JP2010025708A - 撮像素子の検査方法及び検査装置 - Google Patents

Abstract

【課題】シェーディングの検査を簡素化することができ、かつ、高精度に検出することができる撮像素子の検査方法及び検査装置を提供する。
【解決手段】色シェーディングを検査して合否判定を行う撮像素子の検査において、撮像素子から取得した画像データに基づいて色別の複数の画像プレーンを生成し、異なる色の画像プレーンから、格子状に分割された複数のブロックそれぞれに出力比を有する出力比画像データを生成し、出力比画像データを複数のエリアに分割し、複数のエリアそれぞれに含まれる所定数のブロックの出力比の平均値を各エリアごとに算出し、複数のエリアのうち、出力比画像データの画像中心に対して対称位置に存在するエリア同士の平均値の差を算出し、算出された平均値の差と予め設定された判定値との比較に基づいて合否判定を行う。
【選択図】図３

Description

本発明は、撮像素子の色シェーディングを精度良く検出し、良否判定を行うことができる検査方法及び検査装置に関する。

従来、デジタルカメラなどの撮像装置にＣＣＤイメージセンサやＣＭＯＳイメージセンサ等の撮像素子が用いられている。撮像素子は、フォトダイオードによって被写体光を光電変換し、電荷信号を出力することで画像データを生成する。撮像素子は、カラーフィルタを備え、各フォトダイオードに入射する光の色が該カラーフィルタの配列によって決まり、これにより、カラーの画像データを生成することができる構成のものが知られている。

ところで、撮像素子のフォトダイオード、マイクロレンズ、カラーフィルタなどは、製造プロセスのばらつきなどにより光学特性が不均一となることがある。このように光学特性が不均一になる現象の一つに、色シェーディングがある。色シェーディングとは、上記のような製造プロセスのばらつきによって、撮像素子の受光エリアで各色の収集率や透過率が異なることで、色成分ごとに光量低下率に差が生じ、撮像素子で取得された画像に実際には存在しない色が生じてしまう現状である。一般的には、色シェーディングは、画像データの画像中心から離れるほど顕著になる。

従来、固体撮像素子の色シェーディングを検査する方法としては、例えば、下記特許文献１及び２に示すものがある。
特開２００４−１４０７１４号公報 特開２００７−１７３４１号公報

しかし、色シェーディングは、画像中心に対して対称に発生している場合には補正係数などを用いて除去する補正処理を行うことができるが、画像中心に対して大きく非対称に発生する場合には、補正が非常に複雑になり、十分な補正を行うことができなくなる可能性があった。

特許文献１は、色ベクトル演算式を使用して、画像中心に対する各領域の色ベクトル値の差に基づいて色シェーディングを判定するものであるが、ＲＧＢ成分から色ベクトル値を算出する演算式が複雑で補正時の処理負担が増大してしまう。また、ＲＧＢ成分を色ベクトルに換算することで、製造工程におけるばらつきの要因を特定しづらくなり、解析が行い難かった。

特許文献２は、Ｒ，Ｇ，Ｂの各画像プレーン間の画素データ比を対応する画素ごとに算出し、予め定められた規格値と比較する方法であり、色むらやシミを検出することを目的とするものであるが、画像中心に対して対称的に色シェーディングが発生した場合には、補正できるにもかかわらず不合格と判定してしまう、所謂、オーバーキルとなってしまうことがあった。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、その目的は、色シェーディングの検査を簡素化することができ、かつ、高精度に検出することができる撮像素子の検査方法及び検査装置を提供することにある。

