further, the tilt correction is effective not only for reducing the bias error of the light direction sensor that has not been tilt adjusted, but also for further reducing the bias error of the light direction sensor that has been tilt adjusted.
【0023】請求項14に記載の光方向センサでは、光
強度分布信号から、光源の方向に関する情報等を検知す
る過程に、少なくともその被投影面での方位角の基準方
向と光電変換素子面での方位角の基準方向とのねじれの
角度に関する情報を用いて、そのねじれに関する補正処
理であるねじれ補正を行う過程が含まれることにより、
方位角の基準方向のずれを補正していない光方向センサ
が出力する光強度信号等から検知する光源の方向に関す
る情報等に含まれるバイアス誤差を低減するようにし
た。例えば、あらかじめ、顕微鏡等の測定器を利用して
ねじれ角度を測るか、ねじれ角補正前の光方向センサの
光源方向出力値、光強度信号などからねじれ角度を推定
するなどして、ねじれ角度に関する情報を知ることがで
きる。また、あらかじめ測定しない場合でも、例えば被
投影部の直線状遮光形状の直線部に沿った方向と、これ
が投影されて生じた像の明暗境界等を近似する直線の方
向から、ねじれ角度は推定可能である。ねじれ角度γ0
の補正は、方位角の基準位置である被投影面及び光電変
換素子面のそれぞれの基準座標系の原点まわりの回転と
同じであるから、例えば平面における角度γ0の回転行
列を用いればそれぞれの座標系での位置ベクトルをもう
一つの座標系に合わせて補正することができる。ただ
し、この場合は被投影面と光電変換素子面との傾きは考
慮されないので注意が必要である。According to a fourteenth aspect of the present invention, in the process of detecting information about the direction of the light source from the light intensity distribution signal, at least the azimuth reference direction on the projection surface and the photoelectric conversion element surface are detected. By using the information about the angle of twist with respect to the reference direction of the azimuth angle of the
The bias error included in the information about the direction of the light source detected from the light intensity signal output from the light direction sensor that does not correct the deviation of the azimuth angle from the reference direction is reduced. For example, measure the twist angle in advance using a measuring instrument such as a microscope, or estimate the twist angle from the light source direction output value of the light direction sensor before the twist angle correction, the light intensity signal, etc. You can know the information. Even if it is not measured in advance, the twist angle can be estimated, for example, from the direction along the linear light-shielding linear portion of the projected portion and the direction of the straight line that approximates the light-dark boundary of the image produced by projecting this. Is. Twist angle γ 0
Is the same as the rotation around the origin of the reference coordinate system of each of the projected surface and the photoelectric conversion element surface, which are the reference positions of the azimuth angle, so that, for example, if the rotation matrix of the angle γ 0 in the plane is used, The position vector in the coordinate system can be corrected according to the other coordinate system. However, in this case, the inclination between the projection surface and the photoelectric conversion element surface is not taken into consideration, so care must be taken.
【0024】請求項15に記載の光方向センサでは、光
電変換素子面内に単位ベクトル2つを含む光電変換素子
面基準座標系と、被投影面内に単位ベクトル2つを含む
被投影面基準座標系とを想定した時に、前述の傾き補正
や前述のねじれ補正のアルゴリズムが、被投影面基準座
標系と光電変換素子面基準座標系との間の座標変換の過
程の一部または全部、もしくはその座標変換の過程の一
部または全部と同等の過程を含むことにより、光電変換
素子面基準座標系での位置やベクトルを被投影面基準座
標系での位置やベクトルに変換して、被投影面と光電変
換素子面との傾きを精度良く補正することと、被投影面
と光電変換素子面の面内の方位角の基準方向のねじれの
補正することの両方、またはいずれか一方を行うことを
可能にした。座標変換は、原点の移動と、三次元空間に
おける原点周りの回転T3により行うことが可能であ
る。被投影面と光電変換素子面との傾き角度、傾きの方
向、方位角の基準のねじれ角度は、あらかじめ測定する
などして知ることができる。これらの情報から回転T3
のオイラー角を算出できるので、この回転T3とあらか
じめ測定するなどして知った両座標系の原点の相対位置
情報により、一方の座標系の座標をもう一方の座標系で
の座標に変換することができる。この座標変換による方
法では、面の傾きとねじれ角度の補正を同時に正確に行
うことができるので、式(11)に示す誤差はほぼ0に
できると考えてよい。従って、この座標変換による方法
で光源の方向に関する情報等に含まれるバイアス誤差を
大幅にしかも効率的に低減することができる。According to a fifteenth aspect of the present invention, in the optical direction sensor, a photoelectric conversion element surface reference coordinate system including two unit vectors in the photoelectric conversion element surface and a projection surface reference including two unit vectors in the projection surface. Assuming a coordinate system, the above-described tilt correction and twist correction algorithms described above are part or all of the process of coordinate conversion between the projected surface reference coordinate system and the photoelectric conversion element surface reference coordinate system, or By including a part or all of the process of coordinate conversion, the position or vector in the photoelectric conversion element surface reference coordinate system is converted to the position or vector in the projected surface reference coordinate system to Correcting the inclination between the surface and the photoelectric conversion element surface and / or correcting the twist in the reference direction of the in-plane azimuth of the projection surface and the photoelectric conversion element surface. Made possible. The coordinate conversion can be performed by moving the origin and rotating T 3 around the origin in the three-dimensional space. The tilt angle between the projection surface and the photoelectric conversion element surface, the tilt direction, and the reference twist angle of the azimuth angle can be known by measuring in advance. From these information, rotation T 3
Since the Euler angle of can be calculated, the coordinate of one coordinate system is converted into the coordinate of the other coordinate system based on this rotation T 3 and the relative position information of the origins of both coordinate systems known by measuring in advance. be able to. With this method based on coordinate conversion, the inclination of the surface and the twist angle can be corrected accurately at the same time, so it can be considered that the error shown in equation (11) can be made almost zero. Therefore, the bias error included in the information regarding the direction of the light source can be significantly and efficiently reduced by the method based on the coordinate conversion.
【0025】請求項20に記載の光方向センサでは、信
号処理部において行う信号処理方法を複数有するか、ま
たは二次元光電変換素子の動作制御を行う素子制御部を
備えてその素子制御部において行う素子制御方法を複数
有するか、もしくは信号処理方法と素子制御方法の両方
を複数有することにより、複数の異なった精度で光源の
方向に関する情報等を検知することを可能にした。その
結果、例えば、第一の精度の光源の方向に関する情報を
出力した後に、その第一の精度より良好な第二の精度の
光源の方向に関する情報を出力することが可能になる。
この機能は例えば、光源方向の情報を複数の目的に使用
する場合に有効である。例えば、人工衛星の姿勢制御に
用いる為の太陽方向の情報は、精度は普通程度にして早
く出力し、姿勢決定に用いる為の太陽方向の情報は、十
分に信号処理を行って精度を高めた情報として後から出
力するということが可能になる。すなわち、この光方向
センサは解決すべき第三の問題点を克服するものであ
る。複数の素子制御方法とは、例えば信号処理を行う単
位素子の選び方を変えたり、二次元光電変換素子に入力
する制御信号の周波数やタイミングなどを変えたりする
ことである。また、信号処理方法では、アナログ処理に
おける増幅器の増幅率やフィルタの透過周波数帯、コン
パレータ閾値電圧の切り替えにより複数の信号処理方法
が行えるほか、A/Dした信号をそのままデジタルコン
パレータで比較するか、一度メモリに記憶させるかなど
の選択も可能である。そのほか、検知する光強度分布位
置基準点等の位置等の数や種類、対象とする領域などを
変えたり、検知の方法を変えたり、光強度分布特徴点等
の位置等の算出方法を変えたり、傾き補正やねじれの補
正方法等を変えたりすることで、さまざまな方法が可能
である。これらの方法の中から、必要な精度や許容され
る計算時間に合わせて最適な方法を組み合わせて使用す
るのがよい。According to the twentieth aspect of the present invention, the light direction sensor has a plurality of signal processing methods performed in the signal processing section, or is provided with an element control section for controlling the operation of the two-dimensional photoelectric conversion element, and the element control section performs the operation. By providing a plurality of element control methods or a plurality of both signal processing methods and element control methods, it is possible to detect information regarding the direction of the light source with a plurality of different accuracies. As a result, for example, after outputting the information about the direction of the light source with the first accuracy, it is possible to output the information about the direction of the light source with the second accuracy, which is better than the first accuracy.
This function is effective, for example, when the information on the light source direction is used for a plurality of purposes. For example, the sun direction information used to control the attitude of a satellite is output at a normal speed with a high degree of accuracy, and the sun direction information used to determine the attitude has been sufficiently processed to improve its accuracy. It becomes possible to output it later as information. That is, this optical direction sensor overcomes the third problem to be solved. The plurality of element control methods are, for example, changing the selection of the unit element that performs signal processing or changing the frequency or timing of the control signal input to the two-dimensional photoelectric conversion element. In addition, in the signal processing method, a plurality of signal processing methods can be performed by switching the amplification factor of the amplifier in the analog processing, the transmission frequency band of the filter, and the comparator threshold voltage. It is also possible to select whether to once store in the memory. In addition, the number and type of positions such as the light intensity distribution position reference point to be detected, the target area, etc. may be changed, the detection method may be changed, and the calculation method of the position of the light intensity distribution characteristic point, etc. may be changed. Various methods are possible by changing the inclination correction and the twist correction method. Among these methods, it is preferable to combine and use the most suitable method according to the required accuracy and the allowable calculation time.
【0026】請求項19に記載の光方向センサでは、す
でに検知した前記光源の方向に関する情報等である第一
の情報を、その第一の情報を検知した時刻より後で行
う、素子制御の過程と信号処理の過程の両方またはいず
れか一方で用いて、前記光源の方向に関する情報等を第
二の情報として検知することにより、例えば、第一の情
報から、直線状遮光形状が光電変換素子面に投影されて
いる概略の位置を算出し、この算出結果に基づいて、信
号処理を行う単位素子や単位素子が出力した信号を限定
したり、二次元光電変換素子の制御方法を変えたりする
ことにより、効率的に光源の方向に関する情報等を得ら
れるようにした。例えば、光方向センサが周期的に光源
の方向に関する情報の検知を行っている場合、同じ検知
周期の中で、先に求めた情報を、後に行う信号処理等に
用いてもよいし、前の周期で検知した光源の方向に関す
る情報を後の周期の信号処理等に用いるのでもよい。In the optical direction sensor according to claim 19, a process of element control in which the first information, which is already detected information about the direction of the light source, is performed after the time when the first information is detected. By using information and the like regarding the direction of the light source as the second information by using both and / or one of the signal processing steps, for example, from the first information, the linear light-shielding shape is a photoelectric conversion element surface. Calculating the approximate position projected on, and limiting the unit element that performs signal processing or the signal output by the unit element, or changing the control method of the two-dimensional photoelectric conversion element based on this calculation result. With this, it is possible to efficiently obtain information about the direction of the light source. For example, when the light direction sensor periodically detects information about the direction of the light source, the previously obtained information may be used for signal processing or the like performed later in the same detection cycle. Information about the direction of the light source detected in a cycle may be used for signal processing in a subsequent cycle.
【0027】請求項8に記載の光方向センサでは、被投
影部に、直線状遮光形状が疎に配置された第一の被投影
部分と、その第一の被投影部分に比して直線状遮光形状
が密に配置された第二の被投影部分を含めることによ
り、例えば、必要とされる光源の方向に関する情報の精
度により、被投影部の中で光源の方向に関する情報を検
知するために使用する部分を選択することを可能にし
た。つまり、疎に配置された第一の被投影部分の直線状
遮光形状とそれが投影されて形成される像の光強度分布
から、概略の光源の方向に関する情報等を検知し、密に
配置された第二の被投影部分の直線状遮光形状とそれが
投影されて形成される像の光強度分布から、高精度の光
源方向に関する情報等を検知することが可能な構成とし
た。According to another aspect of the present invention, in the light direction sensor, the first projected portion in which the linear light-shielding shapes are sparsely arranged in the projected portion and the linear portion compared to the first projected portion are arranged. By including the second projected portion in which the light-shielding shapes are densely arranged, for example, to detect the information regarding the direction of the light source in the projected portion due to the accuracy of the information regarding the direction of the light source that is required. It was possible to select the part to be used. In other words, information about the general direction of the light source is detected from the linear light-shielding shapes of the first projected portions that are sparsely arranged and the light intensity distribution of the image that is formed by projecting them, and the densely arranged In addition, it is configured such that highly accurate information about the light source direction and the like can be detected from the linear light-shielding shape of the second projected portion and the light intensity distribution of the image formed by projecting it.
【0028】請求項18に記載の光方向センサでは、そ
の遮光境界線に、遮光境界線の直線状の部分である直線
状遮光形状が含まれていて、その直線状遮光形状が疎に
配置された第一の被投影部分が投影された二次元光電変
換素子上の第一の領域に含まれる単位素子の信号を用い
て、光源の方向に関する情報等を第一の精度で検知する
とともに、その直線状遮光形状が密に配置された第二の
被投影部分が投影された二次元光電変換素子上の第二の
領域に含まれる単位素子の信号を用いて、光源の方向に
関する情報等を前記第一の精度よりも良好な第二の精度
で検知することにより、精度の異なる光源の方向に関す
る情報等を検知することを可能にした。In the optical direction sensor according to the eighteenth aspect, the light-shielding boundary line includes a linear light-shielding shape which is a linear portion of the light-shielding boundary line, and the linear light-shielding shape is sparsely arranged. Using the signal of the unit element included in the first area on the two-dimensional photoelectric conversion element on which the first projected portion is projected, while detecting the information about the direction of the light source and the like with the first accuracy, the By using the signal of the unit element included in the second area on the two-dimensional photoelectric conversion element on which the second projected portion in which the linear light-shielding shape is densely arranged is projected, the information about the direction of the light source is described. By detecting with the second accuracy, which is better than the first accuracy, it is possible to detect information about the direction of the light source with different accuracy.
【0029】請求項21に記載の光方向センサでは、二
次元光電変換素子の信号から、光の明るさに関する情報
を検知する機能を備えていることにより、光源を識別す
る為の情報、光源までの距離に関する情報を知ることが
できる。この明るさ情報は、例えば予定している光源か
らの光が光方向センサに当たっているか否かを判断する
ための情報としても使用できる。According to the twenty-first aspect of the invention, the light direction sensor has a function of detecting information on the brightness of light from the signal of the two-dimensional photoelectric conversion element. You can know information about distance. This brightness information can also be used as information for determining whether or not light from a planned light source strikes the light direction sensor, for example.
【0030】請求項22に記載の光方向センサでは、そ
の二次元光電変換素子の信号から、光の明るさに関する
情報を検知する機能を備えて、少なくともその光の明る
さに関する情報を用いて、その二次元光電変換素子上に
被投影部が投影されて形成される投影像の全体もしくは
一部分の光強度分布の形状を予測し、その予測した光強
度分布形状を、光強度分布位置基準点等の位置等を求め
る信号処理に利用することにより、光源の方向に関する
情報等を検知する精度を高めることを可能にした。例え
ば、光源の形状や大きさ及び、光源から被投影部までの
距離と二次元光電変換素子の信号から検知する光の明る
さに関する情報との関係が既知であるか、その光方向セ
ンサがすでに検知している光源の方向などを利用して既
知となる場合などでは、検知した明るさ情報から、光源
から被投影部までの距離を得て、その距離と光源の形状
と大きさから、二次元光電変換素子上に被投影部が投影
されて形成される投影像の光強度分布の形状の全体もし
くは一部分を予測することができる。例えば、光源の視
直径が大きくなれば、明暗境界において明るさが暗から
明へ変化する明暗境界部の長さやスリットが投影されて
生じる明部の幅が長くなることが予想されるので、この
予想した情報を用いて明暗境界点や明点の検出に使用す
る単位素子の数や位置、及び信号処理の方法等を変える
ことが可能である。例えば、位置検出の信号処理におい
て、図9のVDK、VBRや図10のVD Kを正確に求め
るのは重要であるが、これらの値を求めるのに使用する
単位素子の位置や数は、明暗境界部の幅や明部の幅に合
わせて変えることが望ましい。セントロイド計算やフィ
ルタ、補間の計算に用いる単位素子の位置や数、フィッ
ティング関数や評価関数の形状、周期を変えることも有
効になりうる。また、フィルタについては、デジタルフ
ィルタでもアナログフィルタでも、透過帯域の設定を変
更することが望ましい。なお、このような信号処理方法
の変更は、明るさ情報によらず、光強度分布そのものの
形状から判断して行ってもよいものである。According to the twenty-second aspect, the light direction sensor has a function of detecting information on the brightness of light from the signal of the two-dimensional photoelectric conversion element, and at least information on the brightness of the light is used, Predict the shape of the light intensity distribution of the whole or a part of the projected image formed by projecting the projected portion on the two-dimensional photoelectric conversion element, and use the predicted light intensity distribution shape as the light intensity distribution position reference point, etc. It is possible to improve the accuracy of detecting information about the direction of the light source by using it for signal processing to find the position of. For example, the shape and size of the light source, and the relationship between the distance from the light source to the projection target and the information about the brightness of the light detected from the signal of the two-dimensional photoelectric conversion element are known, or the light direction sensor is already known. When it is known by using the direction of the detected light source, etc., the distance from the light source to the projection part is obtained from the detected brightness information, and the distance and the shape and size of the light source are used to calculate the distance. It is possible to predict the whole or a part of the shape of the light intensity distribution of the projected image formed by projecting the projected portion on the three-dimensional photoelectric conversion element. For example, if the visual diameter of the light source becomes large, it is expected that the length of the light-dark boundary portion where the brightness changes from dark to light at the light-dark boundary and the width of the light portion generated by the slit projection become longer. It is possible to change the number and positions of the unit elements used for detecting the bright and dark boundary points and the bright points, the signal processing method, and the like by using the predicted information. For example, in the signal processing of the detected position, V DK 9, but it is important accurately obtain the V D K of V BR and 10, the position and the number of unit elements used to determine these values Is preferably changed according to the width of the bright-dark boundary portion or the width of the bright portion. It is also effective to change the position and number of unit elements used for the centroid calculation, the filter, and the interpolation calculation, the shape of the fitting function and the evaluation function, and the period. Further, regarding the filter, it is desirable to change the setting of the transmission band regardless of whether it is a digital filter or an analog filter. Note that such a change in the signal processing method may be made by judging from the shape of the light intensity distribution itself, regardless of the brightness information.
