JPS6214003A

JPS6214003A - エツジ像の境界位置及び角度検出装置

Info

Publication number: JPS6214003A
Application number: JP15363485A
Authority: JP
Inventors: Jun Iwasaki; 純岩崎
Original assignee: Nippon Kogaku KK
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1985-07-12
Filing date: 1985-07-12
Publication date: 1987-01-22
Anticipated expiration: 2009-04-20
Also published as: JPH0629717B2

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】（発明の技術分野）本発明は、例えば物体のエツジ像である明暗の境界の位
置及び角度を充電的に検出する装置に関する。

（発明の背景）エツジ像の境界位置を光電的に検出する装置と１、て例
えば特開昭６０−６３４０２で示される装置かある。こ
の装置は、第３Ａ図に示す如く検出部（Ｉ）が円の中心
（ＱＶｃ配置された円形の中心受光素子（Ａ０）と、円
周上に均等に配置された４個の受光面積の等しい、受光
素子（Ａ＋　、　Ａ２　、　Ａ３　、　Ａ４　）とから
なる。第３Ｂ図はその信号処理回路のブロック図であり
、増幅手段（Ｂｏ　）は中心受光素子（Ａ０）の増幅手
段である。この増幅手段（Ｂ０）は、中心受光素子（Ａ
０）の出力信号を円周上に配置された受光素子（Ａｔ−
Ａ４）の１個の出力信号の４倍に等１、い増幅信号に増
幅する。

受光素子（Ａｌ　−Ａ４　）からの出力信号と１．てＩ
＋〜工４が得られ、増幅手段（Ｂ０）からの増幅信号と
１、てＩ０が得られるとすると、加算手段（Ｃ０）の出
力信号はＩｌ＋Ｉ２＋Ｉ３＋Ｉ４となり、減算手段（Ｄ
０）の出力信号はＩＩ　＋Ｉ２＋Ｉ３＋　Ｉ４−　Ｉｏ
　　となる。

（Ｆ０）はアナログ指示メータ、（Ｇ０）はゼロクロス
コンパレータ等のパルス化回路で６る。

次にこの検出装置の動作原理について説明する。

第３Ａ図に示すようにエツジ像の明暗の境界（Ｉ）が中
心受光素子（Ａ０）の中心、つまυ円の中心（０）Ｋあ
る場合を考える。

受光素子（Ａｔ−Ａ４）　　の各受光面積をＳとすると
、光の照射されている面積は受光素子（Ａ＋〜Ａ４）の
合計が２８、中心受光素子（Ａ０）がもとなる。

第３Ｂ図の信号処理回路に於いて、前述のように増幅手
段（Ｂ０）の増幅率はＩｏ＝４ｘＩ＋であるため、減算
手段（Ｄ０）の出力信号Ｉ＋　＋　Ｉ２＋Ｉ３＋ｌ４−
Ｉｏ＝Ｑ　　となる。仮に境界（Ｏが中心０よシ手前で
あると、Ｂｏの出力が勝って減算手段（Ｄ０）の出力信
号がマイナスとなシ、境界（Ｉ）が中心（ｑよシ過ぎる
と、ＣＯの出力が勝って減算手段（Ｄ０）の出力信号は
プラスとなる。

従って、エツジ像の境界Ｃ１）が中心（Ｑを通る位置に
来たときに限って、減算手段（Ｄ０）の出力信号がゼロ
となシ、これをアナログ指示メータ（Ｆ０）又ハパルス
化回路（Ｇ０）によって検出すれば、境界（Ｉ）の位置
が検出される。尚、この装置では、円周上の受光素子（
Ａｌ−Ａ４）は４個設けられているが、基本的には２個
の整数倍あればよく、ただ境界＜１＞がどの方向から接
近１．て来ても検出できるようにするためには多い方が
よい。

