專利名稱：陰影校正方法、陰影校正值測定裝置、圖像捕獲裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及陰影校正方法、陰影校正值測定裝置、圖像捕獲裝置及光束輪廓測定 裝置，具體地，涉及一種用于以非常高的精度執(zhí)行陰影校正的技術(shù)。
背景技術(shù)：
已提出了用于測定光束輪廓(beam profile)(諸如激光束的光束強(qiáng)度)的多種類 型裝置(被稱為光束輪廓測定裝置)，并且這些裝置都商業(yè)上可用的。在日本未審查專利申請公開第2002-316364號中，記載了光束輪廓測定裝置的一 個構(gòu)成實例。在日本未審查專利申請公開第2002-316364號記載的光束輪廓測定裝置中， 設(shè)置有面向光束的小孔，并且在小孔前設(shè)置有光電轉(zhuǎn)換元件。光束輪廓測定裝置通過沿著 光束的橫截面掃描小孔和光電轉(zhuǎn)換元件來測定輪廓。在日本未審查專利申請公開第7-113686號中，描述了通過掃描刀口(knife edge)使刀口橫切光束，以及通過對從設(shè)置在刀口前的光電轉(zhuǎn)換元件獲得的信號進(jìn)行諸如 微分的計算處理，獲得諸如光束強(qiáng)度的輪廓。此外，盡管通過沿著光束的橫截面掃描狹縫而獲得諸如光束強(qiáng)度的光束輪廓的裝 置在任何文獻(xiàn)中都沒有記載，但是這樣的裝置是存在的。作為與上述采用光束執(zhí)行掃描和采用光電轉(zhuǎn)換元件接收光束不同的方法，存在將 激光的圖像直接形成在用于圖像捕獲的固態(tài)圖像捕獲元件的圖像捕獲面上的方法。而且在 理論上，使用該方法可以測定諸如光束強(qiáng)度的輪廓。下面將描述采用固態(tài)圖像捕獲元件直 接捕獲激光的圖像的方法。圖15是示出了由光束輪廓測定裝置檢測到的激光束的光斑的實例的示圖，其中 對該實例進(jìn)行了放大。在圖15所示的實例中，對于垂直位置和水平位置中的每一個，在激 光束的光斑中心測得了最高強(qiáng)度，而在激光束的光斑的外圍部測得的強(qiáng)度減小。

發(fā)明內(nèi)容
如在日本未審查專利申請公開第2002-316364號和第7-113686號中所描述的，在 現(xiàn)有技術(shù)中，已提出了各種類型的光束輪廓測定裝置，并且這些裝置是商業(yè)上可用的。能夠 以一定程度的精度來測定諸如激光束的光束。然而，存在這樣的問題，即。通過現(xiàn)有技術(shù)中 已提出的光束輪廓測定裝置測定的光束強(qiáng)度的精度不是一定高。更具體地，測定精度受到對小孔、狹縫或刀口進(jìn)行加工時的加工精度的限制。例 如，對于沿著光束的橫截面掃描狹縫的方法，假定了這樣一種構(gòu)造，即，其中設(shè)置有寬度為 5 μ m的狹縫，并利用該對角移動的狹縫來執(zhí)行測定。采用此構(gòu)造，甚至當(dāng)狹縫的加工精度為士 0.1 ym時，測定誤差最大為士 4%。為了測定從用于精密測定和精密加工的激光光源發(fā) 射的激光的光束輪廓，要求以下的測定精度。因此，現(xiàn)有技術(shù)的這種光束輪廓測定裝置 的測定精度是不夠的。為此，考慮了在固態(tài)圖像捕獲元件的圖像捕獲面上直接形成光束的圖像并直接 觀察和測定光束的光束輪廓的方法。作為固態(tài)圖像捕獲元件，例如，可應(yīng)用電荷耦合器件 (CCD)圖像傳感器或互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體(CM0Q圖像傳感器。在如上述將光束的圖像直接形成在固態(tài)圖像捕獲元件上的情況下，空間分辨率受 到固態(tài)圖像捕獲元件的像素數(shù)量的限制。然而，近年來，因為諸如CCD圖像傳感器或CMOS 圖像傳感器的固態(tài)圖像捕獲元件的像素數(shù)量已經(jīng)增加到數(shù)百萬像素，因此像素數(shù)量不成為 問題。而且，采用半導(dǎo)體工藝來制造這種圖像傳感器。因此，對于幾微米的像素尺寸，圖像 傳感器具有0.01 μ m量級的精度。因而，空間誤差(spatial error)幾乎可以忽略。相比之下，當(dāng)使用在固態(tài)圖像捕獲元件上直接形成光束的圖像的構(gòu)造時，由于與 光學(xué)系統(tǒng)(該光學(xué)系統(tǒng)用于采用圖像捕獲裝置等來形成光束的圖像)相關(guān)聯(lián)的因素的存 在，會導(dǎo)致產(chǎn)生造成測定精度降低的因素。更具體地，會造成用以測定輪廓的測定精度降低 的因素如下與用于采用圖像捕獲裝置來形成光束的圖像的光學(xué)系統(tǒng)相關(guān)聯(lián)的光學(xué)像差和 涂層分布；與CMOS處理相關(guān)聯(lián)的四次方定律；采用設(shè)置在固態(tài)圖像捕獲元件上的微透鏡聚 集光束的不一致性；以及固態(tài)圖像捕獲元件固有的每個像素的感光度的不一致性。