JP2581155B2 - Absolute position detector - Google Patents

Absolute position detector

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JP2581155B2
JP2581155B2 JP63125385A JP12538588A JP2581155B2 JP 2581155 B2 JP2581155 B2 JP 2581155B2 JP 63125385 A JP63125385 A JP 63125385A JP 12538588 A JP12538588 A JP 12538588A JP 2581155 B2 JP2581155 B2 JP 2581155B2
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  • Optical Transform (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、例えば産業用ロボットのアームの角度検
出や、工作機械のテーブル送り時の位置検出に用いて好
適な絶対位置検出装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an absolute position detecting device suitable for use in, for example, detecting the angle of an arm of an industrial robot or detecting the position of a machine tool when feeding a table.

〔発明の概要〕[Summary of the Invention]

この発明では、数値パターン領域とストライプ状パタ
ーン領域の両者か形成されたコード板を2次元撮像素子
により撮像し、コード板と撮像素子との配置関係に傾き
を持たすことにより、撮像された映像のストライプパタ
ーンの縁に段差部を生じさせ、数値パターン領域の撮像
出力から粗い精度の位置を検出し、ストライプパターン
の段差部から精精度の位置を検出するようにした絶対位
置検出装置において、撮像素子から絶対位置の検出に必
要な段差部が含まれるラインのみを読み出すことによ
り、1フレームの読み出し時間を短くし、絶対位置の検
出の遅れ時間が短縮化される。
According to the present invention, a two-dimensional image sensor captures an image of a code plate formed with both a numerical pattern region and a stripe pattern region, and the arrangement relationship between the code plate and the image sensor has an inclination, so that a captured image is displayed. In an absolute position detection device, a step is generated at an edge of a stripe pattern, a coarse position is detected from an imaging output of a numerical pattern area, and a position with a high precision is detected from a step of the stripe pattern. By reading out only the line including the step portion necessary for detecting the absolute position from, the reading time of one frame is shortened, and the delay time of detecting the absolute position is shortened.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

絶対位置検出装置は、産業用ロボットの角度検出や、
工作機械のテーブルの送り位置を検出する場合等に多く
用いられている。本願出願人は、先に特願昭62−19826
号明細書に記載されているように、スケール板となるコ
ード板に数値パターンを形成すると共に、ストライプ状
のパターンを形成し、このコード板をCCDで構成された
2次元撮像素子により読み取り、撮像素子の出力信号を
処理することにより、数値パターンから粗精度の位置を
検出し、ストライプ状のパターンから精精度の位置を検
出するようにした絶対位置検出装置を提案している。
Absolute position detectors detect angles of industrial robots,
It is often used for detecting a feed position of a table of a machine tool. The present applicant has previously filed Japanese Patent Application No. 62-19826.
As described in the specification, a numerical pattern is formed on a code plate serving as a scale plate, and a stripe-shaped pattern is formed. The code plate is read by a two-dimensional image pickup device constituted by a CCD, and imaged. An absolute position detecting device has been proposed in which the output signal of an element is processed to detect a coarse position from a numerical pattern and a fine position from a stripe pattern.

第4図は、上述の絶対位置検出装置の概略構成を示し
ており、スケール板としてのコード板20と、コード板20
に対向して配設される撮像素子21とは、少なくとも一方
が移動可能とされている。コード板20には、第5図に示
すように、グレイ符号を示す数値パターン領域22とスト
ライプ状のパターン領域23とが設けられている。グレイ
符号は、2進数を表現する符号の一つであって、交番2
進符号又は反射2進符号とも称され、隣接した二つの数
の間では、必ず1ビットのみが変化するという特徴を有
している。ストライプ状のパターン領域23には、幅wの
ストライプ状のパターンPが互いに平行で等間隔に複数
本形成されている。これらのストライプ状パターンPの
配列方向Zは、パターンPの延長方向と直交しており、
その配列ピッチをPzとしている。数値パターン領域22の
グレイ符号は、パターンPの夫々と対応して付されてお
り、このグレイ符号を読み取ることにより、Z方向の絶
対位置を知ることができる。
FIG. 4 shows a schematic configuration of the above-described absolute position detecting device, and includes a code plate 20 as a scale plate, and a code plate 20.
At least one of the image sensors 21 arranged to face the camera is movable. As shown in FIG. 5, the code plate 20 is provided with a numerical pattern area 22 indicating a gray code and a striped pattern area 23. Gray code is one of codes expressing binary numbers,
It is also called a binary code or a reflected binary code, and has a feature that only one bit always changes between two adjacent numbers. In the striped pattern region 23, a plurality of striped patterns P having a width w are formed in parallel with each other at equal intervals. The arrangement direction Z of these stripe patterns P is orthogonal to the extension direction of the pattern P,
The arrangement pitch is Pz. The gray code in the numerical pattern area 22 is assigned to each of the patterns P, and by reading this gray code, the absolute position in the Z direction can be known.

