图像传感器的制作方法

1.本发明涉及使用了液体透镜的图像传感器。


背景技术：

2.近年来，开发了使用液体透镜的各种光学装置(拍摄装置等)。另外，液体透镜是指封入到透镜支架内的传导性的水溶液和非传导性的油的边界面形状因电压施加而变化并使屈光力发生变化的光学部件。
3.液体透镜的屈光力/施加电压特性根据液体透镜的温度而变化。因此，由于放置有光学装置的周围环境、或由光学装置自身的通电引起的发热，产生液体透镜的屈光力从期望的值偏离的问题。避免该问题的方法有2种，一种方法是通过光学装置内的加热控制将液体透镜的温度保持为恒定的方法(例如，参照专利文献1)。另一种方法是观测液体透镜的温度，根据其温度校正电压值并提供给液体透镜的方法。
4.现有技术文献
5.专利文献
6.专利文献1：美国专利申请公开第2017/0090076号说明书


技术实现要素：

7.发明所要解决的课题
8.前者的方法需要加热单元，因此存在装置的功耗变大的问题。后者的方法具有功耗小的优点，但需要准确地求出施加电压的校正值。并且，液体透镜的特性存在个体差异，即使施加的温度和施加电压相同，对于每个个体，屈光力也不同。因此，后者的方法中的电压值校正不仅需要考虑温度，还必须考虑个体差异的影响。因此，为了生产能够考虑到液体透镜的个体差异来进行施加电压校正的图像传感器，需要对每个图像传感器(液体透镜)求出准确的校正用信息。
9.在用于自动检查或工艺控制的图像传感器中，搭载有图像处理单元(mpu、dsp等)。因此，还考虑利用图像处理单元对每个图像传感器求出校正用信息。但是，在被称为智能照相机的、作为比较紧凑的图像传感器而制造的图像传感器中，液体透镜通常位于图像处理单元的附近，而且壳体内部的空间容积较小。因此，可以说是如下构造：液体透镜容易受到图像处理单元的发热影响，并且热容易封闭在图像传感器的内部。因此，在图像传感器的生产工序中，当为了得到每个个体的校正信息而开始通电时，在壳体内部温度开始上升，虽然也取决于条件，但在达到热平衡之前，有时需要几十分钟的时间。另一方面，为了得到准确的校正信息，需要在恒定的温度环境下测量液体透镜的光学特性。
10.因此，在使用图像处理单元时，无法在不降低生产效率的情况下，以足够的精度取得考虑了液体透镜的个体差异的电压校正信息。
11.本发明是鉴于上述问题而完成的，其目的在于提供一种能够进行考虑了液体透镜的个体差异的施加电压校正且能够高效地生产的图像传感器。
12.用于解决课题的手段
13.本发明一个观点的图像传感器是利用包含液体透镜的光学系统在拍摄元件的拍摄面上成像出被摄体的像的图像传感器，其中，所述光学系统构成为能够与非易失性存储器以及温度传感器一起从主体模块分离，所述非易失性存储器存储有与所述液体透镜的屈光力相对于施加电压的变化量相关的特性信息，所述温度传感器用于检测所述液体透镜的温度。并且，图像传感器的所述主体模块具有控制部，所述控制部进行针对来自所述拍摄元件的图像数据的图像处理、以及液体透镜控制处理，在所述液体透镜控制处理中，根据存储于所述非易失性存储器的所述特性信息、由所述温度传感器检测出的所述液体透镜的温度以及所述液体透镜的屈光力的目标值，决定应施加于所述液体透镜的施加电压并施加于所述液体透镜。
14.即，图像传感器能够将设置有包含液体透镜的光学系统等的部分(以下，记述为透镜模块)从具有控制部的主体模块分离，该控制部进行针对来自拍摄元件的图像数据的图像处理。如果将透镜模块从主体模块分离，则控制部的发热量的影响消失，因此能够将特性测量中的液体透镜的温度保持为恒定。并且，作为其结果，能够准确且在短时间内求出用于决定施加电压的特性信息。并且，透镜模块具有用于存储准确地求出的特性信息的非易失性存储器、和用于检测液体透镜的温度的温度传感器。因此，如果采用上述结构，则能够实现可考虑液体透镜的个体差异来进行施加电压校正的、可高效生产的图像传感器。
