(57)【要約】【課題】高画素化された撮像素子においても、撮像素子を短時間で、且つ高精度に撮像光学系に対して最適な位置に配置することが可能な撮像素子の位置調整方法を提供する。【解決手段】撮像光学系または撮像素子とを相対的に撮像光学系の光軸の方向に連続的に移動させながら、複数の所定の位置で光軸上に配置したチャートを撮像して画像情報を取得する工程と、該画像情報に基づいて、光軸に対する撮像素子の中心のずれ量およびあおり角またはその何れかを算出する工程と、該ずれ量およびあおり角またはその何れかに基づき、撮像素子を撮像光学系に対して所定の位置に配置する工程と、を有する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
撮像光学系または撮像素子とを相対的に前記撮像光学系の光軸の方向に連続的に移動させながら、複数の所定の位置で光軸上に配置したチャートを撮像して画像情報を取得する工程と、
前記画像情報に基づいて、前記光軸に対する前記撮像素子の中心のずれ量およびあおり角またはその何れかを算出する工程と、
前記ずれ量および前記あおり角またはその何れかに基づき、前記撮像素子を前記撮像光学系に対して所定の位置に配置する工程と、を有することを特徴とする撮像素子の位置調整方法。
【請求項２】
前記画像情報を取得する工程において、前記撮像素子から前記画像情報を読み出す際には、前記撮像素子の垂直方向に配列された画素に蓄積した画素信号を、複数種類設定可能な所定の画素数毎に等間隔に間引いて前記撮像素子の垂直転送ラインに転送する間引き読み出しを行うことを特徴とする請求項１に記載の撮像素子の位置調整方法。
【請求項３】
前記画像情報を取得する工程において、前記撮像光学系または前記撮像素子の何れか一方を前記光軸の方向に移動させる速度は可変であることを特徴とする請求項１または２に記載の撮像素子の位置調整方法。
【請求項４】
前記画像情報を取得する工程において、前記複数の所定の位置は可変であることを特徴とする請求項１から３の何れか１項に記載の撮像素子の位置調整方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、撮像素子の位置調整方法に関し、撮像光学系に対して撮像素子を最適な位置に配置する撮像素子の位置調整方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
単一又は複数のレンズにより構成される撮像光学系と、ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｄｅｖｉｃｅ）等の撮像素子との互いの相対位置の調整は、これらが組み込まれる撮像装置の性能に大きく影響する為、重要な作業工程である。
【０００３】
撮像素子の位置調整方法の代表的な方法としては、以下の方法が知られている（例えば、特許文献１を参照）。
【０００４】
先ず、撮像光学系、及び撮像素子を仮配置した後に、撮像光学系又は撮像素子の何れか一方を光軸方向に移動させながら複数の所定の位置で停止させ、その都度光軸上に配置した調整用のチャートを撮像して画像情報を取得する。次に、取得した複数の画像の画像情報に基づいて、光軸に対する撮像素子の中心のずれ量や撮像素子のあおり角（傾き量）を算出する。そして、算出したずれ量やあおり角に基づいて、撮像素子の位置・姿勢（以下、位置と姿勢を併せて単に位置とも記す）を調整する調整機構部を駆動し、撮像光学系に対して撮像素子を最適な位置に配置する。
【０００５】
ここで、このような位置調整方法において、通常行われている画像情報の取得方法を図４を用いて説明する。図４（ａ）は、ＣＤＤの移動方法を示す図、図４（ｂ１）は、ＣＣＤの移動タイミングを示すタイムチャート、図４（ｂ２）は、画像情報の取得タイミングを示すタイムチャートである。
【０００６】
