JP3190061B2 - 画素を有する光電変換装置の電気出力を処理する方法及びその装置 - Google Patents

画素を有する光電変換装置の電気出力を処理する方法及びその装置

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、画素を有する光電変換
装置の電気出力を処理する方法及びその装置に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、光反射性の物体の表面形状を測定
したり、光透過性物体の透視歪を測定するために、光
源と被測定物との間に、格子模様を有する透明板を配置
し、格子模様の反射像は透過像をスクリーンに投影し
てその歪みを目視で測定するか、カメラ等で撮影してそ
の歪みを測定する方法が一般的に採用されている。しか
しこのような方法では、測定者ごとに測定誤差が生じる
ばかりでなく、検査の自動化を行う観点からは極めて不
便なものであった。
【0003】そこでレーザー光等を被測定物に照射し、
その反射光は透過光の位置をフォトセンサー等の受光
装置で受光して測定することにより、測定者ごとの測定
誤差の差をなくし、検査の自動化を測ることが提案され
ている。この際、受光装置として、CCDカメラやビデ
オカメラのような多数の画素からなる受光面を有する受
光装置を使用すると、反射は透過してくる光を広く受
光することができ、かつその受光の視線方向をどの画素
に受光したかを判断することにより決定し得るので好ま
しい。
【0004】このような測定を精度良く行う方法とし
て、被測定物に位置が既知の微小散乱光源からの光を照
射し、被測定物表面で反射した又は被測定物中を透過し
た光を、受光の視線方向を決定し得る受光装置で受光
し、光源位置、受光点の位置、及び受光時の視線方向と
から被測定物の表面三次元形状は透視歪を測定する方
法が提案されている(特願平1−338097号な
ど)。
【0005】この場合の光源としては、位置が既知で少
なくとも1方向に広がりの小さい散乱光源であれば
い。この広がりは、受光装置の画素の大きさに対応する
光源位置での長さの10倍以下、好ましくは5倍以下で
あればい。そのような例として、スクリーン上でレー
ザー光をX−Y方向に走査したものなどがある。
【0006】この様子を示したのが、図4、図5であ
り、図4は透視歪みを測定する方法を示す概念図であ
り、図5は表面形状を測定する方法を示す概念図であ
る。
【0007】図4において、21はその上でレーザー光
をX−Y方向に走査するスクリーン、26はガラス板等
の被測定物、27は受光装置の画素からなる受光面、3
0は光源像を画素上に結像するためのレンズ系である。
スクリーン21上の点状散乱光源P0 を、被測定物26
を通さず受光面27上の画素27a上に結像させたもの
が点0 であって、被測定物26を通した場合、上記Q
0 上に結像するスクリーン21上の光源の位置がP1
ある。なお、R 0 は光源P 0 からの光が被測定物26を
透過する点である。
【0008】スクリーン21上の点光源の位置は既知で
あるため、スクリーン21上での被測定物26を透視し
たことによる光線の移動量が求まる。この移動量を各点
で測定すれば、上記光源からの光が被測定物26を通過
する点での透視歪みが測定できる。
【0009】一方、図5において、21はその上でレー
ザー光をX−Y方向に走査するスクリーン、28はガラ
ス板等の被測定物、27は受光装置の画素からなる受光
面、30は光源像を画素上に結像するためのレンズ系で
ある。スクリーン21上の点状散乱光源P0 を、あらか
じめ表面形状のわかっている光反射板29上で反射させ
て、受光面27上の画素27a上に結像させたものが点
0 であって、被測定物28上を反射させた場合、上記
0 上に結像するスクリーン21上の光源の位置がP1
である。なお、R 0 は光源P 0 からの光が被測定物26
上で反射する点である。
【0010】スクリーン21上の点光源の位置は既知で
あるため、光反射板29上でなく被測定物28上を反射
したことによる視線方向の移動量、すなわち反射面上で
の法線の方向の変化量が求まる。この変化量を各点で測
定すれば、被測定物28上での各点の法線の方向が求ま
り、被測定物28の表面形状が求まる。
【0011】ここで、光反射板29による測定は必ずし
要せず、少なくとも、被測定物28上の一点の座標が
求まれば、その表面形状は測定可能である。しかし、レ
ンズ系の収差などを相殺する意味で、表面形状が既知の
光反射板との比較で表面形状を決定することが望まし
い。
【0012】なお、同一の画素に対応する光源位置の差
で被測定物の歪みや反射面上での法線方向の変化を表現
したのは、画素の大きさが有限であり、画素の境界領域
に対応する視線方向は、必ずしも精度良く決定できない
ため、画素の中心位置などの特定位置で、視線方向を特
定した方が精度が高まるためである。
【0013】
【発明が解決しようとする課題】このような場合、受光
