JPH0124372B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、アナログ入力信号の立上り部分、及
び立下り部分においても、入力信号を正確に二値
化することができる二値化回路に関するものであ
る。

工業製品の品質検査、プリント基板のパターン
検査等を自動的に行なう場合、被検査物体をテレ
ビカメラ等で撮像して電気信号に変換し、この電
気信号を適当な閾値レベルと比較して二値化し、
この二値信号を基にして疵、欠陥等の判定が行わ
れている。このような信号の二値化を行なう場
合、従来は例えば第１図に示す浮動レベル方式に
よる二値化回路が多く採用されている。同図にお
いてCOMP１，COMP２は比較器、DATは遅
延・減衰回路、ANDはアンドゲートである。ま
た第２図は第１図の動作説明図である。

第１図に示す二値化回路に第２図Ａの実線で示
す信号が入力されたとすると、遅延・減衰回路
DATの出力信号は同図の破線で示すものとなる。
比較器COMP１は、この遅延・減衰回路DATの
出力信号を浮動基準レベルとして入力信号と比較
し、例えば同図Ｂに示すような二値信号を出力す
る。また比較器COMP２は、入力信号と同図Ａ
の一点破線STDに示すような固定レベル閾値と
を比較して、同図Ｃに示すゲート信号を出力す
る。従つてアンドゲートANDから出力される信
号は、同図Ｄに示すように、バツクグラウンドの
影響を受けないものとなる。しかし同図Ｄから明
らかなように、入力信号の立下り部分に存在する
ノイズの影響により発生するチヤツタ状ノイズイ
を除去することができないという欠点があつた。

本発明は上述した従来の欠点に鑑みてなされた
ものであり、その目的とするところは、立上り部
及び立下り部のいずれにおいてもチヤツタを生じ
ない高感度の二値化回路を提供することにある。

以下本発明の詳細を実施例により説明する。

第３図は本発明の一実施例のブロツク図であ
り、１は逆転サンプルホールド回路、２は演算増
幅器、３乃至５は遅延回路、６乃至９は比較回
路、１０はタイマ回路、１１乃至１３は論理ゲー
トである。

入力端子１８は二値化の対象となる適宜な波形
のアナログ信号を受けるが、本実施例において
は、観測対象物表面の欠陥を検出するためセンサ
として機能するテレビカメラ（図示せず）から第
４図に示すような波形のビデオ信号４０を受ける
ものとする。テレビカメラの観測対象物の明度が
背景レベルよりも高いものとすれば、背景黒レベ
ル及び観測対象物の信号はそれぞれ信号３８，３
９で示すようなものとなる。４１は水平同期信号
である。通常、黒レベル３８は動作温度、対象物
の照射条件などにより変化する。このように変動
する黒レベル３８をサンプルするために、第３図
の入力端子１９にサンプル指令信号４２が供給さ
れる。ビデオ信号の波形３９は、検査対象物に欠
陥がなければ第４図の実線で例示するように一様
であるが、欠陥のある場合には点線で例示するよ
うな欠陥信号６７が含まれる。

逆転サンプルホールド回路１は、ビデオ信号４
０及びサンプル指令信号４２を受けて、黒レベル
３８と逆符号で同一絶対値の電圧を演算増幅器２
に出力する。演算増幅器２は、上記の入力電圧及
びビデオ信号４０との加算正転増幅を行い、第５
図に示すようなＡビデオ信号２０を出力する。

すなわち、逆転サンプルホールド回路１は、サ
ンプルホールド指令信号４２を受けてビデオ信号
の４０中の黒レベル３８をサンプルホールドし、
これと逆符号同一絶対値の信号を演算増幅器２に
出力する。演算増幅器２は、上記逆転サンプルホ
ールド回路１の出力信号とビデオ信号４０とを加
算増幅することにより、黒レベルをゼロレベルに
一致させた信号を作成し、さらにこの信号に負バ
イアス源Ｅからの負電圧を加算し、第５図の２０
に示すように、ビデオ信号４０の黒レベル３８を
負側に一定量だけシフトしたＡビデオ信号２０を
出力する。