上述のコード板20と対向して配設される撮像素子21
は、CCDを用いた2次元撮像素子である。コード板20と
撮像素子21の相対移動方向は、配列方向Zと平行とされ
ている。撮像素子21自体の軸方向は、配列方向Zに対し
て僅かの傾斜角θを持つように設けられる。第5図にお
いては、撮像素子21の水平及び垂直の各座標軸H、Vの
内の垂直軸Vと配列方向Zのなす角度をθとしている。
Image sensor 21 arranged opposite to code plate 20 described above
Is a two-dimensional image sensor using a CCD. The relative movement direction between the code plate 20 and the image sensor 21 is parallel to the arrangement direction Z. The axial direction of the imaging element 21 is provided so as to have a slight inclination angle θ with respect to the arrangement direction Z. In FIG. 5, the angle between the vertical axis V of the horizontal and vertical coordinate axes H and V of the image sensor 21 and the arrangement direction Z is represented by θ.

撮像素子21は、コード板20の各パターン領域22、23の
夫々の一部を同時に撮像し、撮像信号を第4図の検出回
路24に送り、検出回路24では、数値パターン領域22の数
値パターンからグレイ符号の値が読み取られ、パターン
領域23のストライプ状パターンPから後述するように、
所定点の座標が読み取られる。これらの読み取りデータ
は、座標変換回路25に供給される。座標変換回路25は、
グレイ符号の値及びストライプ状パターンPの所定点の
座標に基づいてZ軸方向の絶対位置情報を算出する。即
ち、グレイ符号により、パターンPの配列ピッチPzを単
位とする比較的粗い精度の位置情報が得られ、パターン
Pの所定点の座標に基づく座標変換により、更に、高い
精度の位置情報が得られる。
The imaging element 21 simultaneously captures a part of each of the pattern areas 22 and 23 of the code plate 20 and sends an imaging signal to the detection circuit 24 in FIG. , The value of the gray code is read from
The coordinates of the predetermined point are read. These read data are supplied to the coordinate conversion circuit 25. The coordinate conversion circuit 25
The absolute position information in the Z-axis direction is calculated based on the value of the gray code and the coordinates of a predetermined point of the stripe pattern P. That is, the gray code provides relatively coarse position information in units of the array pitch Pz of the pattern P, and the coordinate conversion based on the coordinates of a predetermined point of the pattern P provides higher position information. .

なお、第4図においては、コード板20の背後からLED
等の光源21からの光を照射しており、いわゆる透過形の
コード板20を用いる例を示しているが、撮像素子21と同
じ側に光源を配置する反射形のコード板を用いても良
い。
In addition, in FIG.
Illustrates an example in which light from a light source 21 is used and a so-called transmissive code plate 20 is used, but a reflective code plate in which a light source is arranged on the same side as the imaging element 21 may be used. .

第7図は、撮像素子21により撮像された像の一部を拡
大して示す。ストライプ状のパターン領域23のパターン
Pは、撮像素子21の各画素(セル)S毎に2値化された
撮像パターンとなっている。この場合、撮像素子21のV
軸方向とストライプ状パターンPの配列方向Zとが角度
θを有しているために、パターンPの縁Eは、第6図に
示すように、階段状を呈する。この段階状境界線Eは、
パターンPの上縁Eaと下縁Ebとで生じる。上縁Eaの段差
部の画素Sa1、Sa2等は、H方向に走査する時に白から黒
に変化する画素として検出でき、また、下縁Ebの段差部
の画素Sb1、Sb2等は、H方向に走査する時に黒から白に
変化する画素として検出できる。
FIG. 7 shows a part of an image taken by the image pickup device 21 in an enlarged manner. The pattern P in the stripe-shaped pattern region 23 is a binarized imaging pattern for each pixel (cell) S of the imaging element 21. In this case, V of the image sensor 21
Since the axial direction and the arrangement direction Z of the stripe pattern P have an angle θ, the edge E of the pattern P has a stepped shape as shown in FIG. This step boundary E is
It occurs at the upper edge Ea and the lower edge Eb of the pattern P. The pixels Sa1, Sa2, etc. of the step portion of the upper edge Ea can be detected as pixels that change from white to black when scanning in the H direction, and the pixels Sb1, Sb2, etc. of the step portion of the lower edge Eb in the H direction. It can be detected as a pixel that changes from black to white when scanning.