最初に、ＣＣＤを移動させ、ＣＣＤが所定の位置ｄ１に到達すると移動を停止する（期間ｔｗｄ）。次に、ＣＣＤが停止すると、位置ｄ１にてチャートを撮像し、撮像した第１フレームｆ１の画像情報を読み出す（期間ｔｗｓ）。そして、画像情報の読み出しが完了すると、再度ＣＤＤを移動させ、ＣＣＤが次の所定の位置ｄ２に到達すると移動を停止する。次に、ＣＣＤが停止すると、位置ｄ２にてチャートを撮像し、撮像した第２フレームｆ２の画像情報を読み出す。このような動作を繰返し実行し、ずれ量やあおり量を算出するのに必要な枚数（例えば、第１フレームｆ１〜第５フレームｆ５）の画像情報を取得する（期間Ｔｗ０）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００５−１３６７４３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところで、近年、ＣＣＤに代表される撮像素子の高画素化が急速に進展し、取り扱う情報量が加速的に増大している。この為、前述のような従来行われている画像情報の取得方法においては、撮像された画像情報を読み出すのに必要な時間（図４（ｂ１）：ｔｗｓ）が非常に長くなる。その結果、全体の調整時間に大きく影響を及ぼし、生産性を低下させるといった問題があった。
【０００９】
本発明は、上記課題を鑑みてなされたもので、高画素化された撮像素子においても、撮像素子を短時間で、且つ高精度に撮像光学系に対して最適な位置に配置することが可能な撮像素子の位置調整方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的は、下記の１から４の何れか１項に記載の発明によって達成される。
【００１１】
１．撮像光学系または撮像素子とを相対的に前記撮像光学系の光軸の方向に連続的に移動させながら、複数の所定の位置で光軸上に配置したチャートを撮像して画像情報を取得する工程と、
前記画像情報に基づいて、前記光軸に対する前記撮像素子の中心のずれ量およびあおり角またはその何れかを算出する工程と、
前記ずれ量および前記あおり角またはその何れかに基づき、前記撮像素子を前記撮像光学系に対して所定の位置に配置する工程と、を有することを特徴とする撮像素子の位置調整方法。
【００１２】
２．前記画像情報を取得する工程において、前記撮像素子から前記画像情報を読み出す際には、前記撮像素子の垂直方向に配列された画素に蓄積した画素信号を、複数種類設定可能な所定の画素数毎に等間隔に間引いて前記撮像素子の垂直転送ラインに転送する間引き読み出しを行うことを特徴とする前記１に記載の撮像素子の位置調整方法。
【００１３】
３．前記画像情報を取得する工程において、前記撮像光学系または前記撮像素子の何れか一方を前記光軸の方向に移動させる速度は可変であることを特徴とする前記１または２に記載の撮像素子の位置調整方法。
【００１４】
４．前記画像情報を取得する工程において、前記複数の所定の位置は可変であることを特徴とする前記１から３の何れか１項に記載の撮像素子の位置調整方法。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、画像情報を取得する際、撮像光学系または撮像素子の何れか一方を光軸の方向に連続して移動させながら、複数の所定の位置で光軸上に配置したチャートを撮像して画像情報を取得するようにした。すなわち、複数の所定の位置で撮像素子（または撮像光学系）を停止させることなく、連続して移動させながら、チャートを撮影し画像情報を取得するようにした。これにより、撮像素子の中心のずれ量やあおり角を算出するのに必要な枚数の画像情報を取得するのに要する時間を大きく短縮することができる。その結果、高画素化された撮像素子においても、撮像素子を短時間で、且つ高精度に撮像光学系に対して最適な位置に配置することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の実施形態に係わる撮像素子の位置調整方法を実行する為の位置調整システムの概略構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の実施形態に係わる画像情報を取得する際のＣＣＤの移動方法を示す図である。
