JP4401230B2 - 固体撮像素子におけるイメージセンサの位置決め方法、および固体撮像素子におけるイメージセンサの位置決め装置 - Google Patents

Description

本発明は、固体撮像素子に係り、特にイメージセンサとマイクロレンズアレイを独立して製作し、イメージセンサとマイクロレンズアレイを貼付して形成する固体撮像素子のイメージセンサの受光部とマイクロレンズアレイの位置決めを容易に行うことのできる固体撮像素子におけるイメージセンサの位置決め方法、および固体撮像素子におけるイメージセンサの位置決め装置に関する。

従来から、入射される光を受光用開口部で受光して信号電荷に変換し、この信号電荷を垂直転送部に読み出し、この信号電荷を垂直方向に転送するＣＣＤ固体撮像素子が知られている。このＣＣＤ固体撮像素子は、受光部上で開口する遮光用アルミ膜を形成し、その上に、プラズマＣＶＤ法によるＳｉＮ膜が堆積し、さらに、上方にマイクロレンズを形成して構成されている。このマイクロレンズは、光を受光し、電気信号を出力する受光部が二次元的に配列されているイメージセンサ内に配置された受光素子開口部の上部に、受光部毎に形成される凸レンズ形状の透明層である。このマイクロレンズが光を受光素子開口部上に集光させ、感光の向上が図られている。

このマイクロレンズの製造方法としては、半導体プロセスなどを使い、受光素子開口部を含む半導体チップ上に、一様な光学的透明な材料の層を生成し、しかる後に、エッチング等により表面を削って凸レンズ形状にする方法、表面に生成したマスクの親和性などで光学的に透明な材料を、表面張力で水滴のよう盛り上げて凸レンズ形状にする方法等が知られている。この方法は、受光素子開口部の開口率を向上させる目的で、半導体チップ上にマイクロレンズアレイを構成するのには効果的であるが、空間の像を撮影するには材料選択上の制限による屈折率の制限や曲率の制限、また精度的な問題などがあり不適である。

一方、スキャナなどの密着型センサに利用されるマイクロレンズアレイは、材料選択上の制限による屈折率の制限や曲率の制限が緩やかになる。しかしながら、密着型のマイクロレンズアレイは、それぞれのレンズが独立した構成とし、隣接したレンズからの迷光を遮る迷光よけ手段を持っている。

この隣接したレンズからの迷光が入ると、偽似信号であるスミアを発生させる。このスミアを発生しにくくする方法が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。

また、遮光膜の受光用開口部を通して光電変換部に入射しようとする光に対する反射性を第１シリコン窒化膜により低める方法が提案されている（例えば、特許文献２参照。）。
特開平０６−２０４４４３号公報（第２頁 第５図） 特開２００１−３５２０５１号公報（第３頁 第１図）

このようにスキャナなどの密着型センサに利用される固体撮像素子のマイクロレンズは、材料選択上の制限による屈折率の制限や曲率の制限が緩やかになる。しかし、特許文献１、特許文献２は共にイメージセンサとマイクロレンズアレイを独立して製作し、イメージセンサとマイクロレンズアレイを貼付して形成する固体撮像素子となっているため、個々のレンズとイメージセンサの開口部の位置あわせに手間が掛かっていた。

さらに、イメージセンサの開口部を二次元的に配置すると、回転方向と平行位置のずれが重畳して、ずれが大きくなってしまう。そのため、マイクロレンズアレイも隣接するレンズからの迷光よけのため、それぞれのレンズが独立した迷光よけの遮光部を必要としている。

本発明の目的は、イメージセンサとマイクロレンズアレイを独立して製作し、イメージセンサとマイクロレンズアレイを貼付して形成する固体撮像素子のイメージセンサの受光部とマイクロレンズアレイの位置決めを容易に行うことのできる固体撮像素子におけるイメージセンサの位置決め方法を提供することにある。

本発明の他の目的は、イメージセンサとマイクロレンズアレイを独立して製作し、イメージセンサとマイクロレンズアレイを貼付して形成する固体撮像素子のイメージセンサの受光部とマイクロレンズアレイの位置決めを容易に行うことのできる固体撮像素子におけるイメージセンサの位置決め装置を提供することにある。