ここで、撮像素子21のH軸及びV軸の方向についての
座標を画素Sの個数を単位として表すと、上縁Eaの所定
の段差部の画素Sa1の座標が(Ha1,Va1)となり、この画
素Sa1と対応する下縁Ebの段差部の画素Sb1の座標が(Hb
1,Vb1)となる。これらの画素Sa1及びSb1を結ぶ線分の
中心位置の座標(H1,V1)は、 H1=(Ha1+Hb1)/2 V1=(Va1+Vb1)/2 となる。
Here, when the coordinates of the image sensor 21 in the directions of the H axis and the V axis are expressed in units of the number of pixels S, the coordinates of the pixel Sa1 at a predetermined step portion of the upper edge Ea become (Ha1, Va1). The coordinates of the pixel Sb1 at the step portion of the lower edge Eb corresponding to the pixel Sa1 are (Hb
1, Vb1). The coordinates (H1, V1) of the center position of the line connecting these pixels Sa1 and Sb1 are as follows: H1 = (Ha1 + Hb1) / 2 V1 = (Va1 + Vb1) / 2.

この座標(H1,V1)の点は、第7図に示すように、ス
トライプ状パターンPの中心線c上にあり、このパター
ン中心線cのZ方向の絶対位置Zcは、グレイ符号から読
み取ることができる。また、各座標値は、画素Sの個数
を単位として表されているから、画素SのH軸及びV軸
方向の各ピッチを夫々PH及びPVとすると、撮像素子21の
位置読み取り基準点となる原点(0,0)に対する座標(H
1,V1)の実際の距離は、H軸方向がH1PHとなり、V軸方
向がV1PVとなる。従って、原点(0,0)のZ軸方向の絶
対位置Z0は、パターンPの絶対位置Zc、各座標値H1,V
1、画素Sの各ピッチPH,PV及び傾斜視角度θにより、 Z0=Zc−(H1PHsinθ+V1PVcosθ) として求めることができる。これによって、原理的に
は、最小単位PHsinθの精度で絶対位置を読み取ること
ができる。
The point of the coordinates (H1, V1) is on the center line c of the stripe pattern P as shown in FIG. 7, and the absolute position Zc of the pattern center line c in the Z direction can be read from the gray code. Can be. Moreover, each coordinate value, because they represented the number of pixels S units, when each pitch on the H axis and the V axis direction of the pixel S to respectively P H and P V, a position read reference point of the image sensor 21 Coordinates (H for the origin (0,0)
The actual distance of (1, V1) is H1P H in the H-axis direction and V1P V in the V-axis direction. Therefore, the absolute position Z 0 of the origin (0, 0) in the Z-axis direction is the absolute position Zc of the pattern P, and the coordinate values H1, V
1. From the pitches P H and P V of the pixel S and the oblique viewing angle θ, it can be obtained as Z 0 = Zc− ( H 1 P H sin θ + V 1 P V cos θ). Thereby, in principle, the absolute position can be read with the accuracy of the minimum unit P H sin θ.

なお、各画素Sの座標は、全て整数値が表されるが、
中心位置の座標(H1,V1)等は、0.5の整数倍の値とな
る。
Note that the coordinates of each pixel S are all represented by integer values,
The coordinates (H1, V1) of the center position and the like are integer multiples of 0.5.

〔発明が解決しようとする課題〕[Problems to be solved by the invention]

上述の絶対位置検出装置は、撮像素子21が全画素を読
み出すために、1フレームの読み出し時間が長くなり、
現在位置情報の出力遅れ時間が長くなる問題があった。
出力遅れ時間が長いと、利用範囲が制限されることにな
る。出力遅れ時間は、次式で表される。
In the above-described absolute position detection device, since the image sensor 21 reads all pixels, the reading time of one frame becomes longer,
There was a problem that the output delay time of the current position information became long.
If the output delay time is long, the use range is limited. The output delay time is represented by the following equation.

