JPH0831995B2 - テストチヤ−ト及びこれを用いた固体撮像素子の位置合わせ方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は固体撮像素子の位置調整、検査に用いるテス
トチャート及びこれを用いた固体撮像素子の位置合わせ
方法に関する。

従来の技術 固体撮像素子を用いた固体カメラは、撮像管を用いた
カメラに比べて小型，軽量で残像や焼き付きが無く優れ
た点が多いが、解像度においてやや劣っている。そこで
固体撮像素子を複数個使用する複板カメラにおいては、
高解像度化を図る方法として空間的画素ずらしが行なわ
れる場合がある。この場合には各々の固体撮像素子の配
置は極めて正しい位置にあることが要求され、各素子が
正しい位置関係にないと、画像の重ね合わせの時に偽信
号が生じてしまう。撮像管の場合には電子ビームが描く
ラスタの形状や位置を複数の管同志で調整して合致させ
るレジストレーションの調整が電気的に割合簡単に出来
るが、固体撮像素子では電気的調整は難しく、あらかじ
め各々の素子を正しく位置合わせして固定する必要があ
る。従来、固体撮像素子の位置合わせ方法を示した技術
として特開昭57-210781号公報に示されるものがある。

これは規則的に感光部が配列された固体撮像素子を用
いて、その有効画素数の整数倍にて換算したテレビ本数
の白黒パターンを有するテストチャートを撮像し、得ら
れた映像信号をモニタ上で観察して前記固体撮像素子の
位置を調整することを示したものである。第8,9図によ
り、この従来技術を詳しく説明する。

第８図は白領域1aと黒領域1bが交互に規則的に配列さ
れたバーパターンのテストチャート１と固体撮像素子の
感光部配列２の相対位置による信号出力の関係を示す。
すなわち、固体カメラで垂直に並んだ白黒のバーパター
ンのテストチャート１を撮影したとする。そのバーパタ
ーンの白領域1aおよび黒領域1bの幅は光学レンズ等を介
して、固体撮像素子２の感光部配列２に投影された時
に、ちょうど感光部C₁，C₂……の水平方向のピッチに等
しいものとする。この投影白黒パターンが（ａ）と
（ｂ）で示すようにパターンの縞と画素が一致した位置
関係にあるとする。この場合の映像信号は（ｃ）のよう
に白と黒が交互になっている。一方（ａ）と（ｄ）で示
すようにパターンの縞と画素が互いにずれている場合、
その映像信号は（ｅ）のように全画素から同一の値で中
間レベル即ち灰色信号が得られる。（ｂ）と（ｄ）はテ
ストチャート１からみると画素が1/2ピッチだけずれた
関係になる。したがって、映像信号をモニタ上で見てい
ると、テストチャート１と固体撮像素子の相対的位置関
係がわかる事になる。

第９図は上記の信号出力の差を利用して、二次元画素
配列の固体撮像素子の傾斜を修正する方法を示す。画素
ピッチと同じ幅の白黒パターンのテストチャート１を正
しく垂直に配置しておき、固体撮像素子で撮像した場
合、固体撮像素子に傾きがなければ、上部（イ）の水平
方向の感光部配列2₁および下部（ロ）の水平方向感光部
配列2₂ともに白黒信号が得られる。これに対し、点線で
示すように固体撮像素子が傾いていると、素子の上部
（イ）の水平方向感光部配列2₁から得られる信号は白黒
信号であるが、下部（ロ）では半ピッチずれているた
め、灰色信号出力となる。（イ），（ロ）以外の途中の
画素配列は示さないが、テストチャート１からの光像の
光軸に対して固体撮像素子が回転していると画像には水
平方向に白黒の部分と灰色の部分が垂直方向に交互にあ
らわれる。光軸に対して正しい位置とするには信号出力
を見ながら、固体撮像素子を回転して第２図の実線の感
光部配列で示すように全面から白黒の縞模様の信号出力
が得られるように調整する。回転の度合が大きい程、最
初の状態で見られる水平方向の白黒縞と灰色は数が多い
が、正しい垂直の状態に近づくにつれて、その数が減少
し、最後には全体が白黒縞があるいは灰色になる。な
お、垂直の白黒パターンと正しい垂直の位置に画素が来
ると、第１図の（ｂ），（ｄ）以外にテストチャート１
との関係でそれらの中間的な相対位置を占める事があ
り、白黒のレベルが完全な値とならず、中間的なレベル
の白黒縞になる場合もある。いずれにしろ画素ピッチに
等しい幅をもつ垂直な白黒パターンを使う事によって、
全面から一様な信号が得られるように調整する事によっ
て、正しい位置決めが行なえる。

