JP2020149011A - 画像センサ - Google Patents
画像センサ Download PDFInfo
- Publication number
- JP2020149011A JP2020149011A JP2019048731A JP2019048731A JP2020149011A JP 2020149011 A JP2020149011 A JP 2020149011A JP 2019048731 A JP2019048731 A JP 2019048731A JP 2019048731 A JP2019048731 A JP 2019048731A JP 2020149011 A JP2020149011 A JP 2020149011A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- temperature
- lens
- liquid lens
- image sensor
- image
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims abstract description 104
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims abstract description 78
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 8
- 230000008859 change Effects 0.000 claims description 5
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 claims description 3
- 238000000034 method Methods 0.000 abstract description 4
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 9
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 5
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 5
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 5
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 3
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 3
- 238000013461 design Methods 0.000 description 3
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 3
- 238000003384 imaging method Methods 0.000 description 3
- 239000000463 material Substances 0.000 description 3
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 3
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 3
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 2
- 230000010365 information processing Effects 0.000 description 2
- 238000007689 inspection Methods 0.000 description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- 230000008569 process Effects 0.000 description 2
- 239000011347 resin Substances 0.000 description 2
- 229920005989 resin Polymers 0.000 description 2
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 2
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 1
- 238000003708 edge detection Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 238000000605 extraction Methods 0.000 description 1
- 230000006870 function Effects 0.000 description 1
- 230000020169 heat generation Effects 0.000 description 1
- 238000002372 labelling Methods 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000007781 pre-processing Methods 0.000 description 1
- 230000011218 segmentation Effects 0.000 description 1
- 238000004088 simulation Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B3/00—Simple or compound lenses
- G02B3/12—Fluid-filled or evacuated lenses
- G02B3/14—Fluid-filled or evacuated lenses of variable focal length
-
- G—PHYSICS
- G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
- G03B—APPARATUS OR ARRANGEMENTS FOR TAKING PHOTOGRAPHS OR FOR PROJECTING OR VIEWING THEM; APPARATUS OR ARRANGEMENTS EMPLOYING ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ACCESSORIES THEREFOR
- G03B17/00—Details of cameras or camera bodies; Accessories therefor
- G03B17/02—Bodies
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B7/00—Mountings, adjusting means, or light-tight connections, for optical elements