在本說 明中包括上述給出的所有因素的感光度的不一致性被稱為“陰影”。陰影還取決于光學(xué)系統(tǒng) 或圖像傳感器的類型。但是，造成感光度不一致的陰影通常被表示為在從幾個百分比量級 到幾十個百分比量級范圍內(nèi)的值。當(dāng)以以下的測定精度執(zhí)行測定時，需要消除陰影。下 述說明中將用于消除陰影的圖像校正稱為“陰影校正”。注意，在現(xiàn)有技術(shù)中，已提出了用于執(zhí)行陰影校正的各種類型的技術(shù)，并且這些技 術(shù)是商業(yè)上可用的。然而，在現(xiàn)有技術(shù)中，對于如上所述以以下的測定精度進(jìn)行的光強(qiáng) 度的測定，陰影校正的精度是不夠的。例如，如果能使具有均勻強(qiáng)度的光入射到設(shè)置在圖 像捕獲元件的所有像素中，則可根據(jù)光強(qiáng)度的檢測狀態(tài)來計算各像素的陰影校正值。然而， 事實上，難以制作能夠使具有光強(qiáng)度的分布百分比等于或小于且分布均勻的特性的光 入射的高精度光源。而且，在上述說明中，為了便于描述以高精度執(zhí)行陰影校正的必要性，以實例的方 式描述了光束輪廓測定裝置。陰影校正在采用圖像捕獲裝置以高精度執(zhí)行圖像捕獲中是重 要的技術(shù)。因此，甚至使用其中采用固態(tài)圖像捕獲元件的圖像捕獲裝置(諸如攝像機(jī)或照 相機(jī))，但是為了以高精度執(zhí)行圖像捕獲，類似的陰影校正也是必要的。鑒于這樣的情況，作出了本發(fā)明。期望在采用固態(tài)圖像捕獲元件執(zhí)行圖像捕獲時 以高精度執(zhí)行陰影校正。根據(jù)本發(fā)明的實施方式，提供了一種陰影校正方法。在該陰影校正方法中，將其中 設(shè)置了包括光接收元件的像素的固態(tài)圖像捕獲元件的光接收區(qū)分割為多個區(qū)域。用從作 為基準(zhǔn)的光源發(fā)射的光，經(jīng)由圖像形成光學(xué)系統(tǒng)，照射每個分割區(qū)域，以使光的光斑的尺寸 與所述區(qū)域尺寸相當(dāng)。根據(jù)存儲在區(qū)域特定感光度存儲器中的感光度值，計算固態(tài)圖像捕 獲元件的所有像素的陰影校正值。將所算出的所有像素的陰影校正值存儲在校正值存儲器 中。利用通過固態(tài)圖像捕獲元件進(jìn)行圖像捕獲來獲得各像素的信號，并利用存儲在校正值存儲器中的像素的相應(yīng)陰影校正值對這些信號進(jìn)行校正。在陰影校正方法中，從用作基準(zhǔn)的光源發(fā)射的光被接收到每個區(qū)域中，使得光的 光斑尺寸與區(qū)域的尺寸相當(dāng)。獲得每個區(qū)域的感光度值。因此，在各個區(qū)域檢測到的光的 強(qiáng)度是相同的。檢測反映出現(xiàn)在區(qū)域中的陰影的狀態(tài)的感光度值。然后，基于檢測到的各 區(qū)域的感光度值獲得所有像素的陰影校正值。因此，基于檢測到的感光度值，可以以高精度 獲得陰影校正值。根據(jù)本發(fā)明的實施方式，基于檢測到的各區(qū)域的感光度值可以以高精度獲得各像 素的陰影校正值?？蓪νㄟ^固態(tài)圖像捕獲元件獲得的圖像捕獲信號以高精度執(zhí)行陰影校正。因此，例如，陰影校正方法應(yīng)用于圖像捕獲裝置的陰影校正，從而能夠獲得全部進(jìn) 行陰影校正的圖像捕獲信號。而且，例如，陰影校正方法應(yīng)用于包括在光束輪廓測定裝置中的圖像捕獲元件的 陰影校正，從而可以以非常高的精度測定束輪廓。


圖1是示出本發(fā)明實施方式中的整體構(gòu)造的實例的構(gòu)造圖；圖2是示出在本發(fā)明實施方式中將固態(tài)圖像捕獲元件的圖像捕獲區(qū)分割成區(qū)域 的實例的示例圖；圖3是示出本發(fā)明實施方式中在測定陰影時執(zhí)行信號處理的概述的示例圖；圖4是示出本發(fā)明實施方式中在捕獲圖像時執(zhí)行信號處理的概述的示例圖；圖5是示出本發(fā)明實施方式中生成陰影校正值的處理的概述的示例圖；圖6是示出本發(fā)明實施方式中具體區(qū)域設(shè)置的實例的示例圖；圖7是示出本發(fā)明實施方式中對區(qū)域進(jìn)行測定的順序?qū)嵗氖纠龍D；圖8是示出采用圖6中示出的區(qū)域設(shè)置來生成陰影校正值的處理的示例圖；圖9A 9D是示出本發(fā)明實施方式中計算感光度值的處理的狀態(tài)的特性實例的示 例圖；圖IOA IOC是示出本發(fā)明實施方式中計算感光度值的處理的狀態(tài)的詳細(xì)實例的 示例圖；圖11是示出本發(fā)明實施方式中對端部執(zhí)行計算感光度值的處理的實例的示例 圖；圖12A 12C是示出本發(fā)明實施方式中推定列方向上的感光度值的實例的示例 圖；圖13是示出激光束的光斑尺寸大于分割區(qū)域尺寸的情況下的測定狀態(tài)的實例 (實例1)的示例圖；圖14是示出激光束光斑尺寸大于分割區(qū)域尺寸的情況下的測定狀態(tài)的實例(實 例2)的示例圖；圖15示出現(xiàn)有技術(shù)中光束輪廓的測定實例的原理圖。