以上のようにして単一の固体撮像素子或いは複数の素
子相互間の位置決めに適用せんとするものである。

発明が解決しようとする問題点 以上述べてきた従来の技術には以下のような問題点が
ある。すなわち、従来技術による位置合わせ方法では、
第８図に示すような画素と投影白黒パターンとの位置関
係を正しく実現する必要がある。換言すると、光学レン
ズを介して結像された白黒のバーパターンの白領域及び
黒領域の幅が固体撮像素子の画素の水平方向ピッチと一
致することを前提とした位置合わせ方法であるというこ
とである。そしてこの結像関係を乱す要因として、レン
ズの結像倍率によるピッチ誤差，レンズ等光学系の収差
などがある。前者の結像倍率によるピッチ誤差は、第10
図に示すようなことである。すなわち（ａ）と（ｂ）で
示すように白黒のパターン幅が画素ピッチとわずかにず
れて結像した場合は、映像信号には（ｃ）の様なビート
が発生し、前述の様な白黒信号や一様な灰色信号は得ら
れない。したがって従来技術で述べられているような位
置合わせは出来ないことになる。逆に言うと、前述の方
法で位置合わせを行なうには極めて厳密に正しい結像関
係を維持する必要があり、現実的ではない。又、後者の
光学系の収差としては非点収差や歪曲収差など種々の収
差の影響で直線が直線として結像しないことが生じ、映
像信号の質が劣化し、画面全域にわたって歪みのない白
黒信号や一様な灰色信号を得ることは不可能といえる。

更に固体撮像素子の水平方向の調整と垂直方向の調整
とは一連の手順として行なうことが一般的であるが、従
来例に示すものはそれぞれテストチャートを取り替える
必要があり作業性が悪く、しかも調整精度が劣化するこ
ともある。

本発明は上記のような問題点を鑑みてなされたもので
あり、簡単なテストチャートとこれを用いた精度の高い
位置合わせ方法を提供することを目的としている。

問題点を解決するための手段 前記問題点を解決するための技術的手段は、固体撮像
素子の水平方向画素ピッチをPh,垂直方向画素ピッチをP
vとしたとき、線幅Lxなる少なくとも１本の縦線と、こ
れと直交する線幅Lyなる少なくとも１本の横線とを備
え、Ph/PvとLx/Lyとを概ね等しくしたテストチャートを
横倍率ｍで固体撮像素子で撮像し、ｍ・LxとPh、若くは
ｍ・LyとPvとを概ね等しくして得られた映像信号により
固体撮像素子の位置を調整するものである。

作用 前記手段の作用は次のようになる。すなわち、単一の
白線もしくは黒線の像によって素子との位置合わせをせ
んとするものであるから結像倍率を厳密に設定する必要
がなく、又画面全域ではなく一部の素子によって位置合
わせをすることが可能となる。

