JP2012165206A - 固体撮像素子の有効画素領域の設定方法及び撮像装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】簡易な測定で、固体撮像素子の有効画素領域の中心と対物光学系の光軸とを一致させ、有効画素領域の周辺の光量のばらつきをなくすことができる固体撮像素子の有効画素領域の設定方法を提供する。
【解決手段】白色光を撮像した固体撮像素子の中央の領域に属する画素及び、中心から互いに放射状に位置し、かつ前記白色光が結像している領域及び結像していない領域を含むように位置する４箇所の領域について、前記白色光の撮像結果の評価値を測定する。算出された評価値から前記固体撮像素子の中心と前記白色光が結像している領域とのずれ量を算出し、前記固体撮像素子の中心から前記算出されたずれ量だけ補正した位置を中心として有効画素領域を設定する。
【選択図】図１

Description

本発明は固体撮像素子の有効画素領域の設定方法に関し、より詳細には領域周辺の光量のバランスを適正化する固体撮像素子の有効画素領域の設定方法に関する。

デジタルスチルカメラやデジタルビデオカメラ等の製造では、ＣＣＤやＣＭＯＳといった固体撮像素子の有効画素領域の中心と対物光学系の光軸とを一致させ、有効画素領域周辺の光量のばらつきをなくすことが必要不可欠である。固体撮像素子の有効画素領域の中心と対物光学系の光軸との間にずれがあり、有効画素領域周辺の光量がばらついてしまうと、撮影された画像の周辺の明るさ等がアンバランスなものになってしまうためである。

従前は、撮像装置の製造工程において、固体撮像素子の設置位置と対物光学系等のレンズユニットの設置位置との関係を、測定器等を使用して調整ながら、その固体撮像素子において予め設定された有効画素領域の中心と対物光学系の光軸が一致するように組み立てを行っていた。しかし、製造する撮像装置一つ一つに対し測定と調整を行いながら組み立てを実施するのは、効率が悪く時間がかかり、さらにはコストアップにもつながってしまう。

そこで、事前にいくつかのサンプルに対し、上述のような測定を実施し、それらの測定結果から、そのサンプルと同一の機種に対してある程度信用できる有効画素領域の中心の位置を特定し、製造工程においては対物撮像系等のレンズユニットと固体撮像素子の組み立てを行った後に、特定された中心の位置に基づき有効画素領域を設定していく手法がとられるようになった。

しかし、上記手法のように、サンプルから特定した有効画素領域の中心の位置を全ての固体に適用すると、固体毎に生じる対物光学系や固体撮像素子の設置位置の微妙なずれから、有効画素領域の中心と光軸とがずれてしまい、有効画素領域の周辺光量がばらつく固体が出てきてしまう。従って、いかにして対物光学系と固体撮像素子の組み立てを終えた後であっても、固体毎に適切な有効画素領域を設定するかが問題となる。

本発明はこのような問題に鑑みてなされたものであり、レンズユニットと固体撮像素子を組み立てた後でも、簡易な測定で、固体撮像素子の有効画素領域の中心と対物光学系の光軸とを一致させ、有効画素領域の周辺の光量のばらつきをなくすことができる固体撮像素子の有効画素領域の設定方法を提供することを目的とする。

前記目的を達成するために、本発明は固体撮像素子（３０１）が白色光を撮像する工程と、前記固体撮像素子（３０１）の中央の領域に属する画素について、前記白色光の撮像結果の評価値を算出する工程と、前記固体撮像素子（３０１）の中心から互いに放射状に位置し、かつ前記白色光が結像している領域（３０２）及び結像していない領域（３０３）含むように位置する第一の測定領域（５０１）、第二の測定領域（５０２）、第三の測定領域（５０３）、及び第四の測定領域（５０４）について前記白色光の撮像結果の評価値を測定する工程と、前記第一及び第二の測定領域の評価値の和と前記第三及び前記第四の評価値の和の差を第一の差分、及び前記第一及び第三の測定領域の評価値の和と前記第二及び第四の測定領域の和の差を第二の差分とを算出する工程と、前記第一の差分及び前記第二の差分を前記中央の領域に属する画素についての評価値で除算し、前記固体撮像素子（３０１）の中心と前記白色光が結像している領域とのずれ量を算出する工程と、前記固体撮像素子の中心から前記算出されたずれ量だけ補正した位置を中心として有効画素領域を設定する工程とを含むことを特徴とする固体撮像素子の有効画素領域の設定方法を提供する。