【0031】請求項23に記載の光方向センサでは、光
方向センサの1つ以上の部位の温度を測定する為の一つ
以上の温度センサを有して、光源の方向に関する情報の
精度を向上させる信号処理を行う為の温度に関する情報
とその温度に関する情報により精度を向上させた光源の
方向に関する情報等の両方またはいずれか一方を出力す
ることにより、光源の方向に関する情報を検知する精度
を高めることを可能にした。つまり、二次元光電変換素
子が熱膨張すれば、同じ単位素子であっても、熱膨張前
とは異なる位置に存在することになるし、図7のL4に
相当する長さが変化すれば光源の方向に関する情報は変
化してしまう。同様に被投影部が熱膨張した場合も直線
状遮光形状の間隔や位置が変化するので、光源の方向に
関する情報は影響を受ける。温度による光源の方向に関
する情報の補正を行うには少なくともこれらの3箇所の
熱膨張を決める温度を測定することが望ましいが、あら
かじめ温度差がほとんどないことが分かっているか、温
度差が予測できれば温度測定箇所を減らしても、有効な
補正を行うことは可能である。In the light direction sensor according to the twenty-third aspect, the light direction sensor has one or more temperature sensors for measuring the temperature of one or more parts of the light direction sensor to improve the accuracy of the information regarding the direction of the light source. The accuracy of detecting the information about the direction of the light source is increased by outputting the information about the temperature for performing the signal processing and the information about the direction of the light source whose accuracy is improved by the information about the temperature, or both. Made it possible. That is, if the two-dimensional photoelectric conversion element thermally expands, even the same unit element exists at a position different from that before the thermal expansion, and if the length corresponding to L 4 in FIG. 7 changes. Information about the direction of the light source changes. Similarly, when the projected portion is thermally expanded, the distance and position of the linear light-shielding shape are changed, so that the information on the direction of the light source is affected. It is desirable to measure the temperature that determines the thermal expansion of at least these three points in order to correct the information related to the direction of the light source due to temperature, but it is known in advance that there is almost no temperature difference, or if the temperature difference can be predicted Even if the number of measurement points is reduced, effective correction can be performed.
【0032】請求項24に記載の光方向センサでは、外
部から入力するタイミング信号に同期して、前記二次元
光電変換素子を制御する機能を有することにより、光源
の方向に関する情報等もしくは光強度分布信号がいつの
時刻の光源の方向に対応するものであるかを、外部から
知ることができるようにするとともに、外部からいつの
時刻の光源の方向に関する情報等を検知するかを制御で
きるようにした。例えば、外部から入力するタイミング
信号に対してあらかじめ知られた遅延時間を経た時刻
に、被投影部に当たる光により二次元光電変換素子上に
形成される像の光強度分布信号を検出するように二次元
光電変換素子を制御すればよい。光源の方向が時間経過
と共に変化する場合は、単に光源の方向を正確に検知す
るだけでは不十分で、ある時刻とその時刻における光源
の方向という形で情報を出力するのがよい。なぜなら時
刻の不確定性に光源方向の時間変化率を乗じたものが、
測定した光源方向の不確定性となってしまうからであ
る。また、光方向センサを制御用のセンサとして使用す
る場合などにおいては、制御のサイクルと同期して光源
の方向に関する情報等もしくは光強度分布信号を出力す
ることで、制御誤差の低減に寄与することが可能であ
る。According to the twenty-fourth aspect of the present invention, the light direction sensor has a function of controlling the two-dimensional photoelectric conversion element in synchronization with a timing signal input from the outside, so that information about the direction of the light source or the light intensity distribution. It was made possible to externally know when the signal corresponds to the direction of the light source at the time, and to control when the information on the direction of the light source at the time is detected from the outside. For example, the light intensity distribution signal of the image formed on the two-dimensional photoelectric conversion element by the light hitting the projection target is detected at a time after a delay time known in advance with respect to the timing signal input from the outside. The two-dimensional photoelectric conversion element may be controlled. When the direction of the light source changes with the passage of time, it is not enough to simply detect the direction of the light source, and it is preferable to output information in the form of a light source direction at a certain time. Because the uncertainty of the time multiplied by the rate of change over time in the light source direction,
This is because the measured light source direction becomes uncertain. Further, when the light direction sensor is used as a control sensor, it contributes to the reduction of control error by outputting information about the direction of the light source or the light intensity distribution signal in synchronization with the control cycle. Is possible.
【0033】請求項25に記載の光方向センサでは、内
部で発生するタイミング信号に同期して、その二次元光
電変換素子を制御する機能を有するとともに、光源の方
向に関する情報等を検知する為に用いた光強度分布信号
を発生させた光がその二次元光電変換素子に当たってい
た時刻と、検出した光強度分布信号を発生させた光がそ
の二次元光電変換素子に当たっていた時刻の少なくとも
一方に関する情報を出力することにより、光源の方向に
関する情報等がいつの光源の方向に対応するものである
かを、外部から知ることができるようにした。例えば時
刻情報は内部のクロックを用いて生成し、外部からこの
時刻の校正が可能であればよい。時刻情報の重要性につ
いては先に述べた通りである。In the optical direction sensor according to the twenty-fifth aspect, in addition to having a function of controlling the two-dimensional photoelectric conversion element in synchronization with a timing signal generated inside, the light direction sensor detects the information about the direction of the light source. Information about at least one of the time when the light that generated the light intensity distribution signal used hits the two-dimensional photoelectric conversion element and the time when the light that generated the detected light intensity distribution signal hits the two-dimensional photoelectric conversion element By outputting the information, it becomes possible to know from outside the information about the direction of the light source and the like corresponding to the direction of the light source. For example, the time information may be generated using an internal clock and the time may be calibrated externally. The importance of time information is as described above.
【0034】請求項16に記載の光方向センサでは、光
強度分布信号から、光源の方向に関する情報等を検知す
る過程に、少なくともその二次元光電変換素子の感光面
の光電変換素子面に対しての歪を光電変換素子面基準座
標系で記述した関数もしくはこの関数と同等の情報を用
いて、その歪に関する補正処理である歪補正を行う過程
が含まれることにより、感光面の光電変換素子面からの
ずれ、いわゆる歪の補正を可能にした。例えば、二次元
光電変換素子の感光面の光電変換素子面に対しての歪が
無視できない程度に大きい場合でも、その二次元光電変
換素子の中の狭い領域に含まれる単位素子の感光部を包
絡する感光面は、平面とみなせる場合がある。この平面
が、光電変換素子面と異なっていても、平面であること
に変りはないので、その領域に形成された像の光強度分
布に対して、光強度分布特徴点等の位置等を精度良く検
知することができる。この位置はその二次元光電変換素
子の感光面上の位置であるから、感光面を光電変換素子
面基準座標系で記述した関数もしくはその関数と同等の
情報を用いることにより、感光面の光電変換素子面から
のずれ、いわゆる歪の量を知ることができ、補正を行う
ことができる。例えば補正に用いる関数は、感光面の光
電変換素子面に対する歪をあらかじめ測定して、例えば
zd=f(xd,yd)という関数形式に記述しておけ
ば、求めた光強度分布特徴点(xf,yf)の光電変換
素子面基準座標系での3次元座標を(x f,yf,f
(xf,yf))としてやることで、歪の補正が行え
る。この歪補正によりバイアス誤差を低減するという効
果が得られる。なお、この歪補正は光強度分布位置基準
点等の位置等に対しても有効に行うことができる。In the light direction sensor according to the sixteenth aspect, the light direction sensor
Detects information about the direction of the light source from the intensity distribution signal
Process, at least the photosensitive surface of the two-dimensional photoelectric conversion element
The strain on the photoelectric conversion element surface of the
Use the function described in the standard or information equivalent to this function
The process of performing distortion correction, which is the correction process related to that distortion.
By including, from the photoelectric conversion element surface of the photosensitive surface
It is possible to correct the deviation, so-called distortion. For example, two-dimensional
The distortion of the photosensitive surface of the photoelectric conversion element with respect to the photoelectric conversion element surface
Even if it is so large that it cannot be ignored, the two-dimensional photoelectric
The photosensitive area of the unit element included in the narrow area of the replacement element is enclosed.
The tangled photosensitive surface may be regarded as a flat surface. This plane
Is a plane even if it is different from the photoelectric conversion element surface
There is no change in the light intensity of the image formed in that area.
The position of the light intensity distribution feature points, etc. on the cloth can be accurately detected.
I can know. This position is the two-dimensional photoelectric conversion element
Since the position is on the photosensitive surface of the child, the photosensitive surface is a photoelectric conversion element.
A function described in the plane reference coordinate system or an equivalent function
By using information, from the photoelectric conversion element surface of the photosensitive surface
Deviation can be known and the amount of distortion can be known, and correction is performed.
be able to. For example, the function used for correction is the light on the photosensitive surface.
The strain on the surface of the electric conversion element is measured in advance and, for example,
zd= F (xd, Yd) Function format
For example, the calculated light intensity distribution feature point (xf, Yf) Photoelectric conversion
The three-dimensional coordinates in the element plane reference coordinate system are (x f, Yf, F
(Xf, Yf)) Can be used to correct distortion.
It This distortion correction has the effect of reducing the bias error.
The fruit is obtained. This distortion correction is based on the light intensity distribution position reference.
It can also be effectively applied to positions such as points.
【0035】請求項17に記載の光方向センサでは、二
次元光電変換素子より狭いその二次元光電変換素子の特
定の領域に含まれる単位素子の信号を用いて、光源の方
向に関する情報等を検知することにより、光源の方向に
関する情報等に含まれるバイアス誤差を低減する。つま
り、二次元光電変換素子の感光面うち、平面度が良好な
領域に含まれる単位素子の信号だけを使って光源の方向
に関する情報を算出することにより、バイアス誤差を低
減することができる。また、歪の影響を低減する以外に
も、同じ領域の単位素子を使用することによる単位素子
特性の安定性によるバイアス誤差の低減も期待できる。
この平面度が良好な領域に含まれる単位素子の感光部を
包絡する面を光電変換素子面とすることが望ましいのは
もちろんである。In the light direction sensor according to the seventeenth aspect, the information about the direction of the light source is detected by using the signal of the unit element included in the specific area of the two-dimensional photoelectric conversion element, which is narrower than the two-dimensional photoelectric conversion element. By doing so, the bias error included in the information regarding the direction of the light source and the like is reduced. That is, the bias error can be reduced by calculating the information about the direction of the light source using only the signal of the unit element included in the area of the two-dimensional photoelectric conversion element having a good flatness on the photosensitive surface. In addition to reducing the influence of strain, it is expected that the bias error due to the stability of the unit element characteristics due to the use of the unit elements in the same region is reduced.
Needless to say, it is desirable that the surface enclosing the photosensitive portion of the unit element included in the region having good flatness is the photoelectric conversion element surface.
【0036】請求項9に記載の光方向センサでは、被投
影面に含まれる複数の直線状遮光形状が、被投影面内
の、ある直線に沿って形成する遮光する部分と、遮光し
ない部分の出現のパターンが、周期性を持たないパター
ンであるか、もしくは周期的なパターンとその周期的な
パターンより周期の大きいパターンを組み合わせパター
ンであることにより、高精度と広い測定範囲を両立する
ことができる。例えば、高精度化の為に、被投影部にス
リットを等間隔で多数配置して、このうちの一部のスリ
ットが二次元光電変換素子に線状の明部すなわち明線を
生じさせた場合は、個々の明線とスリットとの対応が確
定しないため、光源方向の角度に関する情報に、スリッ
トの配置の周期と光電変換素子面と被投影面との相対位
置等によって定まる一定角度の整数倍の不確定性を生じ
てしまう。しかし、スリットの間隔を例えば一箇所変え
ると、スリット配置の周期性が失われて、先に述べた不
確定性がなくなる。これを、図15を用いて説明する。
同図(A)は、光方向センサを上から見た模式図で、同
図(B)は、横から見た断面図に投影像の光強度分布9
5aを加えたものである。同図(A)でわかるように、
この光方向センサは中央のスリット間隔93aだけ、他
のスリット間隔93bと異なる長さにしているという特
徴をもつ。この光方向センサの被投影部1iを投影した
分布形状95aにはこの長いスリット間隔93aに対応
した明線の間隔94aがあって、他のスリット間隔93
bに対応するの明線の間隔94bと異なるため、スリッ
ト間隔93aと明線の間隔94aの対応を特定すること
ができて、先に述べたの不確定性はなく、広い範囲に渡
って光源の方向を定めることができる。この時、スリッ
トの数はほとんど変えていないので、高精度は維持した
ままである。これは、開口部による明暗境界の場合な
ど、他の光強度分布位置基準点等の位置等を検知する場
合にも有効である。また、スリットの列の中に開口部や
幅の異なるスリットを例えば一つ混ぜるのことによって
も遮光と非遮光のパターンの周期性をなくすことができ
るし、その逆に開口部の列の中にスリットや幅の異なる
開口部を混ぜてもよい。なお、スリットの列の周期性を
なくす方法において、開口部や幅が広いスリットを混ぜ
る方法では、開口部が投影されて生じる明暗境界を特定
する時や幅の広いスリットが投影されて生じる明部を特
定する時に、光強度情報を使用できるので、その特定が
容易になる。図16(A)、(B)を使ってこの原理を
説明する。等間隔で配置されたスリット23cのうち一
つを幅の広いスリット23dに変えると、これが投影さ
れて生じる明部の光強度81kは、他の明部の光強度よ
り大きくなるので、この間の閾値97を使った光強度比
較によって、スリット23dに対応する明部の位置を特
定することができる。ただし、明部の光強度は、光源の
方向によって変動するので、閾値97はこれに合わせて
変化させることが望ましい。図15,図16の例はいず
れもスリットを1次元的に配列したものであるが、二次
元的に配置する場合も同様である。請求項23や請求項
24の光方向センサ等で行うような、狭い領域での特徴
点の検出を有効に行うには、例えば図17のようにスリ
ット等を配置するとよい。この例では、20個のスリッ
ト23eを含む領域を一つの特徴点検出単位98として
いるので、その中心にある被投影部特徴点100を多数
設定でき、二次元光電変換素子の狭い領域99に、どこ
かの被投影部特徴点周辺の特徴点検出単位98を入れる
ことができる。従って、二次元光電変換素子の狭い領域
99に投影された像の光強度分布から光強度分布特徴点
の位置を検知できるので、これら2つの特徴点の相対位
置関係等から光源の方向に関する情報等を検知すること
ができる。なお、光源の方向に関する情報等を検知する
為に用いる被投影部特徴点等の変更に伴う光源の方向に
関する情報等の不連続性は、例えば光源の方向を複数の
被投影部特徴点及び光強度分布特徴点を用いて算出する
ようにして、その際に連続性を損なわないように加重平
均をとる方法を用いることで解消できる。この不連続性
の解消方法は、一次元的配列の際にも有効である。ま
た、図17のスリット配列を用いて、二次元光電変換素
子全体を使って光強度分布特徴点等の位置等の算出等を
行う場合には、光方向センサの視野の大きさを考慮し
て、被投影部全体1kのスケールを二次元光電変換素子
9より大きくするのが望ましい。なお、スリット23f
はスリット23eより幅の広いスリットであり、被投影
部の2次元の周期性をなく為と、図16のスリット23
dと同様の効果を得る為のものである。また、被投影部
特徴点100は、図17のように、例えば、スリット2
3eの中央線4本から四角形を5個作り、この四角形の
頂点の座標の平均を算出するというような方法で定義で
きる。これに対応する光強度分布特徴点が、同様の方法
で検知できることは明らかである。もちろん、検出単位
に含むスリットの数は任意であるし、スリットでなくて
開口部、遮光部等を使用してもよい。In the light-direction sensor according to the ninth aspect, the plurality of linear light-shielding shapes included in the projection surface include a light-shielding portion formed along a straight line in the projection surface and a non-light-shielding portion. The appearance pattern is a pattern that does not have periodicity, or is a combination pattern of a periodic pattern and a pattern having a larger period than the periodic pattern, so that both high accuracy and a wide measurement range can be achieved. it can. For example, in order to improve the accuracy, a large number of slits are arranged at equal intervals on the projected part, and some of the slits cause linear bright parts, that is, bright lines, in the two-dimensional photoelectric conversion element. Since the correspondence between the individual bright lines and the slits is not fixed, the information about the angle in the light source direction is an integer multiple of a constant angle determined by the slit arrangement cycle and the relative position between the photoelectric conversion element surface and the projection surface. Uncertainties will occur. However, if the interval between the slits is changed, for example, at one place, the periodicity of the slit arrangement is lost, and the uncertainty described above disappears. This will be described with reference to FIG.
9A is a schematic view of the light direction sensor viewed from above, and FIG. 9B is a cross-sectional view of the light direction distribution of the projected image.
5a is added. As can be seen in FIG.
This optical direction sensor is characterized in that only the central slit interval 93a has a different length from the other slit intervals 93b. The distribution shape 95a obtained by projecting the projected portion 1i of the light direction sensor has a bright line interval 94a corresponding to the long slit interval 93a, and other slit intervals 93a.