- G02B7/02—Mountings, adjusting means, or light-tight connections, for optical elements for lenses
- G02B7/028—Mountings, adjusting means, or light-tight connections, for optical elements for lenses with means for compensating for changes in temperature or for controlling the temperature; thermal stabilisation
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B7/00—Mountings, adjusting means, or light-tight connections, for optical elements
- G02B7/02—Mountings, adjusting means, or light-tight connections, for optical elements for lenses
- G02B7/04—Mountings, adjusting means, or light-tight connections, for optical elements for lenses with mechanism for focusing or varying magnification
- G02B7/08—Mountings, adjusting means, or light-tight connections, for optical elements for lenses with mechanism for focusing or varying magnification adapted to co-operate with a remote control mechanism
-
- G—PHYSICS
- G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
- G03B—APPARATUS OR ARRANGEMENTS FOR TAKING PHOTOGRAPHS OR FOR PROJECTING OR VIEWING THEM; APPARATUS OR ARRANGEMENTS EMPLOYING ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ACCESSORIES THEREFOR
- G03B3/00—Focusing arrangements of general interest for cameras, projectors or printers
- G03B3/10—Power-operated focusing
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
- H04N23/00—Cameras or camera modules comprising electronic image sensors; Control thereof
- H04N23/50—Constructional details
- H04N23/52—Elements optimising image sensor operation, e.g. for electromagnetic interference [EMI] protection or temperature control by heat transfer or cooling elements
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
- H04N23/00—Cameras or camera modules comprising electronic image sensors; Control thereof
- H04N23/50—Constructional details
- H04N23/55—Optical parts specially adapted for electronic image sensors; Mounting thereof
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
- H04N23/00—Cameras or camera modules comprising electronic image sensors; Control thereof
- H04N23/60—Control of cameras or camera modules
- H04N23/67—Focus control based on electronic image sensor signals
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
- H04N25/00—Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof
- H04N25/60—Noise processing, e.g. detecting, correcting, reducing or removing noise
- H04N25/61—Noise processing, e.g. detecting, correcting, reducing or removing noise the noise originating only from the lens unit, e.g. flare, shading, vignetting or "cos4"
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Multimedia (AREA)
- Signal Processing (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Studio Devices (AREA)
- Lens Barrels (AREA)
- Automatic Focus Adjustment (AREA)
- Camera Bodies And Camera Details Or Accessories (AREA)
- Lenses (AREA)
Abstract
【課題】液体レンズとプラスチックレンズを組み合わせた光学系を用いる画像センサにおいて、簡易な構成で精度の良い温度補償を実現するための技術を提供する。【解決手段】画像センサの光学ユニットが、液体レンズ、前記液体レンズより物体側に設けられる第1プラスチックレンズ、及び、前記液体レンズより像側に設けられる第2プラスチックレンズ、を少なくとも含む光学系と、前記液体レンズに対し電圧を印加するための電極と、前記液体レンズの近傍に配置された温度センサと、を有している。制御部は、前記温度センサにより測定された温度に応じて、前記電極から前記液体レンズに対し印加する電圧を制御する。【選択図】図1