更に同一のチャートで水平，垂直両方向の調整が可能
となる。

実施例 以下実施例により本発明を詳細に説明する。第１図は
本発明のテストチャートにおける一実施例を示す模式図
で、第２図は固体撮像素子の受光部の一部分を示す図で
ある。テストチャート３は黒地3aに直交する白い縦線3b
と横線3cが配設されており、縦線3bの線幅Lxと横線3cの
線幅Lyは、固体撮像素子４の画素4aの水平方向ピッチを
Ph,垂直方向ピッチをPvとすると、Ph/PvとLx/Lyとが概
ね等しくなるように設定している。チャート３の周辺部
の黒い三角印は画角設定用のマーカー3dである。マーカ
ー3dで規定される範囲を固体撮像素子の受光領域全域で
撮像したときの横倍率をｍとするとｍ・LxとPh,m・Lyと
Pvとが概ね等しくなるように寸法関係を決定している。

次に固体撮像素子の水平方向の位置合わせについて説
明する。

第３図はテストチャート３を横倍率ｍで撮像したとき
の縦線3bの像3b-1と固体撮像素子の画素配列4aとの相対
位置による信号出力の関係を示す。縦線像3b-1の線幅ｍ
・Lxは水平方向画素ピッチPhとほぼ等しくなっている。
この縦線像3b-1と画素4aとが（ａ）と（ｂ）で示すよう
に一致した位置関係にあるとき映像信号は（ｃ）のよう
にただ１つの素子からのみ得られ、しかも信号レベルは
最大となる。一方、（ａ）と（ｄ）で示すように縦線像
3b-1と画素4aとが互いにずれている場合、映像信号は
（ｅ）で示すように隣接する２つの素子から得られ、信
号は中間レベルを示す。（ｂ）と（ｄ）は画素4aが1/2
ピッチずれた関係にある。

ところで固体撮像素子を用いたビデオカメラでは、被
写体像を光学的に空間サンプリングして撮像出力を得
る。そしてカメラの解像度はサンプリング周波数に関連
して決まり、それ以上の高空間周波数成分が含まれる
と、偽信号発生の原因となるため、撮像光学系の光路中
に高空間周波数成分を制限する光学的ローパスフィルタ
ーを配設することが一般になされている。

第４図は水晶板による光学的ローパスフィルターを通
して撮像したときの縦線像と固体撮像素子の画素配列と
の相対位置による信号出力の関係を示す。縦線3bを倍率
ｍで撮像する時、水晶板を通過することにより（ａ）に
示す線幅ｍ・Lxなる常光線像3b-2と（ｂ）に示す同じ線
幅の異常光線像3b-3とが分離幅δにて分離され（ｃ）の
ように重なり合い合成像3b-4として撮像される。この合
成像3b-4と画素4aとが（ｃ）と（ｄ）で示すように一致
した位置関係にあるとき映像信号は（ｅ）のようにただ
１つの素子からのみ得られ、しかも信号レベルは最大と
なる。一方、（ｃ）と（ｆ）で示すように合成像3b-4と
画素4aとが互いにずれている場合、映像信号は（ｇ）で
示すように隣接する２つの素子から得られ、信号は中間
レベルを示す。（ｄ）と（ｆ）は画素4aが1/2ピッチず
れた位置関係にある。

このようにして光学的ローパスフィルターの有無にか
かわらず、テストチャート３に対する固体撮像素子の水
平方向の位置を高精度に調整することが可能となる。な
お、映像信号の観察は波形モニターなどを用いるとよ
い。