装置は多数の画素からなる光電変換装置であり、この光
電変換装置により、光がその強度に対応した電気出力に
変換される。この電気出力は適当なサンプリング間隔で
サンプルホールドして光電変換装置から取り出され、次
いで、アナログ−デジタル(AD)変換され、画像メモ
リーにストックした後、出力値の大きさ判定などの処理
が行われる。
【0014】このとき、AD変換されている出力値がど
の画素で受光した光の強度に対応するものなのかは正確
に知られていなければならない。つまり、強度データが
ストックされる画像メモリーの位置と、光電変換装置の
画素とが正確に対応していなければいけない。各画素か
らの出力は、CCDカメラ、ビデオカメラなどの受光装
置中で作成された駆動信号により各画素が走査されるそ
れぞれのタイミングで行われる。したがって、画素の走
査のタイミングを知って、AD変換を行う必要がある。
【0015】従来はこのタイミングを知るために、たと
えば、現在、日本で広く使用されている映像信号の規格
であるNTSC信号により駆動されるCCDカメラ、ビ
デオカメラの場合は、NTSC信号において水平走査期
間開始時に出力される水平同期信号や、垂直同期信号を
AD変換装置側で読み、画素の走査のタイミングと知
り、タイミングをとっていた。
【0016】しかし、走査開始時の信号を知るだけでは
どの画素からの出力信号であるかの特定が難しいうえ、
サンプルホールドされた出力波形に不定形性があるた
め、適切なタイミングでAD変換できないだけでなく、
極端な場合は、隣の画素を誤って拾ってしまう可能性す
らあった。
【0017】
【課題を解決するための手段】本発明は前述の課題を解
決するためのものであり、画素を有する光電変換装置の
電気出力をアナログ−デジタル変換する際に、アナログ
−デジタル変換のタイミングをとるクロックにより
電変換装置がその画素を走査をする駆動信号発生及び電
気出力のサンプルホールドのタイミングをとるととも
に、遅延回路によりアナログ−デジタル変換のタイミン
グと画素の走査のタイミングとを調整することを特徴と
する画素を有する光電変換装置の電気出力を処理する方
法及びその装置を提供するものである。
【0018】
【実施例】本発明の実施例の構成を示す概念図が図1で
ある。7は、AD変換装置9のタイミングをとる20M
Hzのクロックである。クロック7により、駆動信号発
生装置8が制御される。駆動信号発生装置8から出力さ
れる駆動信号は遅延回路6を介して、光電変換装置1に
入力される。この駆動信号は光電変換装置1内のCCD
駆動信号発生装置3に入力され、そこから出力されるC
CD駆動信号により、CCD4及び、CCD4からの出
力をサンプルホールドするサンプルホールド回路2が駆
動される。サンプルホールド回路2からの出力はアンプ
5を介してAD変換装置9に出力される。
【0019】本発明ではアナログ−デジタル変換のタイ
ミングをとるクロックと光電変換装置内のCCDを駆
動する駆動信号発生及び電気出力のサンプルホールドの
タイミングをとるクロックとが共用される。そして、駆
動信号発生装置8から出力される駆動信号を遅延回路6
を介して光電変換装置1に入力するようにし、信号が回
線を通過する時間の遅れ等によるタイミングのずれをこ
の遅延回路6で補正する。補正は、駆動信号発生装置8
からの波形とサンプルホールドされた出力波形とをオシ
ロスコープ等で直接比較することにより簡単に行うこと
ができる。
【0020】こうすることにより、従来の画素を有する
光電変換装置の電気出力をAD変換する方法に比べ、極
めて精度良く画素の走査のタイミングとAD変換のタイ
ミングとを合わせることができるので、サンプルホール
ドされた出力波形の不定性を考慮してなお、適切なタイ
ミングでAD変換できるようになる。
【0021】通常のCCDの駆動においては、クロック
7の周波数は数MHz以上好ましくは10MHz以上
である。また、遅延回路6は、デジタル用パルス遅延回
路が好ましく用いられ、その他ガラスディレーライン等
も使用できる。
【0022】サンプルホールドされた出力は、直接AD
変換装置9に入力することも可能ではあるが、適宜アン
プで増幅することが好ましい。この際、少なくとも1画
素のデータがサンプルホールド回路でホールドされてい
る時間程度以下のセットリングタイム(settlin
g time)を有するものであることが好ましい。具
体的には、1画素のデータがホールドされる時間が10
ナノ秒程度であれば、セットリングタイムは70ナノ
秒以下、帯域30MHz以上高帯域アンプであること
が好ましい。
【0023】これ以下の低周波数の帯域を持つアンプを
使用すると出力波形がなまってしまい、正確な出力が得
られにくい。この様子を示したのが図2であり、横軸は
時間、縦軸は出力、線10は低帯域(4.5MHz)の
アンプを通した光電変換装置の出力波形、線11は高帯
域(30MHz)のアンプを通した光電変換装置の出力
波形である。線10は線11に比べて変化が平均化され
