JPH07117379B2 - 可変空間フイルタ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、複数の受光セルとメモリセル等を備え、該メ
モリセル中に記憶保持された荷重関数に係わる情報に従
って所望の受光セルの出力信号の総和を出力することに
より時間的に並列な信号処理を実行し、かつ、荷重関数
の可変性を有する可変空間フィルタに関するものであ
る。

〔従来の技術〕

従来より、空間的に分布する照射光の強度のパターンま
たは画像を検出・計測し有益な情報を取り出す固体化セ
ンシングデバイスは数多く用いられており、枚挙にいと
まない。それらは大別して２種に分かれる。すなわち、 （１）CCDのように、受光部で検出した画像を時間的直
列な電気信号に変換し、順次、出力するものと、 （２）スリット列による集積化空間フィルタのように空
間的荷重関数により並列的に処理した信号を実時間で出
力するものである。

後者の例では、第２図に示すように、特願昭60−155462
「非接触直径測定装置」、特開昭60−155463「非接触の
直径測定装置」、特願昭60−155464「非接触式の直径測
定装置」、特願昭60−155465「非接触方式の直径測定装
置」において、2n個の同寸法の矩形状の光検出器でなる
光検出器アレイたるスリット列形空間フィルタを用い
て、照射投影された円形像の移動速度と直径の情報を含
む出力信号を実時間で出力するように、空間的並列信号
処理機能を有し、集積化・固体化に適する空間フィルタ
素子およびそれを用いた装置、方式などの発明が知られ
ている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

従来技術のうち、CCDなどのように検出した画像を時間
的直列な電気信号に変換し、順次、出力するものは、外
部に汎用性のある信号処理系を接続して様々な信号処理
を行って有用な情報を取り出すことができるが、信号を
処理系に転送する際、すべての画像情報を順次伝送する
必要があることから一定の時間を要する。従ってある限
界、つまり、該一定の時間よりも動きの速い対象には追
従できず移動速度など動的な情報を得るには適さなかっ
た。また、集積化した空間フィルタのように空間的荷重
関数により並列的に信号処理をして有用な情報を含む信
号を実時間で出力するものは対象の移動速度・方向など
動的な情報を得るには適するが、荷重関数を換えるには
適さず、従って信号処理は固定化され変更できない欠点
があった。

本願は、従来から非接触速度測定に用いられた空間フィ
ルタ速度計に可変性、柔軟性を導入した技術思想で、実
時間の時間波形を出力しつつ画像の特徴（数値）を得る
ことを目的としている。これを言い換えると、これまで
に記憶手段に格納された原画像（静止画像）の各画素
に、（主として３×３＝９の）係数を乗じて、ノイズ除
去、エッジ強調などの画質改善を施して、処理画像を得
たもの（特開昭60−134991号公報）があったが、本願は
これまでにない動画像を実時間処理する機能を備えるこ
とを目的としている。

本発明の目的は、以上、述べた欠点を解消すること、並
びに実現困難であった画像やパターンの動的な情報を検
出するに適した性質と信号処理の内容を変更可能な性質
を併せ持つ可変空間フィルタを提供することにある。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明の構成を第１図に示す。図において、１は基板で
例えばSiなどで成る。この基板上には照射光の強度に応
じた出力信号を出力する複数個の受光セル２が設けら
れ、この受光セル２は例えば照射光の強度に応じた光電
流を出力するSiホトダイオードなどで実現される。本図
では受光セル２が４個の場合を示している。３は和信号
の出力線であって、例えば基板上に配線された金属薄膜
による導線で受光セル２からの光電流などの出力信号を
受領してその信号の和の信号を基板外に、または基板中
の信号処理回路に伝送出力する。

図では和信号の出力線が２本である場合を示してある。
それぞれの受光セル２からの出力信号は伝達切換手段４
を介して和信号の出力線に伝達される。伝達切換手段４
は遮断可能であり、例えばゲート電圧により伝達・遮断
の切換えを行うSiFETのトランスミッションゲートなど
で成る。図では、４つの受光セルと２本の和信号の出力
線のすべての組合わせの伝達を可能とする如く８個の伝
達切換手段４としてある。かかる伝達切換手段４の近傍
に配置されたメモリセル５は、伝達切換手段４の伝達あ
るいは遮断を制御するための荷重情報を記憶保持し、か
つ、この荷重情報を該伝達切換手段４に出力する。