Since it is different from the interval 94b of the bright line corresponding to b, the correspondence between the slit interval 93a and the interval 94a of the bright line can be specified, and there is no uncertainty as described above, and the light source can be distributed over a wide range. The direction of can be determined. At this time, since the number of slits is hardly changed, the high precision is maintained. This is also effective when detecting the position of another light intensity distribution position reference point or the like, such as in the case of a bright / dark boundary due to the opening. The periodicity of light-shielding and non-light-shielding patterns can be eliminated by mixing, for example, one opening or slits of different widths in the row of slits, and vice versa. You may mix slits and openings with different widths. In addition, in the method of eliminating the periodicity of the row of slits, in the method of mixing the openings and the slits with a wide width, when identifying the light-dark boundary generated by the projection of the openings and the bright portion generated by the projection of the wide slits. Since the light intensity information can be used when identifying the, the identification is facilitated. This principle will be described with reference to FIGS. When one of the slits 23c arranged at equal intervals is changed to a wide slit 23d, the light intensity 81k of the bright portion generated by projecting this becomes larger than the light intensity of the other bright portions, so the threshold value between them is set. By comparing the light intensities using 97, the position of the bright portion corresponding to the slit 23d can be specified. However, since the light intensity of the bright portion changes depending on the direction of the light source, it is desirable to change the threshold value 97 accordingly. Although the slits are arranged one-dimensionally in each of the examples of FIGS. 15 and 16, the same is true when the slits are arranged two-dimensionally. In order to effectively detect the feature points in a narrow area, such as the optical direction sensor according to the twenty-third and twenty-fourth aspects, it is preferable to dispose a slit or the like as shown in FIG. In this example, since the area including the 20 slits 23e is one feature point detection unit 98, a large number of projected part feature points 100 at the center can be set, and the narrow area 99 of the two-dimensional photoelectric conversion element can be set to A feature point detection unit 98 around a feature point of any projected portion can be inserted. Therefore, since the position of the light intensity distribution feature point can be detected from the light intensity distribution of the image projected on the narrow area 99 of the two-dimensional photoelectric conversion element, the information on the direction of the light source can be obtained from the relative positional relationship between these two feature points. Can be detected. The discontinuity of the information about the direction of the light source due to the change of the feature point of the projected part used for detecting the information about the direction of the light source may be, for example, the direction of the light source, and This can be solved by using the intensity distribution feature points and calculating the weighted average so that continuity is not impaired. This method of eliminating discontinuity is also effective for a one-dimensional array. In addition, when the positions of light intensity distribution feature points and the like are calculated using the entire two-dimensional photoelectric conversion element using the slit array of FIG. 17, the size of the visual field of the light direction sensor is taken into consideration. It is desirable that the scale of the entire projected portion 1k is larger than that of the two-dimensional photoelectric conversion element 9. The slit 23f
Is a slit wider than the slit 23e, so that the slit 23e in FIG.
This is for obtaining the same effect as d. In addition, as shown in FIG. 17, the projected portion feature point 100 has, for example, the slit 2
This can be defined by a method in which five quadrangles are formed from four center lines of 3e and the average of the coordinates of the vertices of the quadrangle is calculated. It is obvious that the corresponding light intensity distribution feature points can be detected by the same method. Of course, the number of slits included in the detection unit is arbitrary, and an opening, a light shield, or the like may be used instead of the slit.
【0037】本発明によると、前記課題を解決するため
に、請求項26に記載の光方向センサ信号処理装置で
は、信号処理部を備えて、請求項1に記載の光方向セン
サが出力する、光源の方向に関する情報と光源の方向に
関する情報を検知するために用いる情報との少なくとも
一方に該当する光源の方向に関する情報等と、光源の方
向に関する情報を検知するために用いる信号の両方もし
くはいずれか一方を用いて、光源の方向に関する情報等
を検知することと、光源の方向に関する情報等を補正す
ることの両方もしくはいずれか一方を行うことにより、
光源の方向に関する情報等を検知することができる。す
なわち、請求項1に記載の光方向センサだけでは、光源
の方向に関する情報等を検知できないか、もしくは例え
ばその光源の方向に関する情報等の内容や情報の精度が
不十分な場合に、請求項26に記載の光方向センサ信号
処理装置を用いて、必要とされる精度や内容を有する光
源の方向に関する情報等を検知することができる。この
光方向センサ信号処理装置により、例えば請求項1に記
載の光方向センサは、必ずしも光源の方向に関する情報
等を検知する必要はなくなるので、その検知に必要な回
路を省くことができ、一層の小型化、小電力化が可能に
なる。この効果は、例えば、宇宙機などにおいて、光方
向センサを搭載できる場所が少ない場合や、放熱が難し
い場所に光方向センサが搭載される場合において非常に
有効である。According to the present invention, in order to solve the above-mentioned problems, a light direction sensor signal processing device according to a twenty-sixth aspect is provided with a signal processing unit, and the light direction sensor according to the first aspect outputs. Information about the direction of the light source that corresponds to at least one of the information about the direction of the light source and the information used to detect the direction of the light source, and / or the signal used to detect the information about the direction of the light source. By using one, to detect the information about the direction of the light source, and to correct the information about the direction of the light source, or both,
Information about the direction of the light source can be detected. That is, when only the light direction sensor according to claim 1 cannot detect the information about the direction of the light source or the content of the information about the direction of the light source or the accuracy of the information is insufficient, for example, the case of claim 26 By using the light direction sensor signal processing device described in (1), it is possible to detect information regarding the direction of the light source having required accuracy and content. With this light direction sensor signal processing device, for example, the light direction sensor according to claim 1 does not necessarily need to detect information relating to the direction of the light source, so that the circuit necessary for the detection can be omitted, and It is possible to reduce the size and power consumption. This effect is very effective, for example, in a spacecraft where there are few places where the light direction sensor can be mounted or where the light direction sensor is mounted in a place where heat dissipation is difficult.
【0038】請求項27ないし38に記載の光方向セン
サ信号処理装置は、光方向センサが検出する光強度分布
信号や光源の方向に関する情報等に対して、高度な信号
処理を行って、光源の方向に関する情報等を良好な精度
で検知したり、補正したりするものであり、それらの特
徴による解決手段とその解決手段による効果等は、光方
向センサに関する特徴として、すでに上述のように説明
した通りである。The light direction sensor signal processing device according to the twenty-seventh to thirty-eighth aspects performs advanced signal processing on the light intensity distribution signal detected by the light direction sensor, information on the direction of the light source, and the like, and outputs the light source signal from the light source. It detects and corrects the information about the direction with good accuracy, and the solution means by these features and the effect by the solution means are already explained as the features of the optical direction sensor as described above. On the street.
【0039】[0039]
【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を実施例に基
づいて説明する。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Embodiments of the present invention will be described based on examples.
【0040】[0040]
【実施例】本発明による光方向センサの第1の実施例を
図1(A)、(B)、(C)及び図18を用いて説明す
る。図1(A)、(B)、(C)は本発明の第1の実施
例の光方向センサを示す図で、同図(A)は上面図、同
図(B)は同図(A)のB−B断面図、同図(C)は同
図(B)のC−C断面図である。図18は、図1(B)
の信号処理部の構成の模式図である。本発明の第1の実
施例の主要構成は、被投影部1a、直線状遮光形状2
a,2b、開口部3a,3b,3c,3d,3e、筐体
8a、二次元光電変換素子9、傾き調整部10a、二次
元光電変換素子ホルダ12a、二次元光電変換素子ホル
ダ支持プレート13a、素子制御部18、信号処理部1
9a、ミラー面24である。被投影部は例えば遮光性の
材質で光学ガラス16の表面をコーティングして遮光膜
を形成した後、光を透過させる部分の膜をエッチング等
により除去したものである。または、光学ガラス16の
表面に遮光性のインクで印刷を施してもよい。光学ガラ
スの表面16は平面度が高いことが望ましい。また、遮
光性の膜等が光をよく反射しないものの場合は、光学ガ
ラスの一部にあらかじめ、アルミや金などの金属を蒸着
して、ミラー面24を形成しておくとよい。本実施例で
は、直線状遮光形状2aが投影されて二次元光電変換素
子9の上に形成される明暗境界を検出することを想定し
ているので、開口部3aの幅Wは光源の視直径を2ω、
最大入射角度をθmaxとして、被投影部1と二次元光電
変換素子9の距離をL1とした場合、W0=2L1ta
nω/cosθmaxより十分大きい値にして、二次元光
電変換素子9上から、開口部3aを通して、少なくとも
光源の全体が見えるようにする。これは、直線状遮光形
状2bの開口部の幅についても同様である。また、光源
の視直径が小さい時は回折の影響をより大きく受けるの
で、検出する光の波長、波長幅、距離L1、光源までの
距離の値から、開口部の幅の最適値を探す必要がある。
つまり、開口部の幅を大きくすると一箇所の明暗境界の
検出精度はよくなることが期待されるが、直線状遮光形
状2bの数が少なくなるので、平均効果があまり期待で
きない。逆に直線状遮光形状2bの数を大きくして平均
効果を期待する場合は、開口部の幅が小さくなって、一
箇所の明暗境界の検出精度が回折の影響により低下する
ことが懸念されるということである。なお、距離L1の
値は視野角度と必要な精度に応じて決めればよい。図1
では開口の形状を分かりやすくするために、実際より大
きく描いている。例えば、開口部が密に配置された第二
の領域5aは、二次元光電変換素子9の感光部よりも小
さい。ただし、第二の領域5aを二次元光電変換素子9
の感光部より小さくすることは本発明の必須要件ではな
く、被投影部を図17の被投影部1kのようにすること
で、視野の全体に渡って高い精度が得られる。これは望
ましい実施例の一つである。また、被投影部1aは、上
面から直接見える線ではないが、分かりやすくする為に
実線で描いている。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS A first embodiment of the optical direction sensor according to the present invention will be described with reference to FIGS. 1 (A), (B), (C) and FIG. 1A, 1B, and 1C are views showing an optical direction sensor according to a first embodiment of the present invention, in which FIG. 1A is a top view and FIG. ) Is a cross-sectional view taken along the line BB, and FIG. 6C is a cross-sectional view taken along the line CC of FIG. FIG. 18 shows FIG. 1 (B).
It is a schematic diagram of a configuration of a signal processing unit of. The main configuration of the first embodiment of the present invention is the projected portion 1a, the linear light-shielding shape 2
a, 2b, openings 3a, 3b, 3c, 3d, 3e, housing 8a, two-dimensional photoelectric conversion element 9, tilt adjustment section 10a, two-dimensional photoelectric conversion element holder 12a, two-dimensional photoelectric conversion element holder support plate 13a, Element control unit 18, signal processing unit 1
9a and a mirror surface 24. The projected portion is formed by, for example, coating the surface of the optical glass 16 with a light-shielding material to form a light-shielding film, and then removing the film of the light-transmitting portion by etching or the like. Alternatively, the surface of the optical glass 16 may be printed with a light-shielding ink. The surface 16 of the optical glass preferably has high flatness. If the light-shielding film or the like does not reflect light well, a metal such as aluminum or gold may be vapor-deposited on part of the optical glass in advance to form the mirror surface 24. In the present embodiment, it is assumed that the linear light-shielding shape 2a is projected and the light-dark boundary formed on the two-dimensional photoelectric conversion element 9 is detected. Therefore, the width W of the opening 3a is the visual diameter of the light source. 2ω,
When the maximum incident angle is θ max and the distance between the projection target 1 and the two-dimensional photoelectric conversion element 9 is L 1 , W 0 = 2L 1 ta
The value is made sufficiently larger than nω / cos θ max so that at least the entire light source can be seen from above the two-dimensional photoelectric conversion element 9 through the opening 3a. The same applies to the width of the opening of the linear light-shielding shape 2b. Further, when the view diameter of the light source is small, it is more affected by diffraction. Therefore, it is necessary to find the optimum value of the width of the opening from the values of the wavelength of the light to be detected, the wavelength width, the distance L 1 and the distance to the light source. There is.
That is, if the width of the opening is increased, it is expected that the detection accuracy of one bright / dark boundary is improved, but the number of the linear light-shielding shapes 2b is reduced, so that the averaging effect cannot be expected so much. On the contrary, when the number of the linear light-shielding shapes 2b is increased and the averaging effect is expected, the width of the opening is reduced, and there is a concern that the accuracy of detecting the bright-dark boundary at one location may decrease due to the influence of diffraction. That's what it means. The value of the distance L 1 may be determined according to the viewing angle and the required accuracy. Figure 1
Then, in order to make the shape of the opening easier to understand, it is drawn larger than it actually is. For example, the second region 5a in which the openings are densely arranged is smaller than the photosensitive portion of the two-dimensional photoelectric conversion element 9. However, the second region 5a is set to the two-dimensional photoelectric conversion element 9
It is not an essential requirement of the present invention to make the size smaller than the photosensitive part, and by setting the projected part as the projected part 1k in FIG. 17, high accuracy can be obtained over the entire visual field. This is one of the preferred embodiments. The projected portion 1a is not a line directly visible from the upper surface, but is drawn as a solid line for easy understanding.
【0041】二次元光電変換素子9は例えば、エリアC
CDやCMOSイメージセンサ、赤外線撮像素子であ
る。二次元光電変換素子9の感光部以外の部分は、迷光
を低減する為に表面の反射率低減したマスク板11で覆
うことが望ましい。二次元光電変換素子9はマスク板1
1とともに二次元光電変換素子ホルダ12aに固定さ
れ、二次元光電変換素子ホルダ12aは、筐体8aに固
定された二次元光電変換素子ホルダ支持プレート13a
から、3つの傾き調整部10aを介して支持される。傾
き調整部10aの部分は例えば図12の傾き調整部10
bのようにシム89を使って、二次元光電変換素子9の
光電変換素子面と被投影部1の被投影面の傾きをなくし
て、平行に調整する為に使用する。傾きの調整は、例え
ばミラー面24とアライメントキューブ6を基準とし
た、前記光電変換素子面の傾きの方向と角度をあらかじ
め測定して、これをキャンセルするようにシム89の厚
さを調整すればよい。この調整後、二次元光電変換素子
9の単位素子の配列の方向と直線状遮光形状2aの方向
とのねじれ角度γ1の調整を行うので、光学ガラス16
は、回転させやすいように切り欠きか、突起が形成され
ていることが望ましい。素子制御部18は、当該光方向
センサの外部から入力したタイミング信号に同期して、
例えば二次元光電変換素子9の露光の時刻、信号を出力
する時刻を調整する。素子制御部18は、まず二次元光
電変換素子9の周辺部の単位素子70の信号を出力さ
せ、信号処理部19aでこの信号を信号処理する。信号
処理部構成の例の詳細を図18に示す。二次元光電変換
素子9の出力信号は、アナログ信号処理部28で増幅処
理やフィルタ処理されたのち、A/D変換部29でA/
D変換されて、マイクロコントローラ30aに出力され
る。この周辺部の単位素子70の少なくとも一部は、請
求項8または18に記載の第一の被投影部分4aに含ま
れる開口部3aまたは開口部3cのうちの少なくとも1
つと、同じく第一の被投影部分4aに含まれる開口部3
bまたは開口部3dのうちの少なくとも1つが投影され
る請求項18に記載の第一の領域に含まれるようになっ
ているので、この周辺部の単位素子70の光強度分布信
号を用いて、例えば開口部3aと開口部3bが投影され
て形成される像の光強度分布を検出できる。マイクロコ
ントローラ30aでは、ROM34aに内蔵されたプロ
グラムに従って、RAM33aを使用して、この光強度
分布信号をデジタル信号処理して、例えば開口部3aの
像の明暗境界点の位置と開口部3bの像の明暗境界点の
位置を算出する。この算出結果を用いると、例えば光強
度分布位置基準点に相当する開口部3aと開口部3bの
それぞれの像の中心を近似する線が光電変換素子面上で
交わる点の概略位置を算出することができる。この概略
位置が請求項18に記載の第一の精度で導出された光源
の方向に関する情報等にあたるものであり、請求項19
に記載の第一の情報に相当する情報である。この概略位
置は、あらかじめROM34aに記憶してある被投影部
の対応する点である被投影部特徴点の位置を傾き補正と
ねじれ補正を考慮して光電変換素子面基準座標系での位
置に変換した位置とともに、光源の方向を算出するのに
用いられる。算出された光源の方向は当該光方向センサ
の外部に第一の出力として信号出力部32aで所望の形
式に変換されたのち出力される。この光源の方向の算出
もROM34aに内蔵されたプログラムに従って、マイ
クロコントローラ30aが実行する処理の一つである。The two-dimensional photoelectric conversion element 9 is, for example, in the area C.
It is a CD, a CMOS image sensor, or an infrared imaging device. It is desirable to cover the portion of the two-dimensional photoelectric conversion element 9 other than the photosensitive portion with a mask plate 11 whose surface reflectance is reduced in order to reduce stray light. The two-dimensional photoelectric conversion element 9 is the mask plate 1
1 is fixed to the two-dimensional photoelectric conversion element holder 12a together with the two-dimensional photoelectric conversion element holder 12a, and the two-dimensional photoelectric conversion element holder 12a is fixed to the housing 8a.
Therefore, it is supported via the three inclination adjusting units 10a. The tilt adjusting section 10a is, for example, the tilt adjusting section 10 shown in FIG.
The shim 89 is used to eliminate the inclination between the photoelectric conversion element surface of the two-dimensional photoelectric conversion element 9 and the projection surface of the projection unit 1 by using the shim 89, and is used for making parallel adjustment. The tilt can be adjusted by, for example, measuring the tilt direction and angle of the photoelectric conversion element surface based on the mirror surface 24 and the alignment cube 6 in advance, and adjusting the thickness of the shim 89 to cancel this. Good. After this adjustment, the twist angle γ 1 between the direction of the arrangement of the unit elements of the two-dimensional photoelectric conversion element 9 and the direction of the linear light-shielding shape 2a is adjusted, so that the optical glass 16
It is desirable that the notch be formed with a notch or a protrusion so that it can be easily rotated. The element control unit 18 synchronizes with a timing signal input from the outside of the light direction sensor,
For example, the time of exposure of the two-dimensional photoelectric conversion element 9 and the time of outputting a signal are adjusted. The element control unit 18 first causes the signal of the unit element 70 in the peripheral portion of the two-dimensional photoelectric conversion element 9 to be output, and the signal processing unit 19a processes the signal. Details of an example of the configuration of the signal processing unit are shown in FIG. The output signal of the two-dimensional photoelectric conversion element 9 is amplified and filtered by the analog signal processing unit 28 and then A / D converted by the A / D conversion unit 29.