本発明の別な目的は、後述する発明を実施するための最良の形態の中で記述する。

本発明に係る固体撮像素子におけるイメージセンサの位置決め装置は、複数のレンズ部を有するマイクロレンズアレイと前記マイクロレンズアレイを構成する個々のレンズ部の中央と同軸に配置され前記個々のレンズ部により集光された光を入射するイメージセンサ開口部を有するイメージセンサとを独立して製作し、前記マイクロレンズアレイに前記イメージセンサを貼付して形成する固体撮像素子におけるイメージセンサの位置決め装置において，
前記固体撮像素子のマイクロレンズアレイを透過して前記イメージセンサによって受光される被写体となるターゲットと，
前記固体撮像素子の縦一列、横一列のいずれかの撮像列を選択する縦・横選択手段と，
前記縦・横選択手段からの縦・横の信号により前記固体撮像素子を駆動する素子駆動手段と，
前記縦・横選択手段によって選択された縦一列、横一列のいずれかの画像を取り込む画像取込手段と，
前記画像取込手段によって取り込んだ縦・横選択手段によって設定された縦、横１ライン分の縦一列、横一列のいずれかの映像信号の空間周波数の逆数である空間周期を取り出す空間周期抽出手段と，
前記空間周期抽出手段によって取り出された空間周期からモータ駆動方向を算出する駆動方向算出手段と，
前記マイクロレンズアレイを移動するモータと，
を設け，
前記駆動方向算出手段から出力される信号に基づき前記モータを駆動して前記マイクロレンズアレイと前記イメージセンサの回転方向の位置合わせを行うようにしたことを特徴とする。

本発明に係る固体撮像素子におけるイメージセンサの位置決め方法は、複数のレンズ部を有するマイクロレンズアレイと前記マイクロレンズアレイを構成する個々のレンズ部の中央と同軸に配置され前記個々のレンズ部により集光された光を入射するイメージセンサ開口部を有するイメージセンサとを独立して製作し、前記マイクロレンズアレイに前記イメージセンサを貼付して形成する固体撮像素子におけるイメージセンサの位置決め方法において，
前記固体撮像素子の縦一列、横一列のいずれかの撮像列を選択し，
被写体となるターゲットからの光を前記固体撮像素子のマイクロレンズアレイを透過させて前記イメージセンサで受光し，
前記選択された縦・横の信号により前記固体撮像素子を駆動し，
前記選択された縦一列、横一列のいずれかの画像を取り込み，
前記取り込んだ縦、横１ライン分の縦一列、横一列のいずれかの映像信号の空間周波数の逆数である空間周期を取り出し，
前記取り出された空間周期からモータ駆動方向を算出し，
前記算出したモータ駆動方向に基づいてマイクロレンズアレイをモータによって移動し，
前記マイクロレンズアレイと前記イメージセンサの回転方向の位置合わせを行うようにしたことを特徴とする。

本発明によれば、イメージセンサとマイクロレンズアレイを独立して製作し、イメージセンサとマイクロレンズアレイを貼付して形成する固体撮像素子のイメージセンサの受光部とマイクロレンズアレイの位置決めを容易に行うことができる。

本発明に係る固体撮像素子におけるイメージセンサの位置決め方法は、中央に円形などの輝度の高い部分を持つ被写体となるターゲットの撮像に当たって、撮像素子の縦一列、横一列のいずれかを選択し、縦・横の信号によって撮像素子を駆動し、縦一列、横一列のいずれかの画像を取り込んで、取り込んだ画像から空間周波数の逆数である空間周期を取り出し、空間周期からモータ駆動方向を算出して、モータによってレンズアレイを微少駆動するようにして実現する。このときのマイクロレンズアレイとイメージセンサは、イメージセンサ開口部の大きさに比してイメージセンサ開口部のピッチを大きくし、さらにマイクロレンズアレイとイメージセンサを近接させることで、マイクロレンズアレイそれぞれがお互いに独立した遮光部を設けなくて済むようにする。

本発明に係る固体撮像素子におけるイメージセンサの位置決め装置は、中央に円形などの輝度の高い部分を持つ被写体となるターゲットと、撮像素子の縦一列、横一列のいずれかを選択する撮像列選択手段と、撮像列選択手段からの縦・横の信号により撮像素子を駆動する素子駆動手段と、撮像列選択手段によって選択された縦一列、横一列のいずれかの画像を取り込む画像取込手段と、画像取込手段によって取り込んだ画像から空間周波数の逆数である空間周期を取り出す空間周期抽出手段と、空間周期抽出手段によって取り出された空間周期からモータ駆動方向を算出する駆動方向算出手段と、マイクロレンズアレイを移動するモータと設けて実現する。このときのマイクロレンズアレイとイメージセンサは、イメージセンサ開口部の大きさに比してイメージセンサ開口部のピッチを大きくし、さらにマイクロレンズアレイとイメージセンサを近接させることで、マイクロレンズアレイそれぞれがお互いに独立した遮光部を設けなくて済むようにする。

