JP3114410B2 - イメージセンサの試験方法 - Google Patents
イメージセンサの試験方法Info
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Description
出精度を確かめるためその複数の光センサの光検出感度
のばらつきを試験する方法に関する。
してのイメージセンサでは、集積回路技術を利用して多
数の光センサを小形チップ内に集積化できるが、最近で
はその用途の拡大とともに映像検出の精度を高める要求
が益々強くなっている。例えば自動焦点カメラ用のイメ
ージセンサでは、各光センサが受ける光強度を4ビット
以上のディジタルデータに変換し得る高精度が要求され
る。かかる要求を満たすには、もちろんイメージセンサ
内の光センサの光検出特性が映像検出精度の要求水準に
応じて均一に揃っていなければならないので、その複数
の光センサの検出感度のばらつきを正確に試験する必要
があり、この試験のためには充分に均一な光束をイメー
ジセンサに入射させる必要がある。
センサに与えるに適した従来方法の例を示す。図示のよ
うに試験光Ltを例えば1対の光源30により発生させ、そ
れを拡散板60により反射させて拡散性の光束に変換した
上でイメージセンサ10に入射させる。光源30には試験に
適する広い波長分布で発光するハロゲン電球等の白熱電
灯31を用い、拡散板60に与える光束をできるだけ広げる
ように反射板32と組み合わせる。拡散板60にはつや消し
の白色塗料を塗布したものを用いる。この従来方法では
光源30と拡散板60の距離, および拡散板60とイメージセ
ンサ10の距離をできるだけ大きくとり、かつ拡散板60の
光に対する拡散性ないし散乱性を高めることにより、試
験に適するほぼ均一な強度分布をもつ試験光Ltの拡散性
の光束をイメージセンサ10に与えることができる。
わりに拡散箱50を用いる。光源30は白熱電灯31および反
射板32をケース33に収納したもので、拡散箱50はケース
51の内面に拡散コーティング52を施して光源30から光束
を受ける入射窓53とイメージセンサ10に試験光Ltの光束
を出射する窓54を設け、さらに出射窓54に光拡散性の乳
白色ガラス等である窓材55を取り付けてなる。この従来
方法では光源30からの試験光Ltを拡散箱60の内面で繰り
返し反射させて拡散性光束とし、さらに窓材55によりそ
の拡散性を高めることによってイメージセンサ10に均一
な光強度分布の試験光Ltを与えることができる。以上の
図2や図3の従来方法による試験光Ltを受けるイメージ
センサ10に測定装置を接続し、その各光センサの光検出
信号値を測定することによって検出感度のばらつきを試
験する。
ンサの映像検出精度の向上に対する要求が最近では益々
強まって来ており、これに応じてイメージセンサの各光
センサが受ける光強度を例えば8ビット精度のディジタ
ルデータに変換し得る程度に高めようとすると、光セン
サの検出感度のばらつきを 0.4%以下に抑える必要があ
り、かかる感度のばらつきを正確に試験するにはイメー
ジセンサに与える試験光を少なくともそれよりも小さい
例えば 0.1%以下の誤差範囲内で均一化する必要があ
る。しかし、図2や図3で説明した従来方法では試験光
を1%以下の誤差範囲内で均一化するのが非常に困難な
問題がある。
光拡散性の良好なものが得られ難くかつ光源30を置く位
置によってイメージセンサ10が受ける試験光Ltの強度分
布が変わりやすいので、図のように1対の光源30を用い
てそれらの位置を種々変えてみても強度分布を均一化す
るのが困難である。また、イメージセンサ10や光源30か
ら拡散板60を3〜数mも離せばかかる問題はかなり軽減
されるが、試験光Ltの利用効率が著しく低下して高光強
度下の試験が困難になるほか、投光系を含めた試験装置
が非常に大掛かりになってしまう。また、図3の従来方
法では投光系はずっと小形で済むが、拡散箱50の試験光
Ltを拡散性光束に変換する性能を高めるのが困難であ
り、かつ上述のように光源30に白熱電灯31を用いると図
2とは逆にイメージセンサ10を低光強度で試験をする際
に試験光Ltの均一性がとくに低下しやすい問題がある。
センサの映像検出精度を高めた場合にもそれに応じた高
い精度でその光センサの光検出感度のばらつきを試験で
