JPS6365193B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は固体撮像素子の位置合せ方法に関す
る。

近年、固体撮像素子を用いた固体カメラが注目
されている。固体カメラは撮像管を用いたカメラ
に比べて、小形、軽量で信頼性が高いのが特徴に
なる他、画像の歪みが無く、計測に用いる事がで
きるなどの利点が多い。これらの利点を発輝させ
るためには、固体撮像素子が光学レンズを含むカ
メラの光軸に対して、正しい位置に配置されてい
る事が必要であり、さらには固体撮像素子を含め
て固体カメラ全体が被写体に対して正しい方向と
位置をとる事が必要である。固体撮像素子を１個
使用するカメラの他に、複数個の素子を使用する
カメラにおいては、各素子が光学的に正しい関係
にないと、画像の重ね合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ヨ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、カメラ作成時に正しい位置に配置して固定
しその後は調整しない事が多い。

さらに、固体カメラの高解像度化を計る方法と
して絵素ずらし（または画素ずらし）の方法が行
なわれる場合があるが、この場合には各々の固体
撮像素子間の配置は極めて正しい位置にある事が
要求される。

本発明は上記点に鑑み、簡単な操作でかつ高精
度に固体撮像素子と所定の基準体との間の位置関
係を調整できるようにした固体撮像素子の位置合
せ方法を提供するものである。

本発明は、一次元的または二次元的に規則的に
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ヤートを撮像し、得ら
れた映像信号をモニタ上で観察して前記固体撮像
素子の基準体との間の位置関係を調整することを
特徴とする。ここで基準体としては、固体撮像素
子の撮像対象である被写体である場合、あるいは
少くとも２個の固体撮像素子を並設する際のいず
れか一方の固体撮像素子である場合等が考えられ
る。即ち前者は、例えば高精度の計測を固体カメ
ラにより行なう場合等であつて、被写体に一体的
に前記テストチヤートを設け、このテストチヤー
トを観察しながら固体カメラと被写体相互の位置
合せを行なうことができる。また後者は、複数の
固体撮像素子を所定位置関係に組合せて固体カメ
ラを構成する場合であつて、それぞれの素子でテ
ストチヤートを撮像して両者の映像信号から、一
方を基準として複数の固体撮像素子相互間の位置
合せを行なうことができる。

本発明によれば、テストチヤートの白黒パター
ンと固体撮像素子の画素配列との位置関係による
映像信号の変化から、きわめて高精度の位置合せ
が可能となる。

以下実施例により本発明の詳細を説明する。

第１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ヤート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ヤー
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、ちようど感光部C₁，C₂…の水平方向の
ピツ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つている。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はテストチヤート１からみると画素
が１／２ピツチだけはずれた関係になる。したが
つて、映像信号をモニタ上で見ていると、テスト
チヤート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２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。画素ピツチと同じ幅の白黒パターンのテ
ストチヤート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、下部ロでは半ピツチずれているた
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、テストチヤート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
にテストチヤート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ツチに等しい幅を
もつ垂直な白黒パターンを使う事によつて、全面
から一様な信号が得られるように調整する事によ
つて、正しい位置決めが行なえる。

このようにして、例えば被写体と一体的に配置
されたテストチヤートを固体撮像素子で撮像する
ことにより、被写体に対する固体撮像素子の位置
を高精度に訂正することができ、固体撮像素子に
よる高精度の計測が可能となる。

以上は１個の固体撮像素子の場合の被写体に対
する相対的位置ぎめ方法の説明であるが２個以上
の固体撮像素子を用いたカメラの固体撮像素子相
互間の位置ぎめにも本発明は適用できる。第３図
は水平方向に１／２画素ずらしを行ない水平方向
の解像度を高める固体カメラの例における画素ず
らしの位置ぎめ方法を示す。図は概略図であつ
て、テストチヤートのパターンと画素（感光部）
の相対位置がはつきりわかるように書いてある。
テストチヤート３１として、ａに示すように、投
影した時に画素と同じ幅となる白領域３１ａと黒
領域３１ｂの配列パターンと最初の位置ぎめに便
利なマーカ３１ｃとからなるパターンを同意す
る。これを二板式カメラ等におけるｂ，ｃに示す
２個の固体撮像素子３２Ａ，３２Ｂで撮影し、最
初に両者が同じ位置に来るように調整しておく。
このためには両者から映像信号を抜きとり、これ
をｄに示すように同一モニタ画面３３上の上下に
出画して、マーカの形状と白黒パターンが両画面
で水平方向のずれが無いように調整すればよい。
この場合、第２図で説明したようにパターンと固
体撮像素子の垂直関係はあらかじめ調整しておく
と良い。この調整が終了した後に、第３図に示す
ように素子３２Ａと３２Ｂの映像３３Ａと３３Ｂ
をモニタ画面３３上で見ながら、例えば素子３２
Ａを図上で右方向にずらすように、カメラの素子
マウントの送り機構等を有する治具を調整する。
最初はモニタ画面３３には上下とも対称の信号が
得られており、上部の映像３３Ａと同じものが下
部にもあるが、移動と共に、下部は白黒縞が薄れ
てきて、ついに白黒パターン部全体が中間の灰色
になつた図示の映像３３Ｂとなる。この時点が、
第１図で説明した素子２のｂとｄの位置関係であ
り、素子３２Ａの画素は素子３２Ｂの画素に対し
て水平方向にPh／２（Phは水平の画素ピツチ）ず
れて、半画素ずらしが実現する。移動の最中に素
子が回転すると、全面が一様な信号とならず、縦
方向に信号レベルの差があらわれるので、第２図
で説明した方法により修正する。所定の映像信号
が得られた時点で、素子マウント治具を両方とも
固定すれば良い。

