JPH0464004A

JPH0464004A - 撮像素子

Info

Publication number: JPH0464004A
Application number: JP2175071A
Authority: JP
Inventors: Yasushi Fukatsu; 深津　安
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1990-07-02
Filing date: 1990-07-02
Publication date: 1992-02-28
Anticipated expiration: 2010-05-01
Also published as: US5229597A; JPH0739935B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔発明の目的〕（産業上の利用分野）本発明は撮像素子に係わり、特に寸法測定用に好適なも
のに関する。

（従来の技術）従来の撮像素子として、ＣＣＤラインイメージセンサに
おける画素配列を第４図に示す。画素４２がピッチＰで
一列に配列されて、画素配列４２を構成している。そし
て、画素列４１の並び上に被測定物を結像させ、光電変
換を行って画像情報を得ている。

（発明が解決しようとする課題）しかしこのような撮像素子４１は、分解能は画素４３の
ピッチＰにより決定され、測定精度はピッチＰの大きさ
の制約を受けていた。このピッチＰを小さくすれば分解
能は高くなるが、製造上限界がある。一般に、実用化さ
れている画素４３の最小ピッチＰは７μｍであり、これ
以上の分解能を得ることはできなかった。

また画素４３の大きさが小さくなると、蓄積できる電荷
のチャージ量が減少してＳ／Ｎ比の低下を招くことにな
る。従って、撮像素子４１の分解能を上げて測定精度を
向上させることは極めて困難であった。

本発明は上記事情に鑑み、画素のピッチよりも細かい物
の寸法を、Ｓ／Ｎ比の低下を招くことなく測定すること
ができる撮像素子を提供することを目的とする。

〔発明の構成〕

（課題を解決するための手段）本発明の撮像素子は、ピッチＰ＋＋で画素が配列された
主尺となるべき第１の画素列と、ピ・ンチＰＩと異なる
ピッチＰｓて画素が配列され、第１の画素列と平行に配
置された副尺となるべき少なくとも一本の第２の画素列
とを備えたことを特徴としている。

ここで第２の画素列を少なくとも二本以上備え、各々画
素の位相がずれて配置されていてもよい。

さらに第２の画素列として、（Ｎ−１）Ｐｉ／Ｎ（Ｎは
３以上の整数）のピッチＰｓで画素が配列されたものを
Ｎ本備え、一方向に順にＰｍ／Ｎずつ位相をずらせて配
置しているものが好ましい。

またピッチＰ■で画素が配列され、第１の画素列に平行
にかつ同位相で配置された主尺となるべき画素列をさら
に備えたものであってもよい。

第１の画素列と第２の画素列とて一つの画素列群とした
場合に、これと垂直な方向に同様な画素列群をさらに備
えたものでもよい。

（作　用）主尺としての第１の画素列のみを備えている場合は、被
測定物を投影させたときに画素上に形成される境界線は
一つの画素上を通過するため、画素ピッチＰｍの大きさ
よりも測定精度を高めることはできないが、第２の画素
列を副尺として備えることにより、位相のずれた異なる
画素上にも境界線が通過する。境界線を境に思出力から
白出力に入れ替る画素が主尺と副尺とでそれぞれ存在し
、これらの位相のずれから画素ピッチＰＩよりも細かい
物の測定が可能となり精度が向上する。

副尺として第２の画素列を少なくとも二本以上備え、各
々の画素の位相がずれて配置されている場合には、投影
像の境界線が主尺の画素と副尺の相互に位相のずれた二
つ以上の画素上を通過するため、境界線を境に思出力か
ら白出力に入れ替る画素間の位相のずれからより細かい
物の測定が可能となる。

また第２の画素列として、（Ｎ−１）Ｐｍ／Ｎのピッチ
Ｐｓで画素が配列されたものをＮ本備え、一方向に順に
Ｐｍ／Ｎずつ位相をずらせて配置している場合は、投影
像の境界線上を境界線に沿って見ていくと、思出力から
白出力へ急に変わっている画素が存在する。従ってこの
画素では、出力が変化する閾値に相当する面積を投影像
が覆っているとすると、この画素と主尺との位相のずれ
から、主尺において境界線が通過している位置を求める
ことができる。この場合には、各画素列はＰｉ／Ｎずつ
位相がずれているため、Ｐｍ／Ｎの精度て寸法を求める
ことができる。

