用于光學(xué)變焦透鏡的動(dòng)態(tài)地彎曲的傳感器的制造方法
【專利說明】用于光學(xué)變焦透鏡的動(dòng)態(tài)地彎曲的傳感器
[0001]背景
[0002]光學(xué)透鏡系統(tǒng)一般在平坦表面上沒有它們的最佳焦點(diǎn)。例如，球面透鏡系統(tǒng)往往在大致半球形表面(被稱為佩茲伐表面(Petzval surface))上最佳地聚焦。透鏡設(shè)計(jì)的復(fù)雜性很大程度上在于:在迫使透鏡系統(tǒng)在遠(yuǎn)離佩茲伐表面的平面成像表面上實(shí)現(xiàn)最佳焦點(diǎn)。
[0003]變焦透鏡帶來了額外的困難，因?yàn)樽罴呀裹c(diǎn)的表面根據(jù)焦距而改變。由于此，變焦透鏡一般比固定焦距(即定焦)透鏡銳度小得多。
[0004]概述
[0005]提供本概述以便以簡(jiǎn)化形式介紹將在以下詳細(xì)描述中進(jìn)一步描述的一些代表性概念的選擇。本概述并不旨在標(biāo)識(shí)出所要求保護(hù)的主題的關(guān)鍵特征或必要特征，也不旨在以限制所要求保護(hù)的主題的范圍的任何方式來使用。
[0006]簡(jiǎn)單來說，此處所描述的主題的各方面涉及一種技術(shù)，其中捕捉通過相機(jī)透鏡接收到的圖像數(shù)據(jù)的傳感器被配置成被彎曲控制器動(dòng)態(tài)地彎曲以提高圖像質(zhì)量，以適應(yīng)焦距的差異。一方面，在彎曲控制器處接收可變數(shù)據(jù)，并基于可變數(shù)據(jù)，使傳感器彎曲?？勺償?shù)據(jù)可以包括焦距數(shù)據(jù)、測(cè)得曲率數(shù)據(jù)和/或圖像質(zhì)量。
[0007]一方面，相機(jī)包括具有可變焦距的透鏡以及能夠被動(dòng)態(tài)地彎曲的傳感器。彎曲控制器被配置成接收對(duì)應(yīng)于通過透鏡獲取的并由傳感器捕捉到的圖像的圖像質(zhì)量的反饋數(shù)據(jù)，并基于反饋數(shù)據(jù)，調(diào)整傳感器的曲率，以嘗試提高要捕捉的后續(xù)圖像的圖像質(zhì)量。
[0008]結(jié)合附圖閱讀以下詳細(xì)描述，本發(fā)明的其他優(yōu)點(diǎn)會(huì)變得顯而易見。
[0009]附圖簡(jiǎn)述
[0010]作為示例而非限制，在附圖中示出了本發(fā)明，附圖中相同的附圖標(biāo)記指示相同或相似的元素，附圖中:
[0011]圖1是示出了根據(jù)一個(gè)示例實(shí)施例的被配置成用于動(dòng)態(tài)地使傳感器彎曲的示例組件的框圖。
[0012]圖2是示出了根據(jù)一個(gè)示例實(shí)施例的被配置成用于基于圖像反饋動(dòng)態(tài)地使傳感器彎曲的示例組件的框圖。
[0013]圖3是示出了根據(jù)一個(gè)示例實(shí)施例的被配置成用于通過壓力變化動(dòng)態(tài)地使傳感器彎曲的示例組件的框圖。
[0014]圖4A和4B是根據(jù)示例實(shí)施例的透鏡以及動(dòng)態(tài)地彎曲的傳感器的表示。
[0015]圖5A和5B是根據(jù)示例實(shí)施例的動(dòng)態(tài)地彎曲的傳感器(包括針對(duì)張力制造)的表不O
[0016]圖6A和6B是根據(jù)一個(gè)示例實(shí)施例的彎曲的傳感器如何可以對(duì)于受控制的曲率具有不同的厚度和/或硬度屬性的表示。
[0017]圖7是根據(jù)一個(gè)示例實(shí)施例的表示可以為基于反饋可控制地使傳感器彎曲而采取的示例步驟的流程圖。
[0018]圖8是表示可以并入此處所描述的主題的各方面的示例環(huán)境的框圖。
[0019]詳細(xì)描述
[0020]此處所描述的技術(shù)的各方面一般涉及對(duì)于每一焦距將其曲率調(diào)整到更優(yōu)曲率的動(dòng)態(tài)地彎曲的(例如，硅)傳感器。這會(huì)導(dǎo)致在任何焦距處跨成像域有顯著改善的銳度。傳感器曲率使主光線角朝零縮小，這會(huì)改善圖像表面照明的均勻性，并縮小傳感器外圍的像素之間的串光。
[0021]一方面，提供了與變焦透鏡的焦距的變化同步地動(dòng)態(tài)地變化的傳感器曲率。對(duì)于球形透鏡系統(tǒng)，最優(yōu)聚焦面大致是半球形，并具有等于透鏡的焦距的曲率半徑。
