(57)【要約】【課題】画素欠陥やゴミの付着等による外乱の影響を抑制し、撮像素子の出力均一性の検査の精度を向上できる検査方法及び検査装置を提供する。【解決手段】撮像素子から検査画像データを取得し、取得した検査画像データをフィルタリングし、検査画像データを複数のブロックに分割し、各ブロックの出力平均値を算出し、複数のブロックのうち最大の出力平均値と最小の出力平均値との差分に基づいて出力均一性を算出し、出力均一性と予め設定された判定値とを比較することで合否判定を行う。【選択図】図４
2010034703.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
撮像素子の出力均一性を検査する、撮像素子の検査方法であって、
前記撮像素子から検査画像データを取得し、
取得した前記検査画像データをフィルタリングし、
前記検査画像データを複数のブロックに分割し、各ブロックの出力平均値を算出し、
前記複数のブロックのうち最大の出力平均値と最小の出力平均値との差分に基づいて出力均一性を算出し、
前記出力均一性と予め設定された判定値とを比較することで合否判定を行う撮像素子の検査方法。
【請求項２】
請求項１に記載の検査方法であって、
前記複数のブロックのうち、前記出力平均値が異常となる異常ブロックが存在する場合に、前記異常ブロックと該異常ブロックの周辺のブロックとの出力平均値を比較し、前記異常ブロックが特異点であると判別された場合に、該異常ブロックを検査対象から外す撮像素子の検査方法。
【請求項３】
撮像素子の出力均一性を検査する、撮像素子の検査装置であって、
前記撮像素子から検査画像データを取得する検査画像データ取得手段と、
取得した前記検査画像データをフィルタリングし、
前記検査画像データを複数のブロックに分割し、各ブロックの出力平均値を算出するブロック平均値算出手段と、
前記複数のブロックのうち最大の出力平均値と最小の出力平均値との差分に基づいて出力均一性を算出する均一性算出手段と、
前記出力均一性と予め設定された判定値とを比較することで合否判定を行う判定手段と、を備えた撮像素子の検査装置。
【請求項４】
請求項３に記載の検査装置であって、
前記複数のブロックのうち、前記出力平均値が異常となる異常ブロックが存在する場合に、前記異常ブロックと該異常ブロックの周辺のブロックとの出力平均値を比較し、前記異常ブロックが特異点であると判別された場合に、該異常ブロックを検査対象から外す撮像素子の検査装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、撮像素子の検査方法及び検査装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、デジタルカメラなどの撮像装置にＣＣＤイメージセンサやＣＭＯＳイメージセンサ等の撮像素子が用いられている。撮像素子は、フォトダイオードによって被写体光を光電変換し、電荷信号を出力することで画像データを生成する。撮像素子は、カラーフィルタを備え、各フォトダイオードに入射する光の色が該カラーフィルタの配列によって決まり、これにより、カラーの画像データを生成することができる構成のものが知られている。
【０００３】
ところで、撮像素子のフォトダイオード、マイクロレンズ、カラーフィルタなどが製造プロセスのばらつきなどにより光学特性が不均一になることに起因して、画像データの出力むらやシェーディングなどの出力値の不均一が発生することがある。従来では、出力均一性を検査するために、均一光を撮像素子に照射して画素ごとの出力レベルを取得する手段、または、画像データを一定間隔で分割したエリアの平均レベルの差分量を取得してその差分量の値により均一性を判定する手段がある。
【０００４】
従来、撮像素子の出力均一性を検査する方法としては、例えば、下記特許文献に示すものがある。
【特許文献１】特開２００４−１４０７１４号公報
【特許文献２】特開２００３−１１６０４２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、撮像素子には製造時に画素の欠陥が生じたり、または、撮像素子の撮像領域の表面にゴミが付着してしまうことがある。すると、撮像素子の検査の際に、欠陥画素やゴミが付着した領域では正常レベルから極端に離れた出力値が検出されることとなり、出力むらなどを正確に検出できなくなり、検査の精度が低下してしまうこととなる。
