(57)【要約】【課題】標準撮像状態いわゆる平行光状態と射出瞳距離が短いカメラセットの光学系に近似させるために開放状態または開放状態に近い状態で、主光軸に対して鈍角度を持った光を撮像素子に入射させる場合とで、各々の開口絞り設定が必要であり、感度不均一性およびシェーディングの測定も複数回に及ぶために、測定時間が長時間化するという課題があった。【解決手段】本発明は、光源装置中の光源部とその射出開口部間に、特定波長の光のみを選択的に透過させる色フィルターを同一面上に同心円状に複数配置し、前記色フィルターを透過した光のみを固体撮像素子へ照射し、固体撮像素子上に選択的に形成された色フィルターの同一色の画素毎に感度不均一性もしくはシェーディングを個別に測定する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
固体撮像素子の出力信号を測定する測定装置であって、
光源と、
光源からの光を複数の色毎に異なる開口径で同心状に透過させる透過手段と、
光源から透過手段を介して光が照射された固体撮像素子から、色毎に出力信号を測定する測定手段と
を備えることを特徴とする測定装置。
【請求項２】
請求項１記載の前記透過手段は、
第１、第２および第３の色を透過させる中央フィルターと、
中央フィルターの外周に形成され、第１の色を除去して第２および第３の色を通す外周フィルターと、
外周フィルターの外周に形成され、第１および第２の色を除去して第３の色を通す最外周フィルターと
を有することを特徴とする測定装置。
【請求項３】
請求項１または２記載の測定手段は、
固体撮像素子から読み出される色毎の出力信号に基づいて、色に対応する開口径毎の感度不均一性又はシェーディング特性を測定することを特徴とする測定装置。
【請求項４】
固体撮像素子の測定に用いられる光源装置であって、
光源と、
光源からの光を複数の色毎に異なる開口径で同心状に透過させる透過手段と
を備えることを特徴とする光源装置。
【請求項５】
請求項３記載の前記透過手段は、
第１、第２および第３の色を透過させる中央フィルターと、
中央フィルターの外周に形成され、第１の色を除去して第２および第３の色を通す外周フィルターと、
外周フィルターの外周に形成され、第１および第２の色を除去して第３の色を通す最外周フィルターと
を有することを特徴とする光源装置。
【請求項６】
光源からの光を複数の色毎に異なる開口径で同心状に透過させる透過部を備える測定装置において固体撮像素子の出力信号を測定する測定方法であって、
光源から透過部を介して光が照射された固体撮像素子から、色毎に出力信号を読み出すステップと、
色毎に出力信号色に基づいて、色対応する開口径毎の感度不均一性又はシェーディング特性を測定する測定ステップと
を有することを特徴とする測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固体撮像素子の評価および検査における測定方法に関するものであり、さらに詳しくは、光源装置を用いた固体撮像素子の感度不均一性もしくはシェーディングの測定方法と、この方法を実施するための構造を備えた固体撮像素子の測定に用いるための光源装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、携帯電話用カメラを代表として、固体撮像素子（以下、撮像素子という）を用いたカメラの小型、薄型化が急速に進んでいる。カメラの小型、薄型化に伴い、カメラに用いるレンズの射出瞳距離が短くなる傾向にあり、それに伴い撮像素子周辺に入射する光の入射角が鈍角化することにより、撮像素子の受光部（フォトダイオード）上に形成されているマイクロレンズの集光点が、前記受光部からずれることに起因する周辺感度低下による感度不均一性またはシェーディングが問題となっている。
【０００３】
そのため、撮像素子の感度不均一性およびシェーディングの測定において、射出瞳距離が異なるレンズを数種用いて、または数種類の絞り値による測定が一般的となっている。
【０００４】
以下、従来の撮像素子の感度不均一性およびシェーディングの測定方法の一例について図面を参照して説明する。
【０００５】
図６は、撮像素子の感度不均一性およびシェーディングを測定する従来の測定装置の構成を示すブロック図である。この測定装置は、撮像素子に光を入射させる光源装置の光源部１１、光源レンズ部１２、光源部と射出開口部の間に設けるレンズの開口絞り部１１３、測定対象の撮像素子１４、撮像素子の出力信号を処理するための演算部１５を備える。
【０００６】