メモリセル５は、例えばSiトランジスタによるフリップ
フロップなどで実現される。メモリセル５の荷重情報を
書き込むメモリ書込み手段６は、例えば行および列デコ
ーダ、列選択スイッチなどから構成される。

〔作用〕

本発明の作用について説明する。基板１上に設けられ受
光セル２は、測定対象たる画像または照射光パターンを
検出する。メモリセル５は、空間的並列処理に用いる荷
重情報（荷重パターン）を記憶保持する。荷重情報と
は、それぞれの受光セルの出力信号が、どの和信号の出
力線に伝達されるべきかを指定する情報である。メモリ
セル５はまた、荷重情報として指定された特定の受光セ
ル２の出力信号を特定の和信号の出力線に伝達する如く
伝達切換手段４を制御する。伝達切換手段４は、メモリ
セルの制御に応じて伝達・遮断動作を行う。和信号の出
力線３は、伝達切換手段４を介して受光セル２からの出
力信号を受領しそれらの和の信号を基板外部に、または
基板内の信号処理回路に出力する。メモリ書込み手段６
は荷重情報をメモリセル５に書込む。

〔実施例〕

以下、図面に基づいて本発明を詳細に説明する。第３図
は本発明の実施例の全体構成を示す図、第４図は本発明
の受光セル付近における構成の一実施例の詳細を示す図
である。第３図では基板１上に配置された和信号の出力
線３とメモリ書込み手段６を示し、受光セル等を含む画
素７を配列してなる受光領域８の内部詳細については模
式的に示してある。

受光領域８は、画素７を多数規則的に、例えば縦横32×
32＝1024個の升目状に配列してなっている。各々の画素
７にはメモリ書込み手段６より１本のワード線９と１本
または複数本のデータ線10が配線され、両線を適宜選択
して任意の画素を選び、その画素中の任意のメモリセル
に所望の情報を書き込むことができる。第３図では、10
24個の画素のうち１個の画素についての配線が示してあ
るが、実際の配線はすべての画素について同様におこな
われる。本発明の特徴は和信号の出力線がすべての画素
に接続され、荷重情報で指定されたすべての受光セルの
出力信号の和が同時に和信号の出力線３に出力されるこ
とである。すなわち、和信号の出力線により、受光領域
中における所望の受光セルすべての信号の和が実時間で
出力される。第４図では１個の画素の内部構成を示すと
ともに、受光セル２の出力信号を伝達切換手段４を介し
て所望の和信号の出力線３に伝送するためのメモリセル
５近傍の配線を表している。

本実施例ではメモリセル５は通常のSRAM（スタティック
RAM）のセルと同様のフリップフロップである。本実施
例では１画素中に２つのメモリセル５を有するので、通
常SRAMの配線と同様に各々のメモリセルに対しワード線
９が１本とデータ線10が２本必要である。第４図では２
つのメモリセル５のデータ線のうちビット指定をするデ
ータ線10cを共用とし、メモリセリの内容を指定するデ
ータ線10a、10bと合わせて３本で実現している。そし
て、メモリセルで記憶保持する電気信号が論理値１の場
合には対応する伝達切換手段４は伝達動作を用い、論理
値０の場合には対応する伝達切換手段４は遮断動作を行
うものとする。この構成により任意の受光セルの出力信
号の和を取って和信号の出力線に出力できる。