(出力遅れ時間)=1/2(露光時間)+(画素信号転送
処理通信時間) 撮像素子21がインターライン方式の場合では、各画素
の電荷の読み出し順序は、次のようになされる。
(Output delay time) = 1/2 (Exposure time) + (Pixel signal transfer processing communication time) When the image sensor 21 is of the interline system, the charge readout order of each pixel is as follows.

光センサダイオードの電荷を垂直シフトレジスタに転
送する。
The charge of the light sensor diode is transferred to the vertical shift register.

垂直シフトレジスタのシフト動作を実行する。同時
に、先頭の水平ライン電荷を水平シフトレジスタに転送
する。
Execute the shift operation of the vertical shift register. At the same time, the first horizontal line charge is transferred to the horizontal shift register.

水平シフトレジスタのシフト動作を実行する。同時
に、先頭の電荷を読み出す。
Execute the shift operation of the horizontal shift register. At the same time, the first charge is read.

以上の動作を第8図に示す順序で実行する。第8図に
おいて、Nhが水平画素数を示し、Nvが垂直画素数を示
す。の動作に要するシフト時間をT1とし、の動作に
要するシフト時間をT2とし、の動作に要するシフト時
間をT3とすると、T1は、T2及びT3に比して充分に短くて
無視でき、CCD撮像素子21の全画素の電荷を読み出すの
に必要な時間Tは、 T≒(T2+T3×Nh)・Nv となる。
The above operations are performed in the order shown in FIG. In FIG. 8, Nh indicates the number of horizontal pixels, and Nv indicates the number of vertical pixels. Assuming that the shift time required for the operation is T1, the shift time required for the operation is T2, and the shift time required for the operation is T3, T1 is sufficiently shorter than T2 and T3, and can be ignored. The time T required to read out the charges of all the pixels of the element 21 is T ≒ (T2 + T3 × Nh) · Nv.

一例として、水平シフト動作周波数が10MHz(T3=0.1
μsec)で、垂直シフト動作周波数が1MHz(T2=1μse
c)で、(300×300)の9万画素を読み出した場合、1
フレームの読み出し時間Tは、下式のように、約9.3mse
cとなる。
As an example, the horizontal shift operation frequency is 10 MHz (T3 = 0.1
μsec) and the vertical shift operation frequency is 1MHz (T2 = 1μse
In c), when 90,000 pixels of (300 × 300) are read, 1
The frame read time T is about 9.3 mse
becomes c.

(1μsec+0.1μsec×300)=9.3msec ところで、撮像素子21の映像に着目すると、絶対位置
情報を出力するのに必要な情報を与える部分は、ストラ
イプ状パターンPの縁等ごく一部である。即ち、ストラ
イプ状パターンPの縁で、白から黒又は黒から白に変化
する点の座標値と、その変化点がある水平ラインで数値
パターンの各トラック中心付近の画素データの値(0又
は1)を集成したグレイ符号値が必要とされる。
(1 .mu.sec + 0.1 .mu.sec.times.300) = 9.3 msec By the way, focusing on the image of the image pickup device 21, a portion providing information necessary for outputting the absolute position information is a very small portion such as an edge of the stripe pattern P. That is, at the edge of the stripe pattern P, the coordinate value of a point at which the color changes from white to black or from black to white, and the value of pixel data (0 or 1) near the center of each track of the numerical pattern on the horizontal line having the change point ) Is required.

従って、この発明の目的は、全画素を読み出すのでは
なく、必要な画素だけ読み出すことにより、1フレーム
の読み出し時間が短くされ、応答性が改善された絶対位
置検出装置を提供することにある。
Accordingly, it is an object of the present invention to provide an absolute position detecting device in which reading time of one frame is shortened by reading only necessary pixels instead of reading out all pixels, and the responsiveness is improved.