【図３】粗調整時、及び微調整時にそれぞれ画像情報を取得する際のＣＣＤの移動方法を示す図である。
【図４】従来の画像情報を取得する際のＣＣＤの移動方法を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下図面に基づいて、本発明に係わる撮像素子の位置調整方法の実施の形態を説明する。尚、本発明を図示の実施の形態に基づいて説明するが、本発明は該実施の形態に限られない。
【００１８】
最初に、本発明に係る撮像素子の位置調整方法を実行する為の位置調整システムの概略構成を図１を用いて説明する。図１は、位置調整システム１の概略構成を示すブロック図である。
【００１９】
位置調整システム１は、図１に示すように、撮像光学系２、ＣＣＤ（撮像素子）３等を備えた調整対象である撮像ユニット４、及び制御ユニット５、調整機構部６、チャート７等を備えた調整装置等から構成される。
【００２０】
チャート７は、撮像光学系２とＣＣＤ３との相対位置調整を行う為のものであり、撮像光学系２の光軸Ｋ上に配置されている。チャート７には、撮像光学系２とＣＣＤ３の相対位置調整用の平面的な図形として、例えば、その四隅、及び中央の位置に、コントラスト、エッヂ、及び解像度等を測定する為の調整用図形が描かれている。尚、チャート７としては、例えば、特開２００５−１３６７４３号公報に開示されているチャート等を用いることができるので、その詳細な説明は省略する。
【００２１】
調整機構部６は、ＣＣＤ３を保持することができるようになっており、ＣＣＤ３は、撮像光学系２を通してチャート７を撮像することができるようになっている。調整機構部６は、後述の制御ユニット５に設けられた調整機構駆動部５０４から出力される信号に基づいて、ＣＣＤ３を撮像光学系２の光軸Ｋ方向、及びこの光軸Ｋと直角な任意の方向に移動させることにより、その位置を調整することができるとともに、撮像光学系２の光軸Ｋに対するあおり角θｘ、あおり角θｙを調整することができるように、回動可能に構成されている。ここで、Ｘ軸、Ｚ軸を含む面内の角度で生じるあおり角をθｘ、またＹ軸、Ｚ軸を含む面内の角度で生じるあおり角をθｙとする。
【００２２】
尚、本実施形態では、このようにＣＣＤ３を光軸Ｋ方向に移動させる構成としているが、本実施の形態とは異なる別の実施の形態として、撮像光学系２をその光軸Ｋ方向に移動させる構成としてもよい。
【００２３】
制御ユニット５は、画像処理部５０１、画像メモリ５０２、ＣＣＤ駆動部５０３、調整機構駆動部５０４、及び制御部５０５等から構成される。
【００２４】
画像処理部５０１は、ＣＣＤ３から読み出された画素信号をデジタル信号に変換し画像データ（以下、画像情報とも記す）を生成し、生成した画像データを画像メモリ５０２に格納する。
【００２５】
画像メモリ５０２は、制御部５０５により画像データに対する各種処理を行う為の作業領域として用いられる一時メモリである。
【００２６】
ＣＣＤ駆動部５０３は、制御ユニット５に設けられた図示しない基準クロック発生部から送信される基準クロックに基づいて、ＣＣＤ３を駆動する駆動制御信号を生成するタイミングジェネレータである。ＣＣＤ駆動部５０３で生成される駆動制御信号には、例えば、ＣＣＤ３における露出開始及び終了タイミングを制御する積分開始／終了のタイミング信号、各画素で生成された画素信号の読出し制御信号（水平同期信号、垂直同期信号、転送信号等）等のクロック信号が挙げられ、これらのクロック信号がＣＣＤ３に供給されるとＣＣＤ３では各クロック信号に対応した駆動制御が行われる。
【００２７】
