JPH0243511A - イメージセンサ対の光学系との位置合わせ方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はカメラ等の光学器械用の自動焦点装置等に用い
られるイメージセンサ対を光学器械の組み立てに際して
光学系と位置合わせする方法、より正確には、半導体装
置内に互いに長手方向位置をずらせて組み込まれた１対
の線状のイメージセンサの位置と、対象からの光を１対
の結像手段に受け対象の映像をそれぞれイメージセンサ
上に結像させる光学系の位置とを１両イメージセンサが
作り込まれた半導体チップ面に平行な方向に関して位置
合わせする方法に関する。

（従来の技術） よく知られているように、上述の光学器械用の自動焦点
装置では、１対の線状のイメージセンサを設けてその上
に光学器械の焦点を合わせるべき対象の映像を所定の光
学系を介してそれぞれ結像させ、両イメージセンサから
得られる２個の映像データ列を相互に比較することによ
り両イメージセンサ上の対象の映像の相対位置ないしは
相互間隔を検出し、この検出値の基準値からのずれによ
つて対象までの距離あるいは合焦点からのずれの程度と
方向を検出する。

線状イメージセンサはＣＯＤ装置やフォトダイオードア
レイであって、ふつうは１対のイメージセンサが同じ半
導体装置例えば集積回路装置用の半導体チップ内に作り
込まれる。この半導体チップ内の両イメージセンサの配
置は、それらに映像を結像させる光学系によっても異な
るが、両イメージセンサを互いに長平方向にずらせた配
置、ｉも簡単にはそれらを１列に並べた配置とすること
が多い０本発明方法は１対のイメージセンサがこのよう
に配置された場合に対するものである。

光学系はかかるイメージセンサ対に対象の映像を与える
ためのもので、光学器械の撮像系内に組み込まれる場合
と１像系とは別個に設けられる場合とがあるが、いずれ
にせよ１対の結像手段ないしは小レンズをこの光学系に
設けてそれらに光学器械の焦点を合わせるべき対象から
の光を受け、その焦点距離付近に置かれた半導体装置内
の１対のイメージセンサ上に対象の映像をそれぞれ結像
させるもので、ふつうはいわゆる光学モジエールの形で
光学器械に組み込まれる。

この光学系ないしは光学モジュールと前述の半導体装置
内のイメージセンサ対とはもちろん高い精度で相互に機
械結合する必要がある。この機械結合上の位置変敞とし
ては、イメージセンサが作り込まれた半導体チップを基
準として見ると、そのチップ表面に平行なＸおよびｙ方
向とそれに垂直なΣ方向のほか、２軸回りの傾き角度θ
があるが、経験上からは２方向の機械結合精度はあまり
問題がなく、最も重要なのはＸおよび・ｙ方向の精度で
角度θ方向がこれに次ぐ０本発明方法はかかる半導体チ
ップ面に平行な方向に関してイメージセンサ対と光学系
との機械結合上の位置合わせに関する。

従来からこの位置合わせはイメージセンサを用いる検出
結果を利用してなされることが多い、すなわち、光学系
から所定の距離だけ離れた位置に明確なパターンをもつ
対象または標議を置いて、光学系を介してその映像をイ
メージセンサ対に受け、それらの映像データから得られ
る前述の距離ないしは合焦点からのずれの検出結果を見
ながら例えば半導体装置を光学系に対して僅かずつ移動
させ、対象が宜かれた位置に対して検出すべき所定値に
合致する検出結果が得られた位置で半導体装置を光学系
に強固に固定する。

〔発明が解決しようとする！１題〕 上述の従来方法はイメージセンサを用いる最終目的であ
る検出結果によって位置合わせをするのであるから、考
え得る内でもおそらくは最も確実な方法なのであるが、
位置合わせの精度が必ずしも充分でない問題がある。容
易にわかるように、位置合わせの精度を上げるには、イ
メージセンサと光学系とが相対的に僅かずれても検出結
果が大きく変化するのが望ましい、この位置ずれに対す
る検出結果の変化は、イメージセンサ内に並んでいる光
センサ間のピッチを単位として、もちろん１単位の位置
合わせ精度が得られる程度には充分大きいのであるが、
精度をこれ以上に上げるには不充分なのである。