15.存储于非易失性存储器的特性信息只要是如下信息即可，即、能够通过使用该特性信息并根据液体透镜的温度和液体透镜的屈光力的目标值来决定应施加于液体透镜的施加电压(即，使得液体透镜的屈光力与目标值一致的施加电压)。因此，特性信息可以是表示所述液体透镜的屈光力、施加电压以及温度之间的关系的关系描述信息自身，也可以是该关系描述信息的一部分。
16.图像传感器可以采用“所述特性信息是表示液体透镜的屈光力、施加电压以及温度之间的关系的关系描述信息的一部分信息，所述控制部根据预先设定的所述关系描述信息的剩余信息、和从所述非易失性存储器读出的所述特性信息，确定在所述液体透镜控制处理中使用的所述关系描述信息”的结构。在图像传感器采用该结构的情况下，作为关系描述信息，采用被分解为第一参数、和由所述液体透镜的个体差异引起的偏差小于所述第一参数的第二参数来进行描述的信息，并且作为所述一部分信息，采用包含所述第一参数的信息。此外，也可以选择关系描述信息中的不依赖于温度的参数来作为第一参数。
17.关系描述信息(特性信息自身、或由特性信息和控制部内的信息构成的信息)也可以是表示液体透镜的屈光力、施加电压以及温度之间的关系的表形式的信息(包含多个表示对某个温度的液体透镜施加了某个施加电压的情况下的液体透镜的屈光力的信息等的信息)。另外，关系描述信息也可以是按温度包含表示屈光力与施加电压的关系的信息的信息。
18.关系描述信息也可以是表示关系式的信息，所述关系式表示所述液体透镜的屈光力、施加电压以及温度之间的相互关系。关系描述信息所表示的所述关系式也可以是将温度的函数作为系数的、表示所述液体透镜的屈光力与施加电压之间的关系的式子。也可以是，在表示液体透镜的屈光力与施加电压之间的关系的式子中，分别对于所述液体透镜的屈光力或施加电压而言，至少一方由关于另一方的多项式来表现。
19.关系描述信息也可以是由函数式的系数和表形式的信息构成的信息。即，关系描述信息也可以是例如由能够通过以下的运算来计算温度t和施加电压v处的屈光力p的函数式g(t)以及h(v)中的一个函数式的系数、和用于求出另一个函数式的值的表形式的信息构成的信息。
20.p＝g(t)
·
h(v)
21.发明的效果
22.根据本发明，能够提供一种可进行考虑了液体透镜的个体差异的施加电压校正、且可高效生产的图像传感器。
附图说明
23.图1是本发明一个实施方式的图像传感器的概略结构的说明图。
24.图2是图像传感器的控制部所执行的第1液体透镜处理的流程图。
25.图3是图像传感器的控制部所执行的第2液体透镜处理的流程图。
26.图4是为了对图像传感器设定特性信息而准备的检查系统的概略结构的说明图。
27.图5是检查系统的检查装置所执行的特性信息设定处理的流程图。
28.图6是特性信息设定处理的执行环境的说明图。
29.图7是特性信息设定处理的步骤s303的处理的说明图。
具体实施方式
30.以下，参照附图说明本发明的实施方式。
31.图1表示本发明一个实施方式的图像传感器1的概略结构。
32.本实施方式的图像传感器1是设想与上位装置50连接而用于自动检查或工艺控制的开发出的装置。此外，上位装置50是指安装有用于利用图像传感器1的程序的计算机。上位装置50通常连接有多台图像传感器1。
33.如图所示，图像传感器1由具有光学系统11、温度传感器15和非易失性存储器16的透镜模块10、以及具有拍摄元件21和控制部22的主体模块20构成。
34.光学系统11是用于使来自被摄体(拍摄对象)的光在拍摄元件21的拍摄面上成像的组合透镜。在该光学系统11中，使用能够通过改变施加电压来控制屈光力的液体透镜12。
35.温度传感器15是用于检测液体透镜12的温度的传感器。作为温度传感器15，例如使用电阻温度传感器、温度传感器ic。
36.非易失性存储器16是用于存储特性信息的存储器。作为非易失性存储器16，通常使用串行总线型的存储器(具有spi、i2c等串行接口的存储器；例如，串行eeprom)。