以下、本発明の実施例を詳細に説明する。

図１，図２，図３には、本発明の実施例が示されている。

図１，図２において、１はマイクロレンズアレイ、２はイメージセンサ、１１はレンズ部、１２は支持部、２１はイメージセンサ開口部、図３において、３はターゲット、４は縦・横選択手段、５は素子駆動手段、６は１ライン取込、７は空間周期取出手段、８はモータ駆動方向算出、９はモータである。

図１に図示のように、固体撮像素子の一部を構成するマイクロレンズアレイ１のレンズ部１１のピッチは、イメージセンサ２のイメージセンサ開口部２１の大きさより遙かに大きいピッチを持つように構成してある。したがって、例えば、このマイクロレンズアレイ１には、イメージセンサ１のイメージセンサ開口部２１の幅の５倍以上の径を持つレンズ部１１を有するマイクロレンズアレイ１が好適である。これは、マイクロレンズアレイ１を構成する個々のレンズ部１１により集光された光は、レンズ部１１の中央と同軸に配置されたイメージセンサ２のイメージセンサ開口部２１に入射し、光電変換を経て映像信号となるが、隣接するレンズ部１１からイメージセンサ２のイメージセンサ開口部２１に入射する光があると、同軸のレンズ部１１から入っている光の妨害となり、画像がぼけることとなるので、隣接するレンズ部１１を透過した光が、イメージセンサ２のイメージセンサ開口部２１へ入射しないようにするためである。

なお、図１、図２においては、説明の都合上、マイクロレンズアレイ１をレンズ部１１と支持部１２に分けているが、本発明によれば図３に図示の如く、一体に形成してもよい。

本実施例における固体撮像素子は、図２に図示するようにマイクロレンズアレイ１とイメージセンサ２を別個に製作しており、この別個に製作したマイクロレンズアレイ１とイメージセンサ２は、図１に図示するようにお互いに貼付して、図１に図示のマイクロレンズアレイ１の上方から入射する光をイメージセンサ２で受光し撮像素子として作用する。

図４には、図１に図示の固体撮像素子の平面図が示されている。この図４は、光軸側からマイクロレンズアレイ１とイメージセンサ２を見た図になっている。図４において、丸で示したものがマイクロレンズアレイ１のレンズ部１１で、中央の四角で示したものが、イメージセンサ開口部２１を示している。この図４に図示の如く、イメージセンサ２のイメージセンサ開口部２１は、マイクロレンズアレイ１のレンズ部１１の光軸中心に配置されるのが理想型である。このときのイメージセンサ２に入射された光によるイメージセンサ２の出力は、図５に示す如く、イメージセンサ開口部２１であるＢＡ、イメージセンサ開口部２１であるＢＢ、イメージセンサ開口部２１であるＢＣのところで、共に極大値をとる。

図６には、イメージセンサ開口部２１が、イメージセンサ開口部２１の光軸ＡＡを中心に回転方向にずれた場合の例が示されている。図６においても、丸で示したものがマイクロレンズアレイ１のレンズ部１１で、四角で示したものが、イメージセンサ開口部２１を示している。すなわち、図６は、マイクロレンズアレイ１とイメージセンサ２が光軸側から見て、イメージセンサ開口部２１の光軸ＡＡを中心に回転方向にずれた場合の例である。

図６に図示のように、回転軸である光軸ＡＡから離れるとイメージセンサ２の出力は、水平側の出力は図７に図示の如く、垂直側の出力は図８に図示の如くなる。

また、マイクロレンズアレイ１とイメージセンサ２が光軸側から見て水平、垂直が、平行になり、イメージセンサ開口部２１とレンズ部１１の中心が一致していない図９に図示のような場合もある。この図９においても、丸で示したものがマイクロレンズアレイ１のレンズ部１１で、四角で示したものが、イメージセンサ開口部２１を示している。この場合の出力は、図５に図示の出力特性と比較して図１０に図示の如く、イメージセンサ２の出力が低下する状態となる。