[0022]還提供的是，測(cè)量傳感器曲率數(shù)據(jù)并將傳感器曲率與透鏡焦距同步?？梢詼y(cè)量實(shí)際曲率，或可以作為同步測(cè)量來確定曲率對(duì)于圖像銳度的影響。
[0023]應(yīng)該理解，此處的任何一個(gè)示例都是非限制性的。如此，本發(fā)明不限于此處所描述的任何具體實(shí)施例、方面、概念、結(jié)構(gòu)、功能或示例。相反，此處所描述的實(shí)施例、方面、概念、結(jié)構(gòu)、功能或示例中的任一個(gè)都是非限制性的，并且本發(fā)明一般可以在計(jì)算和光學(xué)感測(cè)方面提供好處和優(yōu)點(diǎn)的各種方式來使用。
[0024]如在圖1中一般性地表示的，例示的相機(jī)102包括動(dòng)態(tài)地彎曲的傳感器104。彎曲控制器106基于焦距數(shù)據(jù)108和/或反饋(諸如由曲率傳感器110感測(cè)到的曲率數(shù)據(jù))動(dòng)態(tài)地控制彎曲的傳感器104的曲率。
[0025]對(duì)于曲率感測(cè)，可以間接地測(cè)量彎度，例如，通過使用各種非接觸方法測(cè)量從傳感器104/204表面的中心到參考位置的距離。一種方法包括照射傳感器104/204的底表面的偏移光軸的激光照明器(作為曲率傳感器112的一部分)。隨著傳感器曲率變化，底表面上移或下移，從而導(dǎo)致激光點(diǎn)的反射改變其位置?？梢岳镁€性圖像傳感器陣列和/或低分辨率相機(jī)，測(cè)量位置變化(作為曲率傳感器112的一部分)，諸如通常在光學(xué)鼠標(biāo)中所使用的。單獨(dú)的機(jī)制測(cè)量透鏡系統(tǒng)的焦距，以提供焦距數(shù)據(jù)108，該焦距數(shù)據(jù)108用于動(dòng)態(tài)地調(diào)整傳感器表面的高度，因此傳感器曲率隨著透鏡焦距變化而調(diào)整。
[0026]如在圖2中表示的(其中，類似于圖1的那些組件的組件被標(biāo)記為2xx代替Ixx)，反饋210不必是實(shí)際物理曲率的度量，而是曲率對(duì)圖像質(zhì)量的影響，例如，通過對(duì)比度/銳度等等來測(cè)量的。例如，不要求焦距和傳感器距離的精確的測(cè)量的替換曲率傳感器212可以使用從圖像傳感器204的中心和周圍的小圖像區(qū)域的基于對(duì)比度的檢測(cè)。傳感器表面的曲率以及透鏡的聚焦距離可以同時(shí)變化，以使得例如中心和外圍圖像區(qū)域兩者中的對(duì)比度最大化。如果正在被成像的對(duì)象不是平坦的，那么，最優(yōu)傳感器曲率可能不是完全匹配透鏡焦距。
[0027]為此，在相機(jī)202中，質(zhì)量傳感器212提供例如對(duì)圖像中某些采樣區(qū)域處的當(dāng)前捕捉到的圖像222的質(zhì)量度量。在如此處所描述的動(dòng)態(tài)曲率技術(shù)中，質(zhì)量檢測(cè)提供彎曲控制器206所使用的反饋以提高相對(duì)于給定焦距的各種區(qū)域處的質(zhì)量(例如，使對(duì)比度/銳度最大化)。進(jìn)一步，然而，注意，可能不需要焦距數(shù)據(jù)208，因?yàn)閺澢刂破?08基于來自實(shí)際圖像的反饋來操作；然而，焦距數(shù)據(jù)208可以有益于對(duì)彎曲的傳感器204作出粗略調(diào)整，圖像反饋調(diào)整則從相對(duì)近的起始點(diǎn)開始。
[0028]在在圖3中一般性地表示的一個(gè)示例實(shí)現(xiàn)中，圖像傳感器硅芯片304(對(duì)應(yīng)于彎曲的傳感器104)跨空腔320懸掛，空腔320用包括空氣或另一種氣體等的流體或液體填充。壓力控制機(jī)制(例如，活塞321)通過流體通道324連接到空腔320，并且例如隨著彎曲控制器306的控制而移進(jìn)并移出，以增大和減小空腔的環(huán)境流體壓力，從而導(dǎo)致傳感器304彎曲。如上文所描述的，例如，曲率通過反饋和/或與變焦透鏡的焦距數(shù)據(jù)308同步，以便傳感器曲率隨著透鏡焦距變化動(dòng)態(tài)地調(diào)整。
[0029]對(duì)于大的曲率和厚基底，改變環(huán)境空氣壓力可能不足以使硅彎曲。在此情況下，傳感器上面的空腔可以用空氣或非反應(yīng)性氣體(諸如氬)以高于環(huán)境壓力的壓力填充?？闪磉x地，傳感器上面的空腔可以用加壓的在光學(xué)上透明的流體填充，以使傳感器彎曲。在透鏡系統(tǒng)的光學(xué)設(shè)計(jì)中，可以考慮流體的折射率。