It is D-converted and output to the microcontroller 30a. At least a part of the unit element 70 in the peripheral portion is at least one of the opening 3a or the opening 3c included in the first projected portion 4a according to claim 8 or 18.
And the opening 3 also included in the first projected portion 4a.
Since at least one of b or the opening 3d is included in the first region projected according to claim 18, the light intensity distribution signal of the unit element 70 in the peripheral portion is used to For example, the light intensity distribution of the image formed by projecting the openings 3a and 3b can be detected. In the micro controller 30a, the light intensity distribution signal is subjected to digital signal processing by using the RAM 33a in accordance with the program stored in the ROM 34a, and for example, the position of the light-dark boundary point of the image of the opening 3a and the image of the opening 3b are displayed. Calculate the position of the light-dark boundary point. Using this calculation result, for example, it is possible to calculate a rough position of a point at which a line approximating the center of each image of the opening 3a and the opening 3b corresponding to the light intensity distribution position reference point intersects on the photoelectric conversion element surface. You can 20. This rough position corresponds to the information regarding the direction of the light source derived with the first accuracy described in claim 18, and the like.
This is the information corresponding to the first information described in (1). This rough position is converted into a position in the photoelectric conversion element surface reference coordinate system in consideration of inclination correction and twist correction of the position of the projected portion feature point which is a corresponding point of the projected portion stored in the ROM 34a in advance. It is used to calculate the direction of the light source along with the position. The calculated direction of the light source is output to the outside of the light direction sensor as a first output after being converted into a desired format by the signal output unit 32a. The calculation of the direction of the light source is also one of the processes executed by the microcontroller 30a according to the program stored in the ROM 34a.
【0042】マイクロコントローラ30aは、この概略
位置から光源の方向を算出すると同時に、請求項8また
は18に記載の第二の被投影部分5aが投影されている
二次元光電変換素子9上の請求項18に記載の第二の領
域に含まれる単位素子70の位置範囲を求めて、シーケ
ンス制御部38を介して、素子制御部18に出力し、素
子制御部18はその位置範囲に含まれる単位素子70の
信号を出力させる。この信号は、アナログ信号処理部2
8、A/D変換部を経て、デジタル化された光強度分布
信号として、温度センサ17a,17b,17cの信号
とともにマイクロコントローラ30aに入力する。マイ
クロコントローラ30aは、この光強度分布信号をデジ
タル処理して、光電変換素子面での明暗境界点の位置を
複数箇所で検出し、図17に示した光強度分布特徴点の
位置の算出過程と同等の過程すなわち、対を成す直線状
遮光形状2bの像の明暗境界から、開口部3eの像の中
心を近似する直線を12本定めて、これら12本の直線
から3個の四角形を定めてそれらの頂点12個の座標値
の平均や加重平均を算出する過程と、請求項16に記載
の歪補正の過程を経て、上述の第一の情報より高い精度
で光強度分布特徴点の位置を算出する。これに対応する
被投影部特徴点の位置は、例えば上述の記憶された位置
を光源の方向の第一出力値を用いて補正した精度の高い
位置を使用する。この補正過程では請求項13及び14
に記載の傾き補正及びねじれ補正の過程が含まれていて
もよい。これら高い精度で検知された光強度分布特徴点
の位置と被投影部特徴点の位置から、上述の第一の出力
より高い精度で光源の方向が算出され、この光方向セン
サの外部に第二の出力として出力される。この第二の出
力は請求項18に記載の第二の精度で導出された光源の
方向に関する情報すなわち、請求項19に記載の第二の
情報に相当するものである。なお、この光方向センサ
は、光源の方向の基準となる座標系を被投影面基準座標
系に切り替えることもできる。この場合は、光電素子面
基準座標系で求めた光強度分布特徴点の位置を、請求項
13及び14に記載の傾き補正及びねじれ補正により被
投影面基準座標系での位置に変換する処理を行う。この
傾き補正は、平面の方程式を使った簡易な補正であり、
ねじれ補正は、平面内の位置ベクトルの回転を表す行列
を用いる補正である。なお、上述の被投影部特徴点位置
の補正とは、例えば開口部長辺方向に対して垂直な面内
から入射角θで光が開口部を通過する場合、その遮光膜
の厚さをtとすると、t・tanθだけ、実効的な開口
幅が小さくなるので、この差を補正するものである。補
正を行わずに、例えば厚さにより光束を遮られない側の
遮光境界線とこれを投影した像の明暗境界のみで、高精
度な光源方向に関する情報を導出するという方法もあ
る。The microcontroller 30a calculates the direction of the light source from this rough position, and at the same time, claims on the two-dimensional photoelectric conversion element 9 on which the second projected portion 5a according to claim 8 or 18 is projected. The position range of the unit element 70 included in the second region described in 18 is obtained and output to the element control unit 18 via the sequence control unit 38, and the element control unit 18 outputs the unit element included in the position range. 70 signal is output. This signal is the analog signal processing unit 2
8. After passing through the A / D converter, it is inputted to the microcontroller 30a as a digitized light intensity distribution signal together with the signals of the temperature sensors 17a, 17b, 17c. The microcontroller 30a digitally processes this light intensity distribution signal to detect the positions of the light-dark boundary points on the photoelectric conversion element surface at a plurality of points, and the process of calculating the position of the light intensity distribution feature point shown in FIG. Equivalent process, that is, 12 straight lines approximating the center of the image of the opening 3e from the bright / dark boundary of the image of the pair of linear light-shielding shapes 2b are determined, and 3 quadrangles are determined from these 12 straight lines. The position of the light intensity distribution feature point can be detected with higher accuracy than the first information described above through the process of calculating the average or weighted average of the coordinate values of those 12 vertices and the process of distortion correction according to claim 16. calculate. As the position of the projected part feature point corresponding to this, for example, a highly accurate position obtained by correcting the stored position using the first output value in the direction of the light source is used. Claims 13 and 14 are used in this correction process.
The process of tilt correction and twist correction described in 1) may be included. From the positions of the light intensity distribution characteristic points and the positions of the projected portion characteristic points detected with high accuracy, the direction of the light source is calculated with higher accuracy than the above-mentioned first output, and the direction of the light source is calculated outside the light direction sensor. Is output as. The second output corresponds to the information on the direction of the light source derived with the second accuracy described in claim 18, that is, the second information described in claim 19. In this light direction sensor, the coordinate system serving as the reference for the direction of the light source can be switched to the projected surface reference coordinate system. In this case, a process of converting the position of the light intensity distribution feature point obtained in the photoelectric element surface reference coordinate system to the position in the projection surface reference coordinate system by the tilt correction and the twist correction according to claim 13 and 14 is performed. To do. This tilt correction is a simple correction using a plane equation,
The twist correction is a correction that uses a matrix that represents the rotation of the position vector in the plane. It should be noted that the above-mentioned correction of the feature point position of the projected portion means, for example, when light passes through the opening at an incident angle θ from a plane perpendicular to the long side direction of the opening, the thickness of the light shielding film is defined as t. Then, the effective aperture width becomes smaller by t · tan θ, and this difference is corrected. There is also a method of deriving high-accuracy information about the direction of the light source without correction, for example, only by the light-shielding boundary line on the side where the light flux is not blocked by the thickness and the light-dark boundary of the projected image.
【0043】また、この第二の出力を導出するに際に
は、温度センサ17a,17b,17cの信号を使用し
て、被投影部1a、二次元光電変換素子9、筐体8aの
温度を検知して、各部位の熱膨張によるスケールの変化
を補正することが可能である。温度による角度検出誤差
を軽減するには、傾き調整部10aの材質例えば図12
のスペーサ90の材質を筐体8aとは異なる材質にし
て、スペーサ90の熱膨張が温度による角度検出誤差を
なるべくキャンセルするように設定することも有効であ
る。また、温度による角度検出誤差のうちバイアス誤差
を低減するには、光学ガラス16、筐体8a、マスク板
11、二次元光電変換素子ホルダ12a、二次元光電変
換素子ホルダ支持プレート13aの材質をできるかぎ
り、二次元光電変換素子9のケースの材質の線膨張率に
近い線膨張率を有する材質とするのが望ましく、さらに
バンドパスフィルタ14、NDフィルタ15についても
同様にその材質を選べれば好ましい。被投影部1aの中
央には明るさを検知するための開口3fが設けてある。
幅が他の開口より大きいのは、回折の影響を減らして明
るさを正確に測定するためである。もちろん実際の信号
出力は光源の方向に依存するものであり、光束の傾きに
よる影響や、NDフィルタ15及びバンドパスフィルタ
14を通過する長さが変化することによる光の減衰率の
変化を考慮する必要がある。例えば太陽を対象としてい
る場合、形状及び明るさと距離の関係は既知であるか
ら、この明るさ情報などから太陽の視直径を求めて、こ
れと回折の影響を考慮して、二次元光電変換素子9上の
例えば明暗の境界の光強度分布が予測できる。例えば予
測した分布形状は明暗境界点の位置を、単位素子の配置
間隔以下の分解能で検出する信号処理で使用するフィッ
ティング関数として、デジタル信号処理で使用する。こ
のフィッティング関数を使用しない方法としては、例え
ば、デジタルフィルタにより平滑化したり、補間曲線を
求めたり、評価関数を使用したりする方法があるのは解
決の手段の項においてすでに述べた通りである。また、
本実施例の光方向センサは、外部から入力するタイミン
グに合わせて測定を行う機能と、内部発生のタイミング
で測定して、時刻情報を合わせて出力する機能の両方を
備えて、外部からの設定によりどちらで動作するかを切
り替えられるものである。さらに、二次元光電変換素子
の特定の領域のみで測定を行うためのプログラムをすで
に内蔵しているので、被投影部を図17の1kに代えれ
ば、その機能を発揮できるものである。同様に数種類の
被投影部に応じたプログラムを内蔵することができ、そ
れらに対してはすぐに対応できる機能を有する。なお、
本実施例において、信号処理部19aの構成例として図
18を提示したが、この構成は本発明の必須要件ではな
く、本発明で示した信号処理が実施できる構成であれば
よい。また、二次元光電変換素子9、素子制御部18、
信号処理部19aは必ずしも他と物理的に切り離されて
いるわけではなく、例えば一つのICチップに二次元光
電変換素子9、素子制御部18及び信号処理部19aの
アナログ信号処理28やA/D変換部29までが含まれ
たり、さらにRAM33aが含まれたりしてもよい。When deriving the second output, the signals of the temperature sensors 17a, 17b and 17c are used to determine the temperatures of the projected portion 1a, the two-dimensional photoelectric conversion element 9 and the casing 8a. It is possible to detect and correct the scale change due to thermal expansion of each part. In order to reduce the angle detection error due to temperature, the material of the tilt adjusting unit 10a, for example, as shown in FIG.
It is also effective to make the material of the spacer 90 different from that of the housing 8a and set the thermal expansion of the spacer 90 to cancel the angle detection error due to temperature as much as possible. In order to reduce the bias error in the angle detection error due to temperature, the materials of the optical glass 16, the housing 8a, the mask plate 11, the two-dimensional photoelectric conversion element holder 12a, and the two-dimensional photoelectric conversion element holder support plate 13a can be used. As far as possible, it is preferable to use a material having a linear expansion coefficient close to the linear expansion coefficient of the material of the case of the two-dimensional photoelectric conversion element 9. Further, it is preferable that the bandpass filter 14 and the ND filter 15 can be selected similarly. An opening 3f for detecting the brightness is provided at the center of the projected portion 1a.
The width is larger than other apertures in order to reduce the influence of diffraction and accurately measure brightness. Of course, the actual signal output depends on the direction of the light source, and the influence of the inclination of the light flux and the change of the light attenuation rate due to the change in the length passing through the ND filter 15 and the bandpass filter 14 are taken into consideration. There is a need. For example, when the sun is targeted, the shape and the relationship between the brightness and the distance are known. Therefore, the visual diameter of the sun is obtained from the brightness information, etc. For example, the light intensity distribution on the boundary of light and dark on 9 can be predicted. For example, the predicted distribution shape is used in digital signal processing as a fitting function used in signal processing in which the positions of bright and dark boundary points are detected with a resolution equal to or lower than the arrangement interval of unit elements. As a method of not using this fitting function, for example, there is a method of smoothing with a digital filter, obtaining an interpolation curve, or using an evaluation function, as already described in the section of solving means. Also,
The light direction sensor of the present embodiment has both a function of performing measurement at the timing of input from the outside and a function of measuring at the timing of internal generation and outputting the time information together. It is possible to switch which mode to operate by. Furthermore, since the program for performing the measurement only in a specific area of the two-dimensional photoelectric conversion element is already built in, the function can be exhibited by replacing the projected portion with 1k in FIG. Similarly, programs corresponding to several kinds of projected parts can be built in, and a function capable of immediately dealing with them can be provided. In addition,
In the present embodiment, FIG. 18 is presented as a configuration example of the signal processing unit 19a, but this configuration is not an essential requirement of the present invention and may be any configuration capable of performing the signal processing shown in the present invention. In addition, the two-dimensional photoelectric conversion element 9, the element control unit 18,
The signal processing unit 19a is not necessarily physically separated from the others. For example, one IC chip includes the two-dimensional photoelectric conversion element 9, the element control unit 18, and the analog signal processing 28 and the A / D of the signal processing unit 19a. The conversion unit 29 may be included, and the RAM 33a may be included.
【0044】バンドパスフィルタ14は、例えば対象と
する光源の光の波長と二次元光電変換素子9の感度特性
を考慮して、波長、バンド幅を決める。NDフィルタ1
5は、二次元光電変換素子へ入射する光の強度を調整す
る為のものであり、容易に交換できることが望ましい。
光源の光の強度が大きく、フィルタで吸収した光による
熱が、NDフィルタ15の変形や温度むらに起因する屈
折率のむらを生じさせて、光源方向の検出精度を悪くす
る場合などには、例えばNDフィルタ15の光源側の表
面に反射型のNDフィルタ膜を蒸着して、光吸収による
吸熱を大幅に低減することが可能である。宇宙環境にお
いて使用する場合では、これらの光学材料は耐放射線性
を有するものを使用するのが望ましい。筐体8aの内側
の表面は黒色にして、光があたる部分には遮光線を切る
ことが迷光対策となる。また、迷光低減の観点から、ミ
ラー面24は、調整終了後上部を遮光材で覆うなどの対
策を行うことが望ましい。これが困難な時は、ミラー面
24を筐体のそばに配置して、光があたりにくいように
してもよい。この結果として、被投影部1aの中心と、
ミラー面の平行度が十分でなくなる場合は、ミラー面2
4を、被投影部1aの縁に複数設けるか、縁全体をミラ
ー面にして、ミラー面の中の複数の位置における面の方
向から、被投影部1aの中心における面の方向を推定す
ることも可能である。また、二次元光電変換素子9の中
で特性がよくない素子や、被投影部1aの形状に不良が
ある場合は、あらかじめそれらの位置を信号処理部のR
OM33aに記憶させておき、演算処理の際に補正する
か、演算処理の対象から除外する機能を備えていること
が望ましい。The bandpass filter 14 determines the wavelength and the band width in consideration of, for example, the wavelength of the light of the target light source and the sensitivity characteristic of the two-dimensional photoelectric conversion element 9. ND filter 1
Reference numeral 5 is for adjusting the intensity of light incident on the two-dimensional photoelectric conversion element, and it is desirable that it can be easily replaced.
For example, when the intensity of light from the light source is high and the heat absorbed by the filter causes unevenness in the refractive index due to deformation of the ND filter 15 and unevenness in temperature, resulting in poor detection accuracy in the light source direction. A reflection type ND filter film can be vapor-deposited on the surface of the ND filter 15 on the light source side to significantly reduce heat absorption due to light absorption. When used in the space environment, it is desirable that these optical materials have radiation resistance. As a countermeasure against stray light, the inside surface of the housing 8a is made black and a light-shielding line is cut at a portion where light is applied. Further, from the viewpoint of reducing stray light, it is desirable to take measures such as covering the upper portion of the mirror surface 24 with a light shielding material after the adjustment is completed. When this is difficult, the mirror surface 24 may be arranged near the housing so that the light does not easily reach. As a result, the center of the projected portion 1a,
If the parallelism of the mirror surface is not enough, the mirror surface 2
4 is provided at the edge of the projected portion 1a, or the entire edge is a mirror surface, and the direction of the surface at the center of the projected portion 1a is estimated from the surface directions at a plurality of positions in the mirror surface. Is also possible. In addition, in the case where the two-dimensional photoelectric conversion element 9 has poor characteristics or the shape of the projected portion 1a is defective, the positions of those elements are set in advance in the R of the signal processing portion.
It is desirable to have a function of storing the data in the OM 33a and correcting it during arithmetic processing or excluding it from the target of arithmetic processing.