通常水平方向の画素ピツチは20μm前後であり、
±1μ以下の精度にて半分の10μmに正しく移動す
る事は機械的な測定では難しいが本発明のような
電気的な映像信号を見ながら行なえば、極めて簡
単にかつ、高精度に位置合せを行なう事が出来
る。

第３図では移動して灰色になる点を見つけた
が、逆に最初に灰色を出しておいて、移動して白
黒縞を探しても良い。移動する素子はどちらでも
良く、いずれか一方を基準体と考えればよい。

上記実施例では水平方向の移動を例にとつて説
明したが、同様に垂直方向にも応用出来る事は明
らかであり、また、斜め方向の画素ずらしについ
ても、水平と垂直を併用すれば簡単に実施でき
る。

また、第３図では画素ずらしを２個の素子で説
明したが、３個の場合にも拡大できる事は明らか
であろう。

上記実施例はフレーム転送CCDのように感光
部が画素の大部分を占める例を用いて説明した
が、感光部が画素全体に占める割合が小さいよう
な素子、例えばインターライン転送CCDやMOS
形素子にも応用できる。その場合の実施例を第４
図を用いて説明する。第４図は感光部C₁，C₂…
が水平方向で画素ピツチの１／２の感光部配列
２′の場合を示す。第１図と同様に白黒パターン
のテストチヤート１と感光部配列２′がａとｂの
位置関係のとき、ｃの白黒信号が得られ、これを
半画素ずらしてａとｄの位置関係にするとｅのよ
うに全画素から中間の灰色信号が得られる。

上記を利用して、先に述べた光軸に対する位置
ぎめや画素ずらしが実施できるが、さらに、高精
度に位置決めが出来る事を以下に説明する。第５
図は投影するテストチヤート１′として白黒縞の
幅をこれまで説明した例よりさらに半分にしたパ
ターンを利用した第４図と同様の感光部配列２′
をもつ撮像素子の位置決め方法の原理を示す。ａ
とｂの位置関係でテストチヤート１′のパターン
の黒と画素の感光部が一致するとｃのように全面
から黒信号が得られる。画素ピツチをPhとして、
Ph／４ずれたａとｄの位置関係では、画素から
の信号はｅのようにすべて中間の灰色信号とな
る。さらにPh／２ずれたａとｆの位置関係では
画素からの信号はｇのようにすべて白信号とな
る。したがつて、半画素ずらした事により、黒か
ら白へと信号の変化が極めて大きくなり、中間の
灰色の識別しにくい不安定なレベルを使用せずに
高精度の位置決めが可能になる。勿論、灰色信号
を識別しさえすれば、さらに１／４画素ずらしま
で可能になる。パターンの幅が狭くなつた分だけ
高精度の位置決めが可能になつたわけである。な
お、モニタ上での画面の目視の他に信号レベルの
検出を利用すればさらに精度を高める事が出来
る。

第５図の方法を利用すれば、三板の固体カメラ
で各素子をずらす時に、１／４画素ずらしが出来
る他に、さらに繰り返せば、黒、白、黒の信号変
化により各々の１／２画素ずらしが出来る。

上記実施例では、固体撮像素子の画素の感光部
が画素全体に及ぶ場合と画素の半分の例を述べ
た。実際の固体撮像素子においては、感光部の占
める割合は色々とあり、図で示してきたような
100％相当の白や０％相当の黒の信号出力が得ら
れるとは限らない。例えば、感光部が水平方向で
画素ピツチの１／２より僅かに大きい場合には、
第５図ｂ相当の位置では０％の黒とはならずｆ相
当の位置では100％の白とはならない。しかし、
いずれの場合でも、最小信号出力になるので、信
号レベルとしては、最小と最大が得られるように
画素をずらしてゆけば良い。また、感光部が水平
方向の１／２でも感度形状が台形ですそをひいて
いる場合にも、最小と最大の信号レベルに着目し
た方が良い。

なお、実施例では画像を出したモニタ上で観察
した例を示したが、テレビモニタに限らず、この
モニタにはオツシロ・スコープなどの信号波形モ
ニタでも良い事は勿論である。

