JPS60111104A - 撮像方法 - Google Patents

撮像方法

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JPS60111104A
JPS60111104A JP59098661A JP9866184A JPS60111104A JP S60111104 A JPS60111104 A JP S60111104A JP 59098661 A JP59098661 A JP 59098661A JP 9866184 A JP9866184 A JP 9866184A JP S60111104 A JPS60111104 A JP S60111104A
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JP
Japan
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solid
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state image
bit
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Pending
Application number
JP59098661A
Other languages
English (en)
Inventor
Nobushi Suzuki
鈴木 悦四
Shinichi Uno
宇野 伸一
Katsuhiko Aoyanagi
青柳 克彦
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Publication date
Application filed by Toshiba Corp filed Critical Toshiba Corp
Priority to JP59098661A priority Critical patent/JPS60111104A/ja
Publication of JPS60111104A publication Critical patent/JPS60111104A/ja
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01BMEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B11/00Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
    • G01B11/02Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring length, width or thickness
    • G01B11/024Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring length, width or thickness by means of diode-array scanning

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Transforming Light Signals Into Electric Signals (AREA)
  • Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)

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】 この発明は物体の撮像方法に関する。
例えは小さい単位光電素子を一列状に、或いはマトリッ
クス状に規則的に配列させた固体撮像素子を用いて、物
体の寸法或いは位置を計測する場合、物体像を適当な光
学系を介して固体撮像素子上に結像させ、この固体撮像
素子からの受光の強弱に応じた光電出力を電気的に処理
することが行われる。このような光学系の一例を第1図
に示す。
if図で計測される物体(1)はレンズ(2)で拡大さ
れた光学像(3)を介して固体撮像素子(4)上に結像
を得させる。省略されている駆動回路によって、この固
体撮像素子の各単位光電素子は受光状態を調べられ、こ
の駆動回路から受光強度に応じた電気出力が得られる。
そして電気出力は適当な処理回路によって2値化され、
物体の寸法或いは位置が計測される。この例では物体の
計測可能最小単位が単位光電素子の大きさと各単位光電
素子間の間隔によって左右される。
いま単位光電素子を一列に配列した一次元固体撮像索子
によシ物体の寸法を計測するとする。この固体撮像素子
は第2図aでn個のビットと称される単位光電素子例え
ば一定面積を持ったケイ素フォートダイオード(4+)
 、(4t) −(4g) 、 (44)、 (4B)
・・・(=4)、(−二)、(−一〕)、(ム)が−列
に並んでいるものである。斜線を施した部分を物体の光
学像(3)の結像域とし、任意のビット内で斜線部分が
50%以上に達するとき電気的に“l”信号が得られ、
そうでない時“0″信号が得られるとする。従って第2
図aの結像域から得られるデジタル信号はa′に示され
る通シとなシ、′l”信号の数によって物体の寸法が計
測される。光学像の一端及び他端が第3図に示す隣接ビ
ット境界から±05ビット内のS、 、 S、及びSl
、Sfに結像する時には各端のデジタル信号は等しくて
変らない。従って光学像は両端で±05ビットの誤差を
許す。
この計測誤差は一次元固体撮像素子による計測に限らず
二次元固体撮像素子I:よる場合にも伴われる。このた
め誤差の軽減には固体撮像素子ではビット数を増加させ
なければ々らないが装置4を高価にしている。
この発明は上記点に鑑みなされたもので、光電検出単位
片数を増加させることなく固体撮像素子を用いて高精度
