JPH07226822A - 撮像素子光学ユニットにおける撮像素子の位置測定方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 位置検出用マークが付された調整用チャート
を用いて、撮像素子とレンズからなる撮像素子光学ユニ
ットにおける撮像素子の副走査方向に対する基準位置か
らの離間位置（位置ずれ量）を測定する方法において、
測定範囲を狭めることなく、上記位置ずれ量の測定分解
能を上げることができるようにする。 【構成】 調整用チャートの像を撮像素子に結像させ、
そのときの出力信号波形から実測される各画素に対応す
る階調値に基づいて補間により少なくともしきい値近傍
となる各画素間における小単位の階調値Ｐ、Ｑを推定
し、その推定した階調値を利用して位置検出用マークの
撮像幅を検出する。そして、その撮像幅に基づいて位置
ずれ量を求める。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、電荷結像素子（以下、
ＣＣＤと称す）などの撮像素子とその撮像面上に画像を
結像させるレンズとの組み合わせからなる撮像素子光学
ユニットにおける撮像素子の位置測定方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】デジタル複写機、ファクシミリなどにお
いて、その画像読み取り部にＣＣＤなどの画素を一次元
的に配置した撮像素子とレンズを組み合せた撮像素子光
学ユニットが広く用いられている。この撮像素子光学ユ
ニットは、レンズを通して入力される画像が撮像素子に
正しく結像されるように、レンズのＭＴＦ（Ｍｏｄｕｌ
ａｔｉｏｎ Ｔｒａｎｓｆｅｒ Ｆｕｎｃｔｉｏｎ，ピ
ント）、結像倍率、撮像素子とレンズの位置等の調整を
行う必要がある。

【０００３】そこで、本出願人は、このような位置調整
作業を容易にかつ効率よく行うことができる調整装置を
すでに提案している（特開平５−７５７９７号公報）。
この調整装置は、各種のマーク等を複合的に付した調整
用チャートの像を撮像素子に結像させ、その出力信号波
形から演算処理によりＭＴＦ（ピント）、結像倍率、撮
像素子等のずれ量を定量的に求め、それらのずれ量に基
づいて各々の調整を行うものである。

【０００４】特に、この装置による撮像素子の位置調整
のうち、画素の一次元配列方向と直交する上下方向、即
ち副走査方向に対する位置ずれの調整は、次のようにし
て行われる。すなわち、図２〜図３に示すように、ま
ず、撮像素子の副走査方向ｚへの位置ずれ量Ｌについ
て、２つの同一の三角形図形が頂点どうしで接するよう
な状態で対向配置された位置検出用マーク４０をチャー
トの左右両側に付した調整用チャート４を用い、このチ
ャート４の像を撮像素子に結像させて得られる出力信号
波形から撮像素子に撮像された位置検出マーク用４０の
三角形図形の撮像幅Ｗを計測し、その幅Ｗを幾何学的関
係による算出式Ｌ＝（Ｂ／Ａ）×Ｗから算出することに
より求める（式中のＡ、Ｂは図２に示す位置検出用マー
ク４０の三角形図形における各辺の長さを示す）。次い
で、この位置ずれ量Ｌに応じた撮像素子の位置調整がな
される。

【０００５】なお、位置調整マーク４０の三角形図形
は、通常はその全体（内部）が黒色等で塗りつぶされて
いる。また、図２中の符号４２は撮像素子の画素の一次
元配列方向に対応した基準位置を示し、図３中の符号２
０は撮像素子のライン状受光面を示す。

【０００６】また、上記撮像幅Ｗの検出は具体的に以下
のように行われている。まず、調整用チャートを撮像素
子に結像させることにより、その位置検出用マークの撮
像情報として、図６に示すような撮像素子からの出力信
号波形が得られる。そして、この信号波形から、上記マ
ークを識別するために設定された所定のしきい値を越え
る近傍の階調値ｐ、ｑを検出し、かかる階調値ｐ、ｑに
対応する２つの画素間に存在する全画素数に画素ピッチ
を乗じることにより、撮像幅Ｗが求められる。なお、階
調値ｐ、ｑに対応する各画素は、マーク部（黒色部）と
非マーク部（白色部）の境界位置として判別されるもの
で、つまり、これが位置検出用マークの撮像幅における
両端部に相当するとみなされる。