更に固体撮像素子の光軸廻りの回転及び垂直方向の位
置合わせについて説明する。

第５図はテストチャート３を横倍率ｍで撮像したとき
の横線3cの像3c-1と固体撮像素子の画素配列4aとの相対
位置による信号出力の関係を示す。横線像3c-1の線幅ｍ
・Lyは垂直方向画素ピッチPvとほぼ等しくなっている。
この横線像3c-1と水平方向画素配列4aとが（ａ）に示す
ように互いに光軸廻りに回転した状態にあるとき、この
水平方向画素配列の信号すなわち１走査線信号は（ｂ）
に示すように各素子からの信号レベルが異なるためAC成
分を含む信号となる。又、（ｃ）に示すように横線像3c
-1と水平方向画素配列4aとが平行な状態にあるとき、１
走査線信号は（ｄ）に示すように各素子から同等レベル
の信号が得られDC的な信号となる。すなわち１走査線信
号がDC的な信号となるまで固体撮像素子を回転微動させ
ることで光軸廻りの回転位置合わせが可能となる。更に
固体撮像素子を垂直方向に微動することで低周波のAC成
分まで観察することができ、高精度の回転位置合わせが
可能となる。また、（ｅ）に示すように横線像3c-1と画
素配列4aとが一致した状態にあるとき、１走査線信号は
（ｆ）に示すようにDCレベルが最大となり、隣接する走
査線から信号は得られない。１走査線の信号はオシロス
コープや波形モニターのラインセレクト機能により容易
に得ることができる。

以上述べてきた水平方向，垂直方向，回転の位置合わ
せは１個の固体撮像素子の場合のテストチャートに対す
る相対的位置合わせ方法であるが、複数の固体撮像素子
を用いたカメラの固体撮像素子相互間の位置合わせにも
適用することができる。このような場合の位置合わせの
手順としては、まず回転方向位置合わせを行なったの
ち、垂直方向，水平方向の順に位置を合わせることが望
ましい。

第６図，第７図は水平方向にPh/2の画素ずらしを行な
い、水平解像度を高める固体カメラを例にした垂直方向
と水平方向画素ずらしの位置合わせ方法を示す。

まず第６図により垂直方向位置合わせについて説明す
る。（ａ）は線幅ｍ・Lyなる横線像3c-1であり、これを
複板式カメラ等における（ｂ），（ｃ）に示す２個の固
体撮像素子4A,4Bにて撮像する。光軸廻りの回転方向の
位置合わせは各々の固体撮像素子4A,4Bについて前述の
方法によってすでに行なっているとする。垂直方向の位
置合わせは、まず（ｂ）に示すように基準とする固体撮
像素子4AのＭ番目の走査線（図中斜線で示す）の信号が
最大となるように固体撮像素子4Aを垂直方向に微動して
位置合わせを行なう。このとき隣接するＭ−１番目及び
Ｍ＋１番目の走査線から信号は得られない。同様に固体
撮像素子4BのＭ番目及び隣接する走査線の信号を観察し
たとき、Ｍ番目の走査線信号が最大ではなくしかもＭ＋
１番目の走査線にあるレベルの信号が得られたとする
と、固体撮像素子4Bは（ｃ）に示すような位置にあり、
基準となる固体撮像素子4Aに対してずれていることにな
る。このような場合、固体撮像素子4Bを垂直方向に微動
してＭ番目の走査線信号が最大となる位置に設定するこ
とにより、固体撮像素子4Aに対して高精度に位置合わせ
することができる。この場合、各々の固体撮像素子4A,4
Bの信号が同期しているはいうまでもない。

次に第７図により水平方向画素ずらしの位置合わせ方
法について説明する。（ａ）は第４図の（ｃ）に示した
ように光学的ローパスフィルターを通過して得られる縦
線の合成像3b-4であり、これを（ｂ），（ｃ）に示す固
体撮像素子4A,4Bで撮像する。光軸廻りの回転及び垂直
方向についてはすでに位置合わせしてあるとする。ま
ず、（ｄ）の上段に示す固体撮像素子4AのＭ番目の走査
線信号を観察しながら合成像3b-4を撮像しているＮ番目
の画素の信号が最大となる位置に固体撮像素子4Aを設定
する。そして（ｄ）の下段に示す固体撮像素子4BのＭ番
目の走査線信号を観察しながら、Ｎ−１番目とＮ番目の
画素の信号が中間レベルで同一になるよう固体撮像素子
4Bを微動して位置合わせする。水平走査のサンプリング
周波数をfs（Hz）とすると、（ｄ）の下段に示すＮ−１
番目とＮ番目の画素信号は1/fs（sec）の時間間隔があ
る。しかも固体撮像素子4Bの信号が固体撮像素子4Aの信
号に対して1/2画素ずらしに相当する1/2・fs（sec）の
時間遅れがあるとすると、（ｄ）に示すように固体撮像
素子4BのＮ番目の画素信号は固体撮像素子4AのＮ番目の
画素信号に対して1/2・fs（sec）遅れることになる。こ
のように、信号の時間的な関係によって各々の固体撮像
素子4A,4Bの相対位置関係を一義的に決定することがで
きる。然して水平方向画素ずらしを高精度に位置合わせ
することが可能となる。