前記目的を達成するために、本発明は対物光学系を設置する工程と、固体撮像素子（３０１）を設置する工程と、固体撮像素子（３０１）が白色光を撮像する工程と、前記固体撮像素子（３０１）の中央の領域に属する画素について、前記白色光の撮像結果の評価値を算出する工程と、前記固体撮像素子（３０１）の中心から互いに放射状に位置し、かつ前記白色光が結像している領域（３０２）及び結像していない領域（３０３）含むように位置する第一の測定領域（５０１）、第二の測定領域（５０２）、第三の測定領域（５０３）、及び第四の測定領域（５０４）について前記白色光の撮像結果の評価値を測定する工程と、前記第一及び第二の測定領域の評価値の和と前記第三及び前記第四の評価値の和の差を第一の差分、及び前記第一及び第三の測定領域の評価値の和と前記第二及び第四の測定領域の和の差を第二の差分とを算出する工程と、前記第一の差分及び前記第二の差分を前記中央の領域に属する画素についての評価値で除算し、前記固体撮像素子（３０１）の中心と前記白色光が結像している領域とのずれ量を算出する工程と、前記固体撮像素子の中心から前記算出されたずれ量だけ補正した位置を中心として有効画素領域を設定する工程とからことを特徴とする撮像装置の製造方法を提供する。

上述の前記固体撮像素子（３０１）はＣＭＯＳセンサであり、前記評価値はＧｂ信号のＯＢ値に基づいてもよい。

本発明によれば、レンズユニットと固体撮像素子を組み立てた後でも、簡易な測定で、固体撮像素子の有効画素領域の中心と対物光学系の光軸とを一致させ、有効画素領域の周辺の光量のばらつきのない有効画素領域の設定を行うことができる。

本発明の実施形態に係る固体撮像素子の有効画素領域の設定方法の手順を説明するためのフローチャートである 本発明の実施形態に係る白色光の照射を説明するための図である。 白色光が固体撮像素子上で結像した状態を説明するための図である。 固体撮像素子の中央測定領域の測定を説明するための図である。 固体撮像素子の所定の４箇所の測定領域について説明するための図である。 固体撮像素子の所定の４箇所の測定領域の測定を説明するための図である。 有効画素領域の設定について説明するための図である。

以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。かかる実施形態に示す寸法、材料、その他具体的な数値等は、発明の理解を容易とするための例示にすぎず、特に断る場合を除き、本発明を限定するものではない。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略し、また本発明に直接関係のない要素は図示を省略する。

図１は、本発明の実施形態に係る固体撮像素子の有効画素領域の設定方法の手順を説明するためのフローチャートである。
まず対物光学系及び固体撮像素子の組立が完了した撮像装置に対し、白色光を照射する（ステップＳ１０１）。白色光の照射は、例えば図２に示すように白色光を照射するライトパネル２０３の照射面と撮像装置２０１の対物光学系の光軸２０２とが垂直になるように、それぞれを設置する。そして、ライトパネル２０３から均一な白色光を撮像装置２０１に向けて照射する。

ステップＳ１０１で白色光を照射すると、その白色光を撮影し、固体撮像素子に結像させる（ステップＳ１０２）。各種光学系及び絞り等を通過した白色光は、図３に示すように、固体撮像素子３０１に結像する。すなわち白色光がいわゆるケラレ円像の形で結像する有効光量領域３０２（図３中で白塗りでしめした領域）と、白色光の結像しない遮光領域３０３（図３中でハッチングで示した領域）とが固体撮像素子３０１上に現れる。

ステップＳ１０２で固体撮像素子に結像した白色光に関し、固体撮像素子の中央の所定の領域の１画素あたりの評価値を測定する（ステップＳ１０３）。図４にこの評価値の測定について説明する図を示す。固体撮像素子３０１の中心４０１を中心とした所定の領域４０２が測定対象領域として予め定められている。以下、この所定の領域４０２を中央測定領域４０２という。この中央測定領域４０２の大きさは、例えば縦辺１６画素、横辺１６画素の計２５６画素分と定める。そして、この２５６画素からなる中央測定領域４０２について、評価値を測定する。評価値は、例えば固体撮像素子がＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）センサからなる場合は、中央測定領域４０１から検出されるＲ信号、Ｇｒ信号、Ｇｂ信号、及びＢ信号のうち、Ｇｒ信号のＯＢ（Optical Black）値から評価値を算出する。