【０００７】例えば、図６の例をもとに説明すると、階
調値がしきい値（階調値＝９２）より小さくなるひとつ
手前の階調値ｐに対応する画素（４７１９画素目）と、
しきい値より大きくなる最初の階調値ｑに対応する画素
（４７４７画素目）が検出され、かかる２つの画素の差
である２８画素に、画素ピッチ０．０６３５ｍｍ（これ
は読取解像度４００ｄｐｉに相当する）を乗じることに
より算出される。すなわち、撮像幅ＷはＷ＝０．０６３
５×２８＝１．７７８ｍｍとなる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】このように撮像素子の
副走査方向に対する位置ずれ量Ｌを測定する場合、その
測定分解能は、前記した算出式から明らかなようにＢ／
Ａ（これは位置検出用マークの傾きに相当する）と撮像
幅Ｗの検出分解能によって決定される。ところが、上記
従来の測定方法においては、撮像幅Ｗの検出分解能は撮
像素子の画素ピッチにより概ね限定されてしまうため、
その測定分解能を上げるに当たっては位置検出用マーク
の傾き（Ｂ／Ａ）を小さくして対処することにより対処
せざるを得なかった。なお、この場合においては、寸法
Ａを大きくして傾き（Ｂ／Ａ）を小さくすることも可能
ではあるが、図２に示すように調整用チャート４の位置
検出用マーク４０の横近傍には基準位置検出用マーク４
３や位置ずれ量の方向検出用マーク４４等の他のマーク
が配されているため、寸法Ａを大きくするのには限界が
あり、実際には寸法Ｂを小さくすることにより対処しな
ければならない。

【０００９】しかしながら、上記の寸法Ｂを小さくした
場合には、図３などに照らして明らかなように撮像素子
の副走査方向に対する位置ずれ量を測定すべく測定範囲
が狭くなり、初期の位置ずれのように大きな位置ずれを
測定することがができず、ひいてはその撮像素子等の位
置ずれを調整することも不可能になるという問題があ
る。例えば、撮像幅Ｗの検出分解能、即ち画素ピッチが
０．０６３５ｍｍであり且つ位置検出用マークの寸法Ａ
が３．０ｍｍの場合において、位置ずれ量Ｌの精密な測
定に必要とされている測定分解能０．０２ｍｍを実現す
るためには、寸法Ｂは０．９４ｍｍ（＝０．０２×３．
０／０．０６３５）にしなけらばならない。つまり、こ
の場合の測定範囲は±０．９４ｍｍとなるが、かかる範
囲では実際に発生する撮像素子等の初期位置ずれ（±１
〜２ｍｍ程度）に対応することができないのである。こ
のようなことから、実際には撮像幅Ｗの検出分解能を低
くして（犠牲にして）寸法Ｂの値を充分な大きさにし対
処していた。

【００１０】本発明は上述したような事情に鑑みてなさ
れたもので、測定範囲を狭めることなく、撮像素子の副
走査方向に対する位置ずれ量の測定分解能を上げること
ができる撮像素子光学ユニットにおける撮像素子の位置
測定方法を提供することを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明の撮像素子光学ユ
ニットにおける撮像素子の位置測定方法は、撮像素子と
その撮像面上に画像を結像させるレンズとを有する撮像
素子光学ユニットにおける撮像素子に、撮像素子の画素
の配列方向と直交する副走査方向に対してマーク幅が変
化する形状からなる位置検出用マークを付した調整用チ
ャートを結像させ、そのときに得られる撮像素子の出力
信号波形から所定のしきい値の近傍となる階調値間にあ
る画素数を計測して上記位置検出用マークの撮像幅を検
出し、その撮像幅に基づいて撮像素子の副走査方向に対
する基準位置からの離間位置を算出して測定する方法に
おいて、上記出力信号波形から実測される各画素に対応
する階調値に基づいて補間により少なくともしきい値近
傍となる各画素間における小単位の階調値を推定し、そ
の推定した階調値を利用して位置検出用マークの撮像幅
を検出することを特徴とするものである。

【００１２】上記の技術的手段において、位置検出用マ
ークの撮像幅を検出するに当たり撮像素子の各画素間に
おける小単位の階調値を推定する手段としては、適切な
補間アルゴリズムを用いることができ、例えば、Ｌａｇ
ｒａｎｇｅの多項式による３次補間などを適用すること
ができる。