〔課題を解決するための手段〕[Means for solving the problem]

この発明では、2次元撮像素子21の水平シフトレジス
タ3に接続された転送用レジスタ2D,2Uの出口に、信号
電荷の要、不要を判別する判別回路16が設けられ、 判別回路16の出力により、信号電荷が要の時に、水平
シフトレジスタ3が受け入れ状態であることを確認した
後に垂直シフト動作を実行され、先頭電荷が水平シフト
レジスタ3に転送されると共に、水平ラインのアドレス
を保持され、 判別回路16の出力により、信号電荷が不要の時に、垂
直シフト動作を実行され、先頭電荷を掃きだすようにな
される。
According to the present invention, at the exit of the transfer registers 2D and 2U connected to the horizontal shift register 3 of the two-dimensional image pickup device 21, a discriminating circuit 16 for discriminating the necessity or unnecessary of the signal charge is provided. When the signal charge is required, the vertical shift operation is performed after confirming that the horizontal shift register 3 is in the receiving state, and the top charge is transferred to the horizontal shift register 3 and the address of the horizontal line is held. According to the output of the discriminating circuit 16, when the signal charge is unnecessary, the vertical shift operation is executed to sweep out the head charge.

〔作用〕[Action]

2次元撮像素子21のストライプパターン領域を読み出
す場合、絶対位置を検出するのに必要な情報は、段差部
のラインに含まれている。従って、段差部が含まれるラ
インのみを読み出せば、全画素を読み出すのに比較し
て、撮像素子の1フレームの読み出し時間を短縮化でき
る。段差部が含まれているかどうかは、ストライプパタ
ーンの両端の画素の2値化された撮像信号の一致及び不
一致から判別回路16により検出できる。つまり、両者が
一致していれば、段差部が含まれておらず、読み出しが
不要なラインであり、両者が不一致であれば、読み出し
が必要なラインである。読み出しが不要なラインの電荷
は、水平シフトレジスタ3に供給されず、接地ラインを
通じて捨てられる。読み出しが必要なラインの電荷は、
水平シフトレジスタ3に供給され、水平シフト動作によ
り出力端子に取り出される。
When reading the stripe pattern area of the two-dimensional image sensor 21, information necessary for detecting the absolute position is included in the line of the step. Therefore, if only the line including the step portion is read, the reading time of one frame of the image sensor can be reduced as compared with reading all the pixels. Whether or not the stepped portion is included can be detected by the discrimination circuit 16 from the coincidence and non-coincidence of the binarized imaging signals of the pixels at both ends of the stripe pattern. In other words, if they match, the line does not include a stepped portion and does not need to be read. If they do not match, it is a line that needs to be read. The electric charge of the line that does not need to be read is not supplied to the horizontal shift register 3 and is discarded through the ground line. The charge on the line that needs to be read is
It is supplied to the horizontal shift register 3 and taken out to the output terminal by the horizontal shift operation.

〔実施例〕〔Example〕

以下、この発明の一実施例について、図面を参照して
説明する。この実施例は、前述した先に提案されている
絶対位置検出装置に対して、この発明を適用したもので
ある。
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. In this embodiment, the present invention is applied to the previously proposed absolute position detecting device.

この絶対位置検出装置では、第2図にその一部を示す
映像が得られる。第2図において、×がストライプ状パ
ターン領域23のパターンPの縁に生じた段差部を表し、
・が数値パターン領域22の読み取り点を表す。G1,G2,G3
・・・G10は、各トラックの中心付近の画素データの値
(0又は1)を集成したグレイ符号値を示す。第2図に
示す例では、10組の段差部と対応する変化点座標値及び
グレイ符号値が得られ、前述した演算により、10個の絶
対位置情報が得られる。つまり、絶対位置情報を得るに
は、座標変化点がある水平ラインの出力信号のみが必要
である。
In this absolute position detecting device, an image showing a part of the image is obtained in FIG. In FIG. 2, x represents a step portion formed at the edge of the pattern P in the stripe-shaped pattern region 23,
Indicates a reading point of the numerical pattern area 22. G1, G2, G3
.. G10 indicate gray code values obtained by collecting pixel data values (0 or 1) near the center of each track. In the example shown in FIG. 2, the change point coordinate values and the gray code values corresponding to the ten sets of step portions are obtained, and ten pieces of absolute position information are obtained by the above-described calculation. That is, to obtain the absolute position information, only the output signal of the horizontal line having the coordinate change point is required.

第1図は、必要情報がある水平ラインのみを読み出す
ための構成を示す。第1図において斜線を付したフォト
ダイオード1からの信号電荷が垂直シフトレジスタ2U・
・2D・・2Eに転送される。垂直シフトレジスタ2U及び2D
は、第2図におけるストライプ状パターン領域23のパタ
ーンPの左右両端の画素23D及び23Uの信号電荷を転送す
るためのもので、垂直シフトレジスタ23Eは、数値パタ
ーン領域22の右端の画素と対応している。
FIG. 1 shows a configuration for reading out only horizontal lines having necessary information. In FIG. 1, the signal charge from the photodiode 1 shaded in FIG.
・ Transferred to 2D ・ ・ 2E. Vertical shift registers 2U and 2D
Is for transferring the signal charges of the pixels 23D and 23U at the left and right ends of the pattern P of the stripe pattern area 23 in FIG. 2, and the vertical shift register 23E corresponds to the rightmost pixel of the numerical pattern area 22. ing.