そして、中央測定領域４０２全体の評価値をその領域に含まれる全画素数で除算し、１画素当たりの評価値として算出する。ここで、初めに所定の領域について測定及び評価値の算出を行ったのは、画素毎の測定及び評価値の算出を行うと、測定する画素毎のばらつきを考慮できないためである。所定の領域の評価値から画素毎の評価値の平均値を算出することで、前記ばらつきを排除した評価を行うことができる。

ステップＳ１０３で、固体撮像素子の中央測定領域を測定すると、次に固体撮像素子上の所定の４箇所の測定領域の評価値を測定する（ステップＳ１０４）。図５に、４箇所の測定領域について説明する概念図を示す。４つの測定領域５０１、５０２、５０３、及び５０４の大きさは、ステップＳ１０３で使用した中央測定領域と等しいものとする。また各測定領域は、固体撮像素子の中心４０１を中心として放射上に広がるように位置しており、かつ各測定領域有効光量領域３０２と遮光領域３０３の両領域が含まれる位置となるように予め定められている。

図６に、４箇所の測定領域の評価値の測定について説明するための図を示す。上述の通り対物光学系及び固体撮像素子の組み立て時に生じる微妙なずれから、光軸、すなわち有効光量領域の中心６０１と固体撮像素子の中心４０１とは正確に一致しない。また、各測定領域５０１、５０２、５０３及び５０４に含まれる有効光量領域と遮光領域との面積の比も、それぞれの領域によって異なったものとなる。

そこで、まず４箇所の測定領域それぞれについて、ステップＳ１０３で中央測定領域の評価値を測定したのと同様の方法で、評価値を測定する。すなわち例えば固体撮像素子がＣＭＯＳセンサであった場合は、各領域から検出されるＲ信号、Ｇｒ信号、Ｇｂ信号、及びＢ信号のうち、Ｇｒ信号のＯＢ（Optical Black）値から評価値を算出する。

ステップＳ１０４で４箇所の測定領域の評価値が算出されると、各領域の評価値から、有効光量領域の中心と固体撮像素子の中心との水平方向のずれを検出する（ステップＳ１０５）。このずれの検出は、具体的には次のようにして行われる。

測定領域５０１の評価値をＡＤ１、測定領域５０２の評価値をＡＤ２、測定領域の評価値をＡＤ３、及び測定領域５０４の評価値をＡＤ４とした場合、以下の式（１）及び式（２）から水平方向の評価値ＡＤＨ１及びＡＤＨ２を算出する。

ＡＤＨ１＝ＡＤ１＋ＡＤ２ ・・・（１）

ＡＤＨ２＝ＡＤ３＋ＡＤ４ ・・・（２）

そして、ＡＤＨ１とＡＤＨ２の差から水平方向の評価値の差分を算出する。この差分が算出された場合は、固体撮像素子の中心と光軸との水平方向のずれが検出されたものとする。

ステップＳ１０５で、固体撮像素子の中心と光軸との水平方向のずれが検出された場合（ステップＳ１０５でＹＥＳ）、この水平方向のずれから有効画素領域の中心の水平位置の特定を行う（ステップＳ１０６）。具体的には、ステップＳ１０５で算出された水平方向の評価値の差分を、ステップＳ１０３で算出した中央測定領域の１画素当たりの評価値で除算し、水平方向のずれの量を画素数で算出する。そして固体撮像素子の中心から算出されたずれ量だけずれた位置を、有効画素領域の中心の水平位置と特定する。

ステップＳ１０６で有効画素領域の中心の水平位置を特定すると、或はステップＳ１０５で固体撮像素子の中心と光軸との間に水平方向のずれが検出されなかった場合は（ステップＳ１０５でＮＯ）、各領域の評価値から、有効光量領域の中心と固体撮像素子の中心との垂直方向のずれを検出する（ステップＳ１０７）。このずれの検出は、具体的には次のようにして行われる。

ステップＳ１０５と同様に各測定領域の評価値を使用し、以下の式（３）及び式（４）から垂直方向の評価値ＡＤＶ１及びＡＤＶ２を算出する。

ＡＤＶ１＝ＡＤ１＋ＡＤ３ ・・・（３）

ＡＤＶ２＝ＡＤ２＋ＡＤ４ ・・・（４）

そして、ＡＤＶ１とＡＤＶ２の差から垂直方向の評価値の差分を算出する。この差分が算出された場合は、固体撮像素子の中心と光軸との水平方向のずれが検出されたものとする。