また、撮像素子の光学特性の不均一に起因する出力むらやシェーディングは、画像データ全体にわたって緩やかに変化するため、できるだけ広い領域の出力値を測定する必要があるが、高画素の撮像素子では全ての画素の出力値を測定すると検査にかかる時間が多くなることが避けられない。また、上記のように画素欠陥も検査対象となるため、検査の精度をかえってあげられてなくなる。
【０００６】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、その目的は、画素欠陥やゴミの付着等による外乱の影響を抑制し、撮像素子の出力均一性の検査の精度を向上できる検査方法及び検査装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、下記に示すものである。
（１）撮像素子の出力均一性を検査する、撮像素子の検査方法であって、
前記撮像素子から検査画像データを取得し、
取得した前記検査画像データをフィルタリングし、
前記検査画像データを複数のブロックに分割し、各ブロックの出力平均値を算出し、
前記複数のブロックのうち最大の出力平均値と最小の出力平均値との差分に基づいて出力均一性を算出し、
前記出力均一性と予め設定された判定値とを比較することで合否判定を行う撮像素子の検査方法。
（２）上記（１）に記載の検査方法であって、
前記複数のブロックのうち、前記出力平均値が異常となる異常ブロックが存在する場合に、前記異常ブロックと該異常ブロックの周辺のブロックとの出力平均値を比較し、前記異常ブロックが特異点であると判別された場合に、該異常ブロックを検査対象から外す撮像素子の検査方法。
（３）撮像素子の出力均一性を検査する、撮像素子の検査装置であって、
前記撮像素子から検査画像データを取得する検査画像データ取得手段と、
取得した前記検査画像データをフィルタリングし、
前記検査画像データを複数のブロックに分割し、各ブロックの出力平均値を算出するブロック平均値算出手段と、
前記複数のブロックのうち最大の出力平均値と最小の出力平均値との差分に基づいて出力均一性を算出する均一性算出手段と、
前記出力均一性と予め設定された判定値とを比較することで合否判定を行う判定手段と、を備えた撮像素子の検査装置。
（４）上記（３）に記載の検査装置であって、
前記複数のブロックのうち、前記出力平均値が異常となる異常ブロックが存在する場合に、前記異常ブロックと該異常ブロックの周辺のブロックとの出力平均値を比較し、前記異常ブロックが特異点であると判別された場合に、該異常ブロックを検査対象から外す撮像素子の検査装置。
【０００８】
本発明によれば、取得した検査画像データをフィルタリングし、欠陥画素の出力値を除去したうえで、検査画像データを複数のブロックに分割し、各ブロックの出力平均値を算出する。こうすることで、正常レベルから極端に離れた出力値が検出されることを回避することができる。
【０００９】
また、複数のブロックのうちゴミなどの付着に起因して出力平均値が異常となる異常ブロックが存在する場合に、異常ブロックが特異点であると判別された場合に、該異常ブロックを検査対象から外す処理が行われるため、光学特性が不均一になることに起因する出力むらやシェーディングのみを高い精度で検査することができる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、画素欠陥やゴミの付着等による外乱の影響を抑制し、撮像素子の出力均一性の検査の精度を向上できる検査方法及び検査装置を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳しく説明する。
図１は、検査対象となる撮像素子の一例としてＣＣＤイメージセンサ（固体撮像素子）の構成を示す概略的な平面図である。なお、本発明の検査対象となる撮像素子としては、ＣＣＤイメージセンサに限定されず、例えば、ＣＭＯＳイメージセンサであってもよい。
【００１２】
固体撮像素子１０は、入射光をその光量に応じた信号電荷に変換して蓄積する複数個のフォトダイオード（ＰＤ）１１と、フォトダイオード１１の垂直列ごとに設けられ、各フォトダイオード１１から信号電荷を読み出して垂直転送する複数本の垂直ＣＣＤ（ＶＣＣＤ）１２と、ＶＣＣＤ１２から転送される信号電荷を水平転送する水平ＣＣＤ（ＨＣＣＤ）１３と、ＨＣＣＤ１３から転送される信号電荷の電荷量に応じた信号電圧（画像データ）を出力する出力アンプ１４とを備える。