具體實施例方式將以如下段落標(biāo)題的順序描述本發(fā)明實施方式的實例。
1. 一個實施方式的描述1. 1系統(tǒng)的整體構(gòu)造(圖1)1. 2獲得陰影校正值的處理的概述(圖2和3)1. 3執(zhí)行陰影校正的處理的概述(圖4)1. 4生成陰影校正值的處理的詳細(xì)描述(圖5)1. 5基于區(qū)域的具體設(shè)置的處理狀態(tài)的描述(圖6 8)1. 6計算感光度值和陰影校正值的處理的描述(圖9A 9D、圖IOA IOC和圖 11)1. 7推定列方向上的感光度值的處理的實例(圖12A-12C)1. 8修正感光度值的處理的實例2.變形實例的描述(圖13和圖14)以下，參考圖1 圖8、圖9A 圖9D、圖IOA 圖10C、圖11和圖12A 圖12C說 明本發(fā)明一個實施方式的實例。1. 一個實施方式的描述下文中，將參照圖1 圖8、圖9A 圖9D、圖IOA 圖10C、圖11以及圖12A 圖 12C來描述本發(fā)明的一個實施方式的實例。1. 1系統(tǒng)的整體構(gòu)造首先，將參照圖1來描述根據(jù)本發(fā)明實施方式執(zhí)行處理的裝置的整體構(gòu)造的實 例。在本發(fā)明的實施方式中，準(zhǔn)備配置為數(shù)字照相機(jī)的圖像捕獲裝置100，并且在進(jìn)行 圖像捕獲時執(zhí)行陰影校正。圖像分析裝置301和顯示裝置302連接至圖像捕獲裝置100，并 且圖像捕獲裝置100被配置為用作光束輪廓測定裝置(測定系統(tǒng))。圖像分析裝置301利 用圖像對用于捕獲圖像的光束的強(qiáng)度分布進(jìn)行分析，并測定光束輪廓。顯示裝置302使顯 示器顯示所捕獲的圖像(通過用光束照射所獲得的圖像)。圖1中示出的構(gòu)造是用以獲得用于執(zhí)行陰影校正的陰影校正值的構(gòu)造?？刂撇?200和用于執(zhí)行陰影校正的外圍部連接至圖像捕獲裝置100。例如，使用個人計算機(jī)裝置和 在個人計算機(jī)裝置中執(zhí)行的程序，來配置控制部200和用來執(zhí)行陰影校正的外圍部。個人 計算機(jī)裝置連接至圖像捕獲裝置100。在圖像捕獲裝置100中，使用透鏡21和23、濾光片22等構(gòu)成的光學(xué)系統(tǒng)20配置 在固態(tài)圖像捕獲元件110的圖像捕獲區(qū)(其上形成圖像的面)111的前面。將從基準(zhǔn)光源 10的激光輸出部11輸出的激光輸入至光學(xué)系統(tǒng)20。僅需要基準(zhǔn)光源10是具有穩(wěn)定激光 輸出的光源。只要光的輸出量是穩(wěn)定的，可使用輸出除激光之外的光的其它任何光源。注 意，在當(dāng)執(zhí)行光束輪廓測定時測定對象是激光的情況下，優(yōu)選地，使由基準(zhǔn)光源10輸出的 激光的波長和固態(tài)圖像捕獲元件110的形成圖像的面上的數(shù)值孔徑與測定對象的那些相 一致。將圖像捕獲裝置100放置于XY工作臺230上。提供能夠在包含在圖像捕獲裝置 100中的固態(tài)圖像捕獲元件110的圖像捕獲區(qū)111的水平方向(X方向)和垂直方向(Y方 向)移動圖像捕獲裝置100的結(jié)構(gòu)。使用XY工作臺230移動圖像捕獲裝置100，從而能夠 改變固態(tài)圖像捕獲元件110的圖像捕獲區(qū)111上的受到從基準(zhǔn)光源10發(fā)射的激光照射的7圖像捕獲區(qū)111的位置。換言之，XY工作臺230用作從基準(zhǔn)光源10發(fā)射的光的移動部件。 工作臺驅(qū)動部231根據(jù)由控制部200提供的指令對XY工作臺進(jìn)行驅(qū)動，XY工作臺230在X 方向和Y方向上移動。驅(qū)動機(jī)構(gòu)的詳情不作說明。然而，可以應(yīng)用具有各種構(gòu)造類型的驅(qū) 動機(jī)構(gòu)，只要該驅(qū)動機(jī)構(gòu)能夠?qū)崿F(xiàn)以區(qū)域為單位的移動。關(guān)于包含在圖像捕獲裝置100中的固態(tài)圖像捕獲元件110，在圖像捕獲區(qū)111中的 水平方向和垂直方向上配置預(yù)定數(shù)量的像素(光接收元件)。例如，可將CCD圖像傳感器或 CMOS圖像傳感器用作固態(tài)圖像捕獲元件110。關(guān)于固態(tài)圖像捕獲元件110，經(jīng)由光學(xué)系統(tǒng)20將圖像光接收在圖像捕獲區(qū)111中。 將圖像光以像素為單位轉(zhuǎn)換成圖像捕獲信號，并且該圖像捕獲信號從輸出電路130輸出。 將從輸出電路130輸出的圖像捕獲信號提供至圖像捕獲處理部140。圖像捕獲處理部140 對圖像捕獲信號執(zhí)行各種類型的校正和轉(zhuǎn)換以獲得預(yù)定的圖像信號。