このように回路１及び２はアナログ信号である
ビデオ信号４０を一定量だけ負側にシフトするシ
フト手段を構成する。

Ａビデオ信号２０は第１の信号発生手段である
比較回路６に入力するが、この比較回路の他方の
入力端子は固定閾値発生回路５６に接続されてお
り、第５図に示すような固定閾値電圧５５を受け
る。これにより比較回路６は、第５図に示すよう
な波形の第１の信号であるWiDTH信号３２を出
力する。WiDTH信号３２はアンドゲート１３及
びタイマ回路１０に入力する。タイマ回路１０
は、WiDTH信号３２をトリガ信号として
WiDTH信号と共に立上る第２の信号、即ち短信
号であるCUT1信号２８、中信号であるCTU2信
号２９及び長信号であるCTU3信号３０を発生す
る。タイマ回路１０の構成の詳細について後述す
る。

第３図において、Ａビデオ信号２０を適宜な遅
延手段例えば減衰のある受動的な遅延素子３，４
５のそれぞれを介して遅延させGND信号３１
（第５図）に対して減衰させることにより同順に
Ｂビデオ信号２１、Ｃビデオ信号２２、Ｄビデオ
信号２３を作成する。これらの各ビデオ信号２
１，２２，２３は減衰手段である可変抵抗器１６
もしくは１７を介してもしくは直接に比較手段で
ある比較回路７，８，９に入力し、比較出力であ
るCMP11信号３３、CMP12信号３５、CMP13
信号３６を発生する。まずCMP11信号３３につ
いて説明する。

Ａビデオ信号２０は可変抵抗器１７で適宜量減
衰されてＡビデオ11信号２５となり、抵抗器を介
して第１の比較手段である例えば演算増幅器を用
いた比較回路７の反転入力端子に入力する。Ａビ
デオ11信号２５は、Ｂビデオ信号２１よりも遅延
量は小さいが、可変抵抗器１７によつて、Ｂビデ
オ信号２１よりも減衰されている。一方この反転
入力端子は、トランジスタ１５を介して接地され
ており、このトランジスタのオン・オフは積分回
路１４を介してCUT1信号２８により制御され
る。積分回路１４の好適例は、充電時定数が放電
時定数よりも十分短くなるように、ダイオードを
含んで構成されるものである。

第６図に示すように、Ａビデオ11信号２５が立
上つて短時間後にCUT1信号２８が立上る。この
ため、積分回路１４が急速に充電されてトランジ
スタ１５が直ちにオンとなり、Ａビデオ11信号は
その立上りの直後において急速にGND信号３１
に降下する。この状態が一定期間継続したのち、
CUT1信号２８が立下る。これに伴つて積分回路
１４が徐々に放電し、トランジスタ１５が徐々に
オフ状態に漸近する。この結果比較回路７の反転
入力端子に入力するＡビデオ12信号２６の波形は
第６図に例示するものとなる。その結果、Ａビデ
オ12信号２６とＢビデオ信号２１は、前者が
GND信号３１にある間すなわちCUT1信号２８
が高レベルにある間、極めて鋭い角度で交叉す
る。Ａビデオ12信号２６がこのような波形となつ
ているため、欠陥検出感度を高める目的で可変抵
抗器１７の調整により信号２１と２６を接近させ
ても、交叉部分の近傍におけるチヤツタの発生が
回避され、第７図に示すように立上り部分に存在
する微小な欠陥を検出することが可能である。