37.存储在非易失性存储器16中的特性信息是用于决定对液体透镜12施加的电压的信息。特性信息只要是如下信息即可，即、能够通过使用该特性信息并根据液体透镜12的温度和液体透镜12的屈光力的目标值来决定使当前温度下的液体透镜12的屈光力与目标值一致的施加电压。另外，特性信息只要是能够对温度处于工作保证温度范围内的液体透镜12的施加电压进行校正的信息即可。
38.之后将叙述本实施方式的图像传感器1(非易失性存储器16)所设定的特性信息的详情、以及对图像传感器1设定特性信息的具体过程。
39.透镜模块10是将光学系统11、温度传感器15以及非易失性存储器16安装于壳体(省略图示)的模块。透镜模块10构成为能够从主体模块20拆装。另外，在透镜模块10中设置有连接器10c，在将透镜模块10安装到主体模块20时，该连接器10c与主体模块20的连接器20c嵌合。连接器10c与透镜模块10的各部分(液体透镜12、温度传感器15、非易失性存储器16)之间、连接器20c与主体模块20的控制部22之间如图1中实线及虚线示意性示出地那样被接线。即，连接器10c与透镜模块10的各部分之间、连接器20c与控制部22之间以在连接器10c与连接器20c嵌合时，液体透镜12、温度传感器15以及非易失性存储器16与控制部22电连接的方式进行接线。
40.拍摄元件21是cmos图像传感器、ccd图像传感器等二维图像传感器。
41.控制部22是进行对来自拍摄元件21的图像数据的各种图像处理，并进行将处理结果通知给上位装置50的处理、以及将温度校正后的施加电压施加给液体透镜12的液体透镜控制处理的单元。另外，各种图像处理是指条形码等的读取处理、有无异常的判定处理等。另外，控制部22例如由产生向液体透镜12施加的施加电压的驱动器ic和微控制器构成。
42.在控制部22进行的液体透镜控制处理中，有第1液体透镜控制处理和第2液体透镜控制处理。第1液体透镜控制处理是在图像传感器1的电源接通时控制部22进行的处理。第2液体透镜控制处理是在从上位装置50被给出了设置距离的变更指示时由控制部22进行的处理。在此，设置距离是指被称为工作距离、working distance等的距离。
43.控制部22进行的第1液体透镜控制处理是图2所示的过程的处理。
44.即，由于图像传感器1的电源被接通而开始了该第1液体透镜控制处理的控制部22首先从透镜模块10的非易失性存储器16中读出特性信息并存储到内部(步骤s101)。接着，控制部22基于温度传感器15的输出，测量液体透镜12的温度(步骤s102)。
45.然后，控制部22使用从透镜模块10(非易失性存储器16)取得并存储在内部的特性信息(在图2中，为已取得特性信息)，确定能够使当前温度的液体透镜12的屈光力与目标值一致的施加电压(步骤s103)。关于该步骤s103的处理详情将在后面叙述，第1液体透镜控制处理中的“目标值”是在第1液体透镜控制处理的执行时刻与在图像传感器1中设定的设置距离(用户之前设定的设置距离或者默认的设置距离)对应的液体透镜12的屈光力。另外，与设置距离对应的液体透镜12的屈光力是指对焦(焦点对准)于和光学系统11的前端之间的距离与设置距离一致的被摄体的液体透镜12的屈光力。
46.结束步骤s103的处理后的控制部22在进行将所确定的施加电压施加到液体透镜12的处理(步骤s104)之后，结束第1液体透镜控制处理。
47.在被给出了设置距离的变更指示时控制部22所执行的第2液体透镜控制处理是图3所示的过程的处理。
48.该第2液体透镜控制处理的步骤s201、s203的处理分别是与第1液体透镜控制处理的步骤s102、s104的处理相同的处理。第2液体透镜控制处理的步骤s202的处理是仅在如下方面与第1液体透镜控制处理的步骤s103的处理不同的处理：“目标值”是与由变更指示指定的设置距离对应的液体透镜12的屈光力。