所獲得的圖像信號經(jīng) 由圖像信號輸出端子151從圖像輸出部150輸出至外部。圖像分析裝置301和顯示裝置 302連接至圖像信號輸出端子151。在固態(tài)圖像捕獲元件110中執(zhí)行的圖像捕獲操作同步于從驅(qū)動電路120提供至固 態(tài)圖像捕獲元件110的驅(qū)動脈沖來執(zhí)行。驅(qū)動脈沖從驅(qū)動電路120的輸出根據(jù)由圖像捕 獲處理部140執(zhí)行的控制來執(zhí)行。校正值存儲器160連接至圖像捕獲處理部140。以像素為單位進(jìn)行的圖像捕獲信 號的校正處理利用存儲在校正值存儲器160中的陰影校正值來執(zhí)行。陰影校正值存儲在校 正值存儲器160中。陰影校正值在校正值存儲器160中的存儲根據(jù)由控制部200執(zhí)行的控 制來執(zhí)行。在圖像捕獲處理部140中，從固態(tài)圖像捕獲元件110提供的圖像捕獲信號的每 個像素值與相應(yīng)一個像素的陰影校正值相乘，由此將每個圖像捕獲信號轉(zhuǎn)換成具有經(jīng)過陰 影校正的像素值的圖像捕獲信號。接下來，將描述設(shè)置在控制部200側(cè)的用于執(zhí)行陰影校正的構(gòu)造?？刂撇?00可以讀取提供至圖像捕獲處理部140的圖像捕獲信號。根據(jù)讀取的圖 像捕獲信號生成各區(qū)域特定的感光度值。圖像捕獲處理部140使區(qū)域特定感光度存儲器 220存儲這些感光度值。校正值計算處理部210利用存儲在區(qū)域特定感光度存儲器220中 的各區(qū)域的感光度值，以像素為單位生成陰影校正值?？刂撇?00使設(shè)置在圖像捕獲裝置 100側(cè)的校正值存儲器160根據(jù)由控制部200執(zhí)行的控制存儲所生成的陰影校正值。1. 2獲得陰影校正值的處理的概述接下來，將參照圖2和圖3描述要存儲在校正值存儲器160中的陰影校正值的生 成處理。在該實例中，如圖2中所示，固態(tài)圖像捕獲元件110的圖像捕獲區(qū)111以預(yù)定數(shù)量 的像素為單位被分割成多個區(qū)域，使得分割區(qū)域具有網(wǎng)格形式。換言之，圖像捕獲區(qū)111在 水平方向(圖2中的橫向方向)上被分割成預(yù)定數(shù)量的區(qū)域，并且在垂直方向(圖2的縱 向方向)上被分割成預(yù)定數(shù)量的區(qū)域，從而圖像捕獲區(qū)111被分割成η個區(qū)域(其中η為 任意整數(shù))。各分割區(qū)域中的像素數(shù)量是相同的。以下將描述分割數(shù)量的具體實例。注意， 每個分割區(qū)域具有與從基準(zhǔn)光源10發(fā)射的并到達(dá)圖像捕獲區(qū)111的激光的光斑尺寸相當(dāng) 的尺寸。更具體地，每個分割區(qū)域的尺寸是在一個區(qū)域內(nèi)可實現(xiàn)接收激光的尺寸。然而，如 下所述，所有激光并不都必須進(jìn)入一個區(qū)域內(nèi)。
在如上所述地將圖像捕獲區(qū)111分割成多個區(qū)域之后，如采用圖3中所示的概圖 所示，對從設(shè)置在各區(qū)域中的像素檢測到的圖像捕獲信號以區(qū)域為單位進(jìn)行積分，從而獲 得積分值。這些積分值作為各區(qū)域特定的感光度值存儲在區(qū)域特定感光度存儲器220中。 當(dāng)區(qū)域數(shù)量被設(shè)定為η時，區(qū)域特定感光度存儲器220是具有η個存儲區(qū)的存儲器。在利用隨著XY工作臺230的移動各區(qū)域受到從基準(zhǔn)光源10發(fā)射的激光照射的狀 態(tài)下，對各區(qū)域特定的感光度值執(zhí)行檢測處理。換言之，當(dāng)將圖像捕獲區(qū)111分割成η個區(qū) 域時，照射位置(在該位置的區(qū)域受到從基準(zhǔn)光源10發(fā)射的激光的照射)被移動(η-1)次， 從而用從基準(zhǔn)光源10發(fā)射的激光依次照射各區(qū)域的中心。例如，照射位置的設(shè)定處理根據(jù) 由控制部200執(zhí)行的控制來執(zhí)行。然后，區(qū)域中已經(jīng)位于照射位置的一個區(qū)域受到激光的 照射。得到區(qū)域中已獲得的圖像捕獲信號的積分值。將積分值除以例如區(qū)域中所設(shè)置的 像素數(shù)，從而得到一個值，該值作為該區(qū)域的感光度值被存儲在區(qū)域特定感光度存儲器220 的相應(yīng)的存儲區(qū)中。注意，在圖像捕獲裝置100沒有出現(xiàn)陰影的理想狀態(tài)下，圖像捕獲在所有區(qū)域受 到相同激光照射的狀態(tài)下被執(zhí)行。因此，存儲在區(qū)域特定感光度存儲器220中的所有感光 度值對所有區(qū)域而言是相同的。實際上，由于與光學(xué)系統(tǒng)等相關(guān)聯(lián)的各種因素，是會產(chǎn)生陰 影的，且存儲在區(qū)域特定感光度存儲器220中的各區(qū)域的感光度值是彼此不同的。