主尺をさらに一本備える場合には、二つの主尺の出力が
一致するように被測定物を投影する角度を調節すること
によって、境界線が各画素列を垂直に通過するようにな
り、測定精度が向上する。

第１の画素列と第２の画素列とで一つの画素列群とし、
これと垂直な方向に同様な画素列群をさらに備えた場合
には、被測定物の二方向の寸法を同時に測定することが
できる。

（実施例）以下、本発明の一実施例について図面を参照して説明す
る。第１図に本実施例による撮像素子の画素配列を示す
。第４図に示された従来の撮像素子と同様に、画素２が
ピッチｐＨで配列された画素列１１を有している。この
画素列１１を主尺とする。そして本実施例は、さらに副
尺として１０本の画素列１２〜２１を備えている。この
画素列１２〜２１は、主尺と異なるピッチＰｓ（−９Ｐ
Ｉ１１／１０）で画素５１が配列されている。そして、
各々の画素列１２〜２１は主尺の画素列１１と平行に、
Ｐｍ／１０ずつ右方向へ位相がずれて配置されている。

このような本実施例による撮像素子を、ＣＣＤラインイ
メージセンサとして使用し寸法測定を行う場合の作用に
ついて説明する。第２図に、撮像素子１上に被測定物を
投影した様子を示す。ここで測定精度を高めるべく、各
画素列１１〜２１上には被測定物の投影像３０が垂直に
投影されているものとする。また各画素２の出力は二値
より成り、投影面積が画素上の５０％となるところに白
黒判定の閾値が存在する。さらに副尺の画素列１２〜２
１のなかで、主尺の画素列１１と位相か一致する画素に
は「◎」を付している。

被測定物の投影像３０が各画素上に投影され、右上りの
ハツチングを施された思出力の領域３１と口出力の領域
３２とが形成される。画素列１２〜２１は、上述したよ
うにＰ■／１０ずっ位相がずれて配置されている。この
ため、副尺の画素列１２〜２１を縦方向に見ていくと、
口出力と思出力とか急に入れ替る画素６１が存在する。

この画素６１は、投影像３０の境界線３０ａが中央を通
過しているものである。

このような画素６１の位置は、各画素列１１〜２１の出
力から容易に見つけ出すことができる。

そして画素６１と、主尺において境界線３０ａが通過し
ている画素７１と位相がどれだけずれているか、即ち画
素７１上のどの位置を境界線３０ａが通過しているかを
知ることによって、寸法を求めることができる。

画素６１が存在する画素列１４において、画素６１から
「◎」が付されている画素６２までの画素数を数え、こ
れにＰｉ／１０を乗算した値か位相のずれに対応してい
る。ここで、画素６１は当影像３０の境界線３０ａが中
央を通過しているため、画素６１を「５」として右方向
に「６」。

「７」、・・・、と数えて行くと、画素６２は「３」と
なる。これより、画素７１の左端からの境界線３０ａま
で距離Ｘは３Ｐ＋ｇ／１０であり、画素７１は左端から
３Ｐ■／１０だけ投影像３０に覆われていることがわか
る。

この測定原理はノギスを応用したものである。

但し、ノギスでは被測定物に対応して一本の副尺を移動
することができるのに対し、ＣＣＤラインイメージセン
サでは副尺を移動することができない。このため、代わ
りに位相を少しずつずらせた副尺を複数本備えることで
対応している。

このように、投影像３０の境界線３０ａが中央を通過す
る画素の位置を知ることにより、主尺の画素のピッチＰ
−の１／１０の精度で測定することが可能である。また
、画素ピッチを必要以上に小さくしなくとも高い測定精
度が得られるため、電荷のチャージ量を減少させずに高
いＳ／Ｎ比を同時に得ることができる。