【００１３】その他にも、その推定手段として、撮像素
子の出力信号波形の曲線式を最少２乗法などで求め、こ
れにより各画素間における小単位の階調値を推定する手
法などを適用することも可能である。

【００１４】

【作用】このような技術的手段によれば、実際に計測さ
れる各画素の階調値に加え、少なくともしきい値近傍と
なる各画素間における小単位の推定される階調値を利用
することより、しきい値近傍となる階調値、ひいては位
置検出用マークの撮像幅に相当する画素数をより正確に
計測できるため、従来撮像素子の画素寸法によって固定
されていた位置検出用マークの撮像幅の検出分解能を高
めることができる。これにより、従来のごとく位置検出
用マークの寸法を変更することなく（特に寸法Ｂを小さ
くして測定範囲を狭めることなく）、撮像素子の副走査
方向に対する位置ずれ量の測定分解能を上げることがで
きる。

【００１５】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて詳細
に説明する。図１〜図４は本発明の一実施例を示すもの
で、図１は本発明の位置測定方法を適用した撮像素子光
学ユニットの位置調整方法の実施状態を、図２はこの実
施例で使用した調整用チャートを、図３は撮像素子の副
走査方向に対する位置ずれ量を検出する原理を、図４は
撮像素子から得られる出力信号波形をそれぞれ示す。

【００１６】図１において、１は撮像素子であるＣＣＤ
ラインセンサ２とレンズ３から構成されるＣＣＤ光学ユ
ニットである。この光学ユニット１におけるＣＣＤライ
ンセンサ２の位置調整は、所望のマークを複合的に付し
た調整用チャート４をＣＣＤラインセンサ２に撮像させ
ることにより得られる出力信号波形に基づき演算処理装
置５や表示装置６などを介して該センサ２の調整すべき
位置ずれ量を求め、その位置ずれ量に応じてセンサ２を
装着したＣＣＤ基板２ａの位置調整機構７を駆動させ
て、ＣＣＤラインセンサ２をｘ、ｙ、ｚ、θ_y軸等の所
定方向へ所定量移動させることにより行うようになって
いる。この場合、上記調整用チャート４には基準位置検
出用マーク４３や位置ずれ量の方向検出用マーク４４等
の所望のマークが付されている。

【００１７】この実施例は、特に、ＣＣＤラインセンサ
２の画素の一次元配列方向（主走査方向ｘ）と直交する
副走査方向ｚに対する基準位置からの離間位置、即ち位
置ずれ量Ｌを測定し、その位置ずれ量Ｌに応じた調整を
行うものである。そして、ＣＣＤラインセンサ２の副走
査方向ｚへの位置ずれ量を求めるに当たっては、位置検
出用マークが付された調整用チャート４を用い、それを
原稿面に相当する位置に固定し、しかる後、その調整用
チャート４の投影光をレンズ３を通してＣＣＤラインセ
ンサ２に結像させ、そのラインセンサ２の出力信号波形
を演算処理装置５に取り込んで演算処理することにより
求められる。

【００１８】調整用チャート４は、図２に示すように、
従来と同様に２つの同一形状の直角三角形が頂点どうし
で接するような状態で対向配置された位置検出用マーク
４０、４０′をチャートの左右両側に付したものであ
る。上記の位置検出用マーク４０、４０′は、副走査方
向ｚに対してマーク幅が一定の割合で変化するような形
状及び配置になっている。なお、図中の一点鎖線４２は
ＣＣＤラインセンサ２の画素の一次元配列方向に対応し
た基準位置を示し、これは該センサの副走査方向におけ
る基準位置にもなる。また、この実施例における位置検
出用マーク４０、４０′は、実際にはその全体が所定の
色、例えば黒色で塗りつぶしてあるものとする。

【００１９】このような調整用チャート４を使用して、
ＣＣＤラインセンサ２の副走査方向ｚへの位置ずれ量Ｌ
を検出するに当たっては、まず、その調整用チャート４
の像をＣＣＤラインセンサ２に結像させて得られる出力
信号波形から該センサ２に撮像された位置検出用マーク
４０、４０′のマーク幅Ｗを検出する。しかる後、従来
方法と同様にして、そのマーク幅Ｗと位置ずれ量Ｌ、そ
のマーク図形の幅Ａ及び高さＢとの幾何学的関係から成
り立つ算出式Ｌ＝（Ｂ／Ａ）×Ｗにより算出することに
より、上記位置ずれ量Ｌが検出される。