また、図５、図７、図８、図１０の信号は、図３に図示の制御回路によって処理される。すなわち、図３に示す如く、ターゲット３からマイクロレンズアレイ１を透過してイメージセンサ２で受光して、イメージセンサ開口部２１から入射した光は、縦横選択手段４において選択された方向が素子駆動手段５に入力され、駆動方向が設定された素子駆動手段５によって駆動信号をイメージセンサ２によって、開口部各ピクセル毎に映像信号に変換されて、１ライン取込６へと入力される。この１ライン取込６に入力された映像信号は、あらかじめ縦・横選択手段４により設定された縦、横１ライン分だけ空間周期取出手段７に入力される。この空間周期取出手段７では、映像信号がどのような並びになっているかを判定する。

マイクロレンズアレイ１とイメージセンサ２の関係が、図６に図示のようにマイクロレンズアレイ１とイメージセンサ２が回転を伴ったずれの場合は、図８に図示のように映像信号は、山、谷のあるような波形となる。また、マイクロレンズアレイ１とイメージセンサ２の関係が、図９に図示のようにマイクロレンズアレイ１とイメージセンサ２が平行にずれていたり、図４に図示のようにマイクロレンズアレイ１とイメージセンサ２が中央で合っている場合は、図５、図１０に図示のように映像信号は、山、谷の無い波形となる。

図３に図示の空間周期取出手段７は、これら波形を判定して、モータ駆動算出手段８に出力する。このモータ駆動方向算出手段８では、駆動方向を算出し、モータ９を駆動する。このようにして、マイクロレンズアレイ１とイメージセンサ２のずれを自動調整する。

次に、空間周期取り出し手段７の動作について説明する。

図１１には、イメージセンサ開口部２１が、イメージセンサ開口部２１の光軸ＢＡを中心にイメージセンサ２に対してマイクロレンズアレイ１が少量回転した場合が、図１３には、イメージセンサ開口部２１が、イメージセンサ開口部２１の光軸ＢＡを中心に図１１に図示の例よりもイメージセンサ２に対してマイクロレンズアレイ１が大きく回転した場合の例がそれぞれ示されている。図１１及び図１３においても、丸で示したものがマイクロレンズアレイ１のレンズ部１１で、四角で示したものが、イメージセンサ開口部２１を示している
図１１に図示のようにイメージセンサ開口部２１が、イメージセンサ開口部２１の光軸ＢＡを中心にイメージセンサ２に対してマイクロレンズアレイ１が少量回転した場合と、図１３に図示のようにイメージセンサ開口部２１が、イメージセンサ開口部２１の光軸ＢＡを中心に図１１に図示の例よりもイメージセンサ２に対してマイクロレンズアレイ１が大きく回転した場合のイメージセンサ２からの出力は、それぞれ図１２、図１４に図示の如くなる。いま、図１２中、映像信号出力電圧の山から山までの間隔を空間周期Ｔ０とし、図１４中、映像信号出力電圧の山から山までの間隔を空間周期Ｔ１とする。

図１１、図１２、図１３、図１４に示すように、映像信号出力電圧の山から山までの間隔、すなわち、空間周期は、イメージセンサ２に対してマイクロレンズアレイ１の回転量が大きいと小さくなる。

図１１、図１３の例であれば、図１２の映像信号出力電圧の山から山までの間隔を空間周期Ｔ０と、図１４の映像信号出力電圧の山から山までの間隔を空間周期Ｔ１との関係は、
Ｔ０＞Ｔ１
となっている。そして、イメージセンサ２に対して、マイクロレンズアレイ１の回転量が小さくなるなら、縦もしくは横一列では空間周期が大きくなり、一方向に増加もしくは減少する傾向の映像信号出力電圧となる。

さらに、イメージセンサ２に対してマイクロレンズアレイ１の回転量が「０」、すなわち、マイクロレンズアレイ１とイメージセンサ２のイメージセンサ開口部２１が水平、垂直方向とも平行となった時点（図１５に図示の状態）で、映像信号出力電圧は一定となる。この図１５において、丸く示したものがマイクロレンズアレイ１のレンズ部１１で、四角に示したものが、イメージセンサ開口部２１を示している
したがって、マイクロレンズアレイ１とイメージセンサ２の回転方向のずれを補正するには、映像信号出力電圧を水平、垂直方向で一定値となるよう制御すればよい。