ステップＳ１０７で、固体撮像素子の中心と光軸との垂直方向のずれが検出された場合（ステップＳ１０７でＹＥＳ）、この垂直方向のずれから有効画素領域の中心の垂直位置の特定を行う（ステップＳ１０８）。具体的には、ステップＳ１０７で算出された垂直方向の評価値の差分を、ステップＳ１０３で算出した中央測定領域の１画素当たりの評価値で除算し、垂直方向のずれの量を画素数で算出する。そして固体撮像素子の中心から算出されたずれ量だけずれた位置を、有効画素領域の中心の垂直位置と特定する。

ステップＳ１０８で有効画素領域の中心の垂直位置を特定すると、或はステップＳ１０７で固体撮像素子の中心と光軸との間に水平方向のずれが検出されなかった場合は（ステップＳ１０７でＮＯ）、有効画素領域の設定を行う（ステップＳ１０９）。図７にこの有効画素領域の設定処理を説明するための図を示す。

上述の各ステップを通して特定された有効画素領域の中心の水平位置及び垂直位置は、有効光量領域の中心６０１と一致することとなる。そしてこの有効画素領域の中心とする予め定められた大きさを有する領域を、その撮像装置の有効画素領域７０１として設定する。

以上のようにして固体撮像素子の有効画素領域を設定することで、レンズユニットと固体撮像素子を組み立てた後でも、簡易な測定で、固体撮像素子の有効画素領域の中心と対物光学系の光軸とが一致した撮像装置を製造することができる。

なお、上記実施例では、有効画素領域の中心の特定を水平位置及び垂直位置の順に実施したが、垂直位置及び水平位置の順に実施しても、或は水平位置及び垂直位置の特定を同時に実施しても本発明の目的を達成できることは言うまでもない。

３０１ 固体撮像素子
３０２ 有効光量領域
３０３ 遮光領域
４０１ 固体撮像素子の中心
６０１ 有効光量領域の中心

Claims (4)

1. 固体撮像素子が白色光を撮像する工程と、
   前記固体撮像素子の中央の領域に属する画素について、前記白色光の撮像結果の評価値を算出する工程と、
   前記固体撮像素子の中心から互いに放射状に位置し、かつ前記白色光が結像している領域及び結像していない領域含むように位置する第一の測定領域、第二の測定領域、第三の測定領域、及び第四の測定領域について前記白色光の撮像結果の評価値を測定する工程と、
   前記第一及び第二の測定領域の評価値の和と前記第三及び前記第四の評価値の和の差を第一の差分、及び前記第一及び第三の測定領域の評価値の和と前記第二及び第四の測定領域の和の差を第二の差分とを算出する工程と、
   前記第一の差分及び前記第二の差分を前記中央の領域に属する画素についての評価値で除算し、前記固体撮像素子の中心と前記白色光が結像している領域とのずれ量を算出する工程と、
   前記固体撮像素子の中心から前記算出されたずれ量だけ補正した位置を中心として有効画素領域を設定する工程とを含むことを特徴とする固体撮像素子の有効画素領域の設定方法。
2. 対物光学系を設置する工程と、
   固体撮像素子を設置する工程と、
   前記固体撮像素子が白色光を撮像する工程と、
   前記固体撮像素子の中央の領域に属する画素について、前記白色光の撮像結果の評価値を算出する工程と、
   前記固体撮像素子の中心から互いに放射状に位置し、かつ前記白色光が結像している領域及び結像していない領域含むように位置する第一の測定領域、第二の測定領域、第三の測定領域、及び第四の測定領域について前記白色光の撮像結果の評価値を測定する工程と、
   前記第一及び第二の測定領域の評価値の和と前記第三及び前記第四の評価値の和の差を第一の差分、及び前記第一及び第三の測定領域の評価値の和と前記第二及び第四の測定領域の和の差を第二の差分とを算出する工程と、
   前記第一の差分及び前記第二の差分を前記中央の領域に属する画素についての評価値で除算し、前記固体撮像素子の中心と前記白色光が結像している領域とのずれ量を算出する工程と、
   前記固体撮像素子の中心から前記算出されたずれ量だけ補正した位置を中心として有効画素領域を設定する工程とを含むことを特徴とする撮像装置の製造方法。
3. 前記固体撮像素子はＣＭＯＳセンサであり、
   前記評価値はＧｂ信号のＯＢ値に基づくことを特徴とする請求項１に記載の固体撮像素子の有効画素領域の設定方法。
4. 前記固体撮像素子はＣＭＯＳセンサであり、
   前記評価値はＧｂ信号のＯＢ値に基づくことを特徴とする請求項２に記載の撮像装置の製造方法。

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