特表 2024-541198 画像センサの調整状態を確認するための装置及び画像センサの調整状態を確認するための方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公表特許公報(A)

(11)【公表番号】

(43)【公表日】2024-11-08

(54)【発明の名称】画像センサの調整状態を確認するための装置及び画像センサの調整状態を確認するための方法

(51)【国際特許分類】

   H04N 23/60 20230101AFI20241031BHJP

   H04N 7/18 20060101ALI20241031BHJP

   G03B 15/00 20210101ALI20241031BHJP

   G03B 15/02 20210101ALI20241031BHJP

   G03B 15/03 20210101ALI20241031BHJP

   G02B 7/02 20210101ALI20241031BHJP

【ＦＩ】

H04N23/60 500

H04N7/18 B

G03B15/00 T

G03B15/02 C

G03B15/02 G

G03B15/02 H

G03B15/03 W

G03B15/03 V

G02B7/02 Z

【審査請求】未請求

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2024522521

(86)(22)【出願日】2022-10-25

(85)【翻訳文提出日】2024-04-15

(86)【国際出願番号】 EP2022079694

(87)【国際公開番号】W WO2023072889

(87)【国際公開日】2023-05-04

(31)【優先権主張番号】102021128335.3

(32)【優先日】2021-10-29

(33)【優先権主張国・地域又は機関】DE

(81)【指定国・地域】

(71)【出願人】

【識別番号】518193696

【氏名又は名称】トライオプティクス ゲーエムベーハー

【氏名又は名称原語表記】Ｔｒｉｏｐｔｉｃｓ ＧｍｂＨ

(74)【代理人】

【識別番号】100147485

【弁理士】

【氏名又は名称】杉村 憲司

(74)【代理人】

【識別番号】230118913

【弁護士】

【氏名又は名称】杉村 光嗣

(74)【代理人】

【識別番号】100230514

【弁理士】

【氏名又は名称】泉 卓也

(72)【発明者】

【氏名】ステファン クレイ

【テーマコード（参考）】

2H044

5C054

5C122

【Ｆターム（参考）】

2H044AJ06

5C054CA04

5C054CC02

5C054HA05

5C122DA12

5C122DA13

5C122FB03

5C122FH11

5C122GA23

5C122GE05

5C122GE11

5C122GG01

5C122HA13

5C122HA35

5C122HA82

5C122HA88

5C122HB01

5C122HB06

5C122HB10

(57)【要約】

本発明は、カメラモジュール（１１５）の画像センサ（１２０）の調整状態を確認するための装置（２００）に関し、装置（２００）は以下の特徴、
第１の光源（２１０）によって照明可能であり、第１の光軸（２１５）に沿って移動可能である第１の光学要素（２２０）を有する第１の光学装置（２０５）と、
第２の光源（２４０）によって照明可能であり、第２の光軸（２４５）に沿って移動可能な第２の光学要素（２５０）を有する第２の光学装置（２３５）であって、第１の光学装置（２０５）から離れて配置され、第１の光軸が第２の光軸（２４５）との交点（２６０）を有し、確認されるカメラモジュール（１１５）が交点（２６０）の領域に配置可能である、第２の光学装置（２３５）と、
特定の時点で検出された第１及び第２の光学要素（２２０、２５０）の位置を表す位置情報（２７５）を読み込み、特定の時点で画像センサ（１２０）によって検出された画像情報項目を表す画像信号（２８５）を読み込むように設計された評価装置（２７０）であって、カメラモジュール（１１５）の調整状態を決定するために、画像信号（２８５）及び／又は位置信号（２７５）を使用して、検出された各位置に画像情報項目を割り当てるように設計された評価装置（２７０）と、を有する。

【特許請求の範囲】

【請求項1】

カメラモジュール（１１５）の画像センサ（１２０）の調整状態を確認するための装置（２００）であって、前記装置（２００）は、以下の特徴、
第１の光源（２１０）によって照明することができ、第１の光軸（２１５）に沿って移動させることができる第１の光学要素（２２０）を有する第１の光学装置（２０５）と、
第２の光源（２４０）によって照明可能であり、第２の光軸（２４５）に沿って移動可能な第２の光学要素（２５０）を有する第２の光学装置（２３５）であって、前記第１の光学装置（２０５）から離間して配置され、前記第１の光軸（２１５）が前記第２の光軸（２４５）との交点（２６０）を有し、確認される前記カメラモジュール（１１５）が前記交点（２６０）の領域に配置可能である、第２の光学装置（２３５）と、
特定の時点で検出された前記第１及び第２の光学要素（２２０、２５０）の位置を表す位置情報（２７５）を読み込み、前記特定の時点で前記画像センサ（１２０）によって検出された画像情報項目を表す画像信号（２８５）を読み込むように設計された評価装置（２７０）であって、前記カメラモジュール（１１５）の前記調整状態を決定するために、前記画像信号（２８５）及び／又は前記位置情報（２７５）を使用して、検出された各位置に画像情報項目を割り当てるように設計された評価装置（２７０）と、を有する、装置（２００）。