本発明は下記のとおりである。
（１）色シェーディングを検査して合否判定を行う、撮像素子の検査方法であって、
前記撮像素子から取得した画像データに基づいて色別の複数の画像プレーンを生成し、
異なる色の前記画像プレーンから、格子状に分割された複数のブロックそれぞれに出力比を有する出力比画像データを生成し、
前記出力比画像データを複数のエリアに分割し、前記複数のエリアそれぞれに含まれる所定数のブロックの出力比の平均値を各エリアごとに算出し、前記複数のエリアのうち、前記出力比画像データの画像中心に対して対称位置に存在するエリア同士の前記平均値の差を算出し、
算出された前記平均値の差と予め設定された判定値との比較に基づいて合否判定を行う撮像素子の検査方法。
（２）上記（１）に記載の検査方法であって、
前記複数のエリアが、前記出力比画像データの端部のブロックを有するエリアを含む撮像素子の検査方法。
（３）上記（１）又は（２）に記載の検査方法であって、
前記複数のエリアが、前記出力比画像データの画像中心に対して最も離れた位置のブロックを有するエリアを含む撮像素子の検査方法。
（４）上記（１）から（３）のいずれか１つに記載の検査方法であって、
前記出力比画像データがｍ×ｎ（ｍ，ｎは整数）の２次元平面であって、該出力比画像データの隅に位置するブロックを有するエリアと、該ブロックに対して前記画像中心の点対称位置にあるブロックを有するエリアとの前記出力比の平均値の差を算出する撮像素子の検査方法。
（５）上記（１）から（４）のいずれか１つに記載の検査方法であって、
前記複数の画像プレーンが、Ｒ、Ｇ、Ｂの画像プレーンを含む撮像素子の検査方法。
（６）色シェーディングを検査して合否判定を行う、撮像素子の検査装置であって、
前記撮像素子から取得した画像データに基づいて色別の複数の画像プレーンを生成する画像プレーン生成手段と、
異なる色の前記画像プレーンから、格子状に分割された複数のブロックそれぞれに出力比を有する出力比画像データを生成するブロック出力比算出手段と、
前記出力比画像データを複数のエリアに分割し、前記複数のエリアそれぞれに含まれる所定数のブロックの出力比の平均値を各エリアごとに算出し、前記複数のエリアのうち、前記出力比画像データの画像中心に対して対称位置に存在するエリア同士の前記平均値の差を算出する色比対称性算出手段と、
前記色比対称性算出手段で算出された前記平均値の差と予め設定された判定値との比較に基づいて合否判定を行う判定部とを備えた撮像素子の検査装置。
（７）上記（６）に記載の検査装置であって、
前記複数のエリアが、前記出力比画像データの端部のブロックを有するエリアを含む撮像素子の検査装置。
（８）上記（６）又は（７）に記載の検査装置であって、
前記複数のエリアが、前記出力比画像データの画像中心に対して最も離れた位置のブロックを有するエリアを含む撮像素子の検査装置。
（９）上記（６）から（８）のいずれか１つに記載の検査装置であって、
前記出力比画像データがｍ×ｎ（ｍ，ｎは整数）の２次元平面であって、該出力比画像データの隅に位置するブロックを有するエリアと、該ブロックに対して前記画像中心の点対称位置にあるブロックを有するエリアとの前記出力比の平均値の差を算出する撮像素子の検査装置。
（１０）上記（６）から（９）のいずれか１つに記載の検査装置であって、
前記複数の画像プレーンが、Ｒ、Ｇ、Ｂの画像プレーンを含む撮像素子の検査装置。

本発明は、出力比画像データのエリアごとの出力比の平均値の差分に基づいて色シェーディングを検査するものであり、従来のように複雑な色ベクトル演算式を用いる必要がなく、検査を簡素化することができる。
また、異なる色の画像プレーンから生成した出力比画像データの画像中心に対する出力比の差分をみることで、どの色の画像プレーンに色シェーディングがあるのかを判別することができ、解析の点でも有効である。
さらに、出力比画像データの画像中心に対して対称位置にあるエリア同士の出力比の平均値の差分を色比対称性とし、該差分を判定値と比較することで、上記特許文献２のように色比を規格値と比較する方法に比べて測定の精度をより向上させることができる。