上記実施例で述べたように、固体撮像素子及び
固体撮像素子を用いた固体カメラにおける光軸に
対する位置や素子間のずらしを簡単に映像信号を
見る事によつてきめる事ができる。この場合、素
子の感度領域により撮影するパターンの白黒の縞
の幅が異なるので、２種類必要とする。さらに、
各種の画素ピツチに対応してパターンを用意する
事が必要になる。しかし、これらは被写体である
パターンを固体撮像素子に投影するときの縮小率
をレンズで調整すれば良いので、問題は無い。

さらに、レンズの縮小率を変える事なく、どの
ような素子に対しても有効なパターンを使う事は
可能である。そのテストチヤートの例を第６図に
示す。白領域と黒領域の幅がラスタ中央から周辺
に向かつて、細くなるようなパターンを用いてい
る。第６図はパターンの概略図であるので、実際
には細いパターンが数多くかかれていると思つて
良い。テレビ本数で表わすと、ラスタ全体に画素
数が水平方向でNh個の場合には、第１図又は第
４図の白黒の縞は、3Nh／４テレビ本となる。一
方、第５図の縞はその２倍であり3Nh／２テレビ
本である。垂直方向で画素数がNvの場合には第
１図、第４図の場合はNvテレビ本、第５図は
2Nvテレビ本である。従つてこれらの本数を含む
ようなパターンを第６図中に形成しておけば、水
平方向又は垂直方向のある点で、第１図や第４
図、あるいは第５図の状態が実現され、その部分
が特に目立つてあらわれる。いわゆるモアレ現象
である。例えば感光部が水平方向画素ピツチの
１／２の素子が正しい位置から僅かに回転してい
ると、第５図の関係からラスタ上部の3Nh／２テ
レビ本数の部分にｂの状態で黒の信号が得られる
とすると、対応する対称形の下部で別の信号が出
ている。したがつて、上下において、同一の信号
レベルが出るように素子位置を調整すれば、正し
い位置に素子が固定できた事になる。水平・垂直
でこれらのモアレを見ながら調整すれば、完全な
位置ぎめが出来る。また、カメラ全体の位置ぎめ
も同様の方法で出来る。上記の画素数はいわゆる
有効画素をとれば良く、一般にその有効画素数の
テレビ本数表示を考えて、画素数のテレビ本数表
示の整数倍の白黒パターンが必要になる。

なお、第６図のパターンは周辺に向つて細かく
なるが、逆の構成でも良く、また両者を同時に並
べても良い。また周辺に向かつて太くなるものに
矢車チヤートと呼ばれるテスト・パターンがあ
り、これを利用する事も可能である。なお、円周
上に配置された矢車チヤートの場合にはモアレが
円弧状に出る事に注意を要する。さらに
Rectangular Hyperbolic Zone Plateと呼ばれ
るパターンを使用する事も可能である。これは第
６図と似たような形状をなしている。

また以上の説明では、光軸に対して固体撮像素
子の面が直交している場合を前提して述べたが、
光軸に対して直交する位置から傾いていると、白
黒パターンと画素の一致が得られず、全面一様な
白黒又は灰色の信号とはならない。従つて、ま
ず、全面一様な信号となるような調整を行なつて
光軸に対して固体撮像素子面が垂直である事を確
認してから、光軸に直交する面内での位置合せを
行なえば良い。またはその逆でも良く、両者を同
時に実施しても良い。

以上、述べたように本発明によれば、固体撮像
素子の規則的な画素配列と撮影するテストチヤー
トのパターンの規則的な配列との相対位置関係に
よる信号出力や映像をモニタ上で観察しながら、
最小、最大または中間信号レベルにより固体撮像
素子の位置ぎめや素子間のずらし位置あるいは固
体カメラの位置ぎめを高精度に設定することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図ａ〜ｅは本発明の一実施例におけるテス
トチヤートと固体撮像素子の画素の位置関係とそ
のときの信号出力の様子を示した説明図、第２図
はテストチヤートに対して、固体撮像素子が回転
した状態にある場合の調整方法を示した図、第３
図ａ〜ｄは本発明の別の実施例による二板式カメ
ラにおける半画素ずらしの方法を示す図、第４図
ａ〜ｅ及び第５図ａ〜ｇは感光領域が画素ピツチ
より小さい素子における画素とテストチヤートの
相対位置関係とそのときの信号出力の様子を説明
する図、第６図は、本発明を有効に実施するため
のテストチヤートのパターンの例を示す図であ
る。 １，１′……テストチヤート、２，２′……感光
部配列、３１……テストチヤート、３２Ａ，３２
Ｂ……固体撮像素子、３３……モニタ画面。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 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ヤートを
   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基準体との間の位置関係
   を調整することを特徴とする固体撮像素子の位置
   合せ方法。 ２ 基準体は被写体である特許請求の範囲第１項
   記載の固体撮像素子の位置合せ方法。 ３ 規則的に感光部が配列された複数個の固体撮
   像素子を並設する場合に、各固体撮像素子を用い
   てテストチヤートを撮像し、得られた映像信号を
   モニタ上で観察して、一方の固体撮像素子を基準
   体として他方の固体撮像素子の配置関係を調整す
   るようにした特許請求の範囲第１項記載の固体撮
   像素子の位置合せ方法。