在該實 例中，校正了感光度值之間的差異，并執(zhí)行了陰影校正。當(dāng)感光度值存儲在區(qū)域特定感光度存儲器220的所有存儲區(qū)中時，由校正值計算 處理部210根據(jù)以區(qū)域為單位的方式獲得的感光度值，以像素為單位執(zhí)行陰影校正值的計 算處理。在以像素為單位計算陰影校正值的處理中，各區(qū)域的值采用直線或曲線彼此相互 連接，且基于將各區(qū)域的值相互連接的直線或曲線，推定各像素的值。在下述的具體實例 中，采用了用直線將各區(qū)域的值相互連接且基于直線推定各像素值的處理。以這種方式獲 得的各像素的陰影校正值存儲在校正值存儲器160中，并用于校正圖像捕獲信號。假定配 置在固態(tài)圖像捕獲元件110的圖像捕獲區(qū)111中的像素數(shù)為m，則校正值存儲器160具有m 個存儲區(qū)。各像素的陰影校正值存儲在各自的存儲區(qū)中。注意，各像素的陰影校正值中的 每一個是相應(yīng)像素的感光度值的倒數(shù)。1. 3執(zhí)行陰影校正的處理的概述圖4是示出使用存儲在校正值存儲器160中的陰影校正值執(zhí)行陰影校正的狀態(tài)的 概要的示圖；通過設(shè)置在圖像捕獲處理部140中的感光度校正計算處理單元141，將存儲在輸 入圖像捕獲信號存儲器131中的圖像捕獲信號的各像素值與以像素為單位存儲在校正值 存儲器160中的陰影校正值相乘，從而獲得已進(jìn)行感光度校正的圖像捕獲信號。將已進(jìn)行 感光度校正的圖像捕獲信號存儲在校正圖像存儲器142中，并且從校正圖像存儲器142提 供給設(shè)置在該校正圖像存儲器的下一級的處理系統(tǒng)。1. 4生成陰影校正值的處理的詳細(xì)描述接下來，將參照圖5描述生成陰影校正值的處理(該處理的概述已參照圖3進(jìn)行 了描述)的詳細(xì)流程。此處，將在假定區(qū)域數(shù)為如圖2所示的η的情況下對流程進(jìn)行描述。 如圖5中所示，校正值計算處理部210包括校正值推定計算處理單元211、區(qū)域特定校正誤 差存儲器213和感光度校正誤差修正處理單元214。
如已描述的，如在圖2中所示以區(qū)域為單位對圖像捕獲信號進(jìn)行積分，從而獲得 圖像捕獲信號的積分值。將各區(qū)域的圖像捕獲信號的積分值除以包括在每個區(qū)域中的像素 數(shù)，從而獲得各區(qū)域的感光度值。將各區(qū)域的感光度值存儲在區(qū)域特定感光度存儲器220 中。校正值推定計算處理單元211讀取每個區(qū)域的感光度值(步驟Si)，并以像素為單位執(zhí) 行推定感光度值的處理，從而獲得陰影校正值。將獲得的陰影校正值存儲在校正值存儲器 160中(步驟S2)。對于推定感光度值的處理，使用了用直線或曲線將各區(qū)域的值相互連接 并基于將各區(qū)域的值連接的直線或曲線來推定各像素的值的處理。下面將詳細(xì)描述推定感 光度值的處理。將存儲于校正值存儲器160中的陰影校正值提供至感光度校正計算處理單元 141 (步驟S； )。還將各區(qū)域特定的圖像數(shù)據(jù)項(圖像捕獲數(shù)據(jù)項)提供至感光度校正計算 處理單元141 (步驟S4)。然后，通過將各像素的所捕獲的圖像數(shù)據(jù)項與相應(yīng)的陰影校正值 相乘來執(zhí)行校正處理。根據(jù)感光度校正計算處理單元141獲得的校正狀態(tài)，將校正誤差存 儲在區(qū)域特定校正誤差存儲器213中(步驟S5)。然后，通過感光度校正誤差修正處理單元214使用存儲在區(qū)域特定感光度存儲器 220中的各區(qū)域的感光度值(步驟S7)，和存儲在區(qū)域特定校正誤差存儲器213中的校正誤 差(步驟S6)，來執(zhí)行修正感光度值的處理，從而獲得經(jīng)修正的感光度值。之后，使用經(jīng)修正 的感光度值來更新存儲在校正值存儲器160中的陰影校正值(步驟S8)。多次重復(fù)執(zhí)行修正陰影校正值的處理，直到獲得合適的陰影校正值。提高陰影校 正值的精度，使得可以認(rèn)為各區(qū)域特定的感光度值在期望的測定精度下是彼此相同的?？?選地，在對陰影校正值修正一次的處理性能允許得到合適的陰影校正值的情況下，可只執(zhí) 行一次修正陰影校正值的處理。1. 5基于具體區(qū)域設(shè)置的處理狀態(tài)的描述接下來，參考圖6 圖8詳細(xì)描述設(shè)定了圖像捕獲面的具體區(qū)域設(shè)置的狀態(tài)和利 用該區(qū)域設(shè)置的處理狀態(tài)。此處，假定如圖6中所示的將固態(tài)圖像捕獲元件110的圖像捕獲區(qū)111在水平方 向上分割成八個區(qū)域，在垂直方向上分割成六個區(qū)域，從而將圖像捕獲區(qū)111總共分割成 48個區(qū)域。假定此處所使用的固態(tài)圖像捕獲元件110在水平方向上具有1280個像素，在垂 直方向上具有960個像素。