Description
本発明は、画像センサに関し、特に、光学系に液体レンズを組みこんだ画像センサに関する。
工場の製造ラインにおいては、製造物の検査や管理を自動化ないし省力化するために、画像センサと呼ばれるシステムが多用されている。従来は、カメラとコントローラとをケーブルで接続する構成が一般的であったが(特許文献1参照)、最近では、カメラとコントローラを一体化し、単体の装置で撮像制御から画像処理まで行えるようにした処理一体型画像センサも登場している。このような処理一体型画像センサは「スマートカメラ」とも呼ばれており、照明やレンズが一体となっているものもある。
また最近では、液体レンズを組みこんだ光学系を有する画像センサも提案されている。特許文献1のFIG.5には、物体側から順に、複数の固体レンズ(72、76、74)、開口絞り(70)、液体レンズ、を配置した構造の撮像光学系が開示されており、さらに同文献には、固体レンズとしてガラスレンズ又はプラスチックレンズを用いることが好ましいことが記載されている。液体レンズは、印加電圧を変えることで屈折力を調節可能な可変焦点レンズである。液体レンズを組みこんだ光学系は機械的な可動部が無いため、一般的なモーター駆動の光学系に比べて、高速なAF(オートフォーカス)が実現できるとともに、長寿命である(あるいは寿命が無い)という利点を有する。
本発明者らは、前述した処理一体型画像センサにおいて、「液体レンズとプラスチックレンズを組み合わせた光学系」の採用を検討している。プラスチックレンズはガラスレンズに比べて軽量かつ安価であるからである。例えば、画像センサを移動体(ロボットアームの先端など)に取り付け、画像センサの位置・姿勢・フォーカス位置などを任意に変えながら撮影を行うような用途を想定した場合、軽量であることや高速AFが可能であることは大きな付加価値になり得る。
しかしながら、このような構成の検討を進める中で、本発明者らは、光学系の温度補償という新たな課題に直面した。液体レンズとプラスチックレンズはともに、ガラスレンズなどに比べて温度依存性が高く、温度に依って光学特性が大きく変動し得る。特に処理一体型画像センサの場合は、画像センサ本体側に発熱の大きい部品(プロセッサや駆動回路など)が存在するため、稼働時には環境温度に比べて十数℃以上高温になる場合もあり、温度に依る変動は無視することができない。このような事情から、安定した性能を実現するために、レンズの温度をモニタし適応的に光学特性を補正するような温度補償機能を設けることが望ましい。とはいえ、個々のレンズに温度センサを設置したり、レンズ間隔を機械的に調節する機構を設けたりする解決策は、光学系の構造の複雑化、重量の増加、コストの増加などを招くため、採用できない。
本発明は、上記実情に鑑みなされたものであって、液体レンズとプラスチックレンズを組み合わせた光学系を用いる画像センサにおいて、簡易な構成で精度の良い温度補償を実
現するための技術を提供することを目的とする。
現するための技術を提供することを目的とする。
本発明の第一側面は、撮像素子と、前記撮像素子に光を導く光学ユニットと、前記撮像素子及び前記光学ユニットを制御する制御部と、を有する画像センサであって、前記光学ユニットは、液体レンズ、前記液体レンズより物体側に設けられる第1プラスチックレンズ、及び、前記液体レンズより像側に設けられる第2プラスチックレンズ、を少なくとも含む光学系と、前記液体レンズに対し電圧を印加するための電極と、前記液体レンズの近傍に配置された温度センサと、を有しており、前記制御部は、前記温度センサにより測定された温度に応じて、前記電極から前記液体レンズに対し印加する電圧を制御することを特徴とする画像センサを提供する。この構成によれば、液体レンズとプラスチックレンズを組み合わせた光学系を用いる画像センサにおいて、簡易な構成で精度の良い温度補償を実現することができる。
例えば、前記制御部が、温度センサにより測定された温度に応じて、前記電極から前記液体レンズに対し印加する電圧を制御することによって、前記第1プラスチックレンズ及び前記第2プラスチックレンズの温度依存の特性変化をキャンセルするように、前記液体レンズの屈折力を変化させてもよい。液体レンズによって光学系全体の温度補償を行う仕組みを実現することにより、画像センサの信頼性・安定性を向上することができる。しかも、温度補償のために特別な構成を追加する必要もないし、レンズ間隔を機械的に調節するような機構を設ける必要もない。
前記温度センサは、前記電極が形成された基板上に設けられていてもよい。液体レンズに電圧を印加する電極と温度センサとで基板を共用することで、構成の簡易化、部品点数の削減、コストの低減を図ることができる。また、電極(基板)は液体レンズに電圧を印加する必要から当然に液体レンズの極近傍に設置されている。したがって、温度センサを液体レンズの近傍に配置するという設計が容易に実現できる。
本発明において「液体レンズの近傍に配置された温度センサ」は1個でもよいし、複数個でもよい。1個の温度センサのみを設ける構成は、構造が最も簡易であるし、コストメリットも最も大きい。複数の温度センサを設ける構成は、複数箇所の測定温度を用いることで温度補償の精度を向上できるという利点がある。例えば、光学ユニットの光軸に沿って複数の温度センサを設けることで、温度勾配の途中の複数箇所の測定温度を得ることができるので、温度勾配の推定や各レンズの温度の推定を精度良く行うことが可能となる。
前記光学ユニットは、前記光学系を支持する鏡筒を有しており、前記鏡筒内部の前記液体レンズの物体側の空間と前記液体レンズの像側の空間との間を連通する通路が前記鏡筒に設けられていてもよい。このような通路を設けることによって、像側の空間内の暖かい空気と物体側の空間内の空気とが交換されるので、温度勾配が緩和され、第1プラスチックレンズ、液体レンズ、第2プラスチックレンズの間の温度差を小さくすることができる。温度勾配の途中(液体レンズの位置)の測定温度から温度勾配の両端(第1プラスチックレンズと第2プラスチックレンズの位置)の温度を推定する際、温度勾配が小さい系と温度勾配が大きい系とでは、温度勾配が小さい系の方が推定精度を上げやすい。したがって、上記通路を設けることによって温度勾配を抑えることにより、温度補償の精度を向上することができる。
前記光学ユニットと前記制御部との間に設けられた断熱部材を有してもよい。断熱部材によって制御部からの熱が光学ユニットに伝わることを抑制できるため、光学ユニットの像側の温度上昇を緩和でき、結果として光学ユニットの温度勾配を小さくすることができる。
本発明によれば、液体レンズとプラスチックレンズを組み合わせた光学系を用いる画像センサにおいて、簡易な構成で精度の良い温度補償を実現することができる。
<適用例>
まず、本発明の適用例について説明する。図1は、本発明の実施形態に係る画像センサの構成を模式的に示す図である。