次に、図１５において、マイクロレンズアレイ１とイメージセンサ２のイメージセンサ開口部２１が、ＡＡ、ＡＡ′、ＡＡ″のようにずれた場合の映像信号出力電圧は、図１６に図示のように、マイクロレンズアレイ１とイメージセンサ２のイメージセンサ開口部２１のずれる量が大きくなるにしたがって減少する。したがって、マイクロレンズアレイ１とイメージセンサ２の水平・垂直方向のずれを補正するには、映像信号出力電圧が最大になるよう制御すればよい。

次に、このような制御を行うのに好適なターゲット３を図１７に示す。図１７に図示のように、中央部が輝度信号が高く、映像信号出力電圧が大きいもの、もしくは、周辺部が輝度信号が低く、映像信号出力電圧が小さいものといった形のものがよい。そして、ターゲット３の輝度信号の高いところの形状は、図１７（ａ）のような円形、図１７（ｂ）のような矩形などでよい。さらに、ターゲット３の中央を頂点として周辺に向かうにしたがい、輝度が低下するような輝度分布を持つターゲットも好適である。

以上の例では、前記ターゲット３は輝度信号で説明したが、色信号で同様の構成でも本発明の意図からは外れるものでない。

次に、ターゲット３とマイクロレンズアレイ１とイメージセンサ２との位置関係について説明する。

同一のターゲット３を撮影したとき、たとえば、水平方向に対する映像信号出力電圧は、図１８に図示の如くなるが、マイクロレンズアレイ１とイメージセンサ２の位置関係により、ターゲット３までの距離が適正で、ターゲット３の画像がイメージセンサ２のイメージセンサ開口部２１の位置に像が結像するなら、図１８（ａ）のように中心を極大としてピークが急峻な特性になる。そして、ターゲット３までの距離が適正でなく、焦点がずれ、ターゲット３の画像がぼけて行くにしたがい、図１８（ｂ）のような中心を極大としてピークがなだらかな特性となる。このため、マイクロレンズアレイ１とイメージセンサ２のイメージセンサ開口部２１の位置調整には、図１８（ｂ）のように、ある程度焦点をぼかしておいた方がやり易くなる。

次に、図１９、図２０、図２１のフローチャートを用いて、マイクロレンズアレイ１とイメージセンサ２のイメージセンサ開口部２１の位置調整の方法の動作を説明する。この図１９は、マイクロレンズアレイ１とイメージセンサ２との回転方向のずれの補正についてのフローチャート、図２０、図２１は、マイクロレンズアレイ１とイメージセンサ２との平行方向のずれの補正についてのフローチャートである。

図１９において、ステップ１９００において、回転補正フローがスタートすると、ステップ１９０１において、回転方向を示すフラグ、方向フラグに正転方向の設定を行う。このステップ１９０１においてフラグの設定を行うと、ステップ１９０２において、あらかじめ設定されていた図３に図示の縦横選択手段４による縦横フラグの方向で１ライン分を素子駆動手段５と１ライン取込手段６によりイメージセンサ２から取り込む。

このステップ１９０２においてイメージセンサ２から１ライン分を取り込むと、ステップ１９０３において、取り込んだ映像信号の包絡線を空間周期取出手段７で検出をする。このステップ１９０３において映像信号の包絡線の検出を行うと、ステップ１９０４において、ステップ１９０３において検出した包絡線から周期を空間周期取出手段７が算出し、Ｘに代入する。このステップ１９０４において周期をＸに代入すると、ステップ１９０５において、あらかじめ設定していた周期基準設定値をＣに代入する。そして、ステップ１９０６において、モータ駆動方向算出手段８が、ＸとＣを比較しＸがＣより小さいか否かを判定する。

このステップ１９０６においてモータ駆動方向算出手段８によってＸがＣより大きいと判定すると、ステップ１９１６にジャンプし、このフローを終了する。また、ステップ１９０６においてモータ駆動方向算出手段８によってＸがＣより小さいと判定すると、ステップ１９０７に移る。この周期（Ｘ）が周期基準設定値（Ｃ）より小さい状態は、マイクロレンズアレイ１とイメージセンサ２との回転量が少ないということを意味している。

ステップ１９０６においてモータ駆動方向算出手段８によってＸがＣより小さいと判定すると、ステップ１９０７において、モータ駆動方向算出手段８の指示により、ステップ１９０１において設定した方向フラグの指示する方向へ１ステップ移動する。このステップ１９０７において方向フラグを指示する方向へ１ステップ移動すると、ステップ１９０８において、再度、あらかじめ設定されていた図３中の縦横選択手段４による縦横フラグの方向で１ライン分を素子駆動手段５と１ライン取込６によりイメージセンサ２から取り込む。