因此，一個區(qū)域具有160像素X 160像素。此處，例如，假定一個像素的尺寸為例如3. 75平方微米。在這種情況下，圖像拍攝 系統(tǒng)具有在水平方向上1600 μ m和在垂直方向上1200 μ m的視場。采用這種尺寸設(shè)置，當(dāng) 如圖6中所示視場在水平方向上被分割成八個區(qū)域，在垂直方向上被分割成六個區(qū)域時， 每個區(qū)域的視場的尺寸為200平方微米。作為基準(zhǔn)光源10，例如，使用半導(dǎo)體激光器，該半導(dǎo)體激光器連接至芯半徑為 100 μ m的光纖并輸出波長為635nm、功率約為3mW的激光。設(shè)置透鏡，以使從半導(dǎo)體激光器 的光纖的端部發(fā)射的激光的圖像形成在由固態(tài)圖像捕獲元件110觀察的物鏡21的焦點位 置上。固態(tài)圖像捕獲元件110在其中執(zhí)行圖像捕獲的每個區(qū)域的視場受到基本均勻的具有 100 μ m直徑的激光照射。在這種情況下，選擇不會造成攝像機(jī)信號飽和的透射率作為濾光 片22的透射率。圖7示出每個區(qū)域受到激光照射時的狀態(tài)。10
在該實例中，在水平方向上以區(qū)域Illa(左上區(qū)域)、lllb、lllc、…，的順序執(zhí)行 改變要受激光照射的區(qū)域的掃描處理XI。在每個區(qū)域受到激光照射的狀態(tài)下讀取圖像捕 獲信號，且利用圖像捕獲信號獲得每個區(qū)域的感光度值。在圖7中，示出了區(qū)域Illc受到 激光照射的狀態(tài)。注意，可只利用一個幀的圖像捕獲信號來獲得一個區(qū)域的感光度值。可 選地，可使用通過將利用預(yù)定的多個幀的圖像捕獲信號獲得的感光度值彼此相加所獲得的 值。然后，當(dāng)一行的掃描處理Xl完成后，開始下一行的掃描處理X2。之后，依次執(zhí)行掃 描處理X3、X4、X5和X6，由此所有的區(qū)域都受到激光的照射。如圖8所示，通過將每個區(qū)域的圖像捕獲信號的積分值除以區(qū)域中所含的像素數(shù) 而獲得的值存儲于區(qū)域特定感光度存儲器220的48個存儲區(qū)中相應(yīng)的一個。換言之，當(dāng) 作為第一區(qū)域的區(qū)域Illa受到激光照射時，只有包括在區(qū)域Illa中的像素的圖像捕獲信 號被提取。對圖像捕獲信號進(jìn)行積分以獲得積分值，并將該積分值除以像素數(shù)以獲得感光 度值。將該感光度值存儲在區(qū)域特定感光度存儲器220的第一存儲區(qū)中。在改變照射位置 (在該位置的區(qū)域受到激光的照射)后，依次對所有的區(qū)域執(zhí)行將從包括在正受到激光照 射的區(qū)域中的像素的圖像捕獲信號所檢測到的感光度值存儲的處理。之后，執(zhí)行參照圖5已描述的處理。換言之，校正值推定計算處理單元211讀取各 區(qū)域的感光度值(要被用作區(qū)域的平均值)(步驟Si)，并以像素為單位執(zhí)行感光度推定處 理。將獲得的陰影校正值提供至具有存儲區(qū)的校正值存儲器160并將其存儲(步驟S2)，存 儲區(qū)數(shù)等于像素數(shù)(1280X960)。將存儲在校正值存儲器160中的陰影校正值提供至感光度校正計算處理單元 141(步驟S3)。將包括在48個區(qū)域中的每個區(qū)域中的像素(160像素X 160像素)的圖像 數(shù)據(jù)項(所捕獲的圖像數(shù)據(jù)項)也提供至感光度校正計算處理單元141(步驟S4)。然后， 通過將各像素的所捕獲的圖像數(shù)據(jù)項與相應(yīng)的陰影校正值相乘來執(zhí)行校正處理。根據(jù)由感 光度校正計算處理單元141所獲得的校正狀態(tài)，將校正誤差存儲在區(qū)域特定校正誤差存儲 器213中(步驟S5)。然后，通過感光度校正誤差修正處理單元214使用存儲在區(qū)域特定感光度存儲器 220中的各區(qū)域的感光度值(步驟S7)和存儲在區(qū)域特定校正誤差存儲器213中的校正誤 差(步驟S6)，來執(zhí)行修正感光度值的處理，從而獲得修正后的感光度值。之后，執(zhí)行使用修 正后的感光度值更新存儲在校正值存儲器160中的陰影校正值的更新處理(步驟S8)。多 次重復(fù)步驟S8中的更新處理，從而最終獲得具有高精度的陰影校正值。1. 6計算感光度值和陰影校正值的處理的描述接下來，將參照圖9A 圖9D、圖IOA 圖IOC和圖11描述利用各區(qū)域的感光度 值獲得所有像素的感光度值和陰影校正值的處理的實例。在圖9A 圖9D、圖IOA 圖IOC 和圖11中，示出了利用在一個水平方向上布置的區(qū)域的感光度值來獲得配置在該水平方 向上的像素的感光度值的處理。在圖9A 圖9D的每個圖中，假定水平軸表示像素位置，且1280個像素被設(shè)置在 一條水平線上，像素位置范圍為從第一個像素的位置至第1280個像素的位置。