まず、本発明の適用例について説明する。図1は、本発明の実施形態に係る画像センサの構成を模式的に示す図である。
画像センサ1は、主な構成として、撮像素子10と光学ユニット11と制御部12を有している。光学ユニット11は、撮像素子10に光を導くためのデバイスであって、物体側から第1プラスチックレンズ111、液体レンズ113、第2プラスチックレンズ112の順に配置された光学系110と、液体レンズ113に対し電圧を印加するための電極116と温度センサ117とが設けられたフレキシブル基板115と、光学系110を支持する筐体である鏡筒118と、を有している。制御部12は、撮像素子10及び光学ユニット11の制御、画像処理、その他の演算処理を担う機能部である。撮像素子10及び制御部12は、画像センサ本体側の筐体の内部に設けられている。
制御部12は、画像センサ1の稼働中、温度センサ117を用いて光学ユニット11の温度をモニタする。そして、制御部12は、温度センサ117により測定された温度に応じて、電極116から液体レンズ113に印加する電圧を制御し、液体レンズ113の屈折力を調節する。
液体レンズ113の屈折力を調節する目的の一つは、フォーカス位置の変更である。例えば、不図示の測距センサによって画像センサ1から被写体までの距離を測定し、その距離に応じて液体レンズ113のフォーカス位置を調節する。これにより、高速なアクティブAFを実現することができる。また、本実施形態では、液体レンズ113の屈折力の調節を、光学系110の温度補償のためにも利用する。具体的には、第1プラスチックレンズ111及び第2プラスチックレンズ112の温度依存の特性変化をキャンセルするように、液体レンズ113の屈折力を変化させることで、光学系110全体としての光学特性を温度によらず一定に保つよう制御する。
この構成によれば、液体レンズ113を組みこんだ光学系110を採用したことによって、モーター駆動の光学系に比べて、高速なAFが実現できるとともに、光学系110の長寿命化を図ることができる。また、液体レンズ113と組み合わせる固体レンズとしてプラスチックレンズ111、112を採用したことによって、光学系110の軽量化及び低コスト化、ひいては画像センサ1全体の軽量化及び低コスト化を図ることができる。
ところで、液体レンズ113とプラスチックレンズ111、112はともに、ガラスレンズなどに比べて温度依存性が高く、温度に依って光学特性が大きく変化する性質をもつ。この点に鑑み、本実施形態では、温度センサ117により測定された温度に応じて液体レンズ113への印加電圧を制御し、液体レンズ113の光学特性(屈折力)を適応的に調節することによって、液体レンズ113とプラスチックレンズ111、112を含む光学系110全体の温度補償を行う。このように、液体レンズ113によって光学系110全体の温度補償を行う仕組みを実現したことにより、画像センサ1の信頼性・安定性を向上することができる。しかも、温度補償のために特別な構成を追加する必要もないし、レンズ間隔を機械的に調節するような機構を設ける必要もない。
また、本実施形態では、液体レンズ113の近傍に温度センサ117を配置する構成を採用した。この配置により、液体レンズ113の温度を精度良く検知ないし推定できるため、液体レンズ113に対する温度補償の精度を高めることができる。液体レンズ113とプラスチックレンズ111、112を比べた場合、一般に、液体レンズ113の方が温度依存性がより高い。それゆえ、液体レンズ113に対する温度補償の精度を担保することで、液体レンズ113とプラスチックレンズ111、112を含んだ光学系110全体の温度補償の精度も向上する。
また、温度センサ117を液体レンズ113の近傍に配置する構成には次の利点もある。温度センサ117のような電気部品を光学ユニット11の中に設置するには、電気部品と画像センサ本体側の制御部12との電気的な接続をとらなければならない。この点、液体レンズ113の近傍には、液体レンズ113に対し電圧を印加するための電極116が設けられているため、電気部品に対して電気的な接続をとるための構造を追加することが設計上容易である。
また、本実施形態では、2つのプラスチックレンズ111、112の間に液体レンズ113を配置する構成を採用した。この配置も、温度補償の精度向上を図る上で有利である。画像センサ本体側には発熱の大きい部品(プロセッサ、駆動回路、電源IC、コイル部品など。以下総称して「発熱体」と呼ぶ)が存在することが多いため、光学ユニット11の像側はその熱の影響を受けやすい。他方、光学ユニット11の物体側は、発熱体から離れているため、画像センサ1の周囲の環境温度に依存する。そのため、画像センサ1の稼働中は、光学ユニット11の像側から物体側に向かって徐々に温度が低くなるような温度勾配が生じ、光学系110を構成する各レンズ111〜113の温度は均一とはならない。しかも、プラスチックレンズ111、112と鏡筒118(レンズの支持体)の線膨張係数をそろえる必要から、鏡筒118もプラスチック材料で形成せざるを得ないが、プラスチック材料は一般に熱伝導率が低いため、上記のような温度勾配(つまりレンズ間の温度の不均一)は時間が経っても解消され難い傾向にある。設計にも依るが、光学ユニット11の像側と物体側の温度差は十数℃以上になることも想定される。また、その温度差は、発熱体の温度(例えば、撮影頻度や処理負荷が高いと発熱も大きくなる)、環境温度などに依っても違ってくる。
図2Aは、光軸方向の温度勾配を模式的に示している。図2Aにおいて、符号P1は第1プラスチックレンズ111の位置、符号P2は第2プラスチックレンズ112、符号P3は液体レンズ113の位置であり、縦軸は各位置における温度を示している。像側から物体側に向かって徐々に温度が低くなる様子を模式的に示している。
本実施形態のように、2つのプラスチックレンズ111、112の間に液体レンズ113を配置し、液体レンズ113の近傍に温度センサ117を配置した場合、液体レンズ113の位置P3の温度は正確に知ることができる。他方、プラスチックレンズ111、1
12の温度(位置P1、P2での温度)については、温度センサ117の測定値から推定することになるため、位置P3から離れるほどその推定精度は悪くなる傾向にある。図2Aには、位置P3における測定値から位置P1、P2での温度を推定した場合の誤差をエラーバーで示している。
12の温度(位置P1、P2での温度)については、温度センサ117の測定値から推定することになるため、位置P3から離れるほどその推定精度は悪くなる傾向にある。図2Aには、位置P3における測定値から位置P1、P2での温度を推定した場合の誤差をエラーバーで示している。
仮に、物体側から順に第1プラスチックレンズ、第2プラスチックレンズ、液体レンズと配置し、液体レンズの近傍に温度センサを設置した場合には、液体レンズの温度は精度良く測定できるものの、最も物体側に存在する第1プラスチックレンズの温度の正確な推定は困難となり、図2Bに示すように位置P1での誤差が極めて大きくなる。逆に、物体側から順に液体レンズ、第1プラスチックレンズ、第2プラスチックレンズと配置した場合も同様の問題が生じる。