垂直シフトレジスタ2D及び2U以外の垂直シフトレジス
タの先頭の信号電荷が水平シフトレジスタ3に1ライン
毎に転送されるか、又は接地ライン4を通じて掃きださ
れる。第1図においては、水平シフトレジスタ3への転
送と接地ライン4を通じての掃きだしとを切り替える回
路が省略されている。水平シフトレジスタ3の出力電荷
は、電荷電圧変換回路5により信号電圧とされ、比較回
路6に供給される。比較回路6には、端子7からスレッ
ショルド電圧が供給されており、比較回路6の出力端子
8には、2値化された出力信号が得られる。
The leading signal charges of the vertical shift registers other than the vertical shift registers 2D and 2U are transferred to the horizontal shift register 3 line by line or are swept out through the ground line 4. In FIG. 1, a circuit for switching between transfer to the horizontal shift register 3 and sweeping through the ground line 4 is omitted. The output charge of the horizontal shift register 3 is converted into a signal voltage by a charge-voltage conversion circuit 5 and supplied to a comparison circuit 6. The threshold voltage is supplied to the comparison circuit 6 from the terminal 7, and a binarized output signal is obtained at the output terminal 8 of the comparison circuit 6.

垂直シフトレジスタ2Dの先頭電荷が電荷電圧変換回路
9Dを介して比較回路10Dに供給され、垂直シフトレジス
タ2Uの先頭電荷が電荷電圧変換回路9Uを介して比較回路
10Uに供給される。これらの比較回路10D及び10Uには、
端子7からのスレッショルド電圧が供給されている。比
較回路10D及び10Uの出力信号(0又は1)がエクスクル
ーシブORゲート11に供給される。エクスクルーシブORゲ
ート11の出力信号がANDゲート12に供給され、ANDゲート
12の出力信号がORゲート14に供給される。ANDゲート12
には、端子13から読み出し禁止信号が供給され、ORゲー
ト14には、端子15から強制読み出し信号が供給される。
The first charge of the vertical shift register 2D is a charge-voltage converter
The head charge of the vertical shift register 2U is supplied to the comparison circuit 10D via the charge-voltage conversion circuit 9U via the charge-voltage conversion circuit 9U.
Supplied to 10U. These comparison circuits 10D and 10U include:
A threshold voltage is supplied from the terminal 7. Output signals (0 or 1) of the comparison circuits 10D and 10U are supplied to the exclusive OR gate 11. The output signal of the exclusive OR gate 11 is supplied to the AND gate 12, and the AND gate 12
The 12 output signals are supplied to the OR gate 14. AND gate 12
, A read inhibit signal is supplied from the terminal 13, and a forced read signal is supplied from the terminal 15 to the OR gate 14.

ORゲート14の出力信号が判定回路16に供給され、ORゲ
ート14の出力信号が1の時には、垂直シフトレジスタ2D
及び2Uの先頭電荷が含まれるラインの信号電荷が水平シ
フトレジスタ3に転送され、また、ORゲート14の出力信
号が0の時には、垂直シフトレジスタ2D及び2Uの先頭電
荷が含まれるラインの信号電荷が接地ライン4を通じて
掃きだされ、捨てられる。
The output signal of the OR gate 14 is supplied to the determination circuit 16, and when the output signal of the OR gate 14 is 1, the vertical shift register 2D
When the output signal of the OR gate 14 is 0, the signal charge of the line including the top charges of the vertical shift registers 2D and 2U is transferred to the horizontal shift register 3. Are swept out through the ground line 4 and discarded.