垂直軸表示 與感光度值對應(yīng)的水平。這里，如圖9A中所示，在該實例中，存儲在區(qū)域特定感光度存儲器220中的感光度11值是以區(qū)域為單位檢測到的值。將以區(qū)域為單位檢測到的每個感光度值用作包括在圖9B 所示的多個區(qū)域中的相應(yīng)一個區(qū)域中的像素的感光度值的平均值。如圖9B中所示，感光度值是以區(qū)域為單位逐漸變化的值。因此，當(dāng)根據(jù)感光度值 計算陰影校正值而不對感光度值執(zhí)行任何處理時，陰影校正值具有較大的誤差。為此，如圖 9C中所示，用與檢測到的感光度值的平均值一致的直線將位于各區(qū)域中心的像素的感光度 值彼此相連。利用由直線組成的線圖示出的感光度值(如圖9C所示)來計算各像素位置 處的感光度值。這里，將參照圖IOA 圖IOC描述將在由直線組成的線圖上示出的感光度值調(diào)整 至合適值的處理。例如，假定所獲得的區(qū)域的感光度分布如圖IOA中所示。在圖IOB中，示出并放大 圖IOA中所示的區(qū)域之一(本文中為從左的第四個區(qū)域)及其相鄰區(qū)域。如圖IOB中所示，在執(zhí)行線性插值的情況下，位于每個區(qū)域中心的感光度值與包 括在該區(qū)域中的像素的感光度值的平均值不相同。其原因在于，當(dāng)執(zhí)行線性插值時，確定位 于每個區(qū)域中心的感光度值，以使面積al、a2和a3(表示圖IOB中的直線和平均值之間的 差異)中的面積al+面積a3等于面積a2。下面將描述設(shè)定面積al、a2和a3以使面積al+面積a3等于面積a2的計算處理。如圖IOC中所示，中心區(qū)域檢測到的感光度值由I' i表示，執(zhí)行線性插值后所獲 得的感光度值由Ii表示。此外，所檢測到的左鄰區(qū)域的感光度值由I' H表示，執(zhí)行線性 插值后所獲得的感光度值由Ip1表示。所檢測到的右鄰區(qū)域的感光度值由Γ 表示，執(zhí) 行線性插值后所獲得的感光度值由Iw表示。此外，還定義了位于表示中心區(qū)域與左鄰區(qū)域之間的分界的直線上的值Xi和位于 表示中心區(qū)域與右鄰區(qū)域之間的分界的直線上的值xi+1，此外，每個區(qū)域的寬度由W表示。當(dāng)如圖IOC中所示定義上述給出的值時，在圖IOC所示的中心區(qū)域執(zhí)行線性插值 后所獲得的左半的積分值由式1表示
權(quán)利要求
1.一種陰影校正方法，包括以下步驟將固態(tài)圖像捕獲元件的光接收區(qū)分割成多個區(qū)域，其中包括光接收元件的像素配置在 所述固態(tài)圖像捕獲元件中；用從用作基準(zhǔn)的光源發(fā)射的光經(jīng)由圖像形成光學(xué)系統(tǒng)照射每個分割區(qū)域，以使所述光 的光斑的尺寸與所述區(qū)域的尺寸相當(dāng)；將已經(jīng)受到所述光照射的每個所述區(qū)域的感光度值存儲在區(qū)域特定感光度存儲器中；根據(jù)存儲在所述區(qū)域特定感光度存儲器中的所述感光度值，計算所述固態(tài)圖像捕獲元 件的所有所述像素的陰影校正值；將所有所述像素的所計算出的陰影校正值存儲在校正值存儲器中；以及 利用存儲在所述校正值存儲器中的所述像素的相應(yīng)陰影校正值，校正各像素的信號， 所述各像素的信號利用由所述固態(tài)圖像捕獲元件進(jìn)行的圖像捕獲來獲得。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的陰影校正方法，其中，在存儲在所述區(qū)域特定感光度存儲器中的各區(qū)域的感光度值之間，或在利用各 區(qū)域的感光度值所獲得的所述陰影校正值之間進(jìn)行直線插值或曲線插值，以及其中，基于通過所述插值所獲得的所述直線或曲線，推定設(shè)置在所述固態(tài)圖像捕獲元 件的光接收區(qū)中中各像素的陰影校正值，并且將所述陰影校正值存儲在所述校正值存儲器 中。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的陰影校正方法，其中，重復(fù)所述陰影校正值的計算，直到所述 各區(qū)域的校正誤差分布百分比變得等于或小于預(yù)定百分比，所述校正誤差存儲在所述區(qū)域 特定感光度存儲器中。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的陰影校正方法，其中，一次或多次執(zhí)行用來減小已經(jīng)由所 述差值所得的直線或曲線之間的誤差的計算。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的陰影校正方法，其中，所述區(qū)域是通過在二維方向上分割所 述固態(tài)圖像捕獲元件的所述光接收區(qū)而獲得的區(qū)域，在所述二維方向上的所有所述像素的 陰影校正值在計算陰影校正值的步驟中獲得，并存儲在所述校正值存儲器中。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的陰影校正方法，其中，所述區(qū)域是通過在一維方向上分割所 述固態(tài)圖像捕獲元件的所述光接收區(qū)而獲得的區(qū)域，在所述一維方向上的所有所述像素的 陰影校正值在計算陰影校正值的步驟中獲得，并存儲在所述校正值存儲器中。