【0045】図2(A)、(B)、(C)、(D)は本
発明の第2の実施例の光方向センサを示す図で、同図
(A)は上面図、同図(B)は同図(A)のB−B断面
図、同図(C)は同図(B)のC−C断面図である。同
図(D)は、光方向センサの出力する光強度分布信号か
ら光源の方向に関する情報等を検知したり、光源の方向
に関する情報等を補正したりするためのデジタル信号処
理を行う光方向センサ信号処理装置26の模式図であ
る。図19は、本発明の第3の実施例の光方向センサ信
号処理装置の機能構成を示すブロック図で、図2(D)
を詳細化したものである。本発明の第2の実施例の光方
向センサと本発明の第3の実施例の光方向センサ信号処
理装置は、主として組み合わせて使用するので、まとめ
て説明をする。本実施例では、光方向センサ25bをよ
り小型にするため、信号処理部1aの中のアナログ信号
処理部とA/D変換部を残して、他を光方向センサから
分離して光方向センサ信号処理装置内の信号処理部19
cに含めた。また、傾き調整部10aをなくして、二次
元光電変換素子ホルダ12を直接筐体8に固定する構造
にしている。さらに第1の実施例では、被投影部1aを
光学ガラス16の表面に形成したが、本実施例では、被
投影部1bをバンドパスフィルタ14の表面に形成し
て、光方向センサ25bをより小型にしている。アライ
メントキューブ6の取り付け方も変わっているが、この
方法では、光源がある面と反対の面も使用できるメリッ
トがある。被投影部1bの開口部の形状、配置は、第1
の実施例と変わっているが、これは小型化とは関係な
い。被投影部1bには、スリット23aが放射状に配置
されているが、これは開口部の形状、配置の一例であ
る。本実施例では、例えば放射状に配置されたスリット
23aが投影されて形成される放射状の像の明線を近似
する放射状の直線の交点もしくはこの交点を近似する点
を光強度分布特徴点としてこの位置を求めて、対応する
被投影部特徴点の位置とにより、光源の方向に関する情
報を算出することができる。また、本実施例の被投影部
1bでは、中心に大きな開口部3fにする開口部を設け
ていないが、開口部3aの幅を広くすることで、明るさ
の検知は可能である。FIGS. 2A, 2B, 2C and 2D are views showing an optical direction sensor according to a second embodiment of the present invention. FIG. 2A is a top view and FIG. 7B is a sectional view taken along the line BB of FIG. 7A, and FIG. 8C is a sectional view taken along the line C-C of FIG. FIG. 3D is an optical direction sensor that performs digital signal processing for detecting information regarding the direction of the light source from the light intensity distribution signal output from the optical direction sensor and correcting information regarding the direction of the light source. 3 is a schematic diagram of a signal processing device 26. FIG. FIG. 19 is a block diagram showing the functional arrangement of a light direction sensor signal processing apparatus according to the third embodiment of the present invention, which is shown in FIG.
Is a detailed version of. Since the light direction sensor of the second embodiment of the present invention and the light direction sensor signal processing device of the third embodiment of the present invention are mainly used in combination, they will be described together. In this embodiment, in order to make the light direction sensor 25b smaller, the analog signal processing unit and the A / D conversion unit in the signal processing unit 1a are left, and the others are separated from the light direction sensor signal. Signal processing unit 19 in the processing device
Included in c. Further, the inclination adjusting portion 10a is eliminated, and the two-dimensional photoelectric conversion element holder 12 is directly fixed to the housing 8. Further, in the first embodiment, the projected portion 1a is formed on the surface of the optical glass 16, but in the present embodiment, the projected portion 1b is formed on the surface of the bandpass filter 14 so that the optical direction sensor 25b can be further improved. It is small. Although the mounting method of the alignment cube 6 has also changed, this method has an advantage that the surface opposite to the surface having the light source can be used. The shape and arrangement of the opening of the projected portion 1b is the first.
However, this is not related to miniaturization. Slits 23a are radially arranged on the projected portion 1b, but this is an example of the shape and arrangement of the openings. In this embodiment, for example, an intersection of radial straight lines that approximates the bright line of the radial image formed by projecting the slits 23a arranged radially or a point that approximates this intersection is defined as a light intensity distribution characteristic point. And the information on the direction of the light source can be calculated from the position of the corresponding projected portion feature point. Further, the projected portion 1b of the present embodiment does not have an opening portion to be the large opening portion 3f at the center, but the brightness can be detected by widening the width of the opening portion 3a.
【0046】光方向センサ25bはケーブル22を介し
て、光強度分布信号を光方向センサ信号処理装置26に
出力する。デジタルの光強度分布信号として光方向セン
サ信号処理装置26に入力した信号は、信号入力部31
で内部のデータバス36bに合うように変換されて、マ
イクロコントローラ30bに出力される。以降の光方向
センサ及び光方向センサ信号処理装置としての動作方法
は,基本的に第1の実施例の実施例と同様であるが、素
子制御の方法は、上述の第一の精度の情報を算出する際
に、二次元光電変換素子9のすべての単位素子70の光
強度信号からなる光強度分布信号を出力させて、これを
RAM33bに格納しておき、算出する精度に応じて、
単位素子70を選択する代わりに、マイクロコントロー
ラ30bがアクセスするRAM33bのアドレスを変え
るという方法としている。また、本実施例では、傾き調
整部10aがないことで補正すべき傾きの量が大きくな
るので、傾き補正とねじれ補正には、精度の高い請求項
15に記載の座標変換による方法を用いる。この座標変
換では、光強度分布特徴点の光電変換素子面基準座標系
での位置を、被投影面基準座標系での位置に変換する。The light direction sensor 25b outputs the light intensity distribution signal to the light direction sensor signal processing device 26 via the cable 22. The signal input to the light direction sensor signal processing device 26 as a digital light intensity distribution signal is a signal input unit 31.
Then, the data is converted so as to match the internal data bus 36b and output to the microcontroller 30b. The subsequent operation method as the light direction sensor and the light direction sensor signal processing device is basically the same as the embodiment of the first embodiment, but the element control method uses the above-mentioned first accuracy information. At the time of calculation, a light intensity distribution signal composed of light intensity signals of all the unit elements 70 of the two-dimensional photoelectric conversion element 9 is output and stored in the RAM 33b, and according to the calculation accuracy,
Instead of selecting the unit element 70, the method is to change the address of the RAM 33b accessed by the microcontroller 30b. Further, in this embodiment, the amount of the tilt to be corrected becomes large because the tilt adjusting unit 10a is not provided. Therefore, the method of coordinate conversion according to claim 15 having high accuracy is used for the tilt correction and the twist correction. In this coordinate conversion, the position of the light intensity distribution feature point in the photoelectric conversion element surface reference coordinate system is converted into the position in the projection surface reference coordinate system.
【0047】第2、第3の実施例では、光方向センサ1
台につき、光方向センサ信号処理装置を1台設けている
が、例えば光方向センサ複数台の出力を処理できる光方
向センサ信号処理装置にして、光方向センサ複数台に対
して、光方向センサ信号処理装置を1台設けてもよい。
故障対策のために光方向センサ複数台に対して、光方向
センサ信号処理装置を複数台設けてもよい。光方向セン
サ信号処理装置は必ずしも光方向センサ専用である必要
は無く、例えば人工衛星の姿勢制御計算機の中にこのデ
ジタル信号処理用の装置を含めることも可能である。た
だし、その場合は姿勢制御計算機は光方向センサ信号処
理装置でもあることになる。また、光方向センサ信号処
理装置の中から傾き補正やねじれ補正、歪補正などを行
う部分を機能を除いて、傾き補正やねじれ補正、歪補正
などを光方向センサ信号処理装置とは別の光方向センサ
信号処理装置で行ってもよい。汎用のコンピュータで
も、信号処理用のプログラムを内蔵することで、光方向
センサ信号処理装置となって、光方向センサの信号処理
を行って、光源の方向に関する情報を検知できる。な
お、図19の構成は本発明の構成の一例であって、必須
要件ではない。In the second and third embodiments, the light direction sensor 1
Although one light direction sensor signal processing device is provided for each table, for example, a light direction sensor signal processing device that can process the output of a plurality of light direction sensors is provided, and the light direction sensor signal is output to the plurality of light direction sensors. One processing device may be provided.
As a countermeasure against a failure, a plurality of light direction sensor signal processing devices may be provided for a plurality of light direction sensors. The light direction sensor signal processing device does not necessarily need to be dedicated to the light direction sensor, and for example, the device for digital signal processing can be included in the attitude control computer of the artificial satellite. However, in that case, the attitude control computer is also a light direction sensor signal processing device. In addition, except for the function of the optical direction sensor signal processing device that performs tilt correction, twist correction, distortion correction, etc., tilt correction, twist correction, distortion correction, etc. are performed separately from the optical direction sensor signal processing device. It may be performed by the direction sensor signal processing device. Even in a general-purpose computer, by incorporating a signal processing program, it becomes a light direction sensor signal processing device, can perform signal processing of the light direction sensor, and can detect information regarding the direction of the light source. The configuration of FIG. 19 is an example of the configuration of the present invention and is not an essential requirement.
【0048】第1の実施例、第2の実施例ともに十字に
配置された開口部3a等を有するがこれは本発明の必須
要件ではなく、平面上の被投影面内における遮光境界線
やスリットの配置は任意である。ただし、その形状や配
置によっては、実施例で述べたような信号処理はそのま
ま適用できない場合がある。また、第1の実施例、第2
の実施例ともにバンドパスフィルタ14、NDフィルタ
15、アライメントキューブ6を各1個ずつ有するが、
これらも同様に本発明の必須要件ではなく、複数でもよ
いし、無くてもよい。同様にマスク板11は無くてもよ
いし、二次元光電変換素子ホルダ12aもしくは12b
と一体であってもよい。また、二次元光電変換素子ホル
ダ支持プレート13aは、筐体8aと一体であってよい
し、二次元光電変換素子ホルダ12bは、筐体8bと一
体であってよい。筐体8a,8bはいずれも円柱形状を
しているが、この形状は本発明の必須要件ではないの
で、例えば多角柱や円錐台、多角錐台及びこれらの合成
形状であってよい。また筐体8a,8bには取付の為の
構造を示していないが、これは例えば取付ネジ用の穴が
空いた取付足であったり、筐体に加工された取付ネジ用
のタップであってもよい。取付の安定性を考慮すると取
付の為の構造は3箇所以上あることが望ましい。なお、
本発明品を宇宙環境で使用する場合は、放射線に対する
配慮が払われなければならない。Both the first embodiment and the second embodiment have the openings 3a and the like arranged in a cross shape, but this is not an essential requirement of the present invention, and a light-shielding boundary line or slit in the plane to be projected is provided. Arrangement is arbitrary. However, depending on its shape and arrangement, the signal processing as described in the embodiments may not be directly applicable. In addition, the first embodiment, the second
In each of the embodiments, each has one bandpass filter 14, one ND filter 15, and one alignment cube 6,
These are also not indispensable requirements of the present invention, and may be plural or may be omitted. Similarly, the mask plate 11 may be omitted, or the two-dimensional photoelectric conversion element holder 12a or 12b may be omitted.
May be integrated with. The two-dimensional photoelectric conversion element holder support plate 13a may be integrated with the housing 8a, and the two-dimensional photoelectric conversion element holder 12b may be integrated with the housing 8b. Both of the housings 8a and 8b have a cylindrical shape, but since this shape is not an essential requirement of the present invention, they may be, for example, a polygonal prism, a truncated cone, a polygonal pyramid, or a composite shape thereof. Further, although the structure for mounting is not shown in the housings 8a and 8b, this is, for example, a mounting foot with holes for mounting screws or a tap for mounting screws processed in the housing. Good. Considering the stability of mounting, it is desirable that there are three or more structures for mounting. In addition,
When using the products of the present invention in a space environment, consideration must be given to radiation.
【0049】第1の実施例、第2の実施例ともに一つの
二次元光電変換素子9で、光源の方向を3次元空間で特
定できる情報を出力するが、例えば一つの二次元光電変
換素子で光源の方向を平面内に特定し、二つの二次元光
電変換素子を組み合わせて、光源の方向を3次元空間で
特定できる情報となるような構成でもよい。これは従来
の光方向センサの一次元光電変換素子を二次元光電変換
素子に置き換えた構成に相当するが、従来の光方向セン
サよりは小型化が可能である。この二つの二次元光電変
換素子を組み合わせる構成のメリットは、信号処理が単
純になることの他、前述の第一の精度の情報を早く出力
することが可能になる点にある。例えば二次元光電変換
素子では、信号読出し順序が固定されていることが多
く、二次元光電変換素子の四辺のうちの1辺か、対向す
る2辺から順に信号が読み出されるので、例えば残る2
辺の縁の素子の信号を処理して算出する情報が得られる
のは、ほぼ全ての素子の読出しが完了した時になるが、
2つの二次元光電変換素子を直角に傾けて配置すれば、
2つの二次元光電変換素子から早期に読出された素子の
信号を信号処理して得られる情報を組み合わせること
で、早期に光源の方向を3次元空間で特定できる情報を
出力可能となる。このメリットは、出力情報のリアルタ
イム性が要求されるような例えば、制御用のセンサとし
て用いる場合に有効である。この構成の被投影部の例と
しては、図15、図16に示した被投影部1i,1jが
あり、いずれも本発明の望ましい実施例に含まれるもの
である。この構成では、二次元光電変換素子全体を一方
向の検知に使用できるので、高精度も期待できる。In each of the first and second embodiments, one two-dimensional photoelectric conversion element 9 outputs information that can specify the direction of the light source in the three-dimensional space. For example, one two-dimensional photoelectric conversion element is used. The configuration may be such that the direction of the light source is specified in a plane and two two-dimensional photoelectric conversion elements are combined to provide information that can specify the direction of the light source in a three-dimensional space. This corresponds to a configuration in which the one-dimensional photoelectric conversion element of the conventional light direction sensor is replaced with a two-dimensional photoelectric conversion element, but it can be made smaller than the conventional light direction sensor. The merit of the configuration in which the two two-dimensional photoelectric conversion elements are combined is that the signal processing becomes simple and the information of the first accuracy described above can be output quickly. For example, in a two-dimensional photoelectric conversion element, the signal reading order is often fixed, and signals are sequentially read from one of the four sides of the two-dimensional photoelectric conversion element or from two opposite sides.
The information calculated by processing the signals of the elements at the edges of the side is obtained when reading of almost all the elements is completed.
If two two-dimensional photoelectric conversion elements are arranged at a right angle,
By combining the information obtained by performing signal processing on the signals of the elements read out early from the two two-dimensional photoelectric conversion elements, it becomes possible to output the information capable of specifying the direction of the light source in the three-dimensional space early. This merit is effective when it is used as a control sensor, for example, where real-time output information is required. Examples of projected parts having this configuration are the projected parts 1i and 1j shown in FIGS. 15 and 16, both of which are included in the preferred embodiments of the present invention. With this configuration, since the entire two-dimensional photoelectric conversion element can be used for detection in one direction, high accuracy can be expected.
【0050】[0050]
【発明の効果】本発明の光方向センサは、前述のように
構成したために、以下のような優れた効果を有する。請
求項1の光方向センサでは、二次元光電変換素子を使用
することで、光方向センサの大幅な小型化を可能とし
た。前述の従来の光方向センサは、一次元光電変換素子
を使用していて、高精度を達成するため相当数の単位素
子数を有するので、その一次元光電変換素子の長さは5
cm程度である。また、従来の光方向センサは、主とし
てスリットを中心軸とした回転角度のみを検出するの
で、光源の方向を三次元空間内の直線の方向として特定
する為には、従来の光方向センサを二つ以上用いる必要
があった。この場合、従来の光方向センサで光源に対向
する面の大きさは、最低8cm×12cm程度は必要で
あった。これに対して、二次元光電変換素子の大きさは
1cm×1cm程度であるので、請求項1に記載の光方
向センサは、被投影部や実施例に示すフィルタ等の大き
さを考慮しても、4cm×4cm程度の大きさに収める
ことが可能であり、従来の光方向センサに対して光源に
対向する面の面積で6分の1となる。小型化により、質
量や取付に必要な面積が小さくなるほか、温度差がつき
にくくなることにより、温度差から生じる熱歪の影響を
受けにくくなる効果がある。この効果は、宇宙機に搭載
される光方向センサにおいて特に顕著である。Since the light direction sensor of the present invention is constructed as described above, it has the following excellent effects. In the light direction sensor according to the first aspect, by using the two-dimensional photoelectric conversion element, the light direction sensor can be significantly downsized. Since the above-mentioned conventional light direction sensor uses a one-dimensional photoelectric conversion element and has a considerable number of unit elements to achieve high accuracy, the length of the one-dimensional photoelectric conversion element is five.
It is about cm. Further, since the conventional light direction sensor mainly detects only the rotation angle about the slit as the central axis, in order to specify the direction of the light source as the direction of the straight line in the three-dimensional space, the conventional light direction sensor is used. It was necessary to use more than one. In this case, the size of the surface facing the light source in the conventional light direction sensor needs to be at least about 8 cm × 12 cm. On the other hand, since the size of the two-dimensional photoelectric conversion element is about 1 cm × 1 cm, the light direction sensor according to claim 1 considers the size of the projection target part, the filter described in the embodiment, and the like. Can also be accommodated in a size of about 4 cm × 4 cm, and the area of the surface facing the light source is 1/6 that of the conventional light direction sensor. The miniaturization reduces the mass and the area required for mounting, and also makes it difficult for the temperature difference to occur, which makes it less likely to be affected by thermal strain caused by the temperature difference. This effect is particularly remarkable in the optical direction sensor mounted on the spacecraft.