また各画素列１１〜２１からの出力を処理する際には、
以上のような処理の手順をマイクロプロセッサに記憶さ
せておくことにより、自動的に測定することが可能とな
る。

上述した実施例は一例であって、本発明を限定するもの
ではない。例えば本実施例では、第１図のように各画素
列を密接して配置しているが、平行であれば離れて配置
してもよい。同様に画素列方向（図中、左右方向）につ
いても、各画素を一定の間隔を開けて配置してもよい。

また、副尺のピッチＰｓを主尺のピッチＰｔｓの９／１
０としたがこれに限られず、７／８あるいは１９／２０
等任意に設定することができる。但しその場合には、そ
れぞれ副尺の画素列は８本あるいは２０本設けるのが好
ましい。

各画素列１１〜２１に対し、投影像３０が垂直になるよ
うにするのが困難な場合がある。このような場合には、
第３図に示されるように主尺の画素列８１を副尺の反対
側に主尺１１と同移相で一本追加すると効果的である。

二つの主尺を成す画素列１１と画素列８１の出力値が一致するように角度を調節し、各画素列
１１〜２１及び８１に対する投影像の角度を変えること
で垂直にすることができる。

また本実施例では、各画素の口出力と思出力とが入れ替
る閾値を、画素が５０％覆われている場合に設定してい
るが、この値と異なっていてもよい。閾値に応じて画素
の数を数えていく方法を変えることで、同様に寸法の測
定が可能である。

さらに、第１図あるいは第３図に示されるような画素列
１１〜２１あるいは８１群に加えて、同様な画素列群を
垂直方向に配置することで、被測定物の寸法測定を同時
に二方向に渡って行うことが可能となる。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明の撮像素子によれば、主尺と
しての画素列の他に副尺としてさらに画素列を備え、被
測定物の投影像の境界線が通過する複数の画素間の位相
のずれから寸法を測定するため、一画素のピッチよりも
細かいものの寸法を測定することができ、高い測定精度
か得られる。

特に副尺として、（Ｎ−１）ＰｒＡ／Ｎのピッチで画素
が配列されたものをＮ本備え、位相を一方向に順にＰＩ
Ｉ／Ｎずつずらせて配置している場合には、投影像の境
界線に沿って見ていくと出力が急に入れ替っている画素
が存在し、この画素の位置を知ることによってＰｔｘ／
Ｎの精度で寸法を求めることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例による撮像素子の画素配列を
示した構成図、第２図は同素子の各画素列に被測定物を
投影した様子を示した説明図、第３図は本発明の他の実
施例による撮像素子の画素配列を示した構成図、第４図
は従来の撮像素子の画素配列を示した構成図である。１・・・撮像素子、２，５１，６１，６２．７１・・・
画素、１１〜２１．８１・・・画素列、３０・・・投影
像、３０ａ・・・境界線。

Claims

【特許請求の範囲】１、ピッチＰｍで画素が配列された主尺となるべき第１
の画素列と、前記ピッチＰｍと異なるピッチＰｓで画素が配列され、
前記第１の画素列と平行に配置された副尺となるべき少
なくとも一本の第２の画素列とを備えたことを特徴とす
る撮像素子。２、前記第２の画素列を少なくとも二本以上備え、各々
画素の位相がずれて配置されていることを特徴とする請
求項１記載の撮像素子。３、前記第２の画素列として、（Ｎ−１）Ｐｍ／Ｎ（Ｎは３以上の整数）のピッチＰｓで画素が配
列されたものをＮ本備え、位相を一方向に順にＰｍ／Ｎ
ずつずらせて配置していることを特徴とする請求項１又
は２記載の撮像素子。４、前記ピッチＰｍで画素が配列され、前記第１の画素
列に平行にかつ同位相で配置された主尺となるべき画素
列をさらに備えたことを特徴とする請求項１ないし３記
載の撮像素子。５、前記第１の画素列と前記第２の画素列とで一つの画
素列群とした場合に、これと垂直な方向に同様な画素列
群をさらに備えたことを特徴とする請求項１ないし４記
載の撮像素子。