本発明によれば、撮像素子の色シェーディングの検査を簡素化することができ、かつ、高精度に検出することができる撮像素子の検査方法及び検査装置を提供できる。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳しく説明する。
図１は、検査対象となる撮像素子の一例としてＣＣＤイメージセンサ（固体撮像素子）の構成を示す概略的な平面図である。なお、本発明の検査対象となる撮像素子としては、ＣＣＤイメージセンサに限定されず、例えば、ＣＭＯＳイメージセンサであってもよい。

固体撮像素子１０は、入射光をその光量に応じた信号電荷に変換して蓄積する複数個のフォトダイオード（ＰＤ）１１と、フォトダイオード１１の垂直列ごとに設けられ、各フォトダイオード１１から信号電荷を読み出して垂直転送する複数本の垂直ＣＣＤ（ＶＣＣＤ）１２と、ＶＣＣＤ１２から転送される信号電荷を水平転送する水平ＣＣＤ（ＨＣＣＤ）１３と、ＨＣＣＤ１３から転送される信号電荷の電荷量に応じた信号電圧（画像データ）を出力する出力アンプ１４とを備える。

フォトダイオード１１は、外形が略八角形であって、所定のピッチでハニカム状に２次元配列されており、この上には、カラーフィルタやマイクロレンズ（図示せず）が積層されている。フォトダイオード１１に入射される光の色はカラーフィルタによって決定され、Ｒを付したフォトダイオード１１には赤色の光、Ｇを付したフォトダイオード１１には緑色の光、Ｂを付したフォトダイオード１１には青色の光が入射される。カラーフィルタの色配列は、原色のベイヤー配列となっている。

ＶＣＣＤ１２、ＨＣＣＤ１３、および出力アンプ１４は、固体撮像素子１０の外部から入力される駆動パルスによって駆動され、フォトダイオード１１に蓄積された信号電荷を順次、読み出し、垂直・水平転送した後、画像データを外部出力する。

図２は、固体撮像素子から出力される画像データの色シェーディングを検査する検査装置を示す。検査装置３０は、演算処理装置２１と、Ａ／Ｄ変換器２３と、信号処理部２４とを備えている。検査装置３０は、演算処理部２１によって統括的に制御される。ＣＣＤ駆動部２２は、読み出しパルス、垂直転送パルス、水平転送パルスなどからなる駆動パルス群を発生して固体撮像素子１０を駆動し、固体撮像素子１０に画像データを出力させる。

Ａ／Ｄ変換器２３は、固体撮像素子１０から出力される画像データをデジタル信号に変換して信号処理回路２４に入力する。信号処理回路２４は、入力された画像データに対して補間処理（同時化処理）を施し、各画素に不足している色の画素データを生成する。例えば、Ｒ（赤）の画素に対しては、Ｇ（緑）およびＢ（青）の画素データを周囲から推定して求める。信号処理回路２４は、この補間処理によりＲ，Ｇ，Ｂの画素データが同数となった画像データをメモリ２５に入力する。メモリ２５は、入力された画像データを記憶する。なお、ＣＣＤ駆動部２２とメモリ２５は、検査装置３０に搭載されていてもよい。

演算処理部２１には、画像プレーン生成部３１、ホワイトバランス（ＷＢ）処理部３２、平滑化処理部３３、ブロック出力比算出部３４、色比対称性算出部３５、および判定部３６が設けられている。画像プレーン生成部３１は、メモリ２５に記憶された画像データを、Ｒ，Ｇ，Ｂの色別に分け、画素データＲｘｙ（ｘ＝０〜ｍ，ｙ＝０〜ｎ）からなるＲ画像プレーン、Ｇの画素データＧｘｙ（ｘ＝０〜ｍ，ｙ＝０〜ｎ）からなるＧ画像プレーン、およびＢの画素データＢｘｙ（ｘ＝０〜ｍ，ｙ＝０〜ｎ）からなるＢ画像プレーンに分割する。なお、ｍ，ｎは整数とする。なお、ｘ方向およびｙ方向はそれぞれ、固体撮像素子１０の水平転送方向および垂直転送方向に対応する。