また、ＣＣＤ駆動部５０３は、画素信号の読出し動作モードとして、ＣＣＤ３の各画素で生成された全ての画素信号を読み出す全画素読出しモード、及びＣＣＤ３の垂直方向に配列された画素に蓄積した画素信号を、所定の画素数毎に等間隔に間引いてＣＣＤ３の垂直転送ラインに転送する間引き読み出しモード等を有している。尚、間引き読出しモードは、例えば、特開平１０−３０４２５０号公報に開示されている動作モード等の周知の方法を用いることができるので、その詳細な説明は省略する。
【００２８】
調整機構駆動部５０４は、制御部５０５から出力される信号に基づいて、調整機構部６を駆動する駆動制御信号を生成する。
【００２９】
制御部５は、図示しない各制御プログラム等を記憶するＲＯＭ（Ｒｅａｄ  Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒｙ）、演算処理や制御処理等のデータを一時的に格納するＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）、及び制御プログラム等をＲＯＭから読み出して実行するＣＰＵ（中央演算処理装置）等から構成される。制御部５は、図示しない電源スイッチや各種操作スイッチ等からの信号を受けて、位置調整システム１で行われる位置調整動作や画像信号処理動作等を統括的に制御するものである。
【００３０】
また、制御部５０５は、ＣＣＤ３が光軸Ｋ方向の複数の所定の位置でチャート７を撮像したときの撮像情報、すなわち画像メモリ５０２に格納されている画像情報に基づき、撮像光学系２の光軸Ｋに対する撮像素子４のＸ軸方向のずれ量、Ｙ軸方向のずれ量、あおり角θｘ及びあおり角θｙを算出する。そして、算出したずれ量やあおり角に基づき、調整機構駆動部５０４、調整機構部６を介して、ＣＣＤ３の位置・姿勢を調整し、撮像光学系２に対してＣＣＤ３を最適な位置に配置する。尚、制御部５で行われるずれ量やあおり角の算出方法は、例えば、特開２００５−１３６７４３号公報に開示されている方法等の周知の算出方法を用いることができるので、その説明は省略する。
【００３１】
次に、このような位置調整システム１で行われるＣＣＤ２の位置調整方法の概要を説明する。
【００３２】
先ず、撮像光学系２、及びＣＣＤ３を仮配置した後に、ＣＣＤ３を停止させることなく光軸Ｋ方向に連続的に移動させながら、複数の所定の位置でチャート７を撮像して画像情報を取得する（画像情報取得工程）。次に、取得した複数の画像の画像情報に基づいて、光軸Ｋに対するＣＣＤ３のＸ軸方向のずれ量、Ｙ軸方向のずれ量、あおり角θｘ及びあおり角θｙを算出する（ずれ量・あおり角算出工程）。そして、算出したずれ量やあおり角に基づいて、ＣＣＤ３の位置・姿勢を調整し、撮像光学系３に対してＣＣＤ３を最適な位置に配置する（配置工程）。
【００３３】
このようなＣＣＤ３の位置調整方法において、本発明は、ＣＣＤ３を短時間で、且つ高精度に撮像光学系２に対して最適な位置に配置できるようにする為に、画像情報を取得する際（画像情報取得工程）、ＣＣＤ３を光軸Ｋの方向に連続して移動させながら、複数の所定の位置で光軸Ｋ上に配置したチャート７を撮像して画像情報を取得するようにした。すなわち、複数の所定の位置で、ＣＣＤ３を停止させることなく連続して移動させながら、チャート７を撮影し画像情報を取得するものである。以下、本発明に係わる画像情報の取得方法の詳細を図２を用いて説明する。図２（ａ）は、ＣＤＤ３の移動方法を示す図、図２（ｂ１）は、ＣＣＤ３の移動タイミングを示すタイムチャート、図２（ｂ２）は、画像情報の取得タイミングを示すタイムチャート、図２（ｂ３）は、間引き読み出しによる画像情報の取得タイミングを示すタイムチャートである。
【００３４】
最初に、ＣＣＤ３の移動を開始し所定の位置ｄ５に到達するまで連続して移動させる。このような状態で、ＣＣＤ３が所定の位置ｄ１を通過する時点で、位置ｄ１にてチャート７を撮像し、撮像した第１フレームｆ１の画像情報を読み出す（期間ｔｗａ）。次に、ＣＣＤ３が次の所定の位置ｄ２を通過する時点で、位置ｄ２にてチャート７を撮像し、撮像した第２フレームｆ２の画像情報を読み出す。このような動作を繰返し実行し、ずれ量やあおり量を算出するのに必要な枚数（例えば、第１フレームｆ１〜第５フレームｆ５）の画像情報を取得する（期間Ｔｗ）。