49.即，第2液体透镜控制处理(图3)与在图像传感器1的电源接通时进行的第1液体透镜控制处理(图2)为本质上相同内容的处理。但是，由于在图像传感器1的电源接通时已执行了第1液体透镜控制处理，因此在执行第2液体透镜控制处理时，控制部22已经保持了关
于液体透镜12的特性信息。因此，将第2液体透镜控制处理设为不进行从透镜模块10的非易失性存储器16读出特性信息的处理的处理。
50.以下，对图像传感器1中设定的特性信息的详情、以及步骤s103、s202的处理的具体处理过程进行说明。另外，在以下的说明中，将液体透镜12的屈光力也简单记作屈光力。
51.本实施方式的图像传感器1构成为将2个实数值作为特性信息存储在非易失性存储器16中的装置。
52.具体而言，如以下的(1)～(3)式所示，图像传感器1所使用的液体透镜12用将温度t的二次式s(t)作为1次的系数、温度t的二次式y(t)作为0次的系数的施加电压v的一次式来表示温度t、施加电压v处的屈光力p。
53.p＝s(t)
×
v y(t)
…
(1)
54.s(t)＝s2×
t2 s1×
t s0…
(2)
55.y(t)＝y2×
t2 y1×
t y0…
(3)
56.并且，对于液体透镜12，s0和y0的值因固体差异而比较大地发生偏差，而其他4个系数(s2、s1、y2、y1)的值几乎不因固体差异而产生偏差。在将几乎不因液体透镜12的固体差异而产生偏差的各系数值存储在非易失性存储器16中时，非易失性存储器16的存储容量被浪费地使用。因此，图像传感器1通过将s2值、s1值、y2值和y1值预先设定于控制部22，成为在非易失性存储器16中仅存储s0值以及y0值的装置。
57.另外，由于特性信息是上述信息，所以第1、第2液体透镜控制处理(图2、图3)的步骤s103、s202的处理成为还使用预先设定的s2值、s1值、y2值和y1值来计算施加电压的处理。更具体而言，步骤s103、s202的处理是如下处理：使用预先设定的s2值、s1值、y2值和y1值、从透镜模块10取得的s0值和y0值、液体透镜12的温度t以及液体透镜12的目标屈光力ptgt来进行以下的运算(参照(1)～(3)式)，由此计算施加电压v。
58.v＝(ptgt
‑
(y2×
t2 y1×
t y0))/(s2×
t2 s1×
t s0)
…
(4)
59.以下，对向图像传感器1设定特性信息的过程进行说明。
60.图4表示为了对图像传感器1设定特性信息而准备的检查系统40的概略结构。如图所示，为了对图像传感器1设定特性信息而准备的检查系统40由检查夹具30和检查装置35构成。
61.检查夹具30是相当于从主体模块20去除了控制部22的夹具。即，检查夹具30构成为能够安装透镜模块10。另外，检查夹具30构成为，在安装了透镜模块10时，所安装的透镜模块10(以下，也记作安装模块10)的连接器10c与连接器30c嵌合。并且，检查夹具30构成为，在安装了透镜模块10时，安装模块10的光学系统11与拍摄元件31之间的位置关系和向透镜模块10安装主体模块20时的光学系统11与拍摄元件21之间的位置关系相同。
62.另外，检查夹具30具有连接器32。该连接器32与连接器30c以及拍摄元件31之间被接线，使得在将来自检查装置35的线缆与连接器32连接时，检查装置35与液体透镜12、温度传感器15、非易失性存储器16以及拍摄元件31之间分别被连接。
63.检查装置35是构成为能够执行特性信息设定处理的装置，在该执行特性信息设定处理中，求出关于安装模块10内的液体透镜12的特性信息并写入到安装模块10内的非易失性存储器16。另外，如已经说明(定义)那样，安装模块10是指安装于检查夹具30的透镜模块10。
64.图5表示特性信息设定处理的流程图。