このステップ１９０８において１ライン分を取り込むと、ステップ１９０９において、取り込んだ映像信号の包絡線を空間周期取出手段７で検出をする。このステップ１９０９において映像信号の包絡線を検出すると、ステップ１９１０において、ステップ１９０９において検出した包絡線から周期を空間周期取出手段７が算出し、Ｙに代入する。このステップ１９１０において周期をＹに代入すると、ステップ１９１１において、モータ駆動方向算出手段８が、ＹとＣを比較し、ＹがＣより小さいか否かを判定する。

このステップ１９１２において周期（Ｘ）が周期（Ｙ）より大きいと判定すると、ステップ１９１６にジャンプし、このフローを終了する。また、このステップ１９１２において周期（Ｘ）が周期（Ｙ）より小さいと判定すると、ステップ１９１３にジャンプし、このフローを終了する。また、ステップ１９１１においてモータ駆動方向算出手段８によってＹがＣより小さいと判定すると、ステップ１９１２に移る。この周期（Ｙ）が周期基準設定値（Ｃ）より小さい状態は、マイクロレンズアレイ１とイメージセンサ２との回転量が少ないということを意味している。

このステップ１９１２において周期（Ｘ）が周期（Ｙ）より小さいと判定すると、ステップ１９１３に移る。この周期（Ｘ）が周期（Ｙ）より小さい場合は、現状の方向フラグ方向へと回転させるとマイクロレンズアレイ１とイメージセンサ２との回転量が減少する状態を示している。このステップ１９１２において周期（Ｘ）が周期（Ｙ）より小さいと判定すると、ステップ１９１３において、
駆動後のデータＹをＸへ代入し、ステップ１９０７に戻る。

また、ステップ１９１２において周期（Ｘ）が周期（Ｙ）より大きいと判定すると、ステップ１９１４に移る。このステップ１９１４において、前々回の駆動方向と前回の駆動方向が、お互いに逆かどうかを判定し、前々回の駆動方向と前回の駆動方向が逆の場合にはハンチングしていると判断し、ステップ１９１６にジャンプし、このフローを終了する。また、ステップ１９１４において前々回の駆動方向と前回の駆動方向が逆でない場合には、ステップ１９１５において、方向フラグを反転してステップ１９１３に戻る。

このようなフローチャートに基づいて、マイクロレンズアレイ１とイメージセンサ２の回転方向の位置あわせを行なえばよい。

次に、図２０，図２１のフローチャートを用いてマイクロレンズアレイ１のレンズ部１１を中心にイメージセンサ２のイメージセンサ開口部２１の位置あわせする方法について説明する。

このフローチャートは、図１９に図示の処理である回転方向の位置ずれを補正した後にスタートする。

まず、ステップ２００１において、フローがスタートすると、ステップ２００２において、ｘ軸側の駆動方向を記録しておくｘ軸方向フラグに、正の方向を代入する。このステップ２００２においてｘ軸側の駆動方向を記録しておくｘ軸方向フラグに正の方向を代入すると、ステップ２００３において、ｙ軸側の駆動方向を記録しておくｙ軸方向フラグに、正の方向を代入する。このステップ２００３においてｙ軸側の駆動方向を記録しておくｙ軸方向フラグに正の方向を代入すると、ステップ２００４において、位置あわせ時の出力電圧変化量が少なくなった点で位置あわせ完了とするときの出力電圧変化変化量の値、位置あわせスレッシュをｃに代入する。このステップ２００４において位置あわせスレッシュをｃに代入すると、ステップ２００５において、特定の１点を取込みａ０へ代入する。

このステップ２００５において特定の１点を取込みａ０へ代入すると、ステップ２００６において、マイクロレンズアレイ１をｘ軸方向フラグの示す方向に、１ステップ移動させる。このステップ２００６においてマイクロレンズアレイ１をｘ軸方向フラグの示す方向に１ステップ移動させると、ステップ２００７において、ステップ２００５において取り込んだ点と同じ位置の点の映像信号の出力電圧を取込み、ａ１に代入する。このステップ２００７において映像信号の出力電圧を取込みａ１に代入すると、ステップ２００８において、ａ０とａ１の差分と、ｃとの比較を行い、ａ０とａ１の差分が、ｃより大きいか否かを判定する。