発明の効果 本発明の効果としては第１の発明においては、ただ１
つのテストチャートに線幅Lxなる少なくとも１本の縦線
と、これと直交する線幅Lyなる少なくとも１本の横線と
を配し、固体撮像素子の水平方向及び垂直方向の画素ピ
ッチを各々Ph,Pvとしたとき、Ph/PvとLx/Lyとを概ね等
しくすることによって、１つのテストチャートで少なく
とも固体撮像素子の水平方向，垂直方向及び光軸廻りの
回転の位置合わせをすることが可能となり、チャート交
換による精度の劣化がなく、しかも作業性が良い。

又、第２発明においてはこのテストチャートを横倍率
ｍで固体撮像素子で撮像するとき、ｍ・LxとPh若くはｍ
・LyとPvとを概ね等しくして得られた映像信号で固体撮
像素子の位置合わせすることにより、撮像倍率を厳密に
管理する必要がなく、しかも画面の一部で位置合わせす
ることが可能であるため光学系の収差の影響を受けるこ
となく容易に、しかも高精度の位置合わせが可能であ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の１実施例におけるテストチャートの平
面図、第２図は固体撮像素子の画素配列の平面図、第３
図は同テストチャートに対する固体撮像素子の水平方向
の位置合わせ方向を示す図、第４図は同光学的ローパス
フィルターを通した場合の図、第５図はテストチャート
に対する固体撮像素子の回転及び垂直方向の位置合わせ
方法を示す図、第６図は２個の固体撮像素子間の垂直方
向の位置合わせ方法を示す図、第７図は同じく水平方向
画素ずらしの位置合わせ方法を示す図、第８図は従来例
における水平方向の位置合わせ方法を示す図、第９図は
同じく回転の位置合わせ方法を示す図、第10図は従来例
における水平方向の位置合わせ方法の問題点を説明する
図である。 ３……テストチャート、3b……縦線、3c……横線、4,4
A,4B……固体撮像素子、4a……画素。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】規則的に画素が配列された固体撮像素子の
   水平方向画素ピッチをPh,垂直方向画素ピッチをPvとし
   たとき、線幅Lxなる少なくとも１本の縦線と、これと直
   交して線幅Lyなる少なくとも１本の横線とを備え、Ph/P
   vとLx/Lyとを概ね等しくしたことを特徴とするテストチ
   ャート。
2. 【請求項２】規則的に画素が配列された固体撮像素子の
   水平方向画素ピッチをPh,垂直方向画素ピッチをPvとし
   たとき、線幅Lxなる少なくとも１本の縦線と、これと直
   交して線幅Lyなる少なくとも１本の横線とを備え、Ph/P
   vとLx/Lyとを概ね等しくしたテストチャートを横倍率ｍ
   で前記固体撮像素子に撮像するとき、ｍ・LxとPh、若く
   はｍ・LyとPvとを概ね等しくして得られた映像信号によ
   り前記固体撮像素子の位置を調整することを特徴とする
   固体撮像素子の位置合わせ方法。
3. 【請求項３】テストチャートの縦線で固体撮像素子の水
   平方向、横線で固体撮像素子の垂直方向と、光軸廻りの
   回転の位置合わせをすることを特徴とする特許請求の範
   囲第２項記載の固体撮像素子の位置合わせ方法。