もっとも、多くの用途で今まで要求されて来た検出結果
から見てこのこの程度の精度で充分といえなくはないが
、最近では補間法を用いてセンサ間ピッチを数分の１に
区分して検出結果を出すことも行なわれるので、これに
対応してイメージセンサと光学系との位置合わせ精度も
センサ間ピッチより１桁程度高く上げることが必要にな
って来た。そこで、検出結果を利用するかわりにイメー
ジセンサからの映像データ列を用い、かつこれに補間法
を併用して位置合わせ精度を向上することも試みられた
が、それでもセンサ間ピッチの１０分の１程度に精度を
上げるにはまだ不充分なことが判明した。この原因は、
各映像データがセンサごとにしか得られないことと、お
そらくはイメージセンサ上に結像される映像自体にも若
干のぼけがあるためと考えられる。

本発明はかかる問題点に立脚して、イメージセンサの光
学系との位置合わせ精度を向上することを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

この目的は本発明によれば、以上に説明したように半導
体装置内に互いに長手方向位置をずらせて組み込まれた
１対の線状のイメージセンサの位置と対象からの光を１
対の結像手段に受け対象の映像をそれぞれイメージセン
サ上に結像させる光学系の位置とを両イメージセンサが
作り込まれた半導体チップ面に平行な方向に関して位置
合ねゼするに際して、光学系から特定の距離にある対象
からの光と等価な参照光を絞りを介して光学系の再結像
手段に与え、両イメージセンサ内の前記特定距離にある
対象の映像が結像されるべき特定の光センサの出力を半
導体装置からそれぞれ取り出し、かつ参照光用の絞りの
大きさを参照光のイメージセンサ上の映像が特定センサ
の大きさとほぼ等しくなるように設定して置いた上で、
両特定センサの出力を測定しながら各特定センサが受け
る参照光の光量がそれぞれ最大になるように半導体装置
と光学系との関係位置を調整することによって達成され
る。

なお、上記構成中の参照光は光学系から実買上無限大の
距離にある対象からの光と等価にするのが最も簡単でか
つ実用的である。

〔作用〕

従来方法ではイメージセンサ対からの２組の映像データ
列から得られる対象までの距離なり合焦点からのずれな
りの検出結果を利用していたが、本発明ではセンサ単位
でしか得られない映像データの集合を基礎とする限り位
置合わせ精度を大幅に上げるのは原理上困難なことに着
目して、位置合わせに利用する映像データとしては従来
とは逆に各イメージセンサについて上記構成にいう特定
の光センサから得られる単一の映像データのみとし、上
記構成にいう参照光をそのイメージセンサ上の映像の大
きさが１個の光センサの大きさとほぼ同じになるように
絞りを介して与え、各イメージセンサについて特定の光
センサが受ける光量がそれぞれ最大になるようにイメー
ジセンサ対を組み込んだ半導体装置と光学系との関係位
置を調整することにより、位置合わせ精度を従来より大
幅に向上することに成功したものである。

〔実施例〕

以下、図を参照しながら本発明の実施例を具体的に説明
する。第１図は本発明方法の実施要領を示すもので、第
２図はイメージセンサを組み込んだ半導体チップを例示
するものである。

第１図の上半分には１対のイメージセンサ１１および１
２を組み込んだ半導体装置２０と光学系３０の断面が示
されている。半導体装置２０はイメージセンサ１１およ
び１２を作り込んだ半導体チップ１０を少なくとも図の
下側部が透明なパッケージ２１に収納してリード２２を
導出したもので、絶縁基板２３に実装された上で保持部
材２４に取り付けられる。第２図に示すように、ふつう
数十個の光センサを並べて構成されるイメージセンサ１
１および１２は、１個の集積回路装置である半導体チッ
プ１０内に長手方向を互いにずらせてこの例では１列に
並べて関連回路とともに作り込まれている。

光学系３０はケース３１内に光学部品を組み込んだこの
例では対象までの距離検出に適する１個の光学モジュー
ルであって、ケース３１の上面に半導体装置２０を支承
する前述の保持部材２４を固定するようになっており、
その下面にイメージセンサ１１および１２にそれぞれ映
像を結像させるための結像手段３２として１対の小レン
ズが三角測量方式による距離検出に必要な相互間隔を隔
てて取り付けられている。これらの結像手段３２は、光
学モジエールがカメラ等の光学器械に取り付けられたと
きに焦点を合わせるべき対象からの光を受けるのである
が、本発明方法の実施に当たっては図示のようにこの実
施例では互いに平行な参照光ＲＬをそれぞれ受ける。１
対のプリズム３３および反射ミラー３４は対象からの光
ないしは１対の参照光ＲＬをイメージセンサ１１および
１２に導くためのものである。