【００１３】
フォトダイオード１１は、外形が略八角形であって、所定のピッチでハニカム状に２次元配列されており、この上には、カラーフィルタやマイクロレンズ（図示せず）が積層されている。フォトダイオード１１に入射される光の色はカラーフィルタによって決定され、Ｒを付したフォトダイオード１１には赤色の光、Ｇを付したフォトダイオード１１には緑色の光、Ｂを付したフォトダイオード１１には青色の光が入射される。
【００１４】
ＶＣＣＤ１２、ＨＣＣＤ１３、および出力アンプ１４は、固体撮像素子１０の外部から入力される駆動パルスによって駆動され、フォトダイオード１１に蓄積された信号電荷を順次、読み出し、垂直・水平転送した後、画像データを外部出力する。
【００１５】
図２は、固体撮像素子から出力される画像データの出力値の均一性を検査する検査装置を示す。検査装置３０は、演算処理装置２１と、アナログ信号処理部２３と、Ａ／Ｄ変換器２４と、デジタル信号処理部２５と、記録部２６と、表示部２７とを備えている。検査装置３０は、演算処理部２１によって統括的に制御される。ＣＣＤ駆動部２２は、読み出しパルス、垂直転送パルス、水平転送パルスなどからなる駆動パルス群を発生して固体撮像素子１０を駆動し、固体撮像素子１０に画像データを出力させる。検査時には、ＣＣＤ１０に光源から均一光が照射される。光源や該光源を制御する光源制御部（不図示）が検査装置３０に設けられていてもよい。
【００１６】
アナログ信号処理部２３は、ＣＣＤ１０から出力されたアナログ信号の画像データが入力され、所定の信号処理を実行した後に画像データをＡ／Ｄ変換器２４に出力する。
【００１７】
Ａ／Ｄ変換器２４は、アナログ信号処理部２３から出力される画像データをデジタル信号に変換してデジタル信号処理部２５に入力する。デジタル信号処理部２５は、入力された画像データに対して補間処理（同時化処理）を施し、各画素に不足している色の画素データを生成する。例えば、Ｒ（赤）の画素に対しては、Ｇ（緑）およびＢ（青）の画素データを周囲から推定して求める。
【００１８】
デジタル信号処理部２５は、この補間処理によりＲ，Ｇ，Ｂの画素データが同数となった画像データをメモリなどによって構成された記録部２６に入力する。記録部２６は、入力された画像データを記憶する。
【００１９】
演算処理部２１には、検査画像データ取得部３１、ホワイトバランス（ＷＢ）処理部３２、平滑化処理部３３、ブロック平均値算出部３４、均一性算出部３５、および判定部３６が設けられている。検査画像データ取得部３１は、撮像素子の検査時に、記録部２６に記憶された画像データを検査画像データとして取得する。
【００２０】
ＷＢ処理部３２は、白い被写体が白として再現されているかを判定するための所定の評価を行い、得られた評価値に基づき、検査画像データのゲイン調整を実行する。
【００２１】
平滑化処理部３３は、検査画像データに含まれている欠陥画素の出力値のような外乱を除去するために、検査画像データにおける所定領域ごとに平均化処理やメディアン処理などを施し、平滑化を行う。平均化処理を用いる場合には、検査画像データにおける欠陥画素の出力値を、該欠陥画素の出力値と該欠陥画素の周囲に隣接する画素の出力値とを対象として算出した平均値に置き換える。メディアン処理を用いる場合には、欠陥画素の出力値を、該欠陥画素の出力値とその周囲に隣接する画素の出力値とを対象として算出したメディアン値に置き換える。
【００２２】
ブロック平均値算出部３４は、検査画像データを複数のブロックに分割する。図３は、検査画像データを複数のブロックに分割した状態を模式的に示す図である。図３に示すように検査画像データは、図の水平方向をｘ方向とし、垂直方向をｙ方向とし、これらｘ方向とｙ方向からなる２次元平面として捉えた場合に、ｘ方向にｎ列，ｙ方向にｍ行のｍ×ｎ個のブロックに分割することができる。このとき、ｍ，ｎはいずれも自然数又は正の整数とする。各ブロックは、ｘ方向にｉ列，ｙ方向にｊ行のｉ×ｊ個の画素で構成されている。各ブロックの出力平均値は、ブロックの構成する各画素の出力値の平均値に相等する。
【００２３】