それは、ともか〈従来の装置では、境界（粉の傾き角度
を検出することは不可能であった。

（発明の目的）本発明は、この欠点を解決（７、エツジ像の境界の位置
および傾き角度を同時に光電的に検出できる装置を提供
することを目的とする。

（発明の概要）そのため、本発明は、円の中心（０）Ｋ配置された中心
受光素子（Ａ０）と、円周上に均等に配置されたｎ個（
ｎは偶数）の扇形受光素子（Ａ１、Ａ２・・・・・・Ａ
ｎ）と、前記中心受光素子の出力信号を同一照度に於い
て前記扇形受光素子１個の出力信号のｎ倍に等しい増幅
信号Ｉｏに増幅する増幅手段（Ｂ０）と、前記扇形受光
素子の各出力信号（ＩＩ　、　Ｉ２．……Ｉｎ）の総和
をとる加算手段（Ｃ０）と、該加算手段（Ｃ０）からの
加算信号（Ｉｌ＋Ｉ２＋・・・……Ｉｎ）と前記増幅手
段（Ｂ０）からの増幅信号（工０）との差をとる減算手
段（Ｄ０）と、前記扁形受光素子のうち互いに対向する
２個の素子の和をとるｍ（＝ｎ／２）個の加算手段（Ｃ
１、Ｃ２・……Ｃｍ）と、差をとるｍ個の減算手段（Ｄ
Ｉ　、　Ｄ２・・・・・・Ｄｍ　）と、前記減算手段（
ＤＩ　、　Ｄｚ・・・・・・珈０からの出力信号を対応
する加算手段（ｃ＋　、Ｃ２・……Ｃｍ）からの出力信
号でそれぞれ除するｍ個の除算手段（Ｅｌ　、　Ｅ２・
・・・・・Ｅｍ　）とからなシ、とからなシ、前記減算手段（Ｄ０）の出力信号によってエツジ像の境
界位置を検出Ｉ７、前記除算手段（Ｅ１、Ｅ２・・・・
・Ｅｍ　）の出力によって前記境界の傾き角度を検出す
る装置を提供する。

中心受光素子（Ａ０）の受光面の形状は、円に限ること
なく、中心０を通る直線で２個に分割ｊまたとき、分割
された形状が互いに面積が等しいものであれば、例えば
四角形でも六角形でも何でもよい。面積も扇形受光素子
（Ａ＋〜Ａ４）の１個のそれと等１．くする必要は特に
ない。

本発明に於いて、位置を検出する原理は従来の装置と変
らないのでここでは、境界（Ｉ）の傾き角度を検出する
原理について以下説明する。

扇形を本明細書では第２Ａ図に示すようＶＣ２つの同心
円（２１）、　（２２）が形成する輪帯を前記同心円の
中心０を通る２つの任意の直ａ　（２３）、（２４）　
　で分割１．て得られる扇形（２５）　、　（２６）と
定義すると、各扇形の面積Ｓは、第２Ｂ図に示す如く外
円の半径をｒ１、内円の半径をＩ２、開き角をαとする
とき、Ｓ　＝　１／２　（ｒＩ２−　ｒｚ２）αで表す
レル。

他方、受光素子の出力信号工は、単位面積当たりの受光量φ×感度Ｒ×受光面積Ｓで表さ
れる。

従って、今、第２Ｃ図に示すように、中心０を通るエツ
ジ像の境界（Ｉ）が基準線Ｘ＠に対１．て、ある傾き角
度（ｄθ）を持つとき、扇形受光素子（Ａｌ）の出力信
号（Ｉ１）は、式１：％式％）で表され、扇形受光素子（Ａ２）の出力信号（Ｉ２）は
、式２：％式％）それぞれ上記式１．２の値を代入（７、扇形受光素子（
Ａｔ　）、（Ａ２）で単位面積当たシの受光量φと感度
ＲＶＣ差異がなく、φＣ＝φ２、Ｒｒ　＝　Ｒ２と１．
で計算すると、式３：従って、光源光量の時間的な揺らぎがあって、単位面積
当たりの受光量φが時間的に変化ｊ７ても、そのファク
ターには影響がなく式３が成立（７、式４　：ここでθは一定であるから、ｄθは、と１７で得られるので、新たな演算手段な１．に単純に
この出力信号　Ｋθを掛けて傾き角度Δθを求めること
ができる。なお、式３からθが小さいほど出力信号　は
大きくなるので好ましいが、逆に検出可能な傾き角度の
範囲が小さくなるので好ま１、＜ない。その意味でも一
対の扇形受光素子を側対も均等に配置することは好まし
いと言える。