きるように試験光の光強度分布を均一化することにあ
る。
は、イメージセンサの複数個の光センサの光検出感度の
ばらつきを試験するに当たって、光源により発生した試
験光を小レンズを面状に配列した集合レンズ体に与え、
この集合レンズ体から試験光の光束を光拡散箱に入射窓
から与え、その光拡散性の出射窓から出射する試験光を
イメージセンサに投光してその各光センサの光検出感度
を試験することにより達成する。
イバを介して集合レンズ体に与えるようにするのが投光
装置を小形化する上で有利であり、さらにはこの光ファ
イバからの試験光を光導体を介し集合レンズ体に与える
のがイメージセンサに与える試験光の光強度分布の均一
性を高める上で有利である。また、この均一性の向上に
はレンズ集合体の小レンズの焦点の位置を光拡散箱の入
射窓にほぼ一致させるのが有利である。拡散箱の光拡散
性の出射窓には従来と同様に乳白色ガラス等の光拡散性
の窓材を取り付けるのがよい。なお、イメージセンサに
与える試験光に所望範囲の波長分布をもたせる場合は波
長選択性のフィルタを拡散箱の入射窓に取り付けるのが
最も合理的である。
来例と同様であるが、試験光をその入射窓に前項の構成
にいう小レンズを面状に配列した集合レンズ体を介して
与えることによって問題を解決する。この集合レンズ体
はそれが受けた試験光の光束を小レンズごとに分割して
その焦点ないし焦点面に集光するが、その集光点ないし
小さな集光面がもちろん小レンズの配列どおりに分布す
るので、試験光の光束を拡散箱の入射窓の面積内にほぼ
均一に分散させる役目を果たす。従って、本発明方法で
は試験光を拡散箱の入射窓の面積内に従来より均一な分
布で与え、拡散箱にその光を拡散させる性能を充分に発
揮させながら光拡散性の出射窓から試験光の光束を取り
出して、イメージセンサに対し従来方法によるよりも均
一な光強度分布で投光することができる。
する。図の左下部に示された試験対象であるイメージセ
ンサ10は例えばフォトダイオードである光センサを複数
個集積化した半導体チップ11をリードフレーム12に搭載
して透明なパッケージ13に収納したもので、試験に際し
ては図示のようにそのリード14を配線基板15に差し込み
実装した上でコネクタ16および接続線47を介して測定装
置20と接続される。図の右下部に示す試験光Lt用の光源
30は図3の従来例と同様にハロゲン電球等の昼光色の白
熱電灯31と反射板32をケース33に収納したものである。
部に示す集合レンズ体40に原理上は直接与えることでよ
いが、図示の実施例では光ファイバ34と光導体42とを介
して試験光Ltを集光レンズ体40に伝達する。光ファイバ
34は多数のガラスファイバを束ねてシース35を被せた通
常のもので、接続具36により光源30のケース33に取り付
けられたその一端に試験光Ltを受ける。集合レンズ体40
は例えば円形のガラスブロックの図の下面内に分布して
多数の小さな半球状の凸部を形成してそれぞれ小レンズ
41とするもので、例えばロッド状の光学ガラスである光
導体42とともにケース43内に収納される。ケース43はそ
の下端部を光拡散箱50のケース51に取付位置を調整しな
がらねじ込んだ上でロックナット44で固定され、その上
端部には光ファイバ34の他端が接続具37を介して取り付
けられる。
同じでよく、そのケース51の内面に白色の望ましくは凹
凸のある拡散性コーティング52を施して入射窓53から受
ける試験光Ltを内面で反射させながら閉じ込め、その出
射窓54に取り付けた拡散性の乳白色ガラス等の窓材55を
通して試験光Ltを取り出すことでよいが、この実施例で
は試験光Ltにイメージセンサ10の試験に適する波長分布
をもたせるために波長選択性を備える例えばいわゆるN
Dフィルタである光学フィルタ56を入射窓53に取り付
け、それを通して試験光Ltを取り込むようにする。この
光学フィルタ56は光透過率の異なるものを差し替え自在
にしておき、試験光Ltの強度レベルを切り換えてイメー
ジセンサ10を試験できるようにするのがよい。
装置では、光源30からの試験光Ltは光ファイバ34を通っ
た後にある広がり角をもつ光束の形でロッド状の光導体
40に入る。光導体40はこの試験光Ltの光束中の斜め進行
成分をその周面で全反射させながら伝達して光強度分布
が均一化された光束を集合レンズ体40に与える。集合レ
ンズ体40はこの光束を小レンズ41ごとにその配列どおり
に分布した焦点ないし焦点面に集光することにより試験
光Ltをその光束面積内に均一に分散させた上で拡散箱50
に与える。拡散箱50はこれを入射窓53の光学フィルタ56
を介して受け、それにより試験に適する波長分布に変換
された試験光Ltを内面コーティング52で反射しつつ内部
に閉じ込めてその出射窓54から拡散性光束Ldとして出射
するが、さらにその拡散性を半透明な窓材55により一層
強めた上で試験光Ltの光束としてイメージセンサ10に投
光する。
た試験光Ltの光束を蜻蛉の複眼状に小レンズ41を配列し
た集合レンズ体40により光強度分布が均一な光束に変換
した上で拡散箱50に与えるので、イメージセンサ10に与
える試験光Ltの拡散性光束の光強度分布を従来より均一
化できる。図1の実施例についての実験結果によればイ
メージセンサ10に与える試験光Ltの輝度に換算した明る
さがいわゆるルミネッセンス値LVで6, ないし 4.5Cd/
cm2 のとき、多数の光センサが受ける光強度のばらつき
を4x10-3Cd/cm2 以内, 率にすると 0.1%以下の変動
に抑えることができる。これを従来方法による場合の1
%程度の変動と比較すると、試験光Ltの均一性が本発明
によって約1桁向上することがわかる。
その小レンズ41の焦点が拡散箱50の入射窓53の位置, 図
1の例では光学フィルタ56の上面と一致するように調整
したとき上述の試験光Ltの均一性が最良になる。このよ
うに調整された投光装置から試験光Ltを受けるイメージ
センサ10の試験に際しては、その各光センサの光検出信
号値の最大値と最小値と平均値を図1の測定装置20によ
り測定することにより複数個の光センサの光検出感度の
ばらつきを測定してイメージセンサ10の良否を判定する
ことができる。また、光学フィルタ56の差し換えにより
試験光Ltの強度レベルを切り換えてイメージセンサ10を
試験できる。
イメージセンサの複数個の光センサの光検出感度のばら
つきを試験するに際して、光源から発生させた試験光の
光束を小レンズを面状に配列した集合レンズ体に与えて
光強度分布が均一な光束に変換した上で光拡散箱にその
入射窓から与え、この光拡散箱の光拡散性の出射窓から
取り出した試験光をイメージセンサに投光して光センサ
の光検出感度を試験することにより、イメージセンサの
光センサが受ける試験光の強度分布のばらつきを従来の
1%程度から 0.1%以内に減少させて光センサの光検出
感度のばらつきを従来より正確に試験することができ
る。本発明方法は光センサが受ける光強度を4ビット以
上の精度のディジタルデータに変換できる高精度のイメ
ージセンサの試験に適し、とくに8ビット程度の映像検
出精度をもつイメージセンサの正確で実用的な試験を始
めて可能にするものである。
例を示すイメージセンサおよび投光装置を含む断面図で
ある。
メージセンサと光源と拡散板の配置図である。
箱の断面図である。
Claims (3)
- 【請求項1】イメージセンサの複数個の光センサの光検
出感度のばらつきを試験する方法であって、光源により
発生した試験光を小レンズを面状に配列した集合レンズ
体に与え、集合レンズ体からの試験光の光束を光拡散箱
に入射窓から与え、その光拡散性の出射窓から取り出し
た試験光をイメージセンサに投光して光センサの光検出
感度を試験するようにしたことを特徴とするイメージセ
ンサの試験方法。 - 【請求項2】請求項1に記載の方法において、光源によ
り発生した試験光を光ファイバを介して集合レンズ体に
与えるようにしたことを特徴とするイメージセンサの試
験方法。 - 【請求項3】請求項1に記載の方法において、レンズ集
合体の各小レンズの焦点を光拡散箱の入射窓にほぼ一致
させるようにしたことを特徴とするイメージセンサの試
験方法。
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1993
- 1993-02-17 JP JP05027030A patent/JP3114410B2/ja not_active Expired - Fee Related
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