ており、横軸に示した1画素走査時間ごとに変化して現
れる出力は正確に表現されていないことが分かる。
【0024】このような出力を1画素ごとに注目して時
間的な出力変化の図として示したのが図3であり、線1
2は低帯域(4.5MHz)のアンプを通した出力の変
化、線13は高帯域(30MHz)のアンプを通した出
力の変化である。線12は図2における線10が出力波
形のなまりにより正しい値となっていないことから、ピ
ークに裾野が現れている。このように、少なくとも1画
素のデータがサンプルホールド回路でホールドされてい
る時間以下のセットリングタイムを有する高帯域アンプ
を使用することにより、正確な値が得られることにな
る。
【0025】以上のような画像処理方法及び装置を用い
て、被測定物に位置が既知の微小散乱光源からの光を照
射し、被測定物表面で反射は被測定物中を透過した光
を、受光の視線方向を決定し得る受光装置で受光し、光
源位置、受光点の位置、及び受光時の視線方向とから被
測定物の表面三次元形状は透視歪を測定することの精
度を向上することができた。
【0026】
【発明の効果】本発明によれば、従来の画素を有する光
電変換装置の電気出力をAD変換する方法に比べ、極め
て精度良く画素の走査のタイミングとAD変換のタイミ
ングとを合わせることができるので、データがストック
される画像メモリーの位置と光電変換装置の画素とを正
確に対応させることができ、サンプルホールドされた出
力波形の不定性があっても、適切なタイミングでAD
変換できるようになる。
【0027】さらに、AD変換前の出力波形のなまりを
防止し、正確なAD変換値を得ることができる。
【0028】以上は、光反射性の物体の表面形状を測定
したり、光透過性物体の透視歪を測定したりする場合の
光電変換装置に応用した場合について説明したが、本発
明の方法及び装置は、光散乱性の物体形状測定や透明板
の厚み測定など、画素を有する光変換装置の電気出力を
処理する方法及び装置に係るものであれば広く応用可能
なものである。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の方法び装置を示す概念図
【図2】低周波数の帯域を持つアンプを使用するときの
出力波形のなまりを示すグラフ
【図3】出力波形のなまった出力を1画素ごとの出力変
化の図として示したグラフ
【図4】透視歪みを測定する原理を表わす概念図
【図5】表面形状を測定する原理を表わす概念図
【符号の説明】
1 光電変換装置 2 サンプルホールド回路 3 CCD駆動信号発生装置 4 CCD 5 アンプ 6 遅延回路 7 クロック 8 駆動信号発生装置 9 AD変換装置 21 スクリーン 26 被測定物 27 受光面 28 被測定物
フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H04N 7/18 H04N 5/30 - 5/335 G01B 11/00

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】画素を有する光電変換装置の電気出力をア
    ナログ−デジタル変換する際に、アナログ−デジタル変
    換のタイミングをとるクロックにより光電変換装置が
    その画素を走査をする駆動信号発生及び電気出力のサン
    プルホールドのタイミングをとるとともに、遅延回路に
    よりアナログ−デジタル変換のタイミングと画素の走査
    のタイミングとを調整することを特徴とする画素を有す
    る光電変換装置の電気出力を処理する方法。
  2. 【請求項2】画素を有する光電変換装置の電気出力を、
    1画素のデータがサンプルホールドされている時間程度
    以下のセットリングタイムを有するアンプを介してアナ
    ログ−デジタル変換装置に入力することを特徴とする請
    求項1記載の画素を有する光電変換装置の電気出力を処
    理する方法。
  3. 【請求項3】画素を有する光電変換装置と、その電気出
    力をアナログ−デジタル変換するアナログ−デジタル変
    換装置と、アナログ−デジタル変換のタイミングをとる
    とともに光電変換装置の画素の走査のための駆動信号発
    生及び電気出力のサンプルホールドのタイミングをとる
    クロックと、画素ごとの光電変換のタイミングとアナロ
    グ−デジタル変換のタイミングとを調整する遅延回路
    と、からなる画素を有する光電変換装置の電気出力を
    処理する装置。
  4. 【請求項4】光電変換装置とアナログ−デジタル変換装
    置との間に1画素のデータがサンプルホールドされてい
    る時間程度以下のセットリングタイムを有するアンプを
    配置したことを特徴とする画素を有する請求項3記載
    光電変換装置の電気出力を処理する装置。
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