このステップ２００８において、ａ０とａ１の差分が、ｃより大きいと判定するとステップ２００９に移り、ａ０とａ１の差分が、ｃより小さいと判定するとステップ２１０１に移る。このステップ２００８においてａ０とａ１の差分が、ｃより大きいと判定すると、１ステップ駆動時の差分が大、すなわち、未だにイメージセンサ２のイメージセンサ開口部２１がマイクロレンズアレイ１の各レンズ部１１の中央に近づいていない状態を示している。このステップ２００８においてａ０とａ１の差分が、ｃより大きいと判定すると、ステップ２００９において、ａ１とａ０ｃとの比較を行い、ａ１が、ａ０より大きいか否かを判定する。このステップ２００９においてａ１がａ０より大きい、すなわち、イメージセンサ２の出力電圧が大きくなる方向であると判定するとステップ２０１０に進み、ａ１がａ０より小さい、すなわち、イメージセンサ２の出力電圧が減少する方向であると判定するとステップ２０１１に進む。

ステップ２０１０においては、ａ１にａ０を代入し、ステップ２００６へと戻り駆動動作を繰り返す。また、ステップ２０１１においては、方向がハンチングしていないのかのテストを行ない、ハンチングしているか否かの判定を行う。このステップ２０１１においてハンチングしていると判定すると、ステップ２１０１に移る。また、このステップ２０１１においてハンチングしていないと判定すると、ステップ２０１２において、ｘ軸側の駆動方向を記録しておくｘ軸方向フラグを反転し、ステップ２０１０に移る。

このようにしてｘ軸側の位置あわせを行なう。

次に、図２１に図示のフローチャートによってｙ軸側の位置あわせについて説明する。

まず、ステップ２１０１において、特定の１点を取込みｂ０へ代入する。このステップ２１０１において特定の１点を取込みｂ０へ代入すると、ステップ２１０２において、マイクロレンズアレイ１をｙ軸方向フラグの示す方向に、１ステップ移動させる。このステップ２１０２においてマイクロレンズアレイ１を１ステップ移動させると、ステップ２１０３において、ステップ２１０１において取り込んだ点と同じ位置の映像信号の出力電圧を取込み、ｂ１に代入する。このステップ２１０３において映像信号の出力電圧を取込みｂ１に代入すると、ステップ２１０４において、ｂ０とｂ１の差分と、ｃとの比較を行い、ｂ０とｂ１の差分が、ｃより大きいか否かを判定する。

このステップ２１０４においてｂ０とｂ１の差分が、ｃより大きいと判定する場合は、１ステップ駆動時の差分が大、すなわち、未だにイメージセンサ２のイメージセンサ開口部２１がマイクロレンズアレイ１の各レンズ部１１の中央に近づいていない状態を示している。このステップ２１０４においてｂ０とｂ１の差分が、ｃより大きい、イメージセンサ２の出力電圧が大きくなる方向であると判定すると、ステップ２１０６において、ｂ１にｂ０を代入し、ステップ２１０２へと戻り駆動動作を繰り返す。また、ステップ２１０４においてｂ０とｂ１の差分が、ｃより小さい、イメージセンサ２の出力電圧が減少する方向である、大でないと判定すると、ステップ２１０７において、方向がハンチングしていないのかのテストを行ない、ハンチングしているか否かの判定を行う。

このステップ２１０７においてハンチングしていると判定すると、ステップ２１０９に移る。また、このステップ２１０７においてハンチングしていないと判定すると、ステップ２１０８において、ｙ軸側の駆動方向を記録しておくｙ軸方向フラグを反転し、ステップ２１０６に移る。

このようにｙ軸側の位置あわせを行ない、図１９、図２０、図２１を連続的に行なうことでマイクロレンズアレイ１の各レンズ部１１の中心とイメージセンサ２のイメージセンサ開口部２１との位置あわせを行なうことが可能となる。