【００２０】上記位置検出用マーク４０、４０′の撮像
幅Ｗの検出は、出力信号波形に基づき、以下のように行
われる。なお、この検出は、波形処理装置や演算処理回
路等にて構成される演算処理装置５において行われる。
まず、図４に、調整用チャート４の像をＣＣＤラインセ
ンサ２に結像させて得られる出力信号波形を示す。この
出力信号波形はラインセンサ２の各画素にそれぞれ対応
する各階調値にて構成されている。図中の◇がその実測
された各階調値である。なお、このときＣＣＤラインセ
ンサ２の画素ピッチは０．０６３５ｍｍであり、また、
しきい値は階調値＝９２に設定されている。

【００２１】そして、この出力信号波形における実測さ
れた階調値に基づき、例えば、この実施例においては、
しきい値の近傍、例えば画素４７１７番目から４７１
７．１、４７１７．２、・・・というように０．１単位
の小画素単位に対応する階調値をそれぞれ推定してい
る。図４中の＋印が推定した階調値である。

【００２２】上記階調値の推定は、Ｌａｇｒａｎｇｅの
多項式による３次補間にて行った。すなわち、３次補間
における下記のＬａｇｒａｎｇｅの補間多項式、

【００２３】

【数１】

【００２４】この多項式中において、ｆ_iはｉ番目の画
素における階調値を示し、 ｓ＝ｘ−ｉ、 ｌ_i-1（ｓ）＝｛−ｓ（ｓ−１．０）（ｓ−２．０）｝
／６．０、 ｌ_i（ｓ）＝｛ｓ＋１．０）（ｓ−１．０）（ｓ−２．
０）｝／２．０、 ｌ_i+1（ｓ）＝｛−（ｓ＋１．０）ｓ（ｓ−２．０）｝
／２．０、 ｌ_i+2（ｓ）＝｛（ｓ＋１．０）ｓ（ｓ−１．０）｝／
６．０、 である。

【００２５】また、この補間多項式にて推定補間される
階調値について図解すると、図５に示すようになる。す
なわち、実測される階調値ｆ_i-1、ｆ_i、ｆ_i+1、ｆ_i+2の
うちで、任意の階調値ｆ_i及びｆ_i+1に対応する画素ｉ番
目とｉ＋１番目との間における小単位の画素ｘ番目に対
応する階調値が階調値ｆ_(x)として推定される。

【００２６】次いで、このように推定した階調値を補間
してなる出力信号波形に基づいて、しきい値に最も近傍
の階調値、即ちその階調値に対応する画素を求めると、
その階調値がしきい値（＝９２）より小さくなるひとつ
手前の階調値（図４中符号Ｐ）に対応する画素は４７１
９．１番目の画素であり、そのしきい値より大きくなる
階調値（図４中符号Ｑ）に対応する画素は４７４６．４
番目の画素となる。ここで、この階調値Ｐ、Ｑに相当す
る画素が位置検出用マークの撮像幅の両端部としてみな
される。従って、その画素差は２７．３画素となること
から、位置検出用マークの撮像幅Ｗは、前記した従来方
法に準じて画素ピッチにこの画素差である画素数を乗じ
ることにより求められる。即ち、Ｗ＝０．０６３５×２
７．３＝１．７３３５５ｍｍとなる。

【００２７】以上のように、この実施例においては、し
きい値を越える近傍の階調値Ｐ、Ｑを０．１画素単位で
求めているため、位置検出用マーク９の撮像幅Ｗの検出
分解能は本発明を適用しない従来方法（１画素単位で階
調値を求める方法）の１／１０の０．００６３５ｍｍと
なる。これにより、撮像素子の副走査方向に対する位置
ずれ量の測定分解能は、従来技術において説明したよう
に前記算出式からして、（Ｂ／Ａ）の値を変更しなくて
も従来の１／１０にすることができる。