う一般には、現在のとこ種受光素子の出力信号は微弱で増
幅することになＩＪ利用することは困難である。従って
、扇形受光素子（Ａｌ　、　Ａ２・・・・Ａｎ）に於い
てもそれぞれ増幅手段（Ｂ＋　、　Ｂ２　　・・・　Ｂ
ｎ　）を接続１．て各出力信号を増幅することが好まし
い。

この場合、各増幅手段（Ｂｌ〜Ｂｎ）の増幅率を、各受
光素子（Ａｌ−Ａｎ）の出力信号が同一照度に於いて同
一レベルの基準増幅信号に増幅されるように個別に設定
することが好ま１７い。そうすれば、仮して各扇形受光
素子（Ａｌ−Ａｎ）の受光面積及び感度が個々に相違１
．ていても、不都合なく使用できる。

この場合、増幅手段（Ｂ０）の増幅率も単Ｋｎ倍とする
のでは々く、中心受光素子（Ａ０）の出力信号が前記基
準増幅信号のｎ倍となるように、個別に設定するので、
仮に中心受光素子（Ａ０）の受光面積及び感度が扇形受
光素子１個のそれらと相違（２ていても不都合なく使用
できる。

このように、扇形受光素子（Ａｌ−Ａｎ）にそれぞれ増
幅手段（Ｂ＋〜Ｂｎ）を配設１．た実施態様に於いては
、各増幅手段（Ｂｌ−Ｂｎ）からの増幅信号を各出力信
号１１〜Ｉｎと読み換えればよい。従って、本明細書で
は１１〜Ｉｎは増幅手段があるときには、増幅信号を指
す。

以下の実施例では、増幅手段（Ｂ＋−Ｂｎ）　　を接続
１．た場合について説明する。

（実施例）第１Ａ図は本発明の一実施例に用いられる検出部（Ｉ）
の平面図を示すもので、検出部（Ｉ）は中心（ＯＩＫ位
置する円形の中心受光素子（Ａ０）と、該受光素子（Ａ
０）と同心円上に９０度ごとに配設された４つの扇形の
光電変換素子（Ａｌ　）、（Ａ２）、（Ａ３）、（Ａ４
）によシ構成されている。

第１Ａ図に示されるように受光素子（Ａ０）の半径をｒ
Ｏ１受光素子（Ａｌ）　〜（Ａ４）の外周半径をｒ１、
内周半径をｒ１、扇形の開き角の半角をθで表わすとき
、πｒｏ”＝＝θｘ　（ｒｌ”　−ｒ、ｚ　）の関係が
成り立つように各数値を選べば中心受光素子（Ａ０）と
扇形の受光素子（Ａ１）〜（Ａ４）の各面積が等１．く
なる。

ＩＡ図の検出部（Ｉ）から得られる信号の処理回路のブ
ロック図である。受光素子（Ａ０）〜（Ａ４）は対応す
る増幅手段（Ｂ０）〜（Ｂ４）に接続されている。増幅
手段（Ｂ０）の増幅率は増幅手段（Ｂ１）〜（Ｂ４）の
増幅率の４倍である。増幅手段（Ｂ０）〜（Ｂ４）の出
力は第１Ｂ図中にＩｏ〜■４とＩ７て示されている。