ＷＢ処理部３２は、白い被写体が白として再現されているかを判定するための所定の評価を行い、得られた評価値に基づき、Ｒ，Ｇ，Ｂの各画像プレーンの画素データを色ごとにゲイン調整する。例えば、Ｒ，Ｇ，Ｂの各画像プレーンの中央部分から画像データの平均値を算出し、各色の平均値が等しくなるようにゲイン調整を行う。

平滑化処理部３３は、各画像プレーンのランダム雑音を除去するために、所定領域ごとに平均化処理やメディアン処理などを施し、平滑化を行う。平均化処理を用いる場合には、各画素データの値を、その画素データとその周囲に隣接する画素データとを対象として算出した平均値に置き換える。メディアン処理を用いる場合には、各画素データの値を、その画素データとその周囲に隣接する画素データとを対象として算出したメディアン値に置き換える。

ブロック出力比算出部３４は、Ｒ，Ｇ，Ｂの各画像プレーンの画素データ（Ｒｘｙ，Ｇｘｙ，Ｂｘｙ）を相互に除算し、各画像プレーン間の画素データ比（Ｒｘｙ／Ｇｘｙ，Ｂｘｙ／Ｇｘｙ，Ｒｘｙ／Ｂｘｙ）を算出する。ブロック出力比算出部３４は、具体的には、Ｒ画像プレーンをＧ画像プレーンで画素ごとに除算してＲ／Ｇの画像プレーンを、Ｂ画像プレーンをＧ画像プレーンで画素ごとに除算してＢ／Ｇの画像プレーンを、Ｒ画像プレーンをＢ画像プレーンで画素ごとに除算してＲ／Ｂの画像プレーンをそれぞれ生成する。これら、Ｒ／Ｇの画像プレーン、Ｂ／Ｇの画像プレーン、Ｒ／Ｂの画像プレーンをそれぞれ出力比画像データとする。なお、後述する検査方法の手順では、出力比画像データとしてＲ／Ｇの画像プレーンとＢ／Ｇの画像プレーンを用いた例を説明するが、出力比画像データの種類は色シェーディングを検査する際に解析の対象となる色などに応じて適宜変更可能である。例えば、Ｒ／Ｇの画像プレーンとＢ／Ｇの画像プレーンとのうちいずれか一方のみを検査してもよい。

色比対称性算出部３５は、ブロック出力比算出部３４によって生成された出力比画像データごとに、該出力比画像データを複数のエリアに分割する。各エリアはそれぞれ所定数のブロックから構成されている。色比対称性算出部３５は、複数のエリアそれぞれについて、各エリアに含まれるブロックの出力比の平均値を各エリアごとに算出する。そして、複数のエリアのうち、出力比画像データの画像中心に対して対称位置に存在するエリア同士の平均値の差を算出する。エリア同士の出力比の平均値の差を色比対称性とする。

判定部３０は、色比対称性算出部３５によって算出された各出力比画像データの色比対称性のうち最大のものを所定の判定値と比較し、該判定値を超えた場合には、その出力比画像データに対応する色について色シェーディングが発生しているものと判別する。

次に、検査方法の手順を説明する。図３は、検査方法の手順を示すフローチャートである。以下で説明する検査方法では、検査装置３０を使用して検査を行った場合を例に説明するものとし、既に説明した検査装置３０の構成については説明せずに省略する。

検査開始後、最初に固体撮像素子１０から出力された画像データを取得する。画像プレーン生成部３１において、取得した画像データに基づいてＲ画像プレーン、Ｇ画像プレーン、Ｂ画像プレーンを生成する。各画像プレーンは、ｘ方向にｍ個、ｙ方向にｎ個に分割されたブロックを有する。その後、各画像プレーンごとに、ＷＢ処理部３２によってホワイトバランス処理を実行し、平滑化処理部３３によって平滑化処理を実行する。