このような比較検討を経て、本実施形態では、2つのプラスチックレンズ111、112の間に液体レンズ113を配置し、液体レンズ113の近傍に温度センサ117を設置するという配置を採用するに到った。この配置によれば、第1プラスチックレンズ111と第2プラスチックレンズ112のどちらからも遠くない位置に温度センサ117を配置でき、かつ、像側(第2プラスチックレンズ112)から物体側(第1プラスチックレンズ111)に向かって徐々に温度が下がる温度勾配の途中(位置P3)の温度を測定することができる。よって、液体レンズ113の近傍に設置した温度センサ117のみで、液体レンズ113のみならず、2つのプラスチックレンズ111、112の温度状態もある程度の確度をもって推定することが可能となる。
本実施形態の構成によれば、液体レンズ113とプラスチックレンズ111、112を組み合わせた光学系110を用いる画像センサ1において、簡易な構成で精度の良い温度補償を実現することができる。
<画像センサの使用例>
図3は、本発明の実施形態に係る画像センサを用いたセンサシステムの一例を示している。本実施形態のセンサシステム2は、製造ラインなどにおいて製造物21の検査や管理などを行うためのシステムであり、複数の画像センサ1と、情報処理装置20とを有している。情報処理装置20は、EtherCATなどの産業用ネットワーク22により画像センサ1と接続されており、各々の画像センサ1との間でネットワーク22を介したデータの送受信が可能である。図3の例では、コンベア23上を流れる製造物21を撮像する3台の画像センサ1が設置されている。ただし、画像センサ1の数は3台に限られず、大規模な工場では数十台から数百台あるいはそれ以上の数の画像センサが設けられることもある。また、ロボットアームのような移動体に画像センサ1を取り付け、画像センサ1の位置・姿勢・フォーカス位置を変えながら、複数の視点から製造物21を撮像するようなセンサシステム2も想定される。
図3は、本発明の実施形態に係る画像センサを用いたセンサシステムの一例を示している。本実施形態のセンサシステム2は、製造ラインなどにおいて製造物21の検査や管理などを行うためのシステムであり、複数の画像センサ1と、情報処理装置20とを有している。情報処理装置20は、EtherCATなどの産業用ネットワーク22により画像センサ1と接続されており、各々の画像センサ1との間でネットワーク22を介したデータの送受信が可能である。図3の例では、コンベア23上を流れる製造物21を撮像する3台の画像センサ1が設置されている。ただし、画像センサ1の数は3台に限られず、大規模な工場では数十台から数百台あるいはそれ以上の数の画像センサが設けられることもある。また、ロボットアームのような移動体に画像センサ1を取り付け、画像センサ1の位置・姿勢・フォーカス位置を変えながら、複数の視点から製造物21を撮像するようなセンサシステム2も想定される。
産業用の画像センサ1は、画像を利用したさまざまな処理に利用される。例えば、検査対象の画像の記録、形状の認識、エッジの検出や幅・本数の計測、面積の計測、色特徴の取得、ラベリングやセグメンテーション、物体認識、バーコードや2次元コードの読み取り、OCR、個体識別などが挙げられる。本実施形態では、撮像系と処理系とが一体となった処理一体型の画像センサ(いわゆるスマートカメラ)を例示するが、撮像系と処理系とが別体構成の画像センサに対して上述した光学ユニットを適用してもよい。なお、画像センサ1は、視覚センサ(vision sensor)や視覚システム(vision system)などとも呼ばれる。
<実施例1>
図4及び図5に実施例1に係る画像センサの構成を示す。図4は実施例1に係る画像セ
ンサの要部を示す斜視図であり、図5は実施例1に係る画像センサの要部を示す断面図である。
図4及び図5に実施例1に係る画像センサの構成を示す。図4は実施例1に係る画像セ
ンサの要部を示す斜視図であり、図5は実施例1に係る画像センサの要部を示す断面図である。
光学ユニット11は、2つのプラスチックレンズ111、112と、液体レンズ113を組み合わせた光学系110を有する。各レンズは、物体側から第1プラスチックレンズ111、液体レンズ113、第2プラスチックレンズ112の順に並ぶように鏡筒118に組み付けられ、それぞれ押さえ環401、403、402によって固定されている。鏡筒118は、プラスチックレンズ111、112と線膨張係数の近い樹脂材料によって形成される。符号115はフレキシブル基板である。フレキシブル基板115上には、液体レンズ113に電圧を印加するための電極116と温度センサ117とが設けられている。フレキシブル基板115はコネクタ410を介して制御基板420に接続されている。制御基板420には、撮像素子10、プロセッサ421、メモリ422などが実装されている。この例では、プロセッサ421とメモリ422によって、図1の制御部12が構成されている。
温度センサ117は、液体レンズ113近傍の温度を測定するためのデバイスであり、例えばサーミスタなどが用いられる。温度センサ117で測定された温度情報はフレキシブル基板115を介してプロセッサ421に取り込まれる。
撮像素子10は、光電変換によって画像データを生成・出力するデバイスであり、例えば、CCDやCMOSなどで構成される。プロセッサ421は、画像データに対する画像処理(例えば、前処理、特徴量抽出など)、画像処理の結果に基づく各種処理(例えば、検査、文字認識、個体識別など)、外部装置とのデータ送受信、外部装置へ出力するデータの生成、外部装置から受信したデータに対する処理、液体レンズ113及び撮像素子10の制御などを行うデバイスである。プロセッサ421は、例えば、CPU、MPUなどの汎用プロセッサでもよいし、FPGAやASICなどでもよい。メモリ422は、不揮発性の記憶デバイスであり、例えばEEPROMなどである。メモリ422内には、プロセッサ421が使用するプログラムやデータが記憶されている。
図6は、メモリ422に格納されている、液体レンズ113の印加電圧の決定に利用されるデータの例を示している。このデータは、「フォーカス位置(画像センサからピントを合わせたい被写体までの距離)」と「温度センサ117で測定される温度」と「液体レンズ113に印加する電圧」の対応関係を定義したテーブルである。このテーブルにおける印加電圧の値v11、v12、・・・は、各温度における温度補償を行いつつ所望のフォーカス位置が実現できるような値に設定されているものとする。具体的な値は、実験あるいはシミュレーションによって求めればよい。あるいは、光学系110の個体ばらつきが無視できない場合には、製品出荷前などに、製品ごとに温度特性を計測し、印加電圧の値を決定してもよい。
画像センサ1が稼働している間、プロセッサ421は、温度センサ117から取り込まれる測定温度を常にモニタしている。プロセッサ421は、必要に応じて、測定温度と所望のフォーカス位置と図6のテーブルに基づき、印加すべき電圧値を決定し、電極116に出力する電圧値を制御する。このような制御を行うことによって、温度に依存せず、所望のフォーカス位置に精度良く調節することができるため、画像センサ1の信頼性・安定性を向上することができる。