【００３５】
尚、１つのフレーム（画像）が複数のフィールドで構成されている場合、ＣＣＤ３を停止させることなく連続して移動させながらチャート７を撮像することにより、フィールド毎に撮像タイミング、すなわちＣＣＤ３の位置が異なる為、画像ぶれが発生する場合がある。しかしながら、この場合は、間引き読み出しを行うことで、フィールド間の時間差を短縮することができ、図２（ｂ３）に示すように、１つのフレームの画像情報を読み出す時間（期間ｔｗｂ）を短くすることができる。その結果、画像ぶれを抑えることができ、精度よく画像情報を取得することができる。
【００３６】
これらにより、ＣＣＤ３の中心のずれ量やあおり角を算出するのに必要な枚数の画像情報を取得するのに要する時間を大きく短縮することができる。その結果、高画素化されたＣＣＤ３においても、ＣＣＤ３を短時間で、且つ高精度に撮像光学系２に対して最適な位置に配置することが可能となる。
【００３７】
また、本発明に係わるＣＣＤ３の位置調整方法においては、要求される調整時間、調整精度に応じて、ＣＣＤ３の移動速度や取得する画像情報の枚数（フレーム数）、間引き読み出しモードの間引き率等を任意に変更することができる。具体的には、図３を用いて説明する。図３（ａ）は、粗調モードＭ１、微調モードＭ２におけるそれぞれのＣＤＤ３の移動方法を示す図、図３（ｂ１）は、粗調モードＭ１でのＣＣＤ３の移動タイミングを示すタイムチャート、図３（ｂ２）は、粗調モードＭ１での画像情報の取得タイミングを示すタイムチャート、図３（ｃ１）は、微調モードＭ２でのＣＣＤ３の移動タイミングを示すタイムチャート、図３（ｃ２）は、微調モードＭ２での画像情報の取得タイミングを示すタイムチャートである。
【００３８】
粗調モードＭ１は、図３（ａ）、図３（ｂ１）、図３（ｂ２）に示すように、ＣＣＤ３を高速に移動させ、所定の位置ｄ１１〜ｄ１５において、粗い間隔でチャート７を撮像し、ずれ量やあおり量を概ね算出するのに必要な枚数（例えば、第１フレームｆ１〜第５フレームｆ５）の画像情報を短い期間Ｔｗ１で取得する。そして、取得した画像情報に基づいて、撮像光学系３に対してＣＣＤ３を概ね適した位置に配置する。
【００３９】
微調モードＭ２は、図３（ａ）、図３（ｃ１）、図３（ｃ２）に示すように、ＣＣＤ３を粗調モードＭ１の場合よりも低速で移動させ、所定の位置ｄ２１〜ｄ２８において、細かい間隔でチャート７を撮像し、ずれ量やあおり量を高い精度で算出するのに必要な枚数（例えば、第１フレームｆ１〜第５フレームｆ８）の画像情報を粗調モードＭ１の場合よりも長い期間Ｔｗ２で取得する。そして、取得した画像情報に基づいて、撮像光学系３に対してＣＣＤ３を最適な位置に配置する。尚、微調モードＭ２における、ＣＣＤ３の移動速度、移動量、及び取得する画像情報の枚数（フレーム数）等は、粗調モードＭ１で取得した画像情報に基づいて設定するとよい。
【００４０】
このように、要求される調整時間、調整精度に応じて、粗調モードＭ１と微調モードＭ２を組み合わせて位置調整を行うことにより、ＣＣＤ３を効率的、且つ高精度に撮像光学系２に対して最適な位置に配置することが可能となる。
【符号の説明】
【００４１】
１  位置調整システム
２  撮像光学系
３  ＣＣＤ（撮像素子）
４  撮像ユニット
５  制御ユニット
５０１  画像処理部
５０２  画像メモリ
５０３  ＣＣＤ駆動部
５０４  調整機構駆動部
５０５  制御部
６  調整機構部
７  チャート
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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