次に、各色の画像プレーン間の出力比画像データを生成する。具体的には、図４に示すように、Ｒ画像プレーンをＧ画像プレーンで画素ごとに除算してＲ／Ｇの画像プレーンを生成し、同様に、Ｂ画像プレーンをＧ画像プレーンで画素ごとに除算してＢ／Ｇの画像プレーンを生成する。Ｒ／Ｇの画像プレーンとＢ／Ｇの画像プレーンはそれぞれ、ｘ方向にｍ個、ｙ方向にｎ個に分割されたブロックを有し、各ブロックには、各色に対応する画素データ比から算出された出力比が設定される。

出力比画像データを生成した後、出力比画像データそれぞれ複数のエリアに分割し、各エリアの出力比の平均値を算出する。具体的には、図５（ａ）に示すように、出力比画像データ（本実施形態では、Ｒ／Ｇの画像プレーンとＢ／Ｇの画像プレーン）ごとに、１から９で示される９つに分割されたエリアを有する。各エリアは２×２の計４個のブロックで構成され、これら４個のブロックの出力比の平均値が各エリアの色比に相当する。なお、各エリアを構成するブロックの数は特に限定されず、画像データのサイズなどに応じて適宜変更してもよい。

次に、出力比画像データにおいて対称位置にあるエリア間の色比対称性を算出する。具体的には、図５（ｂ）に示すように、出力比画像データの画像中心に対して水平方向（ｘ方向）に点対称位置の関係にあるエリア２とエリア８との出力比の平均値の差分を色比対称性として算出する。また、出力比画像データの画像中心に対して垂直方向（ｙ方向）に点対称位置の関係にあるエリア４とエリア６との出力比の平均値の差分を色比対称性として算出する。さらに、出力比画像データの画像中心に対して斜め方向に点対称位置の関係にあるエリア１とエリア９との出力比の平均値の差分、および、エリア３とエリア７との出力比の平均値の差分を色比対称性として算出する。エリア１〜４及び６〜９は、いずれも出力比画像データの画像中心から最も離れた位置のブロック又は該出力比画像データの端部のブロックを有することが好ましい。こうすれば、画像データの中心に対して対称に位置する端部同士の出力比の差分をみることで、精度の高い検査を行うことができる。

各出力比画像データごとに色比対称性を算出した後、判定部３６において、色比対称性のうち最大値のものを選定し、色比対称性の最大値を予め設定された判定値と比較する。例えば、斜め方向に点対称であるエリア１とエリア９の色比対称性が、他の色比対称性よりも大きい場合、このエリア１とエリア９の色比対称性を判定値と比較する。色比対称性の最大値が判定値以下の場合には、色比の差分が許容範囲であるとして固体撮像素子１０の検査結果を合格と判定する。一方で、色比対称性の最大値が判定値を超える場合には、画像データに色シェーディングが発生しているとものとし、検査結果を不合格と判定する。

本発明の検査装置３０及び検査方法によれば、出力比画像データのエリアごとの出力比の平均値の差分に基づいて色シェーディングを検査するものであり、従来のように複雑な色ベクトル演算式を用いる必要がなく、検査を簡素化することができる。
また、Ｒ，Ｇ，Ｂの画像プレーンから生成した出力比画像データの画像中心に対する出力比の差分をみることで、どの色の画像プレーンに色シェーディングがあるのかを判別することができ、解析の点でも有効である。
さらに、出力比画像データの画像中心に対して対称位置にあるエリア同士の出力比の平均値の差分を色比対称性とし、該差分を判定値と比較することで、上記特許文献２のように色比を規格値と比較する方法に比べて測定の精度をより向上させることができる。

本実施形態のように、出力比画像データの隅に位置するブロックを有するエリアと、該ブロックに対して画像中心の点対称位置にあるブロックを有するエリアとの出力比の平均値の差を算出することで、画像データの画像中心に対して非対称な色シェーディングであっても、簡素な演算式によって検出することができる。

検査対象となる固体撮像素子の構成を示す概略的な平面図である。 検査装置の構成を説明するブロック図である。 検査方法の手順を示すフローチャートである。 Ｒ，Ｇ，Ｂの画像プレーンからＲ／Ｇの画像プレーン及びＢ／Ｇの画像プレーンを生成する手順を示す図である。 出力比画像データを複数のエリアに分割し、色比対称性を算出する手順を示す図である。