即ち、座標変化点の有無は、ストライプパターン領域
23の左右両端にある画素23D及び23Uの2値化した値から
判別できる。これらの両者の列の画素の値が異なれば、
座標変化点が有り、両者の画素の値が同じであれば、座
標変化点が無いと判定できる。判定回路16により、座標
変化点が無しと判定されれば、そのラインの信号電荷が
捨てられる。一方、判定回路16により、座標変化点が有
ると判定されれば、水平シフトレジスタ3の動作停止
(受け入れ可能な状態)を確認して垂直シフト動作を実
行し、同時に先頭電荷を水平シフトレジスタ3へ転送す
る。これと同時に、座標変化点が有ると判定されたライ
ンの垂直アドレスが垂直アドレスレジスタ(図示せず)
に転送される。
That is, the presence or absence of a coordinate change point is determined by the stripe pattern area.
It can be determined from the binarized values of the pixels 23D and 23U at the left and right ends of 23. If the values of the pixels in these two columns are different,
If there is a coordinate change point and the values of both pixels are the same, it can be determined that there is no coordinate change point. If the determination circuit 16 determines that there is no coordinate change point, the signal charges on that line are discarded. On the other hand, if the determination circuit 16 determines that there is a coordinate change point, the operation of the horizontal shift register 3 is stopped (an acceptable state), and the vertical shift operation is executed. Transfer to At the same time, the vertical address of the line determined to have a coordinate change point is stored in a vertical address register (not shown).
Is forwarded to

ANDゲート12に端子13から供給される読み出し禁止信
号が0とされると、座標変化点の有無にかかわらず、読
み出しが強制的に禁止される。この読み出し禁止動作
は、読み出されるラインの本数を制限して、1フレーム
の読み出し時間を所定時間以内に抑えるのに使用され
る。また、ORゲート14に端子15から供給される強制読み
出し信号が1とされると、座標変化点を有無にかかわら
ず、強制的に全画素の読み出しがなされる。この強制読
み出し動作は、撮像素子21の品質検査等に使用される。
When the read inhibit signal supplied from the terminal 13 to the AND gate 12 is set to 0, the read is forcibly inhibited regardless of the presence or absence of the coordinate change point. This read prohibition operation is used to limit the number of lines to be read and suppress the read time of one frame within a predetermined time. If the forced read signal supplied from the terminal 15 to the OR gate 14 is 1, all pixels are forcibly read regardless of the presence or absence of a coordinate change point. This forced read operation is used for quality inspection of the image sensor 21 and the like.

撮像素子21がインターライン方式の場合では、各画素
の電荷の読み出し順序は、次のようになされる。
When the image sensor 21 is of the interline type, the order of reading out the charges of each pixel is as follows.

光センサダイオードの電荷を垂直シフトレジスタに転
送する。
The charge of the light sensor diode is transferred to the vertical shift register.

垂直シフトレジスタのシフト動作を実行する。同時
に、先頭の水平ライン電荷を水平シフトレジスタに転送
する。
Execute the shift operation of the vertical shift register. At the same time, the first horizontal line charge is transferred to the horizontal shift register.

水平シフトレジスタのシフト動作を実行する。同時
に、先頭の電荷を読み出す。
Execute the shift operation of the horizontal shift register. At the same time, the first charge is read.

この発明の一実施例では、上述の各動作が第3図に示
す順序でなされる。最初の垂直シフト動作は、最初に
座標変化点が検出される迄になされる動作である。座標
変化点があるラインになると、水平シフトレジスタ3を
通じての転送動作がなされる。これと平行して、垂直
シフト動作がなされ、次の座標変化点があるラインの
検出がなされる。
In one embodiment of the present invention, the above operations are performed in the order shown in FIG. The first vertical shift operation is an operation performed until a coordinate change point is first detected. When the coordinate change point reaches a certain line, a transfer operation through the horizontal shift register 3 is performed. In parallel with this, a vertical shift operation is performed, and a line having the next coordinate change point is detected.

の動作に要するシフト時間をT2(例えば1μs)と
し、の動作に要するシフト時間をT3(例えば0.1μ
s)とし、水平画素数及び垂直画素数を100とすると、C
CD撮像素子21の必要な情報を持つ画素の電荷を読み出す
のに必要な時間Tは、 T≒0〜9+(1+0.1×100)×10=110〜119μs となる。従って、撮像素子21の全画素を読み出すのに比
較して、1フレーム分の読み出し時間が短くなる。
The shift time required for the operation is T2 (for example, 1 μs), and the shift time required for the operation is T3 (for example, 0.1 μs).
s) and the number of horizontal and vertical pixels is 100, C
The time T required to read out the charge of the pixel having the necessary information of the CD image sensor 21 is T 0-9 + (1 + 0.1 × 100) × 10 = 110-119 μs. Therefore, the readout time for one frame is shorter than when all the pixels of the image sensor 21 are read out.