以上要するにＡビデオ12信号２６とＢビデオ信
号２１とは波形の立上り部分で鋭角的に交叉する
ことによりチヤツタの発生を防止しているが、
CUT1信号２８はこのチヤツタ発生防止期間を定
める機能を果す。本実施例では、Ａビデオ信号２
０とＢビデオ信号２１とを用いて、比較回路７か
らCMP11信号３３を出力しているが、例えば、
Ａビデオ信号２０の代りにＢビデオ信号２１を、
Ｂビデオ信号２１の代りにＣビデオ信号２２を用
いても良い。この場合Ｂビデオ信号２１はＣビデ
オ信号２２よりも遅延量が小さく、かつ可変抵抗
器１７によりＢビデオ信号２１よりも減衰され
て、比較回路７に入力される。

次にCMP12信号３５及びCMP12′信号３５′に
ついて説明する。第３図に示すように、Ｂビデオ
信号２１とＡビデオ11信号２５とを第２の比較手
段である比較回路８で比較してCMP12信号３５
を得る。次に第２の論理手段であるオアゲート１
１において上記の信号３５とCUT2信号２９との
オア論理を行つてCMP12′信号３５′を得、これ
を第１の論理手段であるアンド回路１３に入力す
る。このときのタイムチヤートを良品及び不良品
の場合について、それぞれ第８図及び第９図に示
す。可変抵抗器１７を調整して信号２１と２５を
接近させ欠陥検出感度を上げようとすれば、
CMP12信号３５は立上り部でチヤツタを生じ易
くなるので、これとCUT2信号２９とのオア論理
をとり、チヤツタの発生を防止している。このた
め、CUT2信号２９が高レベルの間はCMP12信
号３５による欠陥検出機能は不能とされ、
CMP12信号３５の欠陥検出機能はCUT2信号２
９の立下り後だけに限定される。

次にCMP13信号３６及びCMP13′信号３６′に
ついて説明する。前述したCMP11信号３３，
CMP12信号３５は、第６図乃至第９図に示すよ
うに、比較すべき二つの信号のうち遅延量が小さ
い方の信号の振幅をより減衰させているので、波
形の立上り部分の欠陥を検出するには好適である
が立下り部分の欠陥検出には不適である。そこで
第３図の構成図及び第１０図、第１１図の波形図
に示すように、Ｃビデオ信号２２よりも遅延量の
大きなＤビデオ信号２３を可変抵抗器１６で減衰
させて、Ｃビデオ信号２２よりも減衰したＤビデ
オ１信号２４を得、この信号とＣビデオ信号２２
との比較を第３の比較手段である比較回路９で行
つてCMP13信号３６を得ている。第１０図は欠
陥のない場合、第１１図は欠陥のある場合である
が、信号の立下り部分の欠陥の検出が容易な構成
となつている。この場合においても、欠陥検出感
度を高めようとすれば波形の立上り部分でチヤツ
タが発生するので、第３の論理手段であるオアゲ
ート１２においてCMP13信号３６とCUT3信号
３０とのオア論理をとつてCMP13′信号３６′を
得ることにより、このような難点を解消してい
る。

一方CUT3信号３０によつては、波形の立下り
部分で生ずるCMP13′信号３６′のチヤツタを防
止することはできないが、この信号はアンドゲー
ト１３においてWiDTH信号３２との間で論理積
が取られるので、上述した立下り部分のチヤツタ
はこのアンド論理により実効的に除去される。こ
れは、CMP13′信号３６′の後尾がWiDTH信号３
２と重なり合わないことによる。このため、
CMP13′信号３６′はビデオ信号上の立下り端の
欠陥をすべて検出できるものではないが、第１１
図に例示するように波形の後半にゆるやかなうね
りがある場合などの欠陥検出に特に有効である。
本実施例では、Ｄビデオ信号２３を可変抵抗器１
６で減衰させたＤビデオ信号２４とＣビデオ信号
２２とを比較回路９で比較し、CMP13信号３６
を得ているが、可変抵抗器１６を用いないで、例
えば、Ｄビデオ信号２４の代りにＢビデオ信号２
１を、Ｃビデオ信号２２の代りにＡビデオ信号２
０を用い、これら二つの信号を比較回路９で比較
してもよい。この場合、Ｂビデオ信号２１はＡビ
デオ信号２０に比べ、遅延量が大きくより減衰さ
れた信号となつている。