[0030]改變壓力和/或改變曲率的其他方式也是可行的。例如，受控制的溫度變化提供了可以改變形狀的之外的力，和/或壓電和/或電子/磁力可以被用來改變形狀。
[0031]圖4A和4B示出了能夠用于動(dòng)態(tài)地彎曲的傳感器的示例透鏡設(shè)計(jì)。透鏡可以與傳感器表面匹配，諸如通過使銳度最大化的目標(biāo)函數(shù)，包括但不限于，涉及下列各項(xiàng)中的一個(gè)或多個(gè)目標(biāo)函數(shù):使光路長(zhǎng)度差最小化，使光點(diǎn)半徑最小化，使光點(diǎn)X、光點(diǎn)Y最小化，使角半徑最小化和/或使X或Y處的角半徑最小化。
[0032]轉(zhuǎn)向另一方面，S卩，制造彎曲的傳感器，圖像傳感器可以處于拉伸狀態(tài)。這是所希望的，因?yàn)楫?dāng)硅處于拉伸時(shí)傳感器暗噪聲減小，當(dāng)它處于壓縮狀態(tài)時(shí)增大。對(duì)于其中硅作為薄膜懸掛并在空氣或其他氣體或液壓下彎曲的設(shè)計(jì)，傳感器的中心部分完全處于壓縮狀態(tài)。此區(qū)域是對(duì)于圖像最希望的區(qū)域，因?yàn)樗罱咏诎肭蛐巍?br>[0033]此處描述了將硅傳感器置于拉伸狀態(tài)，同時(shí)跨成像表面維護(hù)所希望的半球形形狀。圖5A示出了具有強(qiáng)調(diào)的中心部分555的動(dòng)態(tài)地彎曲的傳感器504。當(dāng)不加壓時(shí)芯片可以是平的，處于壓力下或處于另一彎曲力下時(shí)可以彎曲，或可以最初彎曲到某一程度而曲率通過壓力或另一彎曲力來修改。
[0034]如圖5B所示，可以通過將傳感器556粘結(jié)到由玻璃或硬度小于或等于硅的其他材料制成的載體558，從而將傳感器芯片置于處于拉伸狀態(tài)的任何地方。示出了沿著區(qū)域560和561周圍的環(huán)氧樹脂或其他粘結(jié)材料，在傳感器和載體558之間有微透鏡564。通過適當(dāng)?shù)剡x擇載體材料、以及厚度，組合的載體和傳感器“夾層”被設(shè)計(jì)為使得中性彎曲軸穿過傳感器的微透鏡。當(dāng)夾層彎曲時(shí)，硅傳感器層完全處于拉伸狀態(tài)。由于中性彎曲軸穿過微透鏡，因此，它們相對(duì)于載體不移動(dòng)，從而消除了由于磨損造成的損壞的可能性。
[0035]注意，在硅彎曲之后，前載體表面可被消除。更具體而言，硅芯片在周邊被粘結(jié)到載體。然后，將載體按壓到承載彎曲的傳感器的精確形狀的模具中?？梢詫⒆贤饩€(UV)固化環(huán)氧樹脂注入到載體的背面，即，夾持芯片的表面，然后被固化。然后，通過溶解芯片周圍處的膠合劑，從芯片中釋放載體。這避免了載體和芯片表面的緊鄰所導(dǎo)致的干涉圖案。
[0036]可以制造動(dòng)態(tài)地彎曲的傳感器以便增強(qiáng)被壓縮成所需半球形狀。例如，傳感器的厚度可以變化，諸如以徑向?qū)ΨQ的方式。這在圖6A中一般性地表示，其中，動(dòng)態(tài)地彎曲的傳感器芯片660的厚度在從厚度Tl到厚度T2之間變化。厚度變化可以是平穩(wěn)的和/或以離散的步驟，并且變化可以線性地或非線性地發(fā)生。
[0037]圖6B示出了厚度變化的替代方案，即，在動(dòng)態(tài)地彎曲的傳感器芯片664的后部蝕刻圖案等等，通過在芯片664中蝕刻通道、點(diǎn)等等，根據(jù)需要導(dǎo)致彎曲，以使芯片664在一些區(qū)域比較柔軟而在其他區(qū)域不太柔軟。這是通過虛線示出的，同樣不必是對(duì)稱的、線性的、同心的或平滑的。
[0038]圖7是示出了控制傳感器的曲率可以采取的示例步驟的流程圖。在圖7的示例中，首先，基于焦距數(shù)據(jù)作出粗略調(diào)整，如通過步驟702和704來表示的。在不需要或不期望粗調(diào)的實(shí)施例中，可以跳過步驟702和704。
[0039]步驟706表示捕捉圖像并處理圖像，以獲取所希望的反饋數(shù)據(jù)，諸如如上文所描述的對(duì)比度/銳度數(shù)據(jù)。這可以作為自動(dòng)曲率(例如，校準(zhǔn))過程的一部分，或作為捕捉一組幀(諸如利用視頻數(shù)據(jù))的一部分而發(fā)生。
[0040]步驟708向