光源部１１は一般的にハロゲンランプが用いられており、規定の色温度（一例として約３２００Ｋ）、光量（撮像素子受光面での面照度で規定）に調整されている。感度不均一性およびシェーディングを測定する場合、撮像素子１４に対して所望の光を射出するために、開口絞り部１１３は、所望の開口絞り値（一例としてＦ８．０）に設定される。
【０００７】
前記構成にて光源部１１から光源レンズ１２および開口絞り部１１３を介して撮像素子１４に射出された光は、撮像素子１４の撮像領域におけるフォトダイオードにて光電変換され、撮像素子１４内に形成されたシフトレジスタ部、出力増幅部を通して出力される。
【０００８】
前記の撮像素子の出力信号を演算部１５にて、有効領域内の信号最大値と信号最小値および全体の信号平均値を求め、信号最大値と信号最小値の差分を信号平均値で除算したものを感度不均一性と呼び、特に領域全体に比較的なめらかに変化するものをシェーディングと呼ぶ。
【０００９】
図７（ａ）、（ｂ）は撮像領域(有効領域)における水平方向（例えばＡ−Ａ部）の信号出力を示す模式図である。図７（ａ）は、感度不均一性およびシェーディング測定時の開口絞り部１１３を絞ったときの信号出力１２１を、図７（ｂ）は開口絞り部１１３を開放したときの信号出力１２２を、それぞれ表している。
【００１０】
前述したような感度不均一性およびシェーディングの測定方法を用いて、開口絞り部１１３の開口径（Ｆナンバー）を可変して、主光軸に対して比較的平行光を撮像素子に入射させる場合と、開放状態または開放状態に近い状態で、主光軸に対して角度を持った光を撮像素子に入射させる場合とにおいて、各々の感度不均一性およびシェーディング特性を測定することが一般的である。例えば、特許文献１、非特許文献１参照。
【特許文献１】特開平１１−２６５２１号公報
【非特許文献１】日本電子機械工業会暫定規格ＥＩＡＪ  ＥＤＸ−５３０１固体撮像素子測定方法（２４頁５．１１  感度むら、２７頁  ５．１３  シェーディング）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、前記の測定方法では主光軸に対して比較的平行光を撮像素子に入射させる場合の測定（いわゆる標準撮像状態）と、射出瞳距離が短いカメラセットの光学系に近似させるために開放状態または開放状態に近い状態で、主光軸に対して角度を持った光を撮像素子に入射させる場合とで、各々の開口絞り設定が必要であり、感度不均一性およびシェーディングの測定も複数回に及ぶために、測定時間が長時間化するという課題があった。
【００１２】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は単一の光源設定において、測定時間の短時間化を実現する測定装置、光源装置および測定方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記目的を達成するために本発明の測定装置は、固体撮像素子の出力信号を測定する測定装置であって、光源からの光を複数の色毎に異なる開口径で同心状に透過させる透過手段と、光源から透過手段を介して光が照射された固体撮像素子から、色毎に出力信号を測定する測定手段とを備える。
【００１４】
この構成によれば、固体撮像素子には色毎に異なる開口径の光が照射されるので、色毎の出力信号は異なる開口径に対応し、一度の光照射で複数の開口径に対応する出力信号を得ることができる。その結果、開口絞りをその都度変更して複数回の光照射と測定を繰り返す必要がなく、短時間での測定を実現することができる。
【００１５】
ここで、前記透過手段は、第１、第２および第３の色を透過させる中央フィルターと、  中央フィルターの外周に形成され、第１の色を除去して第２および第３の色を透過させる外周フィルターと、外周フィルターの外周に形成され、第１および第２の色を除去して第３の色を通す最外周フィルターとを有する構成としてもよい。
【００１６】
この構成によれば、固体撮像素子が、第１、第２および第３の色に対応する３つのカラー画素の配列である場合に、容易に測定することができる。
【００１７】
ここで、前記測定手段は、固体撮像素子から読み出される色毎の出力信号に基づいて、色に対応する開口径毎の感度不均一性又はシェーディング特性を測定するようにしてもよい。
【００１８】
この構成によれば、複数の開口径それぞれに対応する感度不均一性又はシェーディング特性を一度の光照射によって短時間で測定することができる。
【００１９】
また、本発明の光源装置は、固体撮像素子の測定に用いられる光源装置であって、光源と、光源からの光を複数の色毎に異なる開口径で同心状に透過させる透過手段とを備える。
【００２０】
また、本発明の測定方法は、光源からの光を複数の色毎に異なる開口径で同心状に透過させる透過部を備える測定装置において固体撮像素子の出力信号を測定する測定方法であって、光源から透過部を介して光が照射された固体撮像素子から、色毎に出力信号を読み出すステップと、色毎に出力信号色に基づいて、色対応する開口毎の感度不均一性又はシェーディング特性を測定する測定ステップとを有する。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、固体撮像素子の評価や検査において、１回の光照射で複数の開口絞りを個別に設定することなく、複数の入射角成分を持つ入射光下における感度不均一性およびシェーディングを精度よく測定できる。しかも、１回の光照射で測定でき、かつ開口絞り設定の変更を必要としないために、その交換にかかる時間も不要となり測定の時間短縮にも有効である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、図面を参照しながら、本発明の形態について説明する。
感度不均一性とシェーディングは、本発明に係る原理は同様なので、本発明の実施形態では、シェーディングについてのみに絞って説明する。
【００２３】
図１は、本発明の一実施形態に係る撮像素子の測定装置の概略構成を表している。また、図３は図１の測定装置の概略構成において、撮像領域に光が入射された状態における撮像素子の出力画像模式図である。図２はシェーディング測定時の光源部の開口絞りの色フィルター配列の一例を抜粋して示した模式図、図４は図２に示した開口絞りの色フィルターの分光特性を示している。
【００２４】
図１に示す測定装置は光源１１、光源レンズ部１２、開口絞り部１３、測定対象である撮像素子１４で構成される。光源１１は有効照射面積が十分大きく、撮像素子の受光面全体に均一な強度で照射されるようにすることが望ましい。
【００２５】
光源１から照射された光は、光源レンズ部１２により集光され、開口絞り部１３により所望の射出角成分の光のみが撮像素子１４に対して射出される。その際、開口絞り部１３は図２に示すような特定波長の光のみを選択的に透過させる色フィルターが同一面上に主光軸を中心とした同心円状に複数配置されており、前記の色フィルターによって特定の波長の光のみが選択的に撮像素子１４に射出される。
【００２６】
図２を参考に具体的に一例を示す。図２において、領域２１は、可視光領域全域の光を透過させるため透明である。領域２２は、領域２１の外周に同心円状に約５００ｎｍ以上の波長の光のみを透過させるイエローフィルターである。領域２３は、領域２２の外周に５００ｎｍ〜６００ｎｍの波長の光のみを選択的に透過させるグリーンフィルターである。この場合、中央の透明領域２１、その外周のイエローフィルター２２、およびその外周のグリーンフィルター２３の外周半径は、各々本来シェーディング測定時に必要な所望の開口絞り径と同じくする。また前記の開口絞りに設ける色フィルターの色配置は、中央が透明領域、その外周の中間層がイエロー、マジェンタ、シアン等の補色、最外周が前記補色に包含される原色（イエローの場合はグリーンまたはレッド、マジェンタの場合はブルーまたはレッド、シアンの場合はブルーまたはグリーン）を配置し、各領域毎に色の分離が可能となるように配置する必要がある。
【００２７】
このように、第１、第２および第３の色をＢ、Ｒ、Ｇとすると、中央の領域２１は第１、第２および第３の色を通すフィルターである。その外周の領域２２は第２および第３の色を通す（第１の色を除去する）フィルターである。最外周の領域２３は第３の色を通す（第１および第２の色を除去する）フィルターである。言い換えれば、第１の色は領域２１のみを通過し、第２の色は領域２１および２２を通過し、第２の色は領域２１、２２および２３を通過する。その結果、開口絞り部１３は、色毎に開口の大きさが異なることになる。第１、第２、第３の色に対する開口の大きさは、それぞれＲ１、Ｒ２、Ｒ３となっている。
【００２８】
図２の色配列を有した開口絞り部１３を透過し、撮像素子１４に入射した光は、図２の中央部の透明部分を透過した光は、主光軸に対して平行に近い入射角成分を持った光であり、その外周のイエロー部分を透過した光は、中程度の角度の入射角成分を持った光であり、さらにその外周のグリーン部分を透過した光は、さらに主光軸に対して鈍角の入射光成分を持った光となる。
【００２９】
すなわち、前記色構成の開口絞り部１３を通過し、撮像素子１４に入射される光は、開口絞りＲ１を通過して主光軸に対してほぼ平行な入射角成分のみを持つブルー光と、開口絞りＲ２を通過して主光軸に対して０°〜中程度の入射角成分を持ったレッド光および、開口絞りＲ３を通過して主光軸に対して０°〜最外周開口に対応した入射角成分を持ったグリーン光に分離される。
【００３０】
前記のように撮像素子１４上に入射した光を、撮像素子上に画素毎に選択的に配置、形成された色フィルター（例えば、原色ベイヤー配列）毎の信号出力を測定する。
【００３１】
図３は、撮像領域(有効領域)における水平方向（例えば図７に示したＡ−Ａ部）の色毎に測定された信号出力を示す模式図である。図３において出力信号３１は、水平方向に並ぶブルー画素の出力模式図、出力信号３２は水平方向に並ぶレッド画素の出力模式図、出力信号３３は水平方向に並ぶグリーン画素の出力模式図を示している。このように測定された色毎の出力信号において、撮像領域内の信号最大値、信号最小値および平均信号値を検出し、信号最大値と信号最小値の差分を信号平均値で除算することによりシェーディングを算出する。
【００３２】
図５は、測定装置における測定動作を示すフローチャートを示す。同図のように、測定装置は、光源ランプ１１から光源レンズ１２と開口絞り部１３を通して撮像素子１４に光を照射する（Ｓ５０）。開口絞り部１３は図２および図４に示したように色毎に開口の大きさがＲ１、Ｒ２、Ｒ３と異なっている。
【００３３】
さらに測定装置は、撮像領域中の水平方向に並ぶブルー画素から信号出力を読み出し（Ｓ５１）、第１の感度不均一性を算出し（Ｓ５２）、第１のシェーディング特性を算出する（Ｓ５３）。ブルーの光は領域２１のみ通過するので、第１の感度不均一性および第１のシェーディング特性は開口絞りが図４に示したＲ１に対応する。
【００３４】
同様に、第２の感度不均一性および第２のシェーディング特性を求め（Ｓ５４〜Ｓ５６）、第３の感度不均一性および第３のシェーディング特性を求める（Ｓ５７〜Ｓ５９）。レッドの光は領域２１および２２を通過するので、第２の感度不均一性および第２のシェーディング特性は開口絞りが図４に示したＲ２に対応する。また、グリーンの光は領域２１〜２３を通過するので、第３の感度不均一性および第３のシェーディング特性は開口絞りが図４に示したＲ３に対応する。
【００３５】
上記のように本発明によれば、固体撮像素子の測定において、複数の開口絞り設定を使用することなく、複数の入射角成分を持つ入射光下における感度不均一性およびシェーディングを１回の光照射により精度よく測定することが可能である。また、開口絞り設定の変更を必要としないために、その交換にかかる時間も不要となり検査の時間を大幅に短縮することができる。
【００３６】
以上の実施形態では、シェーディングの測定について説明したが、感度不均一性についても原理はまったく同様である。また、開口絞りに設ける色フィルターの配列について上記説明では、代表例として、１つの組み合わせについてのみ述べたが、本文中に記述したルールに則れば、他の配列においてもすべて同様の原理であり、精度よい測定が実現可能である。
【産業上の利用可能性】
【００３７】
本発明の測定装置は、カラー固体撮像素子における感度不均一性およびシェーディングを測定し、カラー固体撮像素子を評価や検査するのに適している。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明の一実施形態に係る撮像素子の検査装置の概略構成を示す図。
【図２】波長選択のための色フィルター付き開口絞りの一例。
【図３】シェーディング測定時の有効画素部の信号出力を示した断面模式図。
【図４】波長選択のための色フィルター付き開口絞りの色フィルター分光例。
【図５】測定装置の動作を示すフローチャートで図。
【図６】本発明の従来例の撮像素子の検査装置の概略構成を示す図。
【図７】シェーディング測定時の有効画素部の信号出力を示した断面模式図。
【符号の説明】
【００３９】
１１  光源
１２ 光源レンズ
１３  開口絞り（波長選択色フィルター付き）
１４  撮像素子
１５  演算部
２１  色フィルター付き開口絞り  中央部
２２  色フィルター付き開口絞り  中央外周部
２３  色フィルター付き開口絞り  最外周部
３１  撮像素子信号出力（ブルー画素の水平方向の出力）
３２  撮像素子信号出力（レッド画素の水平方向の出力）
３３  撮像素子信号出力（グリーン画素の水平方向の出力）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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