【0051】請求項1の光方向センサ及び請求項4ない
し6の光方向センサの特徴は、光強度分布位置基準点等
の位置等の検知に伴う高空間周波数誤差を低減するのに
適した構成であり、請求項10ないし12に記載の光方
向センサの特徴である光強度分布位置基準点等の位置等
の検知や光強度分布特徴点等の位置等の検知が効率よ
く、高精度に実施できる構成である。これにより、本発
明による光方向センサの高空間周波数誤差を従来の光方
向センサの高空間周波数誤差と同等以下にすることがで
きる。例えば、同じ視野範囲をもつ本発明による光方向
センサと従来の光方向センサがあって、双方ともに光電
変換素子にCCDを使用したものであり、そのCCDの
画素のサイズは等しいとすると、CCDの長さの違いか
ら、例えば視野中央での検知角度1度が本発明による光
方向センサでは8画素に相当して、従来の光方向センサ
では40画素に相当すると仮定する。ここで1つの光強
度分布位置基準点等の位置等の検知に伴う高空間周波数
誤差の大きさを画素サイズに比例すると想定すること
は、本発明による光方向センサにとっては不利な想定で
あるが、仮にこの条件に従ってその誤差の大きさを2画
素相当とする。このままでは、検知角度にした際の本発
明による光方向センサの誤差は、従来の光センサの誤差
の5倍になってしまう。しかしながら、本発明による光
方向センサは、光強度分布位置基準点等の位置等を複数
求めることにより、例えば光強度分布特徴点等の位置等
の検知精度を高めることにより、検知角度に換算した誤
差を低減できる。例えば、光強度分布位置基準点等の位
置等を100求めて、これらから光強度分布特徴点等の
位置等を算出する場合に、その100の光強度分布位置
基準点等の位置等に含まれる高空間周波数誤差が独立な
誤差であるとみなせるとすれば、これらの平均をとるこ
とで、光強度分布特徴点等の位置等に含まれる高空間周
波数誤差は、1つの光強度分布位置基準点等の位置等に
含まれる高空間周波数誤差のほぼ10分の1になるとみ
なせる。すなわち、本発明による光方向センサの検知角
度の誤差は、0.025度になり、従来の光方向センサ
の誤差0.05度の2分の1になる。The features of the optical direction sensor according to claim 1 and the optical direction sensor according to claims 4 to 6 are suitable for reducing a high spatial frequency error due to detection of a position such as a light intensity distribution position reference point. The detection of the position of the light intensity distribution position reference point or the like, which is the feature of the light direction sensor according to claim 10 or the detection of the position of the light intensity distribution feature point, etc., is performed efficiently and with high accuracy. This is a possible configuration. Thereby, the high spatial frequency error of the light direction sensor according to the present invention can be made equal to or less than the high spatial frequency error of the conventional light direction sensor. For example, there are a light direction sensor according to the present invention and a conventional light direction sensor having the same visual field range, both of which use a CCD as a photoelectric conversion element, and assuming that the pixels of the CCD have the same size, Due to the difference in length, it is assumed that, for example, a detection angle of 1 ° at the center of the visual field corresponds to 8 pixels in the light direction sensor according to the present invention and 40 pixels in the conventional light direction sensor. It is disadvantageous for the light direction sensor according to the present invention to assume that the magnitude of the high spatial frequency error associated with the detection of the position of one light intensity distribution position reference point is proportional to the pixel size. Provisionally, the magnitude of the error is set to 2 pixels in accordance with this condition. Under this condition, the error of the light direction sensor according to the present invention when the detection angle is set becomes five times the error of the conventional light sensor. However, the light direction sensor according to the present invention obtains a plurality of positions of the light intensity distribution position reference point and the like, thereby increasing the detection accuracy of the position of the light intensity distribution characteristic point and the like, and thereby the error converted into the detection angle is obtained. Can be reduced. For example, when 100 positions of the light intensity distribution position reference point or the like are obtained and the positions of the light intensity distribution characteristic point or the like are calculated from them, the positions are included in the 100 positions of the light intensity distribution position reference point or the like. If it can be considered that the high spatial frequency error is an independent error, the high spatial frequency error included in the positions of the light intensity distribution feature points, etc. is calculated by taking the average of these, and one high light intensity distribution position reference point is obtained. It can be considered that it becomes approximately one-tenth of the high spatial frequency error included in the positions such as. That is, the error of the detection angle of the light direction sensor according to the present invention is 0.025 degrees, which is half the error of the conventional light direction sensor of 0.05 degrees.
【0052】請求項2,13,15の光方向センサで
は、被投影面と光電変換素子面との傾きによるバイアス
誤差を大幅に低減することができるものである。例え
ば、被投影面と光電変換素子を取り付ける面の傾きは、
機械加工精度を向上させることで、0.1度程度以下に
抑えることができるが、二次元光電変換素子を取り付け
る面とその感光面すなわち光電変換素子面との傾きは、
その二次元光電変換素子の製造時の誤差で決定してい
て、例えば窓ガラスつきのエリアCCDの場合、窓ガラ
スとそのCCDの光電変換素子面の傾きは最大で0.6
度程度にもなる。傾きを補正しない場合の角度誤差は式
(11)により計算できて、例えば傾きが0.7度の時
の角度検出誤差を求めると、入射角が45度の時に0.
35度となり、これは光方向センサのバイアス誤差とな
る。従来の光方向センサのバイアス誤差の最大値が0.
05度程度であること考えると傾きを補正しないままで
は精度は不十分である。請求項6に記載の光方向センサ
は、例えば図12に示すような傾き調整構造を有するこ
とで、0.04度程度の精度で傾きを調整可能となる。
これは傾き調整部10bの間隔を30mmとしてシム8
9の厚さを20μm単位で変えられるとした場合のおお
よその値である。この傾き調整構造で光電変換素子面と
被投影面の平行度を向上させた光方向センサの検出角度
のバイアス誤差は0.02度となり、上述の従来の光方
向センサの誤差よりも小さくすることが可能である。ま
た、請求項13もしくは15に記載の光方向センサのよ
うに、傾きの補正を行えば、傾き調整構造なしでも同等
の精度を期待できる。特に座標変換による方法は、ねじ
れ角度と傾きを同時に正確に補正できる画期的な方法で
あるといえる。In the optical direction sensor according to the second, thirteenth, and fifteenth aspects, the bias error due to the inclination between the projection surface and the photoelectric conversion element surface can be significantly reduced. For example, the inclination of the projected surface and the surface on which the photoelectric conversion element is attached are
By improving the machining accuracy, it can be suppressed to about 0.1 degree or less, but the inclination between the surface on which the two-dimensional photoelectric conversion element is attached and its photosensitive surface, that is, the photoelectric conversion element surface is
It is determined by an error in manufacturing the two-dimensional photoelectric conversion element. For example, in the case of an area CCD with a window glass, the inclination of the photoelectric conversion element surface of the window glass and the CCD is 0.6 at maximum.
It will be about degree. The angle error when the tilt is not corrected can be calculated by the equation (11). For example, when the angle detection error when the tilt is 0.7 degrees is calculated, it is 0.
It becomes 35 degrees, which is a bias error of the light direction sensor. The maximum bias error of the conventional light direction sensor is 0.
Considering that it is about 05 degrees, the accuracy is insufficient without correcting the inclination. The optical direction sensor according to the sixth aspect has an inclination adjusting structure as shown in FIG. 12, for example, so that the inclination can be adjusted with an accuracy of about 0.04 degrees.
This is done by setting the gap between the tilt adjusting parts 10b to 30 mm and the shim 8
It is an approximate value when the thickness of 9 can be changed in units of 20 μm. The bias error of the detection angle of the light direction sensor in which the parallelism between the photoelectric conversion element surface and the projection surface is improved by this tilt adjustment structure is 0.02 degrees, which should be smaller than the error of the conventional light direction sensor described above. Is possible. Further, if the inclination is corrected as in the optical direction sensor according to the thirteenth or fifteenth aspect, the same accuracy can be expected without the inclination adjusting structure. In particular, the method using coordinate conversion can be said to be an epoch-making method that can accurately correct the twist angle and the tilt at the same time.
【図1】本発明による光方向センサの第1の実施例を表
す図面である。FIG. 1 is a view showing a first embodiment of a light direction sensor according to the present invention.
【図2】本発明による光方向センサの第2の実施例を表
す図面である。FIG. 2 is a view showing a second embodiment of the optical direction sensor according to the present invention.
【図3】従来の光方向センサの動作原理を表す斜視図で
ある。FIG. 3 is a perspective view showing the operation principle of a conventional light direction sensor.
【図4】従来の光方向センサの動作原理を表す模式図で
ある。FIG. 4 is a schematic diagram showing an operation principle of a conventional light direction sensor.
【図5】二次元光電変換素子とピンホールを用いた光方
向検出原理を表す斜視図である。FIG. 5 is a perspective view showing the principle of light direction detection using a two-dimensional photoelectric conversion element and a pinhole.
【図6】平面上の四角形とこれを平面上に射影した四角
形を表す模式図である。FIG. 6 is a schematic view showing a quadrangle on a plane and a quadrangle projected on the plane.
【図7】本発明による光方向センサの動作原理の例を表
す斜視図である。FIG. 7 is a perspective view showing an example of the operation principle of the light direction sensor according to the present invention.
【図8】投影像の光強度分布を示す模式図である。FIG. 8 is a schematic diagram showing a light intensity distribution of a projected image.
【図9】開口部の投影像から明暗境界位置を検出する原
理を表す模式図である。FIG. 9 is a schematic diagram illustrating a principle of detecting a light-dark boundary position from a projected image of an opening.
【図10】スリットの投影像から明暗境界位置を検出す
る原理を表す模式図である。FIG. 10 is a schematic diagram illustrating a principle of detecting a light / dark boundary position from a projected image of a slit.
【図11】開口部の投影像から明暗境界位置を検出する
原理を表す模式図である。FIG. 11 is a schematic diagram showing the principle of detecting a light-dark boundary position from a projected image of an opening.
【図12】傾き調整構造を表す図面である。FIG. 12 is a view showing a tilt adjusting structure.
【図13】ねじれ角度を設定することの効果を示す模式
図である。FIG. 13 is a schematic diagram showing an effect of setting a twist angle.
【図14】光電変換素子面と被投影面の傾きによる誤差
角度を示す模式図である。FIG. 14 is a schematic diagram showing an error angle due to a tilt between a photoelectric conversion element surface and a projection surface.
【図15】スリット列の間隔を一箇所変えた場合の効果
を示す模式図である。FIG. 15 is a schematic diagram showing an effect when the distance between the slit rows is changed at one place.
【図16】スリットの幅を一箇所広くした場合の効果を
示す模式図である。FIG. 16 is a schematic view showing an effect when the width of the slit is widened at one place.
【図17】高精度光方向センサに適したスリット配置の
一例を表す模式図である。FIG. 17 is a schematic diagram showing an example of slit arrangement suitable for a high-accuracy light direction sensor.
【図18】本発明の第1の実施例の信号処理部を表す模
式図である。FIG. 18 is a schematic diagram illustrating a signal processing unit according to the first embodiment of this invention.
【図19】本発明の第3の実施例を表す模式図である。FIG. 19 is a schematic diagram showing a third embodiment of the present invention.
1a,1b,1c,1d,1e,1f,1g,1i,1
j,1k 被投影部
2a,2b,2c,2d,2e 直線状遮光形状
3a,3b,3c,3d,3e,3f,3g,3h,3
i 開口部
4a 第一の領域(被投影部1aの直線状遮光形状が
疎に配置された部分)
4b 第一の領域(被投影部1bの直線状遮光形状が
疎に配置された部分)
5a 第二の領域(被投影部1aの直線状遮光形状が
密に配置された部分)
5b 第二の領域(被投影部1bの直線状遮光形状が
密に配置された部分)
6 アライメントキューブ
7 アライメントキューブ6の取付台
8a,8b 筐体
9 二次元光電変換素子
10a,10b 傾き調整部
11 マスク板
12a,12b,12c 二次元光電変換素子ホルダ
13a,13b 二次元光電変換素子ホルダ支持プレ
ート
14 バンドパスフィルタ
15 NDフィルタ
16 光学ガラス
17a,17b,17c 温度センサ
18 素子制御部
19a,19b,19c,19d 信号処理部
22 ケーブル
23a,23b,23c,23d,23e,23f
スリット
24 ミラー面
25a,25b 光方向センサ
26 光方向センサ信号処理装置
28 アナログ信号処理部
29 A/D変換部
30a,30b マイクロコントローラ
31 信号入力部
32a,32b 信号出力部
33a,33b RAM
34a,34b ROM
35 電源部
36a,36b データバス
37 光方向センサ制御部
38 シーケンス制御部
40 一次元光電変換素子
41 一次元光電変換素子の単位素子
42 スリット
43 信号処理・素子駆動部
44 光束
46a,46b 光電変換素子面基準座標系(xd−y
d−zd)
48 スリット42の方向ys
52a,52b 被投影面基準座標系(xs−ys−z
s)
53 光束57による明部
57 スリット42を通過する光束(中心)
61 光源
62a、62b、62c ピンホール
63a,63b,63c ピンホールを通過する光束
(中心)
65 開口部を通過する光束(中心)
67 光束63aのxd−yd平面への正射影
70 二次元光電変換素子9の単位素子
73a 光電変換素子面(光電変換素子面基準座標系の
xd−yd平面)
74 ピンホール62aとピンホール62bを結ぶ直
線
81a 開口部3gが投影されて形成される明暗境界
81b 開口部3hが投影されて形成される明暗境界
81c 直線状遮光形状2cが投影されて形成される明
暗境界
81d スリット23bが投影されて形成される明部
81e、81f,81g,81h,81i,81j 明
暗境界
81k スリット23dが投影されて形成される明部の
光強度
85a,85b,85c,85d 明暗境界点検出に使
う単位素子の列
87 固定ボルト
88 ワッシャ
89 シム
90 スペーサ
91 有感部(単位素子70の中で感度がある部分)
92 不感部(単位素子70の中で感度がある部分)
93a,93b スリット間隔
94a,94b 明線の間隔
95a,95b スリット列の投影像の光強度分布
96 スリット通過光束(中心)
97 光強度閾値
98 特徴点検出単位
99 二次元光電変換素子の狭い領域
100 被投影部特徴点
A,B,C,D 線形変換前の四角形の頂点
E 線形変換前の四角形の特徴点
A’,B’,C’,D’ 線形変換後の四角形の頂点
E’ 線形変換後の四角形の特徴点
F 開口部3gに対する被投影部特徴点(図6のE
に相当)
F’ 明暗境界81に対する光強度分布特徴点(図6
のE’に相当)
I 光強度(軸)
IBR 光があたる部分の光強度
IDK 光があたらない部分の光強度
IPK 光強度の極大値
ITh1 明暗境界のスレショルド光強度
ITh2 明点検出のスレショルド光強度
K1 ピンホール62bと二次元光電変換素子9の
距離
L2 スリット42と光電変換素子面基準座標系4
6aのxd軸の距離
L3 ピンホール62aと光電変換素子面73a
の距離
L4 点F’と被投影面の距離
L5 点Odと点Osの距離
M1,M2,M3 ピンホール通過光束による明点
M4,M5 M3の仮想点
N1 ピンホール62bから二次元光電変換素子9
に下ろした垂線の足
Od 光電変換素子面基準座標系の原点
Ods zsとxdの交点
Os 被投影面基準座標系の原点
S 点F’から被投影面に下ろした垂線の足
V 光強度信号出力(軸)
VBR 光があたる部分の光強度信号出力
VDK 光があたらない部分の光強度信号出力
VTh1 明暗境界のスレショルド光強度信号出力
VPK 光強度信号出力の極大値
x 位置(x軸)
xBD 明暗境界点の位置
xBD0 明暗境界点の位置(単位素子の位置)
xBD1 明暗境界点の位置
xBD2 明暗境界点の位置
xBD3 明暗境界点の位置
xH1 明部の裾の位置
xH2 明部の裾の位置
xPK 明点の位置
xPK0 明点の位置(単位素子の位置)
xPK1 明点の位置
xc 光電変換素子面での仮想位置軸(x)
xd 光電変換素子面での位置軸(x)
xf 点F’のxd座標
xm 光強度が最大となる点のxd座標
xp 光強度が最大となる点のxd座標
xs 被投影面での位置軸(x)
yd 光電変換素子面での位置軸(y)
yf 点F’のyd座標
ym 光強度が最大となる点のyd座標
ys 被投影面での位置軸(y)
zd 光電変換素子面基準座標系でのz軸
zs 被投影面基準座標系でのz軸
α1 一次元光電変換素子のねじれ角度
β1 一次元光電変換素子の傾き角度
β2 二次元光電変換素子の傾き角度
γ1,γ2 ねじれ角度
θs2 入射角(被投影面基準)
θs3 入射角(被投影面基準)
θs4,θs5 検知した入射角(被投影面基準)
θd1 入射角(光電変換素子面基準)
θx 入射角(一次元光電変換素子)
φd1,φd2 方位角(光電変換素子面基準)
φs1 方位角(光電変換素子面基準)
φs2 方位角(被投影面基準)1a, 1b, 1c, 1d, 1e, 1f, 1g, 1i, 1
j, 1k Projected portions 2a, 2b, 2c, 2d, 2e Linear light shielding shapes 3a, 3b, 3c, 3d, 3e, 3f, 3g, 3h, 3
i Opening 4a First region (portion in which linear light-shielding shape of projected portion 1a is sparsely arranged) 4b First region (portion in which linear light-shielding shape of projected portion 1b is sparsely arranged) 5a Second region (portion in which the linear light-shielding shapes of the projected portion 1a are densely arranged) 5b Second region (portion in which the linear light-shielding shapes of the projected portion 1b are densely arranged) 6 Alignment cube 7 Alignment Mounting bases 8a, 8b of the cube 6 Housing 9 Two-dimensional photoelectric conversion elements 10a, 10b Tilt adjusting unit 11 Mask plates 12a, 12b, 12c Two-dimensional photoelectric conversion element holders 13a, 13b Two-dimensional photoelectric conversion element holder support plate 14 Band pass Filter 15 ND filter 16 Optical glass 17a, 17b, 17c Temperature sensor 18 Element control section 19a, 19b, 19c, 19d Signal processing section 22 Cable 23a, 3b, 23c, 23d, 23e, 23f
Slit 24 Mirror surfaces 25a, 25b Light direction sensor 26 Light direction sensor signal processor 28 Analog signal processor 29 A / D converters 30a, 30b Microcontroller 31 Signal input 32a, 32b Signal output 33a, 33b RAM 34a, 34b ROM 35 Power supply section 36a, 36b Data bus 37 Light direction sensor control section 38 Sequence control section 40 One-dimensional photoelectric conversion element 41 Unit element of one-dimensional photoelectric conversion element 42 Slit 43 Signal processing / element drive section 44 Luminous flux 46a, 46b Photoelectric conversion Element plane reference coordinate system (x d -y
d− z d ) 48 Direction of slit 42 y s 52a, 52b Projected surface reference coordinate system (x s −y s −z
s ) 53 Bright portion 57 by light flux 57 Light flux passing through slit 42 (center) 61 Light sources 62a, 62b, 62c Light flux passing through pinholes 63a, 63b, 63c pinhole (center) 65 Light flux passing through opening (center) ) 67 Orthogonal projection of the luminous flux 63a on the x d -y d plane 70 Unit element 73a of the two-dimensional photoelectric conversion element 9 Photoelectric conversion element surface (x d -y d plane of the photoelectric conversion element surface reference coordinate system) 74 Pinhole 62a A straight line 81a connecting the pinhole 62b and a light / dark boundary 81b formed by projecting the opening 3g. A light / dark boundary 81c formed by projecting the opening 3h. A light / dark boundary 81d formed by projecting the linear light-shielding shape 2c. 23b is projected to form bright portions 81e, 81f, 81g, 81h, 81i, 81j Bright / dark boundary 81k Slit 23d is projected Light intensity 85a, 85b, 85c, 85d of the light portion formed by the unit element row used for detecting the bright and dark boundary points 87 Fixing bolt 88 Washer 89 Shim 90 Spacer 91 Sensitive portion (there is sensitivity in the unit element 70 Part) 92 Insensitive part (a part of the unit element 70 having sensitivity) 93a, 93b Slit intervals 94a, 94b Bright line intervals 95a, 95b Light intensity distribution 96 of the projected image of the slit array 97 Slit passing light beam (center) 97 light Intensity threshold 98 Feature point detection unit 99 Narrow region of two-dimensional photoelectric conversion element 100 Projected part feature points A, B, C, D Vertex of quadrangle E before linear conversion E of quadrangle before linear conversion A ', B' , C ′, D ′ The vertex E of the quadrangle after the linear transformation E ′ The feature point F of the quadrangle after the linear transformation The projected portion feature point for the opening 3 g (E in FIG. 6)
F ') The light intensity distribution characteristic point for the light-dark boundary 81 (Fig.