レンズアレイ、イメージセンサの断面図。 図１のレンズアレイ、イメージセンサを貼り合わせる状態を説明するための図。 本発明に係る固体撮像素子におけるイメージセンサの位置決め装置の実施例を示す図。 図１に図示の固体撮像素子の平面図。 図４のイメージセンサの出力電圧の特性図。 レンズアレイ、イメージセンサの位置関係を説明するための図。 図６のイメージセンサの水平側の出力電圧の特性図。 図６のイメージセンサの垂直側の出力電圧の特性図。 レンズアレイ、イメージセンサの位置関係を説明する図。 図９のイメージセンサの出力が低下する状態を示す図。 レンズアレイ、イメージセンサの位置関係説明図。 図１１の例、位置と出力電圧の関係説明図。 イメージセンサに対してマイクロレンズアレイが少量回転した状態を説明するための図。 図１３の位置と出力電圧の関係を説明するための図。 マイクロレンズアレイとイメージセンサのイメージセンサ開口部が水平、垂直方向とも平行になった状態を説明するための図。 図１５のマイクロレンズアレイとイメージセンサのイメージセンサ開口部のずれる量が大きくなった状態の出力電圧の関係を説明するための図。 制御を行うのに好適なターゲットを示す図。 中心位置の水平方向に対する映像信号出力電圧の関係を説明するための図。 制御フローチャート（回転補正）。 制御フローチャート（平行位置補正）。 制御フローチャート（平行位置補正）。

符号の説明

１……………………レンズアレイ
２……………………イメージセンサ
３……………………ターゲット
４……………………縦・横選択手段
５……………………素子駆動手段
６……………………１ライン取込手段
７……………………空間周期取出手段
８……………………モータ駆動方向算出手段
９……………………モータ
１１…………………レンズ部
１２…………………支持部
２１…………………イメージセンサ開口部

Claims (4)

1. 複数のレンズ部を有するマイクロレンズアレイと前記マイクロレンズアレイを構成する個々のレンズ部の中央と同軸に配置され前記個々のレンズ部により集光された光を入射するイメージセンサ開口部を有するイメージセンサとを独立して製作し、前記マイクロレンズアレイに前記イメージセンサを貼付して形成する固体撮像素子におけるイメージセンサの位置決め装置において，
   前記固体撮像素子のマイクロレンズアレイを透過して前記イメージセンサによって受光される被写体となるターゲットと，
   前記固体撮像素子の縦一列、横一列のいずれかの撮像列を選択する縦・横選択手段と，
   前記縦・横選択手段からの縦・横の信号により前記固体撮像素子を駆動する素子駆動手段と，
   前記縦・横選択手段によって選択された縦一列、横一列のいずれかの画像を取り込む画像取込手段と，
   前記画像取込手段によって取り込んだ縦・横選択手段によって設定された縦、横１ライン分の縦一列、横一列のいずれかの映像信号の空間周波数の逆数である空間周期を取り出す空間周期抽出手段と，
   前記空間周期抽出手段によって取り出された空間周期からモータ駆動方向を算出する駆動方向算出手段と，
   前記マイクロレンズアレイを移動するモータと，
   を設け，
   前記駆動方向算出手段から出力される信号に基づき前記モータを駆動して前記マイクロレンズアレイと前記イメージセンサの回転方向の位置合わせを行うようにしたことを特徴とする固体撮像素子におけるイメージセンサの位置決め装置。
2. 前記マイクロレンズアレイの径は、前記イメージセンサ開口部の大きさに比して５倍以上大きいものである請求項１に記載の固体撮像素子におけるイメージセンサの位置決め装置。
3. 複数のレンズ部を有するマイクロレンズアレイと前記マイクロレンズアレイを構成する個々のレンズ部の中央と同軸に配置され前記個々のレンズ部により集光された光を入射するイメージセンサ開口部を有するイメージセンサとを独立して製作し、前記マイクロレンズアレイに前記イメージセンサを貼付して形成する固体撮像素子におけるイメージセンサの位置決め方法において，
   前記固体撮像素子の縦一列、横一列のいずれかの撮像列を選択し，
   被写体となるターゲットからの光を前記固体撮像素子のマイクロレンズアレイを透過させて前記イメージセンサで受光し，
   前記選択された縦・横の信号により前記固体撮像素子を駆動し，
   前記選択された縦一列、横一列のいずれかの画像を取り込み，
   前記取り込んだ縦、横１ライン分の縦一列、横一列のいずれかの映像信号の空間周波数の逆数である空間周期を取り出し，
   前記取り出された空間周期からモータ駆動方向を算出し，
   前記算出したモータ駆動方向に基づいてマイクロレンズアレイをモータによって移動し，
   前記マイクロレンズアレイと前記イメージセンサの回転方向の位置合わせを行うようにしたことを特徴とする固体撮像素子におけるイメージセンサの位置決め方法。
4. 前記イメージセンサの位置決めするのに、マイクロレンズアレイの径を前記イメージセンサ開口部の大きさに比して５倍以上大きく形成して行うものである請求項３に記載の固体撮像素子におけるイメージセンサの位置決め方法。

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