第１図の下半分にはこの参照光ＲＬを作るための参照光
投射装置４０が示されており、本発明の実施に当たって
は、そのケース４１の上面に立てられているビン４１ａ
に光学系３０のケース３１の孔３１ａを嵌め込むことに
より、光学系３０を参照光投射装置４０に正確に取り付
は得るようになっている。この例では参照光ＲＬ用の光
源として発光ダイオード５０が用いられており、この発
光ダイオード５０を絶縁板５１を介して筒状の保持ケー
ス５２に納めた上で、保持ケース５２をケース４１にね
じ込んでナツト５３を締めることにより、発光ダイオー
ド５０の発光部がその上のレンズ４３の焦点に位置する
ようにケース４１の下部に固定している。

発光ダイオード５０からの赤外光はレンズ４３によって
平行光とされ、図示のように反射ミラー４４および１対
のプリズム４５によって互いに平行な１対の参照光ＲＬ
に振り分けられた後、ケース４１の上蓋４２に取り付け
られた絞り４６によりそれぞれごく細い光束に絞られた
上で、光学系３０の結像手段３２に向けて出射される。

これかられかるように、この実施例における参照光れは
無限遠点にある対象からの光と等価になる。

イメージセンサ１１および１２が光学系３０と正しく位
置合わせされておれば、上述の参照光ＲＬをそれぞれそ
の中の特定の光センサに受けるはずであって、第２図に
この特定センサｌｌａおよび１２ａが示されている。イ
メージセンサ内の各光センサは例えば幅がｌＯ〜２０ｊ
１ｍ、高さが数十−のかなり細長な形状をもち、前述の
参照光投射装置４０の絞り４６の大きさは、参照光ＲＬ
が光学系３０の結像手段３２によってイメージセンサ上
に結像されたとき、その映像がこの先センサの大きさに
ほぼ等しくなるように設定される。この映像の大きさは
光センサの輻および高さの双方について同じになるよう
にするのが理想的であるが、この例のよ・うに光センサ
の形状が細長な場合には、実用上は幅についてのみ等し
くなるようにすることでよい、従って、絞り４６は簡単
なスリットであってよい。

なお、結像手段３２に入射する参照光ＲＬの断面はごく
小さくてその中心部にしか当たらないので、結像手段３
２にあまり光学的精度の高くない例えばプラスチックの
成形レンズを用いた場合でも、イメージセンサ上に結像
される参照光の映像にぼけはほとんど生じない。

この映像を受ける半導体装置２０内の半導体チップ１０
側では、第２図に示すようにその上辺部および下辺部に
並べて設けられた接続パッド１３中で、２個の接続パッ
ド１４および１５がイメージセンサ１１および１２中の
特定センサｌｌａおよび１２ａと直接あるいは関連回路
を介して接続されており、各特定センサが受ける参照光
ＲＬの映像の光量を示す信号がこれらの接続パッドおよ
びリード２２を介して半導体装置２０から外部にそれぞ
れ導出される０位置合わせの精度を上げるためには、こ
れらの光量信号はアナログの形で取り出すのが望ましい
。

第２図の右下部にはイメージセンサの位置を調整すべき
方向Ｘ＋　　７１　０が簡略に示されており、これらは
前述のようにいずれも半導体チップ１０の面に平行であ
る。この位置調整は、例えば第１図に示すような小形の
電磁操作器６１や６２を用い、その押しロフト６３の先
端で半導体装置２０が固遣されている保持部材２４の側
面を押すことによってされる０図にはこの操作方向がＡ
およびＢで示されており、実際には第２図に便宜上示す
ように少なくともＡ−Ｄの４方向の操作が必要である。

実際の作業に当たっては、特定センサｌｌａおよび１２
ａから導出した光量信号をそれぞれ計器等に指示させ、
図示しない１個のジツイスティックによって電磁操作器
６１等を同時操作しながら、両特定センサの受ける光量
がともに最大になるように保持部材２４の位置を調整す
るのであるが、作業能率を上げるには図示のようにマイ
クロコンピュータ７０等を利用して自動調整するのが望
ましい。この例では、両特定センサからのアナログの光
量信号はＡＤ変換器７１によりディジタルデータに変換
されてマイクロコンピュータ７０内に取り込まれ、それ
からの操作指令はＤＡ変換器７２を介して電磁操作器６
１等に与えられる。これらの変換器と（にＡＤ変換器７
１は８〜１２ビツトの高精度のものを用いるのが望まし
い０ｇ４整作業終了後は、例えば接着剤２５等の手段で
保持部材２４を光学系のケース３１に強固に固定するの
がよい。