このようにして得られた比較結果信号３３，３
５′，３６′はWiDTH信号３２と共に第１の論理
手段であるアンド回路１３に入力し、その出力と
して二値化信号２７が得られる。

第１２図は、センサとしてテレビカメラを使用
した場合の第３図のタイマ回路１０の一実施例を
示す回路図である。４３，４４，４５，４６はい
ずれもJKフリツプフロツプ、４７，４８はいず
れもカウンタ、５７乃至５９及び６０乃至６６は
いずれもナンドゲート、５２乃至５４はこのタイ
マ回路１０の出力端子、記号VP５は５ボルトの
電源端子である。クロツク信号入力端子４９には
数ＭHz程度のクロツク信号が入力する。まず水平
同期信号入力端子５１に水平同期信号４１が加え
られると、JKフリツプフロツプ４３，４４，４
５，４６はすべてリセツトされる。このとき、
JKフリツプフロツプ４３のＱ端子から低レベル
を受けるカウンタ４７，４８もリセツトされる。
またJKフリツプフロツプ４３のは高レベルで
あるから、CUT2信号を供給するゲート５７の出
力端子５２、CUT1信号を供給するゲート５８の
出力端子５３及びCUT3信号を供給するゲート５
９の出力端子５４はすべて低レベルとなつてい
る。これがカウンタ回路１０のイニシヤル状態で
ある。

この後、WiDTH信号入力端子５０にWiDTH
信号３２が入力し、引続いてクロツク信号入力端
子４９にクロツク信号が入力すると、JKフリツ
プフロツプ４３のＱ出力は低レベルとなり、その
結果、CUT2信号、CUT1信号、CUT3信号の出
力端子５２，５３，５４はすべて低レベルから高
レベルに立上る。これと同時に、JKフリツプフ
ロツプ４３の高レベルのＱ出力を受けたカウンタ
４７，４８はリセツト状態から抜け出しクロツク
信号の計数を開始する。カウンタ４７，４８の計
数値がカウンタからの出力信号線及びゲート６
０，６１，６２の組合せにより設定された所定値
に達すると、各ゲート回路はパルスを出力し、こ
のパルス出力はそれぞれゲート回路６３，６４，
６５においてクロツクとの同期がとられ、JKフ
リツプフロツプ４４，４５，４６のクロツク入力
端子をトリガする。この結果、JKフリツプフロ
ツプ４４，４５，４６のＱ出力は高レベルとな
り、ゲート回路５７，５８，５９を介してCUT2
信号２９、CUT1信号２８、CUT3信号３０の出
力端子５２，５３，５４を低レベルに立下がらせ
る。このようにして第５図に示すような波形の
CUT1，CUT2，CUT3信号を供給することがで
きる。JKフリツプフロツプ４３乃至４６、カウ
ンタ４７，４８は適宜な集積回路でよいが、一例
としてそれぞれテキサスインスツルメント社製の
市販品SN74107，SN74161を使用することができ
る。

以上説明したように本発明の一実施例において
は、タイマ回路１０からのCUT1，CUT2，
CUT3の各信号の制御のもとに、波形の立上り部
分についてはCMP11信号３３を主体にして欠陥
を検査し、波形が立上つた後についてはCMP12
信号３５を主体にして欠陥を検査し、波形の立下
り部分についてはCMP13信号３６を主体にして
欠陥の検査をする構成となつている。すなわち波
形の立上り部分においては検出感度を若干低下さ
せることによりチヤツタの防止を確実とした
CMP11信号３３により欠陥検出を行い、チヤツ
タ発生の虞れの小さい波形立上り後においては、
検出感度の高いCMP12，13信号を用いてそれぞ
れ欠陥検出を行つている。このような構成となつ
ているから、チヤツタの発生を有効に防止しつつ
欠陥の検出感度を高めることができる。