【００２８】この結果、位置ずれ量Ｌの精密な測定に必
要とされている測定分解能０．０２ｍｍを実現するため
には、位置検出用マークの幅Ａが３．０ｍｍの場合、そ
のマークの高さＢを９．４（＝２．０×３．０／０．０
０６３５）ｍｍとすることができる。すなわち、測定範
囲として±９．４ｍｍを確保することができる。これ
は、撮像素子の副走査方向に対する初期の位置ずれ量に
も充分に対応できるものである。

【００２９】このようにして求められたＣＣＤラインセ
ンサ２の副走査方向ｚに対する位置ずれ量Ｌは、表示装
置６に表示された後、調整機構７へその駆動制御信号と
して送られる。そして、この調整機構７の制御駆動によ
りＣＣＤラインセンサ２は副走査方向ｚへ適宜移動修正
され、もって調整作業が完了する。

【００３０】なお、位置調整用チャート４における位置
検出用マークは、上記実施例のような図形構成のものに
限定されず、撮像素子の副走査方向に対してマーク幅が
変化する形状からなる構成のものであれば如何なるもの
であったもよい。

【００３１】また、位置検出用マークは、上記実施例の
ように黒色などで塗りつぶされたものに限定されず、そ
の内部が何も塗りつぶされていない単なる輪郭線図から
なるものであってもよい。この場合、撮像素子の出力信
号波形にはそのマーク図形の輪郭線部分が現れるため、
そのマークの撮像幅はその輪郭線どうしの間隔（図形幅
に相当）を計測すればよい。

【００３２】更に、位置検出用マークは、上記実施例の
ように調整用チャートの左右両側に設ける場合に限定さ
れず、その片側一方に１組だけ設けてもよく、その設け
る組数については任意である。

【００３３】また、位置検出用マークの他に、調整用チ
ャートに対して主走査方向ｘの位置調整やＭＴＦ、倍率
等の調整を行うためのマークを併せて付すことができ
る。このような調整用チャートを使用した場合には、撮
像素子の副走査方向ｚへの位置調整と共に、主走査方向
ｘの位置調整やＭＴＦ、倍率等の調整を同時にかつ精度
よく、しかも効率よく行うことが可能となる。

【００３４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
撮像素子の撮像幅の検出分解能を高めることができるの
で、位置検出用マークの寸法を変更することなく、特に
測定範囲を狭めることなく、撮像素子の副走査方向に対
する位置ずれ量（位置）の測定分解能を従来法に比べて
上げることができる。従って、このような本発明方法を
適用することにより、副走査方向に対する大きな初期位
置ずれが発生する撮像素子光学ユニットであっても、よ
り高精度に位置調整することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の位置測定方法を適用した一実施例を
示す概念図である。

【図２】 本実施例で使用した調整用チャートを示す平
面図である。

【図３】 撮像素子の副走査方向への位置ずれ量（位
置）を算出して検出するための原理を示す説明図であ
る。

【図４】 本実施例における撮像素子からの出力信号波
形を示す図である。

【図５】 ３次補間による階調値の推定方式を図解した
説明図である。

【図６】 従来方法における撮像素子からの出力信号波
形を示す図である。

【符号の説明】

１…撮像素子光学ユニット、２…撮像素子（ＣＣＤライ
ンセンサ）、３…レンズ、４…調整用チャート、４０，
４０′…位置検出用マーク、４２…基準位置、ｚ…副走
査方向、Ｗ…位置検出用マークの撮像幅、Ｐ，Ｑ…しき
い値の最近傍となる推定した階調値。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 撮像素子とその撮像面上に画像を結像さ
   せるレンズとを有する撮像素子光学ユニットにおける撮
   像素子に、撮像素子の画素の配列方向と直交する副走査
   方向に対してマーク幅が変化する形状からなる位置検出
   用マークを付した調整用チャートを結像させ、そのとき
   に得られる撮像素子の出力信号波形からしきい値の近傍
   となる所定の階調値間にある画素数を計測して上記位置
   検出用マークの撮像幅を検出し、その撮像幅に基づいて
   撮像素子の副走査方向に対する基準位置からの離間位置
   を算出して測定する方法において、 上記出力信号波形から実測される各画素に対応する階調
   値に基づいて補間により少なくともしきい値近傍となる
   各画素間における小単位の階調値を推定し、その推定し
   た階調値を利用して位置検出用マークの撮像幅を検出す
   ることを特徴とする撮像素子光学ユニットにおける撮像
   素子の位置測定方法。