なお、この発明は、インターライン方式以外のCCD撮
像素子に対しても適用できる。
The present invention can be applied to a CCD image sensor other than the interline type.

〔発明の効果〕〔The invention's effect〕

この発明は、絶対位置情報を求めるのに必要な画素が
含まれるラインだけを連続して読み出すので、撮像素子
の全画素を読み出すのと比較して、1フレームの読み出
し時間が短くなり、出力遅れ時間を大幅に短縮できる。
また、読み出し時間を全画素を読み出すのと同様の時間
とすれば、シフト動作のクロック周波数が低くなり、消
費電力が少なくなる利点がある。
According to the present invention, since only lines including pixels necessary for obtaining the absolute position information are continuously read, the readout time of one frame is shortened as compared with reading out all the pixels of the image sensor, and the output delay is reduced. Time can be greatly reduced.
Further, if the read time is set to be the same as the time for reading all the pixels, there is an advantage that the clock frequency of the shift operation is reduced and the power consumption is reduced.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

第1図はこの発明の一実施例の接続図、第2図は撮像素
子の映像の一部を示す拡大図、第3図はこの発明の一実
施例の動作説明に用いる略線図、第4図はこの発明を適
用できる絶対位置検出装置の概略構成を示すブロック
図、第5図はコード板のパターンの一例を示す平面図、
第6図は撮像素子により撮像されたストライプ状パター
ンPを拡大して示す平面図、第7図は座標変換動作を説
明するための略線図、第8図は撮像素子の読み出し動作
の説明のための略線図である。 図面における主要な符号の説明 2D,2U,2E:垂直シフトレジスタ、 3:水平シフトレジスタ、4:接地ライン、 11:エクスクルーシブORゲート、 16:判定回路、21:撮像素子、 22:数値パターン領域、 23:ストライプ状パターン領域。
FIG. 1 is a connection diagram of one embodiment of the present invention, FIG. 2 is an enlarged view showing a part of an image of an image pickup device, FIG. 3 is a schematic diagram used for explaining the operation of one embodiment of the present invention. FIG. 4 is a block diagram showing a schematic configuration of an absolute position detecting device to which the present invention can be applied, FIG. 5 is a plan view showing an example of a code plate pattern,
FIG. 6 is an enlarged plan view showing a stripe pattern P imaged by the image sensor, FIG. 7 is a schematic diagram for explaining a coordinate conversion operation, and FIG. 8 is a diagram for explaining a read operation of the image sensor. FIG. Description of main symbols in the drawings 2D, 2U, 2E: vertical shift register, 3: horizontal shift register, 4: ground line, 11: exclusive OR gate, 16: judgment circuit, 21: image sensor, 22: numerical pattern area, 23: Stripe pattern area.

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】2次元撮像素子の水平シフトレジスタに接
続された転送用レジスタの出口に、信号電荷の要、不要
を判別する判別回路を設け、 上記判別回路の出力により、上記信号電荷が要の時に、
上記水平シフトレジスタが受け入れ状態であることを確
認した後に垂直シフト動作を実行し、先頭電荷を上記水
平シフトレジスタに転送すると共に、水平ラインのアド
レスを保持し、 上記判別回路の出力により、上記信号電荷が不要の時
に、上記垂直シフト動作を実行し、上記先頭電荷を掃き
だすようにしたことを特徴とする絶対位置検出装置。
An output circuit of a transfer register connected to a horizontal shift register of a two-dimensional imaging device is provided with a determination circuit for determining whether signal charge is required or not. At the time
After confirming that the horizontal shift register is in the accepting state, a vertical shift operation is performed to transfer the top charge to the horizontal shift register, hold the address of the horizontal line, and output the signal from the determination circuit. An absolute position detecting device, wherein the vertical shift operation is performed when no charge is required, and the head charge is swept out.
【請求項2】判別回路の出力側に外部から強制的に信号
電荷を要、不要とする制御回路を設け、強制的な読み出
し機能又は読み出し禁止機能を付加するようにしたこと
を特徴とする特許請求の範囲第1項記載の絶対位置検出
装置。
2. A patent wherein a control circuit which forcibly requires and eliminates signal charges from the outside is provided on the output side of the discriminating circuit, and a forced reading function or a reading prohibiting function is added. The absolute position detecting device according to claim 1.
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