増幅手段（Ｂ＋）の出力■１は、加算手段（Ｃ０）、（
Ｃ＋）および減算手段（Ｄｔ　）　ＶＣ、増幅手段（Ｂ
２）の出力Ｉ２は加算手段（Ｃ０）、（Ｃ＋）および減
算手段（Ｄｔ　）に、増幅手段（Ｂ３）の出力■３は加
算手段（Ｃ０）。

（Ｃ２）オヨび減算手段（Ｂ２）Ｋ、増幅手段（Ｂ４）
ノ出力Ｉ４は加算手段（Ｃ０）、（Ｃ２）および減算手
段（Ｂ２）に、増幅手段（Ｂ０）の出力Ｉｏは減算手段
（Ｄ０）にそれぞれ接続されている。加算手段（Ｃ＋　
）の出力信号はＩＩ＋４ｚ、減算手段（Ｄｌ）の出力信
号はＩＩ−工２、加算手段（Ｃ２）の出力信号は１３　
＋　Ｉ４、減算手段（Ｂ２）の出力信号はＩ３−Ｉ４、
加算手段（Ｃ０）の出力信号はＩＩ　＋　Ｉ２　＋　Ｉ
３　＋　Ｉ４　となる。

更に加算手段（Ｃ＋　）と減算手段（Ｄｌ）の出力信号
とが除算手段（Ｅｌ）に、加算手段（Ｃ２）と減算手段
（Ｂ２）の出力信号とが除算手段（Ｂ２）に、加算手段
（Ｃ０）の出力信号が減算手段（Ｄ０）にそれぞれ接続
されている。除算手段（Ｅｌ）の出力信号は（ＩＩ　　
−Ｉ２）／　（Ｉｔ　＋　Ｉ２）、除算手段（Ｂ２）の
出力信号は（Ｉ３−Ｉ４）／（Ｉ３＋Ｉ４）　、減算手
段（Ｄ０）の出力信号は１自＋Ｉ２＋Ｉ３＋Ｉ４−　Ｉ
ｏとなる。除算手段（Ｅｌ）および（Ｂ２）の出力はそ
れぞれたとえばアナログ指示メータ（Ｆｌ）、（Ｆ２）
等の適当な表示素子に接続されている。また減算手段（
Ｄ０）の出力はアナログ指示メータ（Ｆ０）等の適当な
表示素子およびゼロクロスコンパレータ等のパルス化回
路（Ｇｏ　）に接続されている。

次に本発明によるエツジ像の境界Ｃ１りの位置および傾
き角度の検出原理を説明する。第１図に示すようにエツ
ジ像の境界（誘がちょうど円形の受光素子（Ａ０）の中
心（０）　Ｋ位置する場合を考える。受光素子（Ａ０）
〜（Ａ４）の面積をＳとすると受光素子（Ａ３）は素子
全面積Ｓが明領域（非斜線部）Ｋあシ、受光素子（ＡＩ
　）および（Ａ２）は対称の配置であるため（ＡＩ　）
および（Ａ２）の合計で面積Ｓが明領域にろシ、受光素
子（Ａｏ　）は素子の半分の面積１／２Ｓが明領域にあ
り、受光素子（Ａ４）は全面積が暗領域（斜線部）にあ
る。この時、加算手段（Ｃ０）の出力信号仕←Ｉｌ＋Ｉ
２＋Ｉ３＋Ｉ４）は扇形の受光素子（ＡＩ　）〜（Ａ４
）の明領域の面積の合計２８に比例ｊ２、増幅器（Ｂ０
）の出力信号工０　は円形の中心受光素子（Ａ０）の明
領域の面積Ｖ２Ｓの４倍、すなわち２ＳＫ比例１．てお
夛、加算手段（Ｃ０）の出力信号と等１．くなる。従っ
て減算手段（Ｄ０）の出力信号はゼロとなる。