図３に示す検査画像データでは、一例として、画像中心に最も近いブロックｂ１の出力値が最も大きく、画像中心に対して最も遠い４隅に位置する各ブロックｂ２の出力値が最も小さい場合を示している。検査画像データは、ｘ方向及びｙ方向に対してブロックごとの出力平均値が異なっており、図３では、画像中心に近いほど、出力値が大きく、画像中心から遠いほど出力値が小さい状態を示している。
【００２４】
均一性算出部３５は、複数のブロックのうち、出力平均値が最大のブロックと出力平均値が最小のブロックとの差分をその検査画像データの出力均一性として算出する。出力均一性の値が小さいほど検査画像データの出力値が均一に近く、出力均一性の値が大きいほど検査画像データの出力値がばらついていることを示している。
【００２５】
判定部３６は、均一性算出部３５によって算出された検査画像データの出力均一性を所定の判定値と比較し、該判定値を超えた場合には、その検査画像データに出力むらやシェーディングなどが発生しているものと判別し、不合格の判定をする。一方で、出力均一性が判定値以下である場合には、検査画像データに出力むらやシェーディングなどが発生していない良品であると判別し、合格の判定をする。
【００２６】
検査装置３０は、判定部３６の合否判定の結果を表示部２７に表示する。
【００２７】
次に、本発明にかかる検査方法の手順を説明する。以下の説明では、図２で示す検査装置を用いて検査方法を実行する手順を例に説明することとし、既に説明した構成やその作用については説明を省略する。
【００２８】
図４は、検査方法の手順を示すフローチャートである。
最初に、検査画像データ取得部３１が検査画像データを取得する。取得した検査画像データに対してＷＢ処理部３２でホワイトバランス処理を施し、平滑化処理部３３でフィルタリングを施す。フィルタリングによって、検査画像データに含まれる欠陥画素の出力値が除去される。
【００２９】
平滑化処理の後、検査画像データを図３に示すようにｎ×ｍ個のブロックに分割する。そして、各ブロックについて、出力平均値を算出する。各ブロックについて出力平均値を算出することで、外乱の影響を平滑化することができる。検査画像データを分割するブロックの数は、特に限定されなず、外乱の影響を平滑化できる範囲であれば任意に設定することができる。
【００３０】
次に、複数のブロックのうち、出力平均値が最大値となるブロックと、出力平均値が最小値となるブロックを特定し、出力平均値の最大値と出力平均値の最小値との差分を出力均一性として算出する。
【００３１】
出力均一性を算出した後、判定部３６において出力均一性が所定の判定値以下であるか否かを判定する。ここで、出力均一性が判定値以下の場合には、合格と判定する。一方で、出力均一性が判定値を超える場合には不合格と判定する。
【００３２】
判定が終了すると、検査装置３０は、合格判定及び不合格判定を表示部２７に表示する。
【００３３】
各ブロック平均値を算出する工程においては、複数のブロックのうち、出力平均値が異常となる異常ブロックが存在する場合に、異常ブロックと該異常ブロックの周辺のブロックとの出力平均値を比較し、異常ブロックが特異点であると判別された場合に、該異常ブロックを検査対象から外してもよい。こうすれば、フィルタリングやブロックの分割でも除去できなかった出力値の異常ブロックを検査対象から除去できるため、検査の精度をより一層向上させることができる。
【００３４】
図５は、検査画像データの複数のブロックをデジタルデータ化して示した図である。図６は、図５に示す検査画像データにおいて、異常ブロックと該異常ブロックの周囲のブロックとの関係を説明する図である。図５では、Ｘ方向に１０個及びＹ方向に１０個、つまり、１０×１０のブロックを例に説明している。
図５に示す各ブロックの数値は、一例としてセンサ出力値を８ビットでデジタルデータ化したものであり、ここでは、デジタル値２５５を白とし、デジタル値０を黒とする。
【００３５】
検査画像データの中心でデジタル値が１２７になるようにセンサ出力を規定した場合、異常ブロックは下記のように検出することができる。
例えば、Ｘ＝３，Ｙ＝２のブロックｃ１１は、その周囲の８個のブロックと比較しても、約１／３程度の出力しか得られていない。このような異常ブロックは、周囲のブロックとも連続性もないため、大きいゴミ等が付着している可能性が高く、この異常ブロックを特異点として検出することができる。
【００３６】