65.该特性信息设定处理在安装模块10和检查夹具30的温度被控制为恒定温度(在本实施方式中为25℃)的状态下进行。另外，在检查装置35中，与主体模块20(控制部22)同样地，预先设定有上述的(2)、(3)式的系数中的液体透镜12的个体差异引起的偏差不存在或较少的系数s2、s1、y2、y1的值。
66.如图5所示，在特性信息设定处理中，首先，进行搜索对焦于拍摄工件1的施加电压v1的处理(步骤s301)、以及搜索对焦于拍摄工件2的施加电压v2的处理(步骤s302)。在此，如图6示意性地示出的那样，拍摄工件1、2是配置于设置距离1、2的位置处的对焦调整用的被摄体。以下，将与设置距离n(n＝1、2)对应的透镜12的屈光力记述为屈光力n。
67.本实施方式的特性信息设定处理的步骤s301、s302的处理是如下处理：反复进行变更施加到液体透镜12的施加电压并分析来自拍摄元件31的图像数据的处理，由此搜索相邻像素间的对比度最大的施加电压，并将搜索结果设为施加电压v1、v2。但是，步骤s301、s302的处理只要是能够搜索对焦的施加电压的处理，则可以是任何内容的处理。
68.当步骤s302的处理完成时，计算表示屈光力1、2与施加电压v1、v2之间的关系的直线(在图5中为屈光力/施加电压直线)的斜率a和截距b(步骤s303)。更具体而言，如图7所示，在将屈光力设为纵轴、将施加电压设为横轴的正交坐标中，计算通过坐标(施加电压v1、屈光力1)的点和坐标(施加电压v2、屈光力2)的点的直性的斜率a和截距b。
69.然后，基于计算出的斜率a和截距b等，计算上述的(2)式的s0值和上述的(3)式的y0值(步骤s304)。即，在该步骤s304中，通过将各已知数(s2值、s1值、a值以及t值)代入s0＝a
‑
s2×
t2‑
s1×
t这样的式子，来计算s0值。另外，在步骤s304中，通过将各已知数(y2值、y1值、b值以及t值)代入y0＝b
‑
y2×
t2‑
y1×
t这样的式子，来计算y0值。另外，前者的式子是将s(t)被置换为了a的(2)式变形为关于s0的式子而得的式子，后者的式子是将y(t)被置换为了b的(3)式变形为关于y0的式子而得的式子。
70.然后，在进行将s0值和y0值作为特性信息写入到安装模块10的非易失性存储器16的处理(步骤s305)之后，结束特性信息设定处理。
71.如以上说明的那样，本实施方式的图像传感器1构成为能够将设置有包含液体透镜12的光学系统11的透镜模块10从设置有控制部22的主体模块20分离。如果将透镜模块10从主体模块20分离，则液体透镜12的温度不会由于控制部22的发热量影响而发生变化，因此能够针对各图像传感器1所使用的各个液体透镜12准确地求出特性信息。并且，透镜模块10具有用于存储准确地求出的特性信息的非易失性存储器16和用于检测液体透镜12的温度的温度传感器15。因此，图像传感器1的控制部22(安装透镜模块10后的主体模块20内的控制部22)能够考虑温度差并且还考虑该液体透镜12的个体差异来进行液体透镜12的施加电压校正。
72.《变形例》
73.上述实施方式的图像传感器1能够进行各种变形。例如，在液体透镜12的屈光力由上述的(1)～(3)式表示，但(2)、(3)式的所有系数的值因个体差异而发生偏差的情况下，能够将图像传感器1变形为在非易失性存储器16中存储有(2)、(3)式的所有系数(s2、s1、s0、y2、y1以及y0)的值来作为特性信息的装置。另外，将图像传感器1变形为这样的装置能够仅通过将控制部22如下变形来实现，即、在(4)式的施加电压v的计算中，使用从透镜模块10取
得的特性信息中的s2值、s1值、y2值、y1值。另外，只要在温度与设置距离的组合不同的6个条件下搜索对焦于拍摄工件的施加电压，就能够根据搜索结果计算(2)、(3)式的所有系数的值。