E) of I) Light intensity (axis) I BR Light intensity of the part where the light hits I DK Light intensity of the part where the light does not hit I PK Maximum value of the light intensity I Th1 Threshold light intensity at the light-dark boundary I Th2 Bright check Output threshold light intensity K 1 pinhole 62b, distance L 2 slit 42 between two-dimensional photoelectric conversion element 9 and photoelectric conversion element surface reference coordinate system 4
6a xd axis distance L 3 pinhole 62a and photoelectric conversion element surface 73a
Distance M 1 of length L 5 points O d and the point O s point of distance L 4 F 'and of the projection plane, M 2, M 3 pin brightest point M 4 by Hall light beam passing therethrough, the virtual point of M 5 M 3 N Two-dimensional photoelectric conversion element 9 from 1- pinhole 62b
Foot of the perpendicular line O d The origin of the photoelectric conversion element surface reference coordinate system O ds z s and the intersection point of x d O s Origin point S of the projected surface reference coordinate system The foot of the perpendicular line drawn to the projected surface V Light intensity signal output (axis) V BR Light intensity signal output of the part where the light hits V DK Light intensity signal output of the part that does not hit the light V Th1 Threshold light intensity signal output at the light-dark boundary V PK Maximum value of the light intensity signal output x position (x axis) x BD light / dark boundary point position x BD0 light / dark boundary point position (unit element position) x BD1 light / dark boundary point position x BD2 light / dark boundary point position x BD3 light / dark boundary point position x H1 bright position of x PK0 bright point position x PK bright point hem position x H2 bright part of the Department of the hem (position of the unit element) x PK1 bright point position x c photoelectric conversion element surface at a virtual position axis (x ) x d photoelectric conversion element surface at a position axis (x) x d coordinate x m light intensity of x f point F 'is the point of maximum y d coordinate y of d coordinates x p light intensity position axis in x d coordinate x s a projection surface of a point of maximum (x) position axis in y d photoelectric conversion element surface (y) y f point F ' m y d coordinate of the point where the light intensity is maximum y s Position axis on the projected surface (y) z d z axis in the photoelectric conversion element surface reference coordinate system z s z axis in the projected surface reference coordinate system 1 Twist angle of one-dimensional photoelectric conversion element β 1 Angle of inclination of one-dimensional photoelectric conversion element β 2 Angle of inclination of two-dimensional photoelectric conversion elements γ 1 , γ 2 Twist angle θ s2 Incident angle (reference plane to be projected) θ s3 Incident angle (Projected surface reference) θ s4 , θ s5 Detected incident angle (Projected surface reference) θ d1 Incident angle (photoelectric conversion element surface reference) θ x Incident angle (one-dimensional photoelectric conversion element) φ d1 , φ d2 Azimuth angle (Photoelectric conversion element surface reference) φ s1 azimuth (photoelectric conversion element surface reference) φ s2 azimuth (projection surface reference)
Claims (38)
源から発せられた光を受光して、前記光源の方向に関す
る情報を検知するために用いる信号を検出する機能を備
えた光方向センサであって、複数の単位素子が二次元的
に配置された二次元光電変換素子と、光を透過する部分
と遮る部分を含む被投影部と、前記二次元光電変換素子
が出力する信号を処理する信号処理部とを備え、前記被
投影部が、前記光により、前記二次元光電変換素子上に
投影されて形成される投影像の光強度分布に応じて生成
される前記二次元光電変換素子に含まれる少なくとも一
部の前記単位素子の信号を、前記信号処理部で信号処理
して、複数の前記単位素子の光強度信号を含む光強度分
布信号として検出する前記光方向センサであって、前記
二次元光電変換素子が、前記二次元光電変換素子の概ね
全ての単位素子の感光部を包絡する感光面の一部または
全ての領域が、仮想平面である光電変換素子面に含まれ
るとみなせる二次元光電変換素子であって、前記被投影
部が、前記被投影部の光を透過する部分と遮光する部分
の境界である遮光境界線の一部もしくは全部が、仮想平
面である被投影面に含まれるとみなせる被投影部である
前記光方向センサ。1. A light direction sensor having a function of emitting light by itself or receiving light emitted from a light source that reflects light, and detecting a signal used to detect information regarding the direction of the light source. A two-dimensional photoelectric conversion element in which a plurality of unit elements are two-dimensionally arranged, a projected portion including a portion that transmits light and a portion that blocks light, and a signal output by the two-dimensional photoelectric conversion element is processed. The two-dimensional photoelectric conversion element is generated according to a light intensity distribution of a projection image formed by being projected on the two-dimensional photoelectric conversion element by the light, the signal processing section A signal of at least a part of the unit elements included in the signal processing unit, the optical direction sensor for detecting as a light intensity distribution signal including light intensity signals of the plurality of unit elements, The two-dimensional photoelectric conversion element However, a part or all of the photosensitive surface enveloping the photosensitive portions of substantially all the unit elements of the two-dimensional photoelectric conversion element is a two-dimensional photoelectric conversion element that can be considered to be included in the photoelectric conversion element surface that is a virtual plane. Then, it is considered that the projected portion is such that a part or all of a light-shielding boundary line which is a boundary between a light-transmitting portion and a light-shielding portion of the projected portion is included in the projected surface which is a virtual plane. The light direction sensor, which is a projection unit.
概ね平行になるように調整することが可能な構造または
機構を備えたことを特徴とする請求項1に記載の光方向
センサ。2. The surface to be projected and the photoelectric conversion element surface,
The light direction sensor according to claim 1, further comprising a structure or a mechanism that can be adjusted so as to be substantially parallel.
両方もしくはいずれか一方を、前記被投影面の法線また
は前記光電変換素子面の法線と概ね同一の方向の回転軸
に対して回転させることができる構造または機構を備え
たことを特徴とする請求項1または2に記載の光方向セ
ンサ。3. The projection target and / or the two-dimensional photoelectric conversion element, or both, with respect to a rotation axis in a direction substantially the same as the normal line of the projection surface or the normal line of the photoelectric conversion element surface. The optical direction sensor according to claim 1 or 2, further comprising a structure or a mechanism capable of rotating the optical direction.
部分である直線状遮光形状が含まれることを特徴とする
1ないし3のいずれか1項に記載の光方向センサ。4. The light direction sensor according to claim 1, wherein the light-shielding boundary line includes a linear light-shielding shape that is a linear portion of the light-shielding boundary line.
の単位素子が、単位格子が概ね平行四辺形である格子の
格子点上に配置されていて、前記直線状遮光形状が前記
二次元光電変換素子に投影されて形成される像の前記直
線状遮光形状の直線の部分に対応する部分の直線の方向
のうち少なくとも1つの方向が、前記二次元光電変換素
子の前記単位素子の配置の方向のいずれに対しても平行
でないことを特徴とする請求項4に記載の光方向セン
サ。5. A unit element of at least a part of the two-dimensional photoelectric conversion element is arranged on a lattice point of a lattice whose unit lattice is a substantially parallelogram, and the linear light shielding shape is the two-dimensional photoelectric conversion element. At least one of the directions of the straight lines of the portion corresponding to the straight line portion of the linear light-shielding shape of the image formed by being projected on the conversion element is the direction of arrangement of the unit elements of the two-dimensional photoelectric conversion element. The optical direction sensor according to claim 4, wherein the optical direction sensor is not parallel to any of the above.
向が互いに平行な前記直線状遮光形状を少なくとも1対
含むことを特徴とする請求項4または5に記載の光方向
センサ。6. The light direction sensor according to claim 4, wherein the projected portion includes at least one pair of the linear light shielding shapes in which the directions of the linear light shielding shapes are parallel to each other.
向が互いに平行でない前記直線状遮光形状を含むことを
特徴とする請求項4,5,6のいずれか1項に記載の光
方向センサ。7. The light according to claim 4, wherein the projected portion includes the linear light shielding shapes in which directions of the linear light shielding shapes are not parallel to each other. Direction sensor.
に配置された第一の被投影部分と、前記第一の被投影部
分に比して前記直線状遮光形状が密に配置された第二の
被投影部分が含まれることを特徴とする請求項4ないし
7のいずれか1項に記載の光方向センサ。8. A first projected portion in which the linear light-shielding shapes are sparsely arranged in the projected portion, and the linear light-shielding shapes are densely arranged in comparison with the first projected portion. The optical direction sensor according to claim 4, further comprising a second projected portion that is formed.
遮光形状が、前記被投影面内の、ある直線に沿って形成
する遮光する部分と、遮光しない部分の出現のパターン
が、周期性を持たないパターンであるか、もしくは周期
的なパターンと前記周期的なパターンより周期の大きい
パターンを組み合わせパターンであることを特徴とする
請求項4ないし8のいずれか1項に記載の光方向セン
サ。9. A pattern of appearance of a light-shielding portion and a non-light-shielding portion formed along a straight line in the projection surface by a plurality of the linear light-shielding shapes included in the projection surface is periodic. 9. The light direction according to claim 4, wherein the light direction is a pattern having no property, or a combination pattern of a periodic pattern and a pattern having a period larger than the periodic pattern. Sensor.
信号を信号処理することにより、前記被投影部が前記二
次元光電変換素子上に投影されて形成される前記投影像
の一部分もしくは全体の光強度分布の位置の基準となる
点または線の位置、もしくは、前記投影像の一部分もし
くは全体の光強度分布の位置の基準となる点または線の
位置と同等の量のいずれかである光強度分布位置基準点
等の位置等を、少なくとも1つ求めて、前記光源の方向
に関する情報と前記光源の方向に関する情報を検知する
ために用いる情報との少なくとも一方に該当する前記光
源の方向に関する情報等を検知することを特徴とする請
求項1ないし9のいずれか1項に記載の光方向センサ。10. The light processing of the light intensity distribution signal in the signal processing unit, whereby part or all of the light of the projection image formed by projecting the projected unit onto the two-dimensional photoelectric conversion element is performed. The light intensity distribution is either the position of a point or a line serving as the position of the position of the intensity distribution, or the amount equivalent to the position of the point or the line serving as the position of the position of the light intensity distribution of a part or the whole of the projection image. At least one position such as a position reference point is obtained, and information about the direction of the light source corresponding to at least one of the information about the direction of the light source and the information used for detecting the information about the direction of the light source is obtained. The light direction sensor according to claim 1, wherein the light direction sensor detects the light direction.
を、複数求めて、前記光源の方向に関する情報等を検知
することを特徴とする請求項10に記載の光方向セン
サ。11. The light direction sensor according to claim 10, wherein a plurality of positions of the light intensity distribution position reference point and the like are obtained to detect information and the like regarding the direction of the light source.
1つの図形を、ある別の1つの平面に射影する線形変換
を行った時に、前記線形変換で保存される図形の形状の
特徴と、前記線形変換で保存される図形と図形との位置
関係との少なくとも一方を用いて定義することができる
図形の特徴点または特徴線に相当する光強度分布特徴点
等を、前記光強度分布に対して少なくとも1つ定義し
て、前記光強度分布特徴点等の位置もしくは位置と同等
の量である光強度分布特徴点等の位置等を、複数の前記
光強度分布位置基準点等の位置等を用いて算出する過程
を、前記光強度分布信号から前記光源の方向に関する情
報等を検知する過程に含むことを特徴とする請求項10
または11に記載の光方向センサ。12. A feature of the shape of a graphic stored by the linear conversion when performing a linear conversion in which at least one graphic existing in a certain plane is projected onto another another plane, and A light intensity distribution feature point or the like corresponding to a feature point or a feature line of the graphic that can be defined by using at least one of the graphic and the positional relationship between the graphic stored by the linear conversion, with respect to the light intensity distribution. Define at least one of the positions of the light intensity distribution feature points or the positions of the light intensity distribution feature points having the same amount as the positions, and use the positions of the plurality of light intensity distribution position reference points and the like. 11. The process of calculating according to claim 10 is included in the process of detecting information or the like regarding the direction of the light source from the light intensity distribution signal.
Or the optical direction sensor according to item 11.
向に関する情報等を検知する過程に、少なくとも前記被
投影面と前記光電変換素子面との傾きに関する情報を用
いて、前記傾きに関する補正処理である傾き補正を行う
過程が含まれることを特徴とする請求項10ないし12
のいずれか1項に記載の光方向センサ。13. A tilt correction process using at least information about the tilt between the projected surface and the photoelectric conversion element surface in the process of detecting information about the direction of the light source from the light intensity distribution signal. 13. The method according to claim 10, further comprising the step of performing the inclination correction.
The optical direction sensor according to claim 1.
向に関する情報等を検知する過程に、少なくとも前記被
投影面での方位角の基準方向と前記光電変換素子面での
方位角の基準方向とのねじれの角度に関する情報を用い
て、前記ねじれに関する補正処理であるねじれ補正を行
う過程が含まれることを特徴とする請求項10ないし1
3のいずれか1項に記載の光方向センサ。14. A reference direction of an azimuth angle on at least the projected surface and a reference direction of an azimuth angle on the photoelectric conversion element surface in the process of detecting information about the direction of the light source from the light intensity distribution signal. 10. A process of performing a twist correction, which is a correction process relating to the twist, using information about a twist angle with respect to is included.
3. The light direction sensor according to any one of 3 above.
つを含む光電変換素子面基準座標系と、前記被投影面内
に単位ベクトル2つを含む被投影面基準座標系とを想定
した時に、前記補正の過程が、前記被投影面基準座標系
と前記光電変換素子面基準座標系との間の座標変換の過
程の一部または全部、もしくは前記座標変換の過程の一
部または全部と同等の過程を含むことを特徴とする請求
項13または14に記載の光方向センサ。15. A unit vector 2 in the plane of the photoelectric conversion element.
Assuming a photoelectric conversion element surface reference coordinate system including two and a projection surface reference coordinate system including two unit vectors in the projection surface, the process of the correction is performed with the projection surface reference coordinate system. 15. The process according to claim 13 or 14, which includes a part or all of a process of coordinate conversion with the photoelectric conversion element surface reference coordinate system, or a process equivalent to part or all of the process of coordinate conversion. The optical direction sensor described.
向に関する情報等を検知する過程に、少なくとも前記二
次元光電変換素子の前記感光面の光電変換素子面に対し
ての歪を光電変換素子面基準座標系で記述した関数もし
くは前記関数と同等の情報を用いて、前記歪に関する補
正処理である歪補正を行う過程が含まれることを特徴と
する請求項10ないし15のいずれか1項に記載の光方
向センサ。16. In the process of detecting information about the direction of the light source from the light intensity distribution signal, at least distortion of the photosensitive surface of the two-dimensional photoelectric conversion element with respect to the photoelectric conversion element surface is converted into a photoelectric conversion element. 16. A process of performing distortion correction, which is a correction process relating to the distortion, using a function described in a surface reference coordinate system or information equivalent to the function, and the process according to claim 10, wherein the process is performed. The optical direction sensor described.
次元光電変換素子の特定の領域に含まれる前記単位素子
の信号を用いて、前記光源の方向に関する情報等を検知
することを特徴とする請求項10ないし16のいずれか
1項に記載の光方向センサ。17. The information relating to the direction of the light source is detected by using a signal of the unit element included in a specific region of the two-dimensional photoelectric conversion element which is narrower than the two-dimensional photoelectric conversion element. The light direction sensor according to claim 10.
の部分である直線状遮光形状が含まれていて、前記直線
状遮光形状が疎に配置された第一の被投影部分が投影さ
れた前記二次元光電変換素子上の第一の領域に含まれる
複数の前記単位素子の信号を用いて、前記光源の方向に
関する情報等を第一の精度で検知するとともに、前記直
線状遮光形状が密に配置された第二の被投影部分が投影
された前記二次元光電変換素子上の第二の領域に含まれ
る複数の前記単位素子の信号を用いて、前記光源の方向
に関する情報等を前記第一の精度よりも良好な第二の精
度で検知することを特徴とする請求項10ないし17の
いずれか1項に記載の光方向センサ。18. The light-shielding boundary line includes a linear light-shielding shape that is a linear portion of the light-shielding boundary line, and the first projected portion in which the linear light-shielding shape is sparsely arranged is projected. Using the signals of the plurality of unit elements included in the first region on the two-dimensional photoelectric conversion element, the information regarding the direction of the light source and the like are detected with the first accuracy, and the linear light-shielding shape Using the signals of the plurality of unit elements included in the second area on the two-dimensional photoelectric conversion element onto which the second projected portion arranged densely is projected, information about the direction of the light source, etc. 18. The light direction sensor according to claim 10, wherein the detection is performed with a second accuracy that is better than the first accuracy.