ここで「連続性」とは、所定の方向に連続するブロックの出力値が、該所定の方向に出力値が所定の傾きで変化しつつ存在している度合いをいう。図６（ａ）に示すように、対象ブロックと該対象ブロックの周囲のブロックとを比較した際に、出力値の変化する方向が存在し、その出力値の変化の量（つまり、傾き）が一定である場合には対象ブロックは周囲のブロックと連続性があるといえる。図６（ａ）の対象ブロックは出力値９０であり、そのＸ方向に変化を見ると、１１１→９０→８５となっており、Ｙ方向に変化をみると、１１３→９０→８２となっており、次第に小さくなるように変化していることがわかる。
一方で、図６（ｂ）の対象ブロックのように隣接するブロック全てに対して出力が大きいような場合には、連続性がないといえる。図６（ｂ）の対象ブロックは出力値１４６であり、そのＸ方向に変化を見ると、１０７→１４６（対象ブロック）→１２１となっており、Ｙ方向に変化をみると、１１１→１４６（対象ブロック）→１１２となっている。
【００３７】
図６（ｃ）のように、例えば対象ブロックと該対象ブロックの周囲８ブロックのうち７ブロック（図中、対象ブロックの右上ブロック以外のブロック）との差が大きい場合には、対象ブロック及び右上のブロックを特異点として検査対象から除外する。
または、図６（ｄ）のように、対象ブロックと該対象ブロックの周囲８ブロックのうち６ブロック（図中、対象ブロックの右上ブロック及び右ブロック以外のブロック）との差が大きく、また、対象ブロック及び右上のブロック及び右ブロックについては連続性もないため、対象ブロックを含むこれらのブロックを特異点として検査対象から除外する。
【００３８】
また、図５に示す検査画像データにおいて、Ｘ＝８、Ｙ＝６のブロックｃ１２は周囲のどのブロックと比較しても約２０％〜３０％程度、出力値が高い。このような異常ブロックは、周囲のどのブロックとの連続性もないことから、製造工程での不具合により正しい画素部が形成されていない可能性が高く、この異常ブロックを特異点として検出することができる。
【００３９】
さらに、Ｘ＝２、Ｙ＝９のブロックｃ１３は、周囲のブロックと比べて約２０％程度低い出力値であるが、周囲ブロックとの連続性があるため、単純にこの異常ブロックを特異点として検出することができない。
【００４０】
このように、異常ブロックは、着目した対象ブロックが該対象ブロックの周囲の全てのブロックと比較して著しく出力値が異なる場合には、高い確率で特異点とみなすことができる。図５に示す検査画像データの各ブロックを例にあげれば、約２０％〜３０％の出力差があるブロックが連続性を有しない場合は、その異常ブロックについて特異点とすることができる。ただし、具体的に異常ブロックを特異点と判断するか否かの基準レベルは、個々の撮像素子の面内ブロックの平均的な変化傾向に応じて任意に調整することができる。したがって、この基準レベルは、目的の撮像素子の平均的な光学特性から外れた値であり、かつ、異常ブロックが視認される限度値を基準レベルとして規定することができる。上記の例では、周囲のブロックに比較して約２０％〜３０％の出力差がある異常ブロックを特異点としたが、約５０％の出力差とする場合もありえる。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】固体撮像素子の構成を示す概略的な平面図である。
【図２】検査装置の構成を説明するブロック図である。
【図３】検査画像データを複数のブロックに分割した状態を模式的に示す図である。
【図４】検査方法の手順を示すフローチャートである。
【図５】検査画像データの複数のブロックをデジタルデータ化して示した図である。
【図６】図５の検査画像データにおいて、異常ブロックと該異常ブロックの周囲のブロックとの関係を説明する図である。
【符号の説明】
【００４２】
１０    撮像素子
１１    フォトダイオード
１２    垂直ＣＣＤ（ＶＣＣＤ）
１３    水平ＣＣＤ（ＨＣＣＤ）
３０    検査装置
３３    平滑化処理部
３４    ブロック平均値算出部
３５    均一性算出部
【図１】
2010034703.tif 000003
【図２】
2010034703.tif 000004
【図３】
2010034703.tif 000005
【図４】
2010034703.tif 000006
【図５】
2010034703.tif 000007
【図６】
2010034703.tif 000008