74.在液体透镜12利用(1)式(即v的一次式)无法充分近似出其屈光力的情况下，将特性信息设为以下的(5)式或(6)式的所有系数的值或一部分系数的值即可。对于将特性信息设为各式的一部分系数的值的情况下的系数，只要以液体透镜12的个体差异引起的偏差程度等为基准来决定(选择)即可。
[0075][0076][0077]
在这些式子中，n为“2”以上的整数。另外，c
i
(t)(i＝0～n)是表示作为屈光力p的n次式的(5)式的i次项的系数值的、温度t的函数。d
i
(t)(i＝0～n)是表示作为施加电压v的n次式的(6)式的i次项的系数值的、温度t的函数。
[0078]
上述的(1)～(3)式、(5)式、(6)式均是将温度t的函数作为系数的、表示液体透镜12的屈光力p与施加电压v之间的关系的式子，但如上所述，特性信息只要是如下信息即可，即、能够通过使用该特性信息并根据液体透镜12的温度和液体透镜12的屈光力的目标值来决定使当前温度下的液体透镜12的屈光力与目标值一致的施加电压。因此，特性信息可以是表示液体透镜12的屈光力、施加电压以及温度之间的关系的信息(以下称为关系描述信息)自身，也可以是该关系描述信息的一部分。另外，关系描述信息并不限定于“将温度t的函数作为系数的、表示液体透镜12的屈光力p与施加电压v之间的关系的式子”的相关信息。例如，关系描述信息也可以是“将施加电压v的函数作为系数的、表示屈光力p与温度t之间的关系的式子”的相关信息。另外，关系描述信息也可以是由函数式的系数和表形式的信息构成的信息。即，关系描述信息也可以是例如由能够通过以下的运算来计算温度t、施加电压v处的屈光力p的函数式g(t)以及h(v)中的一个函数式的系数、和用于求出另一个函数式的值的表形式的信息构成的信息。
[0079]
p＝g(t)
·
h(v)
[0080]
至此，作为关系描述信息(其一部分或全部作为特性信息而存储于非易失性存储器16的信息)的例子，说明了使用关系式的系数的例子，但关系描述信息也可以是表示液体透镜12的屈光力、施加电压以及温度之间的关系的表形式的信息(包含多个表示对某个温度的液体透镜12施加了某个施加电压的情况下的液体透镜的屈光力的信息等的信息)。另外，关系描述信息也可以是按温度包含表示屈光力与施加电压的关系的信息的信息。作为关系描述信息，在使用如上所述的信息(即，不是关系式的系数的信息)的情况下，也能够将非易失性存储器16中存储的特性信息设为不依赖于温度的信息。
[0081]
并且，关系描述信息也可以是不直接表示屈光力、施加电压以及温度之间的关系的信息(例如，表示与屈光力相关的值(工作距离等)、施加电压以及温度之间的关系的信息)。
[0082]
《附记》
[0083]
一种图像传感器(1)，其利用包含液体透镜(12)的光学系统(11)在拍摄元件(21)的拍摄面上成像出被摄体的像，该图像传感器(1)的特征在于，
[0084]
所述光学系统(11)构成为能够与非易失性存储器(16)以及温度传感器(15)一起从主体模块(20)分离，所述非易失性存储器(16)存储有与所述液体透镜(12)的屈光力相对于施加电压的变化量相关的特性信息，所述温度传感器(15)用于检测所述液体透镜(12)的温度，
[0085]
所述主体模块(20)具有控制部(22)，所述控制部(22)进行针对来自所述拍摄元件(21)的图像数据的图像处理、以及液体透镜控制处理，在所述液体透镜控制处理中，根据存储于所述非易失性存储器(16)的所述特性信息、由所述温度传感器(15)检测出的所述液体透镜的温度(12)以及所述液体透镜(12)的屈光力的目标值，决定应施加于所述液体透镜(12)的施加电压并施加于所述液体透镜(12)。
[0086]
标号说明
[0087]
1：图像传感器；10c、20c、30c、32：连接器；10：透镜模块；11：光学系统；12：液体透镜；15：温度传感器；16：非易失性存储器；20：主体模块；21、31：拍摄元件；22：控制部；30：检查夹具；35：检查装置；40：检查系统；50：上位装置。