符号の説明

１０ 固体撮像素子
１１ フォトダイオード
１２ 垂直ＣＣＤ（ＶＣＣＤ）
１３ 水平ＣＣＤ（ＨＣＣＤ）
２１ 演算処理部
３０ 検査装置
３１ 画像プレーン生成部
３４ ブロック出力比算出部
３５ 色比対称性算出部
３６ 判定部

Claims (10)

1. 色シェーディングを検査して合否判定を行う、撮像素子の検査方法であって、
   前記撮像素子から取得した画像データに基づいて色別の複数の画像プレーンを生成し、
   異なる色の前記画像プレーンから、格子状に分割された複数のブロックそれぞれに出力比を有する出力比画像データを生成し、
   前記出力比画像データを複数のエリアに分割し、前記複数のエリアそれぞれに含まれる所定数のブロックの出力比の平均値を各エリアごとに算出し、前記複数のエリアのうち、前記出力比画像データの画像中心に対して対称位置に存在するエリア同士の前記平均値の差を算出し、
   算出された前記平均値の差と予め設定された判定値との比較に基づいて合否判定を行う撮像素子の検査方法。
2. 請求項１に記載の検査方法であって、
   前記複数のエリアが、前記出力比画像データの端部のブロックを有するエリアを含む撮像素子の検査方法。
3. 請求項１又は２に記載の検査方法であって、
   前記複数のエリアが、前記出力比画像データの画像中心に対して最も離れた位置のブロックを有するエリアを含む撮像素子の検査方法。
4. 請求項１から３のいずれか１つに記載の検査方法であって、
   前記出力比画像データがｍ×ｎ（ｍ，ｎは整数）の２次元平面であって、該出力比画像データの隅に位置するブロックを有するエリアと、該ブロックに対して前記画像中心の点対称位置にあるブロックを有するエリアとの前記出力比の平均値の差を算出する撮像素子の検査方法。
5. 請求項１から４のいずれか１つに記載の検査方法であって、
   前記複数の画像プレーンが、Ｒ、Ｇ、Ｂの画像プレーンを含む撮像素子の検査方法。
6. 色シェーディングを検査して合否判定を行う、撮像素子の検査装置であって、
   前記撮像素子から取得した画像データに基づいて色別の複数の画像プレーンを生成する画像プレーン生成手段と、
   異なる色の前記画像プレーンから、格子状に分割された複数のブロックそれぞれに出力比を有する出力比画像データを生成するブロック出力比算出手段と、
   前記出力比画像データを複数のエリアに分割し、前記複数のエリアそれぞれに含まれる所定数のブロックの出力比の平均値を各エリアごとに算出し、前記複数のエリアのうち、前記出力比画像データの画像中心に対して対称位置に存在するエリア同士の前記平均値の差を算出する色比対称性算出手段と、
   前記色比対称性算出手段で算出された前記平均値の差と予め設定された判定値との比較に基づいて合否判定を行う判定部とを備えた撮像素子の検査装置。
7. 請求項６に記載の検査装置であって、
   前記複数のエリアが、前記出力比画像データの端部のブロックを有するエリアを含む撮像素子の検査装置。
8. 請求項６又は７に記載の検査装置であって、
   前記複数のエリアが、前記出力比画像データの画像中心に対して最も離れた位置のブロックを有するエリアを含む撮像素子の検査装置。
9. 請求項６から８のいずれか１つに記載の検査装置であって、
   前記出力比画像データがｍ×ｎ（ｍ，ｎは整数）の２次元平面であって、該出力比画像データの隅に位置するブロックを有するエリアと、該ブロックに対して前記画像中心の点対称位置にあるブロックを有するエリアとの前記出力比の平均値の差を算出する撮像素子の検査装置。
10. 請求項６から９のいずれか１つに記載の検査装置であって、
    前記複数の画像プレーンが、Ｒ、Ｇ、Ｂの画像プレーンを含む撮像素子の検査装置。

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