なお、測定温度と所望のフォーカス位置の条件と一致するものが図6のテーブルに含まれていない場合には、条件が最も近いものを選択してもよいし、補間によって妥当な電圧値を計算してもよい。図6のテーブルはあくまで一例であり、条件の刻みをもっと細かく又は粗くしてもよい。あるいは、テーブルではなく、関数のような形式で、フォーカス位
置と温度と印加電圧の関係を定義したデータを保持してもよい。
置と温度と印加電圧の関係を定義したデータを保持してもよい。
<実施例2>
図7に実施例2に係る画像センサの構成を示す。実施例2の特徴は、液体レンズ113の物体側の空間70と液体レンズ113の像側の空間71との間を連通する通路73、及び、第2プラスチックレンズ112の物体側の空間71と第2プラスチックレンズ112の像側の空間72との間を連通する通路74が、鏡筒118に設けられている点である。
図7に実施例2に係る画像センサの構成を示す。実施例2の特徴は、液体レンズ113の物体側の空間70と液体レンズ113の像側の空間71との間を連通する通路73、及び、第2プラスチックレンズ112の物体側の空間71と第2プラスチックレンズ112の像側の空間72との間を連通する通路74が、鏡筒118に設けられている点である。
このような通路73、74を設けることによって、像側の空間内の暖かい空気と物体側の空間内の空気とが交換されるので、図8に示すように、温度勾配が緩和され、第1プラスチックレンズ111、液体レンズ113、第2プラスチックレンズ112の間の温度差を小さくすることができる。図2Aと図8を比較するとわかるように、温度勾配の途中(液体レンズの位置P3)の測定温度から温度勾配の両端(第1プラスチックレンズと第2プラスチックレンズの位置P1、P2)の温度を推定する際、温度勾配が小さい系と温度勾配が大きい系とでは、温度勾配が小さい系の方が推定精度を上げやすい。したがって、上記通路73、74を設けることによって温度勾配を抑えることにより、温度補償の精度を向上することができる。
<実施例3>
図9に実施例3に係る画像センサの構成を示す。実施例3の特徴は、光学ユニット11と制御部12との間に断熱部材90を設けた点である。
図9に実施例3に係る画像センサの構成を示す。実施例3の特徴は、光学ユニット11と制御部12との間に断熱部材90を設けた点である。
断熱部材90としては、透明な樹脂又はガラスからなる板状部材を好ましく用いることができる。このような断熱部材90を設けることによって、制御部12からの熱が光学ユニット11に伝わることを抑制できるため、光学ユニット11の像側の温度上昇を緩和でき、結果として温度勾配を小さくすることができる。したがって、実施例2と同様の作用効果を奏することができる。
<実施例4>
図10に実施例4に係る画像センサの構成を示す。実施例4の特徴は、光軸方向に沿って2つの温度センサ117a、117bを設けた点である。この構成によれば、温度勾配の途中の2箇所の測定温度を得ることができるので、温度勾配の推定や各レンズの温度の推定を精度良く行うことが可能となる。したがって、前述した実施例1〜3よりもさらに温度補償の精度を向上することができる。なお、図10では2つの温度センサを例示したが、温度センサの数は3個以上でもよい。
図10に実施例4に係る画像センサの構成を示す。実施例4の特徴は、光軸方向に沿って2つの温度センサ117a、117bを設けた点である。この構成によれば、温度勾配の途中の2箇所の測定温度を得ることができるので、温度勾配の推定や各レンズの温度の推定を精度良く行うことが可能となる。したがって、前述した実施例1〜3よりもさらに温度補償の精度を向上することができる。なお、図10では2つの温度センサを例示したが、温度センサの数は3個以上でもよい。
<その他>
上記実施形態及び実施例は、本発明の構成例を例示的に説明するものに過ぎない。本発明は上記の具体的な形態には限定されることはなく、その技術的思想の範囲内で種々の変形が可能である。例えば、鏡筒の円周方向又は径方向に沿って複数の温度センサを設けてもよいし、プラスチックレンズの近傍に温度センサを設けても構わない。
上記実施形態及び実施例は、本発明の構成例を例示的に説明するものに過ぎない。本発明は上記の具体的な形態には限定されることはなく、その技術的思想の範囲内で種々の変形が可能である。例えば、鏡筒の円周方向又は径方向に沿って複数の温度センサを設けてもよいし、プラスチックレンズの近傍に温度センサを設けても構わない。
<付記>
撮像素子(10)と、前記撮像素子(10)に光を導く光学ユニット(11)と、前記撮像素子(10)及び前記光学ユニット(11)を制御する制御部(12)と、を有する画像センサ(1)であって、
前記光学ユニット(11)は、
液体レンズ(113)、前記液体レンズ(113)より物体側に設けられる第1プラスチックレンズ(111)、及び、前記液体レンズ(113)より像側に設けられる第2プラスチックレンズ(112)、を少なくとも含む光学系(110)と、
前記液体レンズ(113)に対し電圧を印加するための電極(116)と、
前記液体レンズ(113)の近傍に配置された温度センサ(117)と、を有しており、
前記制御部(12)は、前記温度センサ(117)により測定された温度に応じて、前記電極(116)から前記液体レンズ(113)に対し印加する電圧を制御する
ことを特徴とする画像センサ(1)。
撮像素子(10)と、前記撮像素子(10)に光を導く光学ユニット(11)と、前記撮像素子(10)及び前記光学ユニット(11)を制御する制御部(12)と、を有する画像センサ(1)であって、
前記光学ユニット(11)は、
液体レンズ(113)、前記液体レンズ(113)より物体側に設けられる第1プラスチックレンズ(111)、及び、前記液体レンズ(113)より像側に設けられる第2プラスチックレンズ(112)、を少なくとも含む光学系(110)と、
前記液体レンズ(113)に対し電圧を印加するための電極(116)と、
前記液体レンズ(113)の近傍に配置された温度センサ(117)と、を有しており、
前記制御部(12)は、前記温度センサ(117)により測定された温度に応じて、前記電極(116)から前記液体レンズ(113)に対し印加する電圧を制御する
ことを特徴とする画像センサ(1)。
1:画像センサ
10:撮像素子
11:光学ユニット
12:制御部
110:光学系
111:第1プラスチックレンズ
112:第2プラスチックレンズ
113:液体レンズ
115:フレキシブル基板
116:電極
117:温度センサ
118:鏡筒
10:撮像素子
11:光学ユニット
12:制御部
110:光学系
111:第1プラスチックレンズ
112:第2プラスチックレンズ
113:液体レンズ
115:フレキシブル基板
116:電極
117:温度センサ
118:鏡筒
Claims (7)
- 撮像素子と、前記撮像素子に光を導く光学ユニットと、前記撮像素子及び前記光学ユニットを制御する制御部と、を有する画像センサであって、
前記光学ユニットは、
液体レンズ、前記液体レンズより物体側に設けられる第1プラスチックレンズ、及び、前記液体レンズより像側に設けられる第2プラスチックレンズ、を少なくとも含む光学系と、