情報等である第一の情報を、前記第一の情報を検知した
時刻より後で行う、素子制御の過程と信号処理の過程の
両方またはいずれか一方で用いて、前記光源の方向に関
する情報等を第二の情報として検知することを特徴とす
る請求項10ないし18のいずれか1項に記載の光方向
センサ。19. A device control process and / or a signal processing process in which first information, which is already detected information about the direction of the light source, etc., is performed after the time when the first information is detected. 19. The light direction sensor according to claim 10, wherein the light direction sensor detects the direction of the light source or the like as the second information by using the other direction.
法を複数有するか、または前記二次元光電変換素子の動
作制御を行う素子制御部を備えて前記素子制御部におい
て行う素子制御方法を複数有するか、もしくは前記信号
処理方法と前記素子制御方法の両方を複数有することを
特徴とする請求項1ないし19のいずれか1項に記載の
光方向センサ。20. A plurality of signal processing methods performed in the signal processing section, or a plurality of element control methods performed in the element control section with an element control section controlling operation of the two-dimensional photoelectric conversion element. 20. The optical direction sensor according to claim 1, further comprising a plurality of both the signal processing method and the element control method.
記光の明るさに関する情報を検知する機能を備えている
ことを特徴とする請求項1ないし20のいずれか1項に
記載の光方向センサ。21. The light direction according to claim 1, further comprising a function of detecting information on the brightness of the light from a signal of the two-dimensional photoelectric conversion element. Sensor.
記光の明るさに関する情報を検知する機能を備えて、少
なくとも前記光の明るさに関する情報を用いて、前記二
次元光電変換素子上に前記被投影部が投影されて形成さ
れる投影像の全体もしくは一部分の光強度分布の形状を
予測し、前記予測した光強度分布形状を、光強度分布位
置基準点等の位置等を求める信号処理に利用することを
特徴とする請求項10ないし19のいずれか1項に記載
の光方向センサ。22. A function of detecting information on the brightness of the light from a signal of the two-dimensional photoelectric conversion element, and at least information on the brightness of the light is used to display on the two-dimensional photoelectric conversion element. Signal processing for predicting the shape of the light intensity distribution of the whole or a part of the projected image formed by the projection of the projected portion and obtaining the predicted light intensity distribution shape such as the position of the light intensity distribution position reference point 20. The light direction sensor according to claim 10, wherein the light direction sensor is used as a light source.
度を測定する為の一つ以上の温度センサを有し、前記温
度センサが検知する温度に関する情報と前記温度に関す
る情報を利用して得た前記光源の方向に関する情報等の
両方またはいずれか一方を出力することを特徴とする請
求項1ないし22のいずれか1項に記載の光方向セン
サ。23. One or more temperature sensors for measuring the temperature of one or more parts of the light direction sensor, wherein the information on the temperature detected by the temperature sensor and the information on the temperature are used. 23. The light direction sensor according to claim 1, wherein the light direction sensor outputs both or one of the obtained information about the direction of the light source and the like.
して、前記二次元光電変換素子を制御する機能を有する
ことを特徴とする請求項1ないし23のいずれか1項に
記載の光方向センサ。24. The optical direction sensor according to claim 1, which has a function of controlling the two-dimensional photoelectric conversion element in synchronization with a timing signal input from the outside.
て、前記二次元光電変換素子を制御する機能を有すると
ともに、前記光源の方向に関する情報等を検知する為に
用いた前記光強度分布信号を発生させた前記光が前記二
次元光電変換素子に当たっていた時刻と、検出した前記
光強度分布信号を発生させた前記光が前記二次元光電変
換素子に当たっていた時刻の少なくとも一方に関する情
報を出力することを特徴とする請求項1ないし24のい
ずれか1項に記載の光方向センサ。25. The light intensity distribution signal used for detecting information about the direction of the light source and the like, which has a function of controlling the two-dimensional photoelectric conversion element in synchronization with a timing signal generated internally. The time when the generated light hits the two-dimensional photoelectric conversion element, and the information about at least one of the time when the light that generated the detected light intensity distribution signal hits the two-dimensional photoelectric conversion element is output. The light direction sensor according to any one of claims 1 to 24, which is characterized in that.
光源から発せられた光を受光した光方向センサが出力す
る、前記光源の方向に関する情報と前記光源の方向に関
する情報を検知するために用いる情報との少なくとも一
方に該当する前記光源の方向に関する情報等と、前記光
源の方向に関する情報を検知するために用いる信号の両
方もしくはいずれか一方を、信号処理部を備えて、前記
信号処理部における信号処理で用いて、前記光源の方向
に関する情報等を検知することと、前記光源の方向に関
する情報等を補正することの両方もしくはいずれか一方
を行う光方向センサ信号処理装置であって、前記光方向
センサが、複数の単位素子が二次元的に配置された二次
元光電変換素子と、光を透過する部分と遮る部分を含む
被投影部と、前記二次元光電変換素子が出力する信号を
処理する信号処理部とを備え、前記被投影部が、前記光
により、前記二次元光電変換素子上に投影されて形成さ
れる投影像の光強度分布に応じて生成される前記二次元
光電変換素子に含まれる少なくとも一部の前記単位素子
の信号を、前記信号処理部で信号処理して、複数の前記
単位素子の光強度信号を含む光強度分布信号として検出
する前記光方向センサであって、前記二次元光電変換素
子が、前記二次元光電変換素子の概ね全ての単位素子の
感光部を包絡する感光面の一部または全ての領域が、仮
想平面である光電変換素子面に含まれるとみなせる二次
元光電変換素子であって、前記被投影部が、前記被投影
部の光を透過する部分と遮光する部分の境界である遮光
境界線の一部もしくは全部が、仮想平面である被投影面
に含まれるとみなせる被投影部である前記光方向センサ
であることを特徴とする前記光方向センサ信号処理装置26. To detect information about the direction of the light source and information about the direction of the light source output by a light direction sensor that emits light by itself or receives light emitted from a light source that reflects light. The signal processing unit is provided with a signal processing unit that includes information about the direction of the light source corresponding to at least one of the information used and both or either of the signals used for detecting the information about the direction of the light source. The optical direction sensor signal processing device for performing both or one of detecting information related to the direction of the light source and correcting the information related to the direction of the light source. A light direction sensor, a two-dimensional photoelectric conversion element in which a plurality of unit elements are two-dimensionally arranged, a projected portion including a portion that transmits light and a portion that blocks light, A two-dimensional photoelectric conversion element, and a signal processing unit that processes a signal output from the two-dimensional photoelectric conversion element, wherein the projected portion is projected by the light on the two-dimensional photoelectric conversion element. The signal of at least a part of the unit elements included in the two-dimensional photoelectric conversion element generated by performing signal processing in the signal processing unit, as a light intensity distribution signal including light intensity signals of the plurality of unit elements. In the light direction sensor for detecting, the two-dimensional photoelectric conversion element, a part or all of the photosensitive surface enveloping the photosensitive portions of substantially all the unit elements of the two-dimensional photoelectric conversion element is a virtual plane. A two-dimensional photoelectric conversion element that can be regarded as included in a certain photoelectric conversion element surface, wherein the projected portion is a part of a light-shielding boundary line which is a boundary between a light-transmitting portion and a light-shielding portion of the projected portion or Everything is virtual Said optical directional sensor signal processing unit, characterized in that the said light direction sensor is a projection portion which can be regarded as being included in the projection surface in a plane
記光の明るさに関する情報を検知する機能を備えている
という特徴と、前記光方向センサが前記光方向センサの
1つ以上の部位の温度を測定する為の一つ以上の温度セ
ンサを有している場合に、前記温度センサが検知する温
度に関する情報と前記温度に関する情報を利用して得た
前記光源の方向に関する情報等の両方またはいずれか一
方を出力するという特徴と、外部から入力するタイミン
グ信号に同期して、前記二次元光電変換素子を制御する
機能を有するという特徴と、内部で発生するタイミング
信号に同期して、前記二次元光電変換素子を制御する機
能を有するとともに、前記光源の方向に関する情報等を
検知する為に用いた前記光強度分布信号を発生させた前
記光が前記二次元光電変換素子に当たっていた時刻と、
検出した前記光強度分布信号を発生させた前記光が前記
二次元光電変換素子に当たっていた時刻の少なくとも一
方に関する情報を出力するという特徴のうち、少なくと
も一つを備えたことを特徴とする請求項26に記載の光
方向センサ信号処理装置。27. A feature of having a function of detecting information on the brightness of the light from a signal of the two-dimensional photoelectric conversion element, and the light direction sensor is provided in one or more parts of the light direction sensor. In the case of having one or more temperature sensors for measuring temperature, both the information regarding the temperature detected by the temperature sensor and the information regarding the direction of the light source obtained by using the information regarding the temperature, or the like, or One of the features of outputting one of them, the feature of having a function of controlling the two-dimensional photoelectric conversion element in synchronization with a timing signal input from the outside, and the feature of having the function of controlling the two-dimensional photoelectric conversion element in synchronization with the timing signal generated internally. The light having the function of controlling the three-dimensional photoelectric conversion element and generating the light intensity distribution signal used for detecting information about the direction of the light source is the two-dimensional And the time that had hit the photoelectric conversion element,
27. At least one of the features of outputting information on at least one of the times when the light that has generated the detected light intensity distribution signal has hit the two-dimensional photoelectric conversion element is provided. The optical direction sensor signal processing device according to.
1つの図形を、ある別の1つの平面に射影する線形変換
を行った時に、前記線形変換で保存される図形の形状の
特徴と、前記線形変換で保存される図形と図形との位置
関係との少なくとも一方を用いて定義することができる
図形の特徴点または特徴線に相当する光強度分布特徴点
等を、前記光強度分布に対して少なくとも1つ定義し
て、前記光強度分布特徴点等の位置もしくは位置と同等
の量である光強度分布特徴点等の位置等を、前記光源の
方向に関する情報を検知するために用いる情報を用いて
算出する過程を、前記光源の方向に関する情報等を検知
する過程に含むことを特徴とする請求項26または27
に記載の光方向センサ信号処理装置。28. A feature of the shape of a figure stored by the linear transformation when a linear transformation is performed in which at least one figure existing in one plane is projected onto another one plane, and A light intensity distribution feature point or the like corresponding to a feature point or a feature line of the graphic that can be defined by using at least one of the graphic and the positional relationship between the graphic stored by the linear conversion, with respect to the light intensity distribution. At least one is defined and the position of the light intensity distribution feature point or the position of the light intensity distribution feature point or the like having the same amount as the position is used by using the information used to detect the information regarding the direction of the light source. 28. The process of detecting the information about the direction of the light source, etc. is included in the process of calculating by calculating.
The optical direction sensor signal processing device according to.
る過程もしくは前記光源の方向に関する情報等を補正す
る過程のいずれかに、少なくとも前記被投影面と前記光
電変換素子面との傾きに関する情報を用いて、前記傾き
に関する補正処理である傾き補正を行う過程が含まれる
ことを特徴とする請求項26ないし28のいずれか1項
に記載の光方向センサ信号処理装置。29. At least information regarding the inclination between the projection surface and the photoelectric conversion element surface is included in either the step of detecting the information regarding the direction of the light source or the step of correcting the information regarding the direction of the light source. 29. The optical direction sensor signal processing device according to claim 26, further comprising a step of performing a tilt correction, which is a correction process relating to the tilt, by using the process.
る過程もしくは前記光源の方向に関する情報等を補正す
る過程のいずれかに、少なくとも前記被投影面での方位
角の基準方向と前記光電変換素子面での方位角の基準方
向とのねじれの角度に関する情報を用いて、前記ねじれ
に関する補正処理であるねじれ補正を行う過程が含まれ
ることを特徴とする請求項26ないし29のいずれか1
項に記載の光方向センサ信号処理装置。30. At least one of the reference direction of the azimuth angle on the projection surface and the photoelectric conversion element, in either the process of detecting the information regarding the direction of the light source or the process of correcting the information regarding the direction of the light source. 30. The process according to claim 26, further comprising a step of performing a twist correction, which is a correction process for the twist, using information about a twist angle with respect to a reference direction of an azimuth angle on a surface.
An optical direction sensor signal processing device according to paragraph.
つを含む光電変換素子面基準座標系と、前記被投影面内
に単位ベクトル2つを含む被投影面基準座標系とを想定
した時に、前記補正の過程が、前記被投影面基準座標系
と前記光電変換素子面基準座標系との間の座標変換の過
程の一部または全部、もしくは前記座標変換の過程の一
部または全部と同等の過程を含むことを特徴とする請求
項29または30に記載の光方向センサ信号処理装置。31. A unit vector 2 in the plane of the photoelectric conversion element.
Assuming a photoelectric conversion element surface reference coordinate system including two and a projection surface reference coordinate system including two unit vectors in the projection surface, the process of the correction is performed with the projection surface reference coordinate system. 31. A part or all of the process of coordinate conversion with the photoelectric conversion element surface reference coordinate system, or a process equivalent to part or all of the process of coordinate conversion is included. The optical direction sensor signal processing device described.
る過程に、少なくとも前記二次元光電変換素子の前記感
光面の光電変換素子面に対しての歪を光電変換素子面基
準座標系で記述した関数もしくは前記関数と同等の情報
を用いて、前記歪に関する補正処理である歪補正を行う
過程が含まれることを特徴とする請求項26ないし31
のいずれか1項に記載の光方向センサ信号処理装置。32. In the process of detecting information about the direction of the light source, at least distortion of the photosensitive surface of the two-dimensional photoelectric conversion element with respect to the photoelectric conversion element surface is described in a photoelectric conversion element surface reference coordinate system. 32. A process of performing distortion correction, which is a correction process for the distortion, using a function or information equivalent to the function, according to claim 26.
The optical direction sensor signal processing device according to claim 1.
次元光電変換素子の特定の領域に含まれる前記単位素子
の信号を用いて、前記光源の方向に関する情報等を検知
することを特徴とする請求項26ないし32のいずれか
1項に記載の光方向センサ信号処理装置。33. Information or the like regarding the direction of the light source is detected by using a signal of the unit element included in a specific region of the two-dimensional photoelectric conversion element, which is narrower than the two-dimensional photoelectric conversion element. 33. The light direction sensor signal processing device according to claim 26.
情報等である第一の情報を、前記第一の情報を検知した
時刻より後で行う、素子制御の過程と信号処理の過程の
両方またはいずれか一方で用いて、前記光源の方向に関
する情報等を第二の情報として検知することを特徴とす
る請求項26ないし33に記載の光方向センサ信号処理
装置。34. A device control process and / or a signal processing process, in which the first information, which is already detected information relating to the direction of the light source, is performed after the time when the first information is detected. 34. The light direction sensor signal processing device according to claim 26, wherein the light direction sensor signal processing device is used by detecting the information about the direction of the light source or the like as the second information by using the other.
号処理部において行う信号処理方法を複数有するか、ま
たは前記二次元光電変換素子の動作制御を行う素子制御
部を備えて前記素子制御部において行う素子制御方法を
複数有するか、もしくは前記信号処理方法と前記素子制
御方法の両方を複数有することを特徴とする請求項26
ないし34のいずれか1項に記載の光方向センサ信号処
理装置。35. In the element control section, there is provided a plurality of signal processing methods performed in the signal processing section of the light direction sensor signal processing apparatus, or an element control section for controlling operation of the two-dimensional photoelectric conversion element is provided. 27. A plurality of element control methods to be performed, or a plurality of both the signal processing method and the element control method.
35. The light direction sensor signal processing device according to any one of items 34 to 34.
信号を信号処理することにより、前記被投影部が前記二
次元光電変換素子上に投影されて形成される前記投影像
の一部分もしくは全体の光強度分布の位置の基準となる
点または線の位置、もしくは、前記投影像の一部分もし
くは全体の光強度分布の位置の基準となる点または線の
位置と同等の量のいずれかである光強度分布位置基準点
等の位置等を、少なくとも1つ求めて、前記光源の方向
に関する情報と前記光源の方向に関する情報を検知する
ために用いる情報との少なくとも一方に該当する前記光
源の方向に関する情報等を検知することを特徴とする請
求項26ないし35のいずれか1項に記載の光方向セン
サ信号処理装置。36. A signal processing of the light intensity distribution signal in the signal processing unit, whereby part or all of the light of the projection image formed by projecting the projected unit onto the two-dimensional photoelectric conversion element is performed. The light intensity distribution is either the position of a point or a line serving as the position of the position of the intensity distribution, or the amount equivalent to the position of the point or the line serving as the position of the position of the light intensity distribution of a part or the whole of the projection image. At least one position such as a position reference point is obtained, and information about the direction of the light source corresponding to at least one of the information about the direction of the light source and the information used for detecting the information about the direction of the light source is obtained. 36. The light direction sensor signal processing device according to claim 26, wherein the light direction sensor signal processing device detects.
を、複数求めて、前記光源の方向に関する情報等を検知
することを特徴とする請求項36に記載の光方向センサ
信号処理装置。37. The light direction sensor signal processing device according to claim 36, wherein a plurality of positions and the like of the light intensity distribution position reference point are obtained to detect information and the like regarding the direction of the light source.
記光の明るさに関する情報を検知する機能を備えて、少
なくとも前記光の明るさに関する情報を用いて、前記二
次元光電変換素子上に前記被投影部が投影されて形成さ
れる投影像の全体もしくは一部分の光強度分布の形状を
予測し、前記予測した光強度分布形状を、光強度分布位
置基準点等の位置等を求める信号処理に利用することを
特徴とする請求項36または37に記載の光方向センサ
信号処理装置。38. A function for detecting information on the brightness of the light from a signal of the two-dimensional photoelectric conversion element is provided, and at least information on the brightness of the light is used on the two-dimensional photoelectric conversion element. Signal processing for predicting the shape of the light intensity distribution of the whole or a part of the projected image formed by the projection of the projected portion and obtaining the predicted light intensity distribution shape such as the position of the light intensity distribution position reference point The optical direction sensor signal processing device according to claim 36 or 37, characterized in that the optical direction sensor signal processing device is used.
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