また、この時に第１図に示される境界＜１）がＸ軸と成
す角度Δθは除算手段（Ｂ＋）の出力信号（Ｉｔ−Ｉ２
）／（Ｉｌ＋Ｉ２　）に直接比例して前述の式４よシ　
ｌθ＝θ×←Ｉ＋−Ｉ２）／（ＩＩ＋Ｉ２）の形で求め
られる。

以上説明１．たよりに境界（Ｉ）が円形受光素子（Ａ０
）の中心（０）を通る位置に来たときに減算手段（Ｄ０
）の出力信号がゼロとなるため、このゼロ信号により境
界（Ｉ）の位置が中心（０）上にあることを決定できる
。また、この時にパルス化回路（Ｇ０）よシパルスが出
力されるので、パルス化回路（Ｇ０）Ｋ信号処理回路を
接続することによってデジタル処理が可能である。そ（
２て、この時同時に除算手段（鮨）からは、境界＜１＞
の基準線Ｘ軸に対する傾き角度Δθに直接比例１、た信
号出力が得られるのでθを掛けてΔθが知れる。

以上の説明では、境界（ｌ′）が受光素子（ＡＩ　）お
よび（Ａ２）内にある場合について述べたが、境界（Ｉ
）が受光素子（Ａ３）および（Ａ４）内Ｖｃある場合に
は、同様に（２て除算手段（Ｂ２）の出力から第１図中
の基準線Ｙ軸に対する傾き角度ｌθと１２で検出される
。

（発明の効果）以上のように、本発明によれば、エツジ像の明暗の境界
（わが、中心（ｑを通る位置ＶＣ６るか否かを光電的に
検出でき、同時に中心０を通る位置に於いて境界（わが
基準線に対（、てどの位置いているか傾き角度を光電的
に検出することができる。

【図面の簡単な説明】

第１Ａ図は本発明の実施例の装置に用いられる検出部の
平面図、第１Ｂ図は本発明の実施例の装置の信号処理を
示すブロック図、第２Ａ図、第２Ｂ図および第２Ｃ図は
いずれも説明図、第３Ａ図は従来例の検出部の平面図、
第３Ｂ図は従来例のブロック図である。（主要部分の符号の説明） ■　・検出部

Claims

【特許請求の範囲】

円の中心に配置された中心受光素子（Ａ＿０）と、円周
上に均等に配置されたｎ個（ｎは偶数）の扇形受光素子
（Ａ＿１、Ａ＿２、……Ａｎ）と、前記中心受光素子の
出力信号を同一照度に於いて前記扇形受光素子１個の出
力信号のｎ倍に等しい増幅信号Ｉ＿０に増幅する増幅手
段（Ｂ＿０）と、前記扇形受光素子の各出力信号（Ｉ＿
１、Ｉ＿２……Ｉｎ）の総和をとる加算手段（Ｃ＿０）
と、該加算手段（Ｃ＿０）からの加算信号（Ｉ＿１＋Ｉ
＿２＋……Ｉｎ）と前記増幅手段（Ｂ＿０）からの増幅
信号（Ｉ＿０）との差をとる減算手段（Ｄ＿０）と、前
記扇形受光素子のうち互いに対向する２個の素子の和を
とるｍ（＝ｎ／２）個の加算手段（Ｃ＿１、Ｃ＿２……
Ｃｍ）と、差をとるｍ個の減算手段（Ｄ＿１、Ｄ＿２…
…Ｄｍ）と、前記減算手段（Ｄ＿１、Ｄ＿２……Ｄｍ）
からの出力信号を対応する加算手段（Ｃ＿１、Ｃ＿２…
…Ｃｍ）からの出力信号でそれぞれ除するｍ個の除算手
段（Ｅ＿１、Ｅ＿２……Ｅｍ）とからなり、前記減算手
段（Ｄ＿０）の出力信号によってエッジ像の境界位置を
検出し、前記除算手段（Ｅ＿１、Ｅ＿２……Ｅｍ）の出
力によって前記境界の傾き角度を検出する装置。