前記液体レンズに対し電圧を印加するための電極と、
前記液体レンズの近傍に配置された温度センサと、を有しており、
前記制御部は、前記温度センサにより測定された温度に応じて、前記電極から前記液体レンズに対し印加する電圧を制御する
ことを特徴とする画像センサ。 - 前記制御部は、前記温度センサにより測定された温度に応じて、前記電極から前記液体レンズに対し印加する電圧を制御することによって、前記第1プラスチックレンズ及び前記第2プラスチックレンズの温度依存の特性変化をキャンセルするように、前記液体レンズの屈折力を変化させる
ことを特徴とする請求項1に記載の画像センサ。 - 前記温度センサは、前記電極が形成された基板上に設けられている
ことを特徴とする請求項1又は2に記載の画像センサ。 - 前記光学ユニットに、1個の温度センサが設けられている
ことを特徴とする請求項1〜3のうちいずれか1項に記載の画像センサ。 - 前記光学ユニットに、光軸に沿って複数の温度センサが設けられている
ことを特徴とする請求項1〜3のうちいずれか1項に記載の画像センサ。 - 前記光学ユニットは、前記光学系を支持する鏡筒を有しており、
前記鏡筒内部の前記液体レンズの物体側の空間と前記液体レンズの像側の空間との間を連通する通路が前記鏡筒に設けられている
ことを特徴とする請求項1〜5のうちいずれか1項に記載の画像センサ。 - 前記光学ユニットと前記制御部との間に設けられた断熱部材を有する
ことを特徴とする請求項1〜6のうちいずれか1項に記載の画像センサ。
Priority Applications (5)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2019048731A JP6996526B2 (ja) | 2019-03-15 | 2019-03-15 | 画像センサ |
CN202080017367.8A CN113518936A (zh) | 2019-03-15 | 2020-02-25 | 图像传感器 |
US17/434,991 US20220146716A1 (en) | 2019-03-15 | 2020-02-25 | Image sensor |
PCT/JP2020/007437 WO2020189187A1 (ja) | 2019-03-15 | 2020-02-25 | 画像センサ |
EP20774200.8A EP3919946A4 (en) | 2019-03-15 | 2020-02-25 | IMAGE SENSOR |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2019048731A JP6996526B2 (ja) | 2019-03-15 | 2019-03-15 | 画像センサ |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2020149011A true JP2020149011A (ja) | 2020-09-17 |
JP6996526B2 JP6996526B2 (ja) | 2022-02-04 |
Family
ID=72429756
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2019048731A Active JP6996526B2 (ja) | 2019-03-15 | 2019-03-15 | 画像センサ |
Country Status (5)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US20220146716A1 (ja) |
EP (1) | EP3919946A4 (ja) |
JP (1) | JP6996526B2 (ja) |
CN (1) | CN113518936A (ja) |
WO (1) | WO2020189187A1 (ja) |
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2010286740A (ja) * | 2009-06-12 | 2010-12-24 | Optoelectronics Co Ltd | 光学的情報読取装置 |
JP2011039352A (ja) * | 2009-08-14 | 2011-02-24 | Fujifilm Corp | 投写型表示装置 |
JP2011248181A (ja) * | 2010-05-28 | 2011-12-08 | Hitachi Ltd | 撮像装置 |
JP2012108428A (ja) * | 2010-11-19 | 2012-06-07 | Canon Inc | 光学素子 |
JP2013034127A (ja) * | 2011-08-02 | 2013-02-14 | Canon Inc | 撮像装置 |
JP2015184679A (ja) * | 2014-03-24 | 2015-10-22 | ジック アーゲー | 光電装置および鮮明な画像を撮影するための方法 |
Family Cites Families (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH06347610A (ja) * | 1993-06-11 | 1994-12-22 | Nikon Corp | 接合レンズ |
JP2000312304A (ja) * | 1999-04-27 | 2000-11-07 | Canon Inc | 2次結像光学系を有する電子カメラ |
US20080277480A1 (en) * | 2007-05-10 | 2008-11-13 | Serge Thuries | Temperature compensated auto focus control for a microfluidic lens, such as auto focus control for a microfluidic lens of a bar code scanner |
US7619204B2 (en) | 2007-12-27 | 2009-11-17 | Symbol Technologies, Inc. | Imaging reader with enhanced light throughput |
EP2085796A1 (en) * | 2008-01-29 | 2009-08-05 | Varioptic | Optical lens arrangement for fixed lenses and a liquid lens |
US10795060B2 (en) * | 2014-05-06 | 2020-10-06 | Cognex Corporation | System and method for reduction of drift in a vision system variable lens |
WO2017154847A1 (ja) * | 2016-03-11 | 2017-09-14 | 富士フイルム株式会社 | 撮像装置 |