本発明方法では参照光ＲＬの映像の大きさとくにその幅
がイメージセンサの光センサの大きさとほぼ等しくされ
るので、映像の特定センサからのずれに対する光量信号
値の変化が鋭敏で、前述のＸ方向つまりセンサの幅方向
に関して、イメージセンサと光学系との間の位置ずれを
センサ間ピッチの１０分の１ないしは若干それを下回る
程度にまで調整ないし補正することができる。容易にわ
かるように、位置合わせの精度は実用上このＸ方向が最
も重要である。

以上説明した実施例に限らず、本発明方法は種々の態様
で実施をすることができる。実施例では光学系は対象ま
での距離検出に適する構造のものとしたが、合焦点から
のずれ検出に適する構造の場合にも１対の結像手段を介
して対象からの光を受けることに変わりはなく、実施例
とあまり変わらない態様で本発明方法を実施することが
可能である。また、実施例では１対の参照光を無限遠点
にある対象からの光と等価な平行光としたが、光学系お
よびイメージセンサが岨み込まれる光学器械の構造に合
わせて、特定の距離にある対象からの光に等価な参照光
を位置合わせに用いることももちろん可能である。

〔発明の効果〕

以上の説明からすでに明らかなように本発明方法では、
光学系から特定の距離にある対象からの光と等価な参照
光を絞りを介して光学系の両結像手段に与え、両イメー
ジセンサ内の前記特定距離にある対象の映像が結像され
るべき特定の光センサの出力を半導体装置からそれぞれ
取り出し、かつ参照光用の絞りの大きさを参照光のイメ
ージセンサ上の映像が特定センサの大きさとほぼ等しく
なるように設定するようにしたので、イメージセンサと
光学系の位置合わせに際して両者の位置が正規の位置か
ら僅かにずれていても、各イメージセンサ内の特定の光
センサが受ける参照光の光量を示す信号値がその最大値
から大きく変化し、この両特定センサの出力を測定しな
がら各特定センサが受ける参照光の光量がそれぞれ最大
になるように半導体装置と光学系との関係位置を調整す
ることにより、イメージセンサと光学系との位置合わせ
の精度を従来よりほぼ１桁向上することができる。

本発明方法はとくにカメラの自動焦点装置の組み立て用
嘔有効で、イメージセンサ対と光学系との位置合わせ精
度の向上によってその焦点調整機能をより確実にできる
ほか、本発明の実施により補間法等を利用してセンサ間
ピッチよりも高い精度で焦点を微調整してその機能を一
層高めることが可能になる。

【図面の簡単な説明】

図はすべて本発明に関し、第１図は本発明によるイメー
ジセンサ対の光学系との位置合わせ方法の実施要領を例
示するイメージセンサ、光学系および参照光投射装置の
断面図、第２図はイメージセンサが作り込まれる半導体
チップの平面図である０図において、

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 半導体装置内に互いに長手方向位置をずらせて組み込ま
   れた１対の線状のイメージセンサの位置と、対象からの
   光を１対の結像手段に受け対象の映像をそれぞれイメー
   ジセンサ上に結像させる光学系の位置とを、両イメージ
   センサが作り込まれた半導体チップ面に平行な方向に関
   して位置合わせする方法であって、光学系から特定の距
   離にある対象からの光と等価な参照光を絞りを介して光
   学系の両結像手段に与え、両イメージセンサ内の前記特
   定距離にある対象の映像が結像されるべき特定の光セン
   サの出力を半導体装置からそれぞれ取り出し、かつ参照
   光用の絞りの大きさを参照光のイメージセンサ上の映像
   が特定センサの大きさとほぼ等しくなるように設定して
   置いた上で、両特定センサの出力を測定しながら各特定
   センサが受ける参照光の光量がそれぞれ最大になるよう
   に半導体装置と光学系との関係位置を調整することを特
   徴とするイメージセンサ対の光学系との位置合わせ方法
   。