7.根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的陰影校正方法，其中，每個所述區(qū)域由使所述區(qū)域的一部 分與相鄰于所述區(qū)域的區(qū)域的一部分疊加而形成。
8.一種陰影校正值測定裝置，包括圖像形成光學(xué)系統(tǒng)，被配置為用光照射每個區(qū)域以使所述光的光斑的尺寸與所述區(qū)域 的尺寸相當(dāng)，通過分割其中配置有包括光接收元件的像素的固態(tài)圖像捕獲元件的光接收區(qū) 來獲得所述區(qū)域，所述光由作為基準(zhǔn)的光源發(fā)射；照射光移動部件，被配置為使要受到從所述光源發(fā)射的光的照射的區(qū)域從所述區(qū)域中 的一個移動到所述區(qū)域的另一個；區(qū)域特中的所述感光度值，計算所述固態(tài)圖像捕獲元件的所有像素的陰影校正值。
9.一種圖像捕獲裝置，包括固態(tài)圖像捕獲元件，其中設(shè)置有包括光接收元件的像素，設(shè)置所述固態(tài)圖像捕獲元件， 以便在所述固態(tài)圖像捕獲元件的前面設(shè)置使圖像光進(jìn)入光接收區(qū)的光學(xué)系統(tǒng)；校正值存儲器，被配置為存儲所述固態(tài)圖像捕獲元件的所有所述像素的陰影校正值；以及校正處理單元，被配置為利用存儲在所述校正值存儲器中的各像素的陰影校正值來校 正所述各像素的信號，所述各像素的信號利用由所述固態(tài)圖像捕獲元件所進(jìn)行的圖像捕獲 來獲得并由所述固態(tài)圖像捕獲元件來輸出，其中，存儲在所述校正值存儲器中的所述陰影校正值是根據(jù)已受所述圖像光照射的各 區(qū)域的感光度值所算出的所有所述像素的陰影校正值，所述區(qū)域通過分割所述固態(tài)圖像捕 獲元件的所述光接收區(qū)來獲得，每個所述分割區(qū)域經(jīng)由所述光學(xué)系統(tǒng)受到從用作基準(zhǔn)的光 源發(fā)射的所述圖像光的照射，以使所述圖像光的光斑的尺寸與所述區(qū)域的尺寸相當(dāng)。
10.一種光束輪廓測定裝置，包括固態(tài)圖像捕獲元件，其中設(shè)置有包括光接收元件的像素，設(shè)置所述固態(tài)圖像捕獲元件， 以便在所述固態(tài)圖像捕獲元件的前面設(shè)置使作為測定對象的光束進(jìn)入光接收區(qū)的光學(xué)系 統(tǒng)；校正值存儲器，被配置為存儲所述固態(tài)圖像捕獲元件的所有所述像素的陰影校正值；以及校正處理單元，被配置為利用存儲在所述校正值存儲器中的各像素的陰影校正值來校 正所述各像素的信號，所述各像素的信號利用由所述固態(tài)圖像捕獲元件所進(jìn)行的圖像捕獲 來獲得并由所述固態(tài)圖像捕獲元件來輸出，光束分析單元，被配置為利用已經(jīng)被所述校正處理單元校正的捕獲的圖像來分析作為 測定目標(biāo)的光束，其中，存儲在所述校正值存儲器中的所述陰影校正值是根據(jù)已受所述光束照射的各區(qū) 域的感光度值所算出的所有所述像素的陰影校正值，所述區(qū)域通過分割所述固態(tài)圖像捕獲 元件的所述光接收區(qū)來獲得，每個所述分割區(qū)域經(jīng)由所述光學(xué)系統(tǒng)受到從用作基準(zhǔn)的光源 發(fā)射的所述光束的照射，以使所述光束的光斑的尺寸與所述區(qū)域的尺寸相當(dāng)。
全文摘要
本發(fā)明提供了陰影校正方法、陰影校正值測定裝置和圖像捕獲裝置，該陰影校正方法包括將固態(tài)圖像捕獲元件的光接收區(qū)分割成多個區(qū)域，其中包括光接收元件的像素配置在所述固態(tài)圖像捕獲元件中；用從用作基準(zhǔn)的光源發(fā)射的光經(jīng)由圖像形成光學(xué)系統(tǒng)照射每個區(qū)域，以使所述光的光斑的尺寸與區(qū)域的尺寸相當(dāng)；將每個區(qū)域的感光度值存儲在區(qū)域特定感光度存儲器中；根據(jù)感光度值計算固態(tài)圖像捕獲元件的所有所述像素的陰影校正值；將所有所述像素的陰影校正值存儲在校正值存儲器中；以及利用各像素的相應(yīng)陰影校正值，校正各像素的信號，所述各像素的信號利用由所述固態(tài)圖像捕獲元件進(jìn)行的圖像捕獲來獲得。
文檔編號G01J1/00GK102055902SQ20101051901
公開日2011年5月11日 申請日期2010年10月21日 優(yōu)先權(quán)日2009年10月28日
發(fā)明者堀田慎 申請人:索尼公司