な撮像な可能にした撮像方法を提供するものである。即
ちこの発明は物体の光学像を一次元又は二次元固体撮像
素子にょる撮像において、この固体撮像素子の位置を光
電検出単位片の範囲で変化させて撮像することにょシ高
稍度な撮像出力を得るものである。そして撮像物体と固
体撮像素子の相対位置の変更は物体を直接5二移動させ
、又は光学系を用いるか、或いは例えば固体撮像素子を
移動するか、もしくはアナログ信号のサンプリング位相
を変更することでなされる。始めの対応並びに相対位−
を変更された後の対応の各対応毎C二得られる量は電圧
で、演算回路を用いデジタル変換を行う点については説
明が省略されているが、常法に従ってよろしい。
以下実施例について述べる。この例で使用する光学系は
前記第1図例光学系でよい。しかしこの例では物体(1
)の載置台(5)は矢印方向にモータ(6)で移動出来
る点で相違している。さてこの光学系で一次元固体撮像
素子(4)の結像と光学像(3)との始めに得られる対
応を第2図aとし、斜線領域で示される光学像の対応結
像域がビットの面積の50%以−Lを占める時このビッ
トは“i”(を号を出力するものとすると、デジタル信
号はa′に示す通りに得られる。次に第1図で載置台(
5)をモータ(6)で−次元固体撮像素子性)の長手方
向に半ビットに相当する距離だけ移動する。この状態で
変更されて得られる光学像の一次元固体撮像素子での対
応結像域を第2図すに示す。相対−位置を変更されたこ
の状態でデジタル信号はb′に示す通シに得られる。b
′でビット(44)の信号は“l”から“0”に変化し
、−次元固体撮像素子の左端からの“O”の数はa′で
の/。
からb′での4で変化する。これに対し右端からの“0
”の数はa′でのm、がb′のm、にあっても変化しな
い。即ち第3図に示すように光学像の各端が隣接ビット
境界から0.5ビツトの部分S1 * S7に対応結像
する時デジタル信号は変化せず、各端が82 r 努に
対応結像する時E、は11よシ1増加し、m!はIn、
よシ1減少する。そして第2図aで正確な状態を把握す
るとすれば、−次元固体撮像素子の両端から対応結像域
境界までのビット数を次式(1) 、 (21からめる
と、±0.25ビットの精度で光学像各端位にをめるこ
とが出来る。
固体撮像素子左輪からのビット数 固体撮像素子右端からのビット数 第2図aの状態では/ = 3.25 ビット、 m=
2.25ビツトとなシ、それぞれ’% r ”’;の中
央に合致する。
前記例は固体撮1#!素子の単位光竜累子が、50%以
上の面積に光学像を結像するとき“l”信号として扱っ
ているが、電気的処理或いは物体への照明強度の変更に
よシa′チ以上の面積に光学像が結像する場合に“l″
信号なる場合も同様に扱うことが出来る。この場合の光
学像の一次元固体撮1.i!素子での対応結像域を第4
図aに示す。第4図aで光学像の各端が、隣接ビットか
らa / %の領域にあるピッ)S、、S’にそれぞれ
対応結像する時、同じデジタル信号が得られることは明
らかである。それ故Sllの中心な瞬接ビットの境界に
おきかえた一次元固体撮像素子を考えると、第4図わが
描かれ、第3図と同様に考えてよいことが理解される。
この場合物体の寸法の絶対値を知ろうとする場合には、
予じめ物体の長さLに対応するビット数n、1正確にめ
ておき次式を用いて算出する。
L+((n−n、)−(j’+m) )xa但しこの式
でaは1ビツト尚シの物体の長さである。
このように光学像と固体撮像素子に於ける結像との対応
を半ビットずらせ、前後の光′1し検出出力を用いるこ
とにより、」=05ビットの精度で寄られていた光学像
境界は±0.25ビットの精度に向上出来る。更に少ビ
ットずつ2回、電ビットずつ3回・・・域ビットずつ(
Z−1)回物体を移動し、各回で得られる複数個の光電
検出出力を用い」1は計測精度は一層向上する。負15
図a、b、c、d−二乞ビットずつ3回相対位置を没更
し、変更AU後で光学f象の一次元固体撮1″!!素子
での対応結像域を示す。a/。
b′、C′ld′はそれぞれの場合に得られるデジタル
信号である。この場合−次元固体撮像素子の一方端及び
他方端が光学像の対応結像端(二到るビット数l、m及
び精度は、次の(3)、(4)、(5)式からめられ、
l!−3−匈ビット、m=2十%ビット、13度は土掻
ビットとなる。
例えば固体撮像素子が、単位光電素子をマトリックス状
に配列している二次元固体撮像素子であっても精度を同
様に向上出来る。いま光学像の対応結像域が、第6図斜
線域からX、Y方向に半ビットずれ、且つこの二次元固
体撮像素子は7×7のビット、配列にあるとする。又ビ
ットの半分以上を斜線域とする時“1″伯号が、そうで
ない時“0″信号が得られるとする。斜線を施した始め
の結像位置ではXI r ”1行、51 # )’a 
f Yv 列ニハ“1″イbが含まれず、点線で囲まれ
た対応変更後の結像位置はXI + XI + ”! 
行、)’I e yr列に“1”信号が含まれない。従
って二次元固体撮像素子の谷辺がら始めの光学像結像端
までの距離は(11、(2)式から左辺から 1.25
ビツト 右辺から 1.25ビツト −E辺から 0.75ビツト 下辺から 175ビツト となる。光学像即ち物体の大きさ或いは位置は、始めの
結像位置でのデジタル信号のみで計測する場合よシもよ
り正確にめることが出来る。
又この発明の方法は物体のX、Y方向の位置ずれ量を計
測することにも利用出来る。例えは第7図で物体の光学
像(3)はθの角度で交わる2辺であシ、固体撮像素子
(4)はこの2辺を横切るように置かれている。この場
合光学像を検出しているビットは第2図aの斜線領域に
相当し、i、値は“1”信号を選出する光電受光端子の
数である。物体がY方向に移動ずれはi、値が変化し、
X方向に移動すれは4.m、が叙化する。いま説明を簡