本実施例は、特定の荷重を書き込んだ後は通常の空間フ
ィルタと同様に実時間で有用な情報を含んだ信号を出力
する。例えば、32×32個の画素を縦の列により組分け
し、奇数番目の列に属する受光セルの出力信号はすべて
第１の和信号の出力線に接続し、偶数番目の列に属する
受光セルの出力信号はすべて第２の和信号の出力線に伝
達される如く荷重情報を設定することにより、実質的に
縦方向スリット列の差動形空間フィルタと同等の動作を
する。すなわち出力信号は、受光領域に照射投影された
像の横方向の移動速度に比例する中心周波数を有する。
また画素を横の行により組分けし、奇数番目の行に属す
る受光セルと偶数番目の行に属する受光セルとに２分し
て和信号の出力線に前記と同様の伝達を行う如く荷重情
報を設定することにより、実質的に横方向スリット列の
空間フィルタと同等の動作をする。すなわち、出力信号
は像の縦方向の移動速度に比例する中心周波数を有す
る。さらにまた、スリット形状に代わり、特定のパター
ンを荷重情報として指定することによりパターンマッチ
ングの動作も可能である。このように本実施例は従来の
空間フィルタ同様、像の移動速度等の動的情報を検出・
測定するのに適するのみならず、荷重情報の切換えによ
りｘ方向、ｙ方向の移動速度を切り換えて出力したり、
パターンマッチング等の動作も可能であり、１個の素子
で数多くの計測が可能である。

また、本実施例ではメモリセルとしてSRAMに用いられる
様なフリップフロップを用いているが、これに代わりDR
AM（ダイナミックRAM）のメモリセルの回路方式を採用
すれば、より集積化に有利な小形のセルで同様の動作を
行うことができる。さらにまたメモリセルとしてのPROM
（プログラマブルROM）のメモリセルを用いれば、１種
類の素子で用途に応じた固定の荷重を設定しうるプログ
ラマブルな空間フィルタとすることができる。あるいは
またメモリセルを基板中に３次元的に集積化すれば、基
板表面を受光領域として有効に活用した３次元素子とす
ることができる。

〔発明の効果〕

以上、述べたように、本発明が提供する素子は、照射投
影された像の移動速度など動的な情報を得るのに適した
空間的並列な信号処理機能を有し、実時間の信号を出力
するのみならず、荷重情報を書替える事により１個の素
子で様々な信号処理を切換えて実行できる。また、和信
号の出力線の数は受光セルの数に依らず少数であり集積
化に適した構造である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の全体構造を示す図、第２図は従来技術
の「非接触直径測定装置」の構成を示す図、第３図は本
発明の実施例の全体構造を示す図、第４図は本発明の実
施例の受光セル付近の構成詳細を示す図である。 図において、１は基板、２は受光セル、３は和信号の出
力線、４は伝達切換手段、５はメモリセル、６はメモリ
書込み手段、７は画像、８は受光領域、９はワード線、
10はデータ線、11〜20は欠番、21は光検出器アレイ、22
は光学系、23は円形被測定物、24は円形像、25は差動増
幅回路、26は演算装置をそれぞれ示す。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭54−22848（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−134991（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−222106（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−15401（ＪＰ，Ａ)

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】基板（１）と、 該基板上に２次元的に配列され、照射光の強度に応じた
   出力信号を実時間の時間波形として出力する複数個の受
   光セル（２）と、 前記基板上に設けられ、受領した信号の和を伝送出力す
   るための１または２以上の和信号の出力線（３）と、 前記基板上にあって、前記複数個の受光セルの各々と前
   記和信号の出力線各々との間に介挿されており、受光セ
   ルからの出力信号を受けて該出力信号を遮断または和信
   号の出力線に実時間の時間波形として伝達する伝達切換
   手段（４）と、 前記基板上に設けられ、該伝達切換手段に対して遮断ま
   たは伝達を指定するための荷重情報を記憶保持し、該荷
   重情報を前記伝達切換手段に出力するメモリセル（５）
   と、 前記基板上に設けられ、該メモリセルに前記荷重情報を
   書き込むメモリ書込手段（６）とを備え、前記受光セ
   ル、前記和信号の出力線、前記伝達切換手段、前記メモ
   リセル、前記メモリ書込み手段が前記基板上に２次元的
   または３次元的にモノリシック集積化されていることを
   特徴とする可変空間フィルタ。