JPH0739935B2 - 撮像素子 - Google Patents
撮像素子Info
- Publication number
- JPH0739935B2 JPH0739935B2 JP2175071A JP17507190A JPH0739935B2 JP H0739935 B2 JPH0739935 B2 JP H0739935B2 JP 2175071 A JP2175071 A JP 2175071A JP 17507190 A JP17507190 A JP 17507190A JP H0739935 B2 JPH0739935 B2 JP H0739935B2
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- pixel
- pixels
- pitch
- pixel column
- image sensor
- Prior art date
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-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
- G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
- G01B11/02—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring length, width or thickness
- G01B11/024—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring length, width or thickness by means of diode-array scanning
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。
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。
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。
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。
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。
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。
（課題を解決するための手段） 本発明の撮像素子は、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、ピッチPmと異なるピッチPs
で画素が配列され、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。
となるべき第１の画素列と、ピッチPmと異なるピッチPs
で画素が配列され、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。
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）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、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。
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Pm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。
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
えたものでもよい。
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。境界線を境に黒出力から自
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Pmよりも細かい物の
測定が可能となり精度が向上する。
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。境界線を境に黒出力から自
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Pm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、境界線を境に黒出力か
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。
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、境界線を境に黒出力か
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、黒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、
出力が変化する闘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Pm/Nずつ位相がずれてい
るため、Pm/Nの精度で寸法を求めることができる。
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、黒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、
出力が変化する闘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Pm/Nずつ位相がずれてい
るため、Pm/Nの精度で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。
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。
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Pm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（＝9Pm/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。
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Pm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（＝9Pm/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
闘値が存在する。さらに副尺の画素列12〜21のなかで、
主尺の画素列11と位相が一致する画素には「◎」を付し
ている。
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
闘値が存在する。さらに副尺の画素列12〜21のなかで、
主尺の画素列11と位相が一致する画素には「◎」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
ッチングを施された黒出力の領域31と白出力の領域32と
が形成される。画素列12〜21は、上述したようにPm/10
ずつ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、白出力と黒出力とが
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。
ッチングを施された黒出力の領域31と白出力の領域32と
が形成される。画素列12〜21は、上述したようにPm/10
ずつ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、白出力と黒出力とが
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30
a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。
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30
a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Pm/1
0を乗算した値が位相のずれに対応している。ここで、
画素61は当影像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3Pm/10であり、画素71
は左端から3Pm/10だけ投影像30に覆われていることがわ
かる。
が付されている画素62までの画素数を数え、これにPm/1
0を乗算した値が位相のずれに対応している。ここで、
画素61は当影像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3Pm/10であり、画素71
は左端から3Pm/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。
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Pm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。
素の位置を知ることにより、主尺の画素のピッチPm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。
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Pmの9/10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。
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Pmの9/10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。
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、各画素の白出力と黒出力とが入れ替
る闘値を、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。闘値に応じて画素の
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。
る闘値を、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。闘値に応じて画素の
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、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。
〜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。
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
が得られる。
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
が得られる。
特に副尺として、（Ｎ−１）Pm/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Pm/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Pm/Nの精度で寸法を求
めることができる。
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Pm/Nの精度で寸法を求
めることができる。
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。
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 (5)
- 【請求項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。 - 【請求項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。 - 【請求項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。 - 【請求項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。 - 【請求項５】前記第１の画素列と前記第２の画素列とで
１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。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2175071A JPH0739935B2 (ja) | 1990-07-02 | 1990-07-02 | 撮像素子 |
| US07/721,301 US5229597A (en) | 1990-07-02 | 1991-06-26 | Image pickup device suitable for dimensional measurement image pickup equipment including a vernier pixel array |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2175071A JPH0739935B2 (ja) | 1990-07-02 | 1990-07-02 | 撮像素子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0464004A JPH0464004A (ja) | 1992-02-28 |
| JPH0739935B2 true JPH0739935B2 (ja) | 1995-05-01 |
Family
ID=15989725
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2175071A Expired - Fee Related JPH0739935B2 (ja) | 1990-07-02 | 1990-07-02 | 撮像素子 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5229597A (ja) |
| JP (1) | JPH0739935B2 (ja) |
Families Citing this family (24)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5896487A (en) * | 1996-03-05 | 1999-04-20 | Masten; Billy Reese | Opto-electrically controlled direct current motor speed control circuit |
| US5815274A (en) * | 1996-12-31 | 1998-09-29 | Pitney Bowes Inc. | Method for dimensional weighing by spaced line projection |
| US5734476A (en) * | 1996-12-31 | 1998-03-31 | Pitney Bowes Inc. | Method for dimensional weighing with optics |
| US6303986B1 (en) | 1998-07-29 | 2001-10-16 | Silicon Light Machines | Method of and apparatus for sealing an hermetic lid to a semiconductor die |
| US6782205B2 (en) | 2001-06-25 | 2004-08-24 | Silicon Light Machines | Method and apparatus for dynamic equalization in wavelength division multiplexing |
| US6829092B2 (en) | 2001-08-15 | 2004-12-07 | Silicon Light Machines, Inc. | Blazed grating light valve |
| US6728023B1 (en) * | 2002-05-28 | 2004-04-27 | Silicon Light Machines | Optical device arrays with optimized image resolution |
| US6767751B2 (en) | 2002-05-28 | 2004-07-27 | Silicon Light Machines, Inc. | Integrated driver process flow |
| US6839479B2 (en) * | 2002-05-29 | 2005-01-04 | Silicon Light Machines Corporation | Optical switch |
| US6822797B1 (en) | 2002-05-31 | 2004-11-23 | Silicon Light Machines, Inc. | Light modulator structure for producing high-contrast operation using zero-order light |
| US6829258B1 (en) | 2002-06-26 | 2004-12-07 | Silicon Light Machines, Inc. | Rapidly tunable external cavity laser |
| US6813059B2 (en) | 2002-06-28 | 2004-11-02 | Silicon Light Machines, Inc. | Reduced formation of asperities in contact micro-structures |
| US6801354B1 (en) | 2002-08-20 | 2004-10-05 | Silicon Light Machines, Inc. | 2-D diffraction grating for substantially eliminating polarization dependent losses |
| US7162459B2 (en) * | 2002-12-19 | 2007-01-09 | Pitney Bowes Inc. | Method and system for estimating weights of mailpieces |
| US7158690B2 (en) * | 2002-12-20 | 2007-01-02 | Texas Instruments Incorporated | Enhancing the resolution of measurement systems employing image capturing systems to measure lengths |
| US7046420B1 (en) | 2003-02-28 | 2006-05-16 | Silicon Light Machines Corporation | MEM micro-structures and methods of making the same |
| US6829077B1 (en) | 2003-02-28 | 2004-12-07 | Silicon Light Machines, Inc. | Diffractive light modulator with dynamically rotatable diffraction plane |
| US6806997B1 (en) | 2003-02-28 | 2004-10-19 | Silicon Light Machines, Inc. | Patterned diffractive light modulator ribbon for PDL reduction |
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