単にするためθ−タとし、/1=λ。、l!、−m、が
正規の位置とすると、物体のX、Y方向正規位置からの
ずれ量は次式(61、(力から算出される。
1、 −m。
△X=□β (6) 化しβは光学系の倍率や光電受光素子から決まる定数で
ある。このようなX、Y方向位置ずれ量は光学像をX方
向に規定に従ってずらし、複数個の光電検出出力を得る
ことから正確C二得られる。しかし′f4S7図例では
Y方向に光学像を移動してもざし支えない。この時には
l□m1が共に増加するか又IJ減少することになるが
、光学像を一ビツトずつずらしたときの/、m値は次式
(8) 、 (9)から算出される。
光電検出は固体撮像素子の他テレビ撮像管C二よりても
よろしい。この場合には連続ビデオ信号を採取してデジ
タル信号を得るのであるが、単位サンプリング間隔を固
体撮像素子の場合のビットと同様にデジタル1iiの光
°屯検出単位片として考慮すれはよい。
各431Jは何2しも光学イ・決の任意の点と7′ジタ
ル量の光電検出jFL位片での結像との対応な、規定さ
れているように異にしてイ肩られる各光電検出出力を、
個々にデジタル処理し、飼々(二光学像のデジタル計測
な行い、得られる計測値を用い一定演′5ネを行わせて
いる。演2ナーはコンピュータ等′dL気的手法によシ
8鳥になされる。光学像の移動は第1図例のように物4
1〈をij< W 浮動するほか、光学手法によって光
学像を移動させでよく、例えは固体撮像素子を移動して
もよい。第7図例は物体illと光学像(3)ノ間に透
明ガラス(7)を配置し、この(7)の傾斜によシ光学
像を移動する光学系を示す。
このようなこの発明の計測方法に於いては、光学像とデ
ジタル畦の光電検出単位片に於ける結像の始めの対応と
、相対位置を変更された後の対応の、各対応毎に別途に
行ったデータ処理結果を用い簡単な計算を行うことで足
り、毎回のデータ処理に用いるデータ数が少く、データ
処理装置を簡単安価にする。又例えば位置決めでは光学
像と結像との始めの対応C二対して位置誤差を算出し、
この誤差が所定外である場合誤差値を基にXYテーブル
等を用いて物体の粗位置決めをなし、この後始めの対応
と相対位置変更後の対応でのそれぞれデータ処理によシ
正確に位置誤差を算出し、正確な位置決めを行うことが
出来、位置決めに要する時間も短縮される。
【図面の簡単な説明】
第1図及び第8図はこの発明の物体の計測方法(二使用
出来る光学系簡略図、第2図a、b、第3図、第4図a
 、 b、第5図a、b、c、dは何れもこの発明の実
施例方法を説明するため一次元固体撮像素子の光学像対
応結像領域を示し、第2図a′、b′又は第5図a/、
 bl、 C/、 d/は各対応のデジタルイa@変化
を示し、第6図は二次元固体撮像索子の光学像対応結像
領域を示し、第7図は位16決め例に於ける一次元固体
撮像素子の光学像対応結像領域を示す。 第1図及び第8図で (1)・・・・・・物体、(3)
・・・・・・ 光学像、(4)・・・・・・−次元固体
撮像素子、(5)・・・・・・物体載置台、(6)・・
・・・・モータ、(力・・・・・・傾斜可能の透明カラ
ス。 代理人 弁理士 井 上 −男 第2図 第 5 図 ン?lフX6 第 6 図 第 7 図 第 8 図 手続補正書59.12.27 昭和 年 月 日 特許庁長官 志 賀 学 殿 ■、事件の表示 昭和59年特許願第98661号 2、発明の名称 撮像方法 3、補正をする者 事件との関係 特許出願人 (307)株式会社 東芝 電話 736−3558 5、 補正命令の日付 昭和59年9月5日(発送日昭和59年9月25日)6
、 補正の対象 小=−1 ■棒 明細書の図面の簡単な説明の榴 ■骨図 面 7、補正の内容 ■+ 別紙表Φの通り。 14tl= 第2図、第5図を別紙の通りとする。 以上 俵〒−今 表 ÷ 第 2 図

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 物体の光学像を一次元固体撮像索子又は二次元固体撮像
    素子による撮像において、上記−次元固体撮像素子又は
    二次元固体撮像素子を構成する光電検出単位片の範囲で
    上記物体と一次元固体撮像素子又は二次元固体撮像素子
    の相対位置を変更させて撮像することを特徴とする撮像
    方法。
JP59098661A 1984-05-18 1984-05-18 撮像方法 Pending JPS60111104A (ja)

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JP59098661A JPS60111104A (ja) 1984-05-18 1984-05-18 撮像方法

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2616220A1 (fr) * 1987-06-05 1988-12-09 Videoton Elekt Vallalat Procede et dispositif pour la determination du diametre de faisceaux lumineux
JPH0464005A (ja) * 1990-07-02 1992-02-28 Toshiba Corp 撮像素子
US6008761A (en) * 1996-06-17 1999-12-28 Nec Corporation Loop antenna

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JPS53109658A (en) * 1977-03-07 1978-09-25 Toshiba Corp Measuring method of objects

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