上述の実施例においては、３個の遅延回路、３
個の比較手段である比較回路７，８，９を設けて
いるが、遅延回路は一般的には２個以上の適宜な
個数であつてもよい。また比較手段である比較回
路は一般的には３個以上の適宜な個数であつてよ
い。

【図面の簡単な説明】

第１図、第２図は従来例のブロツク図及びその
動作説明図、第３図は本発明の一実施例のブロツ
ク図、第４図乃至第１１図は第３図の動作を説明
するための波形図、第１２図は第３図のタイマ回
路１０の一実施例の回路図である。 １……逆転サンプルホールド回路、２……演算
増幅器、３乃至５……遅延回路、６乃至９……比
較回路、１０……タイマ回路、１１乃至１３……
論理ゲート、１４……積分回路、４３乃至４６…
…JKフリツプフロツプ、４７，４８……カウン
タ、５７乃至５９，６０乃至６６……アンドゲー
ト。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ アナログ信号上の所定箇所のレベルを基準と
   して該アナログ信号を一定電圧レベルシフトして
   出力するシフト手段と、該シフトされたアナログ
   信号出力をｎ段階（ｎは自然数）に分けて遅延さ
   せるｎ個の遅延手段と、ｍ個（ｍはｎ以下の自然
   数）の減衰手段と、前記シフト手段、遅延手段お
   よび減衰手段の各出力信号のうち所定の二つの信
   号を入力して比較する少くとも１個の第１の比較
   手段、少くとも１個の第２の比較手段および少く
   とも１個の第３の比較手段と、前記シフトされた
   アナログ信号が所定値以上の値となる期間だけ信
   号を発生する第１の信号発生手段と、該第１の信
   号をトリガとして該第１の信号よりも時間幅が小
   さく、かつ夫々時間幅の異なる短、中、長の３種
   の第２の信号（以下夫々短信号、中信号、長信号
   という）を発生するタイマ手段と、前記第１の比
   較手段と同数設けられ該第１の比較手段の一方の
   入力を接地レベルに降下させるスイツチ手段と、
   前記第２の比較手段と同数の論理和発生用の第２
   の論理手段と、前記第３の比較手段と同数の論理
   和発生用の第３の論理手段と、前記第１の信号と
   前記第１の比較手段の出力と前記第２、第３の論
   理手段が発生する論理和との論理積を発生する第
   １の論理手段とを備え、前記第１の比較手段およ
   び第２の比較手段で比較される前記所定の二つの
   信号は、少くとも一方が遅延された信号であり、
   かつ遅延量が小さい方の信号は大きい方の信号よ
   り減衰されるように、前記シフト手段と前記遅延
   手段と前記減衰手段とを前記第１の比較手段およ
   び第２の比較手段とに夫々接続し、前記第３の比
   較手段で比較される前記所定の二つの信号は、少
   くとも一方が遅延された信号であり、かつ遅延量
   が大きい方の信号は小さい方の信号より減衰され
   るように、前記シフト手段と前記遅延手段と前記
   減衰手段とを前記第３の比較手段とに接続し、前
   記タイマ手段が発生する短信号を前記スイツチ手
   段に入力し、該短信号の時間、前記第１の比較手
   段に入力される減衰量の大きい方の入力を、接地
   レベルに降下させるように前記タイマ手段とスイ
   ツチ手段と第１の比較手段とを接続し、前記第２
   の論理手段は、前記タイマ手段が発生する中信号
   と、前記第２の比較手段の出力信号との論理和を
   発生するように成し、前記第３の論理手段は、前
   記タイマ手段が発生する長信号と、前記第３の比
   較手段の出力信号との論理和を発生するように構
   成したことを特徴とするアナログ信号の二値化回
   路。