KR20180087082A (ko) * | 2017-01-24 | 2018-08-01 | 엘지이노텍 주식회사 | 액체 렌즈 및 이를 포함하는 카메라 모듈 및 광학기기 |
-
2019
- 2019-03-15 JP JP2019048731A patent/JP6996526B2/ja active Active
-
2020
- 2020-02-25 EP EP20774200.8A patent/EP3919946A4/en active Pending
- 2020-02-25 CN CN202080017367.8A patent/CN113518936A/zh active Pending
- 2020-02-25 WO PCT/JP2020/007437 patent/WO2020189187A1/ja unknown
- 2020-02-25 US US17/434,991 patent/US20220146716A1/en active Pending
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2010286740A (ja) * | 2009-06-12 | 2010-12-24 | Optoelectronics Co Ltd | 光学的情報読取装置 |
JP2011039352A (ja) * | 2009-08-14 | 2011-02-24 | Fujifilm Corp | 投写型表示装置 |
JP2011248181A (ja) * | 2010-05-28 | 2011-12-08 | Hitachi Ltd | 撮像装置 |
JP2012108428A (ja) * | 2010-11-19 | 2012-06-07 | Canon Inc | 光学素子 |
JP2013034127A (ja) * | 2011-08-02 | 2013-02-14 | Canon Inc | 撮像装置 |
JP2015184679A (ja) * | 2014-03-24 | 2015-10-22 | ジック アーゲー | 光電装置および鮮明な画像を撮影するための方法 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN113518936A (zh) | 2021-10-19 |
WO2020189187A1 (ja) | 2020-09-24 |
US20220146716A1 (en) | 2022-05-12 |
JP6996526B2 (ja) | 2022-02-04 |
EP3919946A1 (en) | 2021-12-08 |
EP3919946A4 (en) | 2022-11-02 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP4510930B2 (ja) | 撮像装置及び半導体回路素子 | |
US9681043B2 (en) | Multi-camera imaging system, and compensation method for image reconstruction | |
US20170045710A1 (en) | Actuator driving device and camera module including the same | |
US10162149B1 (en) | Methods and apparatus for focus control in an imaging system | |
CN110113531B (zh) | 减少视觉系统变焦镜头偏移量的系统和方法 | |
KR20160093600A (ko) | 공통 기판을 사용하는 레인지 카메라 | |
EP2343586A1 (en) | Shape stabilized mirror module and method to stabilize a reflective element. | |
WO2020189187A1 (ja) | 画像センサ | |
JP6768452B2 (ja) | ピクセル非一様性補正 | |
US20060209358A1 (en) | Device and method for comprehensive temperature sensing and calibration of a full width array image sensor | |
CN108700723B (zh) | 驱动装置、透镜单元、设备、校正方法以及程序 | |
CN110398297B (zh) | 驱动器模块以及用于确定驱动器模块的环境空气温度的方法 | |
JP2010074722A (ja) | 撮像素子の放熱構造及びカメラ | |
US10802244B2 (en) | Methods and apparatus for focus control in an imaging system | |
US20230288502A1 (en) | Temperature control for hall bar sensor correction | |
US9621882B2 (en) | Calibration device, imaging device, calibration method, and method for manufacturing imaging device | |
JP2006227274A (ja) | 撮像装置 | |
US9151599B2 (en) | Image sensing module adapted to compensate temperature variation | |
WO2020189134A1 (ja) | 画像センサ | |
JP4087934B2 (ja) | 測距装置 | |
KR102505436B1 (ko) | 렌즈 모듈 위치 제어 장치 및 이를 포함하는 카메라 모듈 | |
JP2010026994A (ja) | 画像処理方法、画像処理装置及び画像処理システム | |
CN219829788U (zh) | 稳态三维扫描系统 | |
KR20120004093A (ko) | 카메라 모듈 및 카메라 모듈의 내부온도 제어방법 | |
JP2024063309A (ja) | 測距カメラシステム、それを備える移動装置、校正方法、およびプログラム |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20201215 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20211116 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20211129 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 6996526 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |