JP2001103370A - 撮像装置 - Google Patents

撮像装置

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JP2001103370A
JP2001103370A JP27680599A JP27680599A JP2001103370A JP 2001103370 A JP2001103370 A JP 2001103370A JP 27680599 A JP27680599 A JP 27680599A JP 27680599 A JP27680599 A JP 27680599A JP 2001103370 A JP2001103370 A JP 2001103370A
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line
image pickup
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accumulation
image
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JP27680599A
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Atsushi Kitaoka
厚志 北岡
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 ラインにより受光している時間が異なる。 【解決手段】 二次元状に配列された撮像素子にて像信
号を所定の蓄積時間蓄積し、蓄積された該像信号をライ
ン毎に読み出す撮像装置において、データとして採用す
るラインは全ラインのうち一部のライン#5〜#10で
あって、像信号を形成するための光源の点灯期間の開始
を、一部のラインのうちの指定したライン#10の蓄積
開始と同時とした。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は撮像装置に係わり、
特に撮像手段の画像情報から位置情報を検出する位置検
出装置用の撮像装置に好適に用いられるものである。
【0002】
【従来の技術】撮像素子に2次元MOS型センサを使用
した撮像装置が実用化されている。MOS型センサはC
CDと比較して構造が簡単、消費電力が少ない、同時読
み出しが可能、非破壊読出しが可能などの数々の利点が
ある。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかし、2次元MOS
型センサは各画素のフォトダイオードに蓄積された電荷
が転送部に転送されるタイミングが全水平ラインで一括
ではなく、第一ラインから最終ラインまで逐次転送され
るものが普通である。このため、ラインによって光量が
蓄積される時間にずれが生じ、不都合が生じる場合があ
る。例えばテレビ画像のように連続した撮像においては
動きのある被写体の歪みとして現われる。
【0004】また、特に閃光あるいは蓄積時間に対して
短い照明光を使用した1フレーム単発のデータを採用す
る装置では、ラインにより受光している時間が異なるこ
とになり、実用上の問題が生じる。
【0005】
【課題を解決するための手段および作用】本発明の撮像
装置は、二次元状に配列された撮像素子にて像信号を所
定の蓄積時間蓄積し、蓄積された該像信号をライン毎に
読み出す撮像装置において、データとして採用するライ
ンは全ラインのうち一部のラインであって、前記像信号
を形成するための光源の点灯期間の開始を、該一部のラ
インのうちの指定したラインの蓄積開始と同時としたこ
とを特徴とする。なお、同時とは実質的に同時であれば
よく、実用上問題とならない時間のズレを含むものとす
る。
【0006】また本発明の撮像装置は、二次元状に配列
された撮像素子にて像信号を所定の蓄積時間蓄積し、蓄
積された該像信号をライン毎に読み出す撮像装置におい
て、全ラインのうちnラインから(n+m)ラインまで
の像信号を検出するときに、前記像信号を形成するため
の光源の点灯期間を前記(n+m)ラインの蓄積開始か
ら前記nラインの蓄積終了まで又は蓄積終了時の期間内
としたことを特徴とする。
【0007】本発明によれば、データを採用するライン
においては同じタイミングで蓄積を行なったのと同等の
効果が得られる。
【0008】
【実施例】以下、本発明の実施例について図面を用いて
詳細に説明する。 (第1実施例)本実施例では、X線光源の半導体露光装
置のマスクとウエハの相対位置ずれ検出に用いる、位置
検出装置の撮像装置に関するものである。
【0009】図1に本発明の第1実施例に係わる位置検
出装置の構成を示す。まず、各構成要素について説明す
る。
【0010】図1に示すように、メインコントローラ6
は計測コントローラ5に対してネットワークS6を介し
て計測コマンドの発行、パラメータの設定を行なう。
【0011】計測コントローラ5は計測コマンドを受取
るとセンサドライバ2に対して計測指令信号S5を出力
する。また、計測結果が格納された画像メモリ4から必
要なデータを読み出して、信号処理を行なう。それによ
りマスク11とウエハ12の位置ずれ量を算出し、計測
結果としてメインコントローラ6に通知する。
【0012】センサドライバ2は、計測指令信号S5に
より計測動作を開始する。2次元センサ1のドライブタ
イミングを生成し、LDドライバ8の点灯タイミングを
制御する。また、センサ出力のタイミング仕様に合わせ
てA/Dコンバータ3の変換タイミングS10と画像メ
モリ4の書込みタイミングS9を制御する。本実施例に
おけるセンサドライバ2のタイミングは、後に図2を用
いて説明する。
【0013】次に2次元センサ1について説明する。2
次元センサとしては、例えばBASISを用いることが
できる。BASISとは Base Stored Image Sensor の
略であり、センサ上のNPNトランジスタのベース−コ
レクタ間の空乏領域に電荷を蓄積する構造をもってい
る。蓄積した電荷を転送部に転送するタイミングは、M
OS型センサと同様で、第一ラインから最終ラインまで
逐次転送される。すなわち、全水平ラインで一括ではな
い。本実施例で使用しているセンサは横380画素、縦
244画素で、合計10万画素弱である。その駆動クロ
ック周波数は2〜8MHzの範囲である。
【0014】A/Dコンバータ3は2次元センサ1から
出力されるセンサ信号S2をA/D変換するもので、サ
ンプルホールドアンプをチップ内に内蔵している。階調
は12ビットであり、信号帯域は10MHzである。
【0015】画像メモリ4はA/Dコンバータ3の出力
S3を格納するものであり、本実施例では4Mbitの
SRAMを使用している。
【0016】LDドライバ8はレーザーダイオード(L
D)7を所定の光出力でドライブするものである。LD
7の内蔵フォトダイオード出力電流をフィードバックし
て光出力を制御している。点灯開始、終了のタイミング
はセンサドライバ2からの点灯制御信号S7に従う。
【0017】LD7はここでは可視あるいは赤外領域の
波長をもつが、どの波長のLDを使用するかは、計測対
象物の条件によって選定する。本実施例の場合、例えば
785nmの波長をもつ、定格出力50mWのものを使
用している。LDドライバ8の制御応答周波数としては
数10kHz程度までの帯域をもっている。
【0018】プリズム9はLD7から出射された光をマ
スク11方向に導入するとともに、マスク11から反射
された信号光を2次元センサ1に導入する。
【0019】鏡筒光学系10はLD7による照明光と信
号光のための光学系である。
【0020】マスク11はウエハ12を露光するために
使用する原版である。マスク11上には転写する回路パ
ターンとともに位置検出用のアライメントマークが描画
されている。
【0021】ウエハ12は前工程にてあらかじめアライ
メントマークが転写されている。
【0022】本実施例の位置検出方式では、マスク1
1、ウエハ12上のアライメントマークはグレーティン
グレンズとなっており、両方のマークの物理回折効果に
より相対位置ずれに対して100〜200倍程度の光学
倍率をもった信号光が得られる。本実施例のアライメン
ト方式は特開平2−100311号公報に記載されてい
るのと同様のものである。この方式においては、光源と
して、ある程度の波長分布の広がりを持ったレーザーダ
イオード(LD)が求められる。LDの通常使用領域で
ある安定発振領域においては、たとえ光源光量が強くて
も、反射光、透過光が干渉しあって、S/Nのよい信号
光が得られない。このため、本実施例のLD7はレーザ
ー発振をしていない低出力領域のある決まった出力で使
用している。また、LDのON/OFFを蓄積時間中に
頻繁に行なうと、発光の立上がり成分と立下がり成分が
蓄積時間中に積分された信号光に含まれることになり、
精度を悪化させることが懸念される。よって、蓄積時間
中のLDのON/OFFはそれぞれ1回ずつに限定して
いる。
【0023】次に、図3を用いて2次元センサ1上の信
号光の分布を説明する。例えば図3におけるようにセン
サのある位置を中心としてスポット状に信号光が分布す
る。信号光のピーク光量位置を通るA−A′とB−B′
の断面における信号光の強度分布は図3に示すようにほ
ぼSinc関数に近い形になっている。この図において
実際の位置ずれ量の算出に用いるデータはライン番号L
1からL2の間だけである。ただしL1≦L2とする。
【0024】図2にセンサドライバ2のタイミングチャ
ートを示す。
【0025】センサ出力S201で示している数字は出
力されている水平ライン番号である。垂直同期信号S1
01を与えると、センサ出力S201は1ライン目にリ
セットされる。以降、水平同期信号S102を与えるご
とに、センサ出力S201は1ラインずつインクリメン
トされて出力される。実際のセンサ出力S201は、不
図示のセンサ駆動クロックの立上がりと立ち下がりで1
画素ずつ出力される。
【0026】図2においてL1をライン#5,L2をラ
イン#10の場合について、LDの点灯タイミングを説
明する。
【0027】この場合、LDの点灯開始はライン#10
の水平同期と同時にする。このタイミング生成するため
に、メインコントローラ6から計測コントローラ5を経
て、センサドライバ2にL2をセットする。センサドラ
イバ2は垂直同期S101のタイミングから水平同期信
号S102の数、またはセンサ駆動クロックから算出さ
れる実時間をカウントする、などの方法によりL2であ
るライン#10の水平同期タイミングを得る。
【0028】LDを点灯する長さは本実施例の場合、セ
ンサ面上の信号光量が適切な範囲になるように決める。
したがって、マスク11またはウエハ12のプロセスが
異なる場合には違った点灯時間となる。しかし、その点
灯時間の最大値は次フレームのL1の水平同期までに制
限される。LD点灯時間の最大値LDtmaxは次の式で
表される。
【0029】LDtmax=蓄積時間−{(L2−L1+
1)×(蓄積時間)/(全水平ライン数)} 例えば、蓄積時間を50ms、全水平ライン数が244
ラインで、L1=5,L2=10の場合、LDtmaxは
47.95msとなる。
【0030】図2に示すように、ライン#10の蓄積開
始からライン#5の蓄積終了までの間でレーザーダイオ
ードLDを点灯することで、ライン#5〜ライン#10
の各蓄積時間内でのLDの点灯時間は同じとなる。すな
わち、データを採用するラインにおいて同じタイミング
で蓄積を行ったのと同様な効果が得られる。
【0031】なお、LDの点灯時間はライン#10の蓄
積開始からライン#5の蓄積終了までの期間内で行われ
ていればよく、必ずしも図2に示すように、LDの点灯
開始はライン#10の蓄積開始と同時でなくともよい。 (第2実施例)本発明の第2の実施例を以下に説明す
る。
【0032】第1の実施例ではLD点灯時間とL1,L
2の三つのパラメータをメインコントローラ6からあら
かじめ設定していた。これに対して、本実施例ではセン
サ面上の信号光量および位置がよりダイナミックに変化
する場合に、LD点灯時間とL1,L2を自動的に設定
可能にする。
【0033】本実施例では第1の実施例において、デー
タを採用する計測前に一度上記パラメータを設定するた
めの予備計測を行なう。そのフローを図4を用いて説明
する。
【0034】まず、メインコントローラ6または計測コ
ントローラ5からセンサドライバ2に対して、予備計測
用のLDパワーを設定する(F1)。本実施例における
予備計測では、2次元センサ1の全ラインにおけるデー
タを取得する。このため、LD7を全ラインの蓄積時間
に対してフルに発光させた状態にする。その分センサ出
力は大きくなるので、予備計測でのLD設定パワーはご
く小さな値にする。これにより、既に述べた理由から位
置検出精度は悪化することが想定される。しかし、予備
計測に要求される位置制度は本計測に比べて低いので、
仕様を満たすことが可能である。
【0035】設定したパラメータで予備計測を行なう
(F2)。その結果により信号スポットの最大値を求
め、この最大値が規定された範囲内に収まっているかど
うかを判断する(F3,F4)。この最大値が規定され
た範囲内に収まっていない場合は、予備計測のリトライ
動作が規定回数内ならば、再度LDパワーを設定し直し
て予備計測を行なう(F6,F7)。予備計測のリトラ
イ動作が規定回数を超えた場合は、エラー終了させる
(F6)。予備計測の光量がOKであればL1,L2の
設定を行なう(F5)。信号スポット中で光量が最大に
なる画素が属するラインを求める。そのラインを中心と
して、あらかじめ決めてあるライン幅だけ上下にとって
L1とL2を決める方法が考えられる。
【0036】また、本計測用のLD発光時間LDtimeは
予備計測のLDパワーLDPp,信号スポットの最大光量
Smaxより1次の関係により計算することにより求める
(F8)。その関係は以下の式で求められる。Siは本
計測の信号スポットの最大光量の調光目標値、Tcはセ
ンサの蓄積時間、LDPmは本計測時のLDパワーであ
る。
【0037】LDtime=Tc×(Si/Smax)×(L
DPp/LDPm) 以上の処理により設定された本計測用のL1,L2,L
Dtimeを用いて本計測を行なう(F9)。
【0038】その他の実施例として、以下の方法を取る
ことができる。
【0039】第2の実施例と同様、予備計測により信号
スポット中で光量が最大になる画素を求める。次にその
画素と同じ水平座標をもつ縦のラインを考える。その縦
ラインの信号分布において、最大値からある比α以上の
値(光量閾値)を持つ画素の範囲を求める。その画素の
範囲を水平ラインの幅に直すと、水平ラインのL1から
L2までの幅になる。
【0040】また、第2の実施例においては、本計測用
のLD発光時間LDtimeをLDPp,Smaxより1次の関
係により計算することにより求めたが、これをより厳密
に多次式またはデータどりにより得られたテーブルを使
用して求めてもよい。
【0041】以上説明した本発明の実施例では、センサ
面上のスポットが1個の場合について説明したが、実際
にはスポットが2個、4個など複数個の場合もある。そ
の場合には、L1,L2を求める方法をどれか1個のス
ポットで代表させるか、複数スポットの情報を加味して
決めるなどすれば対応可能である。
【0042】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
データを採用するラインについて同じ蓄積時間でのデー
タを得ようとする場合、光源のパワーを変更することな
く点灯時間のみで調光することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施例の位置決め装置の構成図で
ある。
【図2】本発明の第1実施例の位置決め装置のセンサ駆
動タイミングチャートである。
【図3】本発明の第1実施例の位置決め装置のセンサ面
上の光量分布を示す図である。
【図4】本発明の第2実施例の位置決め装置の計測フロ
ーチャートである。
【図5】本発明の第2実施例の位置決め装置のL1,L
2の設定方法を示す図である。
【符号の説明】
1 2次元センサ 2 センサドライバ 3 A/Dコンバータ 4 画像メモリ 5 計測コントローラ 6 メインコントローラ 7 レーザーダイオード(LD) 8 LDドライバ 9 プリズム 10 鏡筒光学系 11 マスク 12 ウエハ

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 二次元状に配列された撮像素子にて像信
    号を所定の蓄積時間蓄積し、蓄積された該像信号をライ
    ン毎に読み出す撮像装置において、 データとして採用するラインは全ラインのうち一部のラ
    インであって、前記像信号を形成するための光源の点灯
    期間の開始を、該一部のラインのうちの指定したライン
    の蓄積開始と同時としたことを特徴とする撮像装置。
  2. 【請求項2】 請求項1に記載の撮像装置において、前
    記指定したラインは、前記一部のラインのうち最後に蓄
    積を開始するラインであることを特徴とする撮像装置。
  3. 【請求項3】 請求項2に記載の撮像装置において、デ
    ータを採用する撮像前に、前発光による予備撮像を行な
    い、 該予備撮像の結果から画像の光量が最大になる光量ピー
    クラインを求め、 該光量ピークラインの上下の所定の幅に含まれる複数の
    ラインを、データを採用する前記一部のラインとするこ
    とを特徴とする撮像装置。
  4. 【請求項4】 請求項2に記載の撮像装置において、デ
    ータを採用する撮像前に、前発光による予備撮像を行な
    い、 該予備撮像の結果から画像の光量が最大になる光量ピー
    クラインを求め、 該光量ピークラインの光量に対して所定の関係をもつ光
    量閾値を設定し、 該光量ピークラインの上下のラインにおいて該光量閾値
    を上回る光量を持つラインを、データとして採用する前
    記一部のラインとすることを特徴とする撮像装置。
  5. 【請求項5】 請求項2に記載の撮像装置において、前
    記光源の点灯期間は、データを採用する前記一部のライ
    ンのうち最初に蓄積を開始したラインの蓄積終了まで又
    は蓄積終了と同時に終了することを特徴とする撮像装
    置。
  6. 【請求項6】 二次元状に配列された撮像素子にて像信
    号を所定の蓄積時間蓄積し、蓄積された該像信号をライ
    ン毎に読み出す撮像装置において、 全ラインのうちnラインから(n+m)ラインまでの像
    信号を検出するときに、前記像信号を形成するための光
    源の点灯期間を前記(n+m)ラインの蓄積開始から前
    記nラインの蓄積終了まで又は蓄積終了時の期間内とし
    たことを特徴とする撮像装置。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2005109863A1 (ja) * 2004-05-10 2005-11-17 Hamamatsu Photonics K.K. 撮像システム及び撮像方法

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO2005109863A1 (ja) * 2004-05-10 2005-11-17 Hamamatsu Photonics K.K. 撮像システム及び撮像方法
JP2005323190A (ja) * 2004-05-10 2005-11-17 Hamamatsu Photonics Kk 撮像システムおよび撮像方法
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