【請求項2】

前記光学要素（２２０、２５０）の前記位置に応じて前記画像センサ（１２０）を作動又は読み出すように設計され、前記画像信号（２８５）を提供するように設計された画像捕捉回路（４００）を備える、請求項１に記載の装置（２００）。

【請求項3】

前記第１の光学要素（２２０）及び前記第２の光学要素（２５０）を制御するための制御装置（２８０）を備え、前記制御装置（２８０）は、前記光学装置（２０５、２３５）の前記位置情報（２７５）を提供するように設計されている、請求項１又は２に記載の装置（２００）。

【請求項4】

前記装置（２００）は、前記光学要素（２２０、２５０）の前記中間像が同一の対象平面（４１０、４１５）内に位置するように、前記特定の時点において前記第１の光学要素（２２０）及び前記第２の光学要素（２５０）を配置するように設計される、請求項１～３のいずれか一項に記載の装置（２００）。

【請求項5】

第３の光源（３０５）によって照明可能であり、第３の光軸（３１０）に沿って移動可能な第３の光学要素（３１５）を有する第３の光学装置（３００）を備え、前記第３の光学装置（３００）は、前記第１及び第２の光学装置（２０５、２３５）から離れて配置され、前記第３の光軸（３１０）は、前記第１及び第２の光軸（２４５）との交点（２６０）を有し、確認される前記カメラモジュール（１１５）は、前記交点（２６０）の領域に配置可能である、請求項１～４のいずれか一項に記載の装置（２００）。

【請求項6】

カメラモジュール（１１５）の画像センサ（１２０）の調整状態を確認するための方法（６００）であって、前記方法（６００）は、以下のステップ（６０５、６１０、６１５）、
第１の光源（２１０）によって照明され得る第１の光学要素（２２０）を、第１の光学装置（２０５）の第１の光軸（２１５）に沿って移動させる（６０５）ステップであって、前記第１の光軸（２１５）は、確認される前記カメラモジュール（１１５）の光軸（２２５）に実質的に対応する、ステップと、第２の光源（２４０）によって照明され得る第２の光学要素（２５０）を、第２の光学装置（２３５）の第２の光軸（２４５）に沿って移動させるステップであって、前記第２の光学装置（２３５）は、前記第１の光学装置（２０５）からある距離に配置され、前記第１の光軸（２１５）は、前記カメラモジュール（１１５）内で前記第２の光軸（２４５）との交点（２６０）を有する、ステップと、
特定の時点で検出された前記第１の光学要素（２２０）及び前記第２の光学要素（２５０）の位置を表す位置情報項目（２７５）を読み込み（６１０）、前記特定の時点で前記画像センサ（１２０）によって検出された画像情報項目を表す画像信号（２８５）を読み込むステップと、
前記カメラモジュール（１１５）の前記調整状態を決定するために、前記画像信号（２８５）及び／又は前記位置情報（２７５）を使用して、前記画像情報に前記位置を割り当てるステップ（６１５）と、を含む、方法（６００）。

【請求項7】

前記第１及び／又は第２の光学要素（２２０、２５０）の位置を検出する前記時点を決定するために、位置トリガ信号（４０５）を出力するステップ（７００）を含み、前記位置情報（２７５）は、前記位置トリガ信号（４０５）に応答して提供される、請求項６に記載の方法（６００）。

【請求項8】

前記画像情報を検出する前記時点を決定するために、画像トリガ信号（５００）を出力するステップ（８０５）を含み、前記画像信号（２８５）は、前記画像トリガ信号（５００）に応答して提供される、請求項６又は７に記載の方法（６００）。

【請求項9】

前記画像情報及び／又は前記第１及び第２の光学要素（２２０、２５０）の前記位置を記憶するステップ（７０５）を含み、前記記憶するステップ（７０５）は、前記読み込むステップ（６１０）の前に実行される、請求項６～８のいずれか一項に記載の方法（６００）。

【請求項10】

前記第１の光学要素（２２０）が第１の速度で移動され、前記第２の光学要素（２５０）が前記第１の速度とは異なる第２の速度で移動される、請求項６～９のいずれか一項に記載の方法（６００）。

【請求項11】

前記第１及び第２の速度は、任意の時点において０ｍ／ｓより大きい値を有し、及び／又は、前記第１及び第２の速度の前記時間プロファイルは、非線形関数によって数学的に記述することができる、請求項１０に記載の方法（６００）。

【請求項12】

移動信号（４２０）を提供するステップ（８００）を含み、前記移動信号（４２０）は、前記光学要素（２２０、２５０）によって接近される位置の仕様を表し、特に、前記仕様は、位置テーブル（４３０）として記憶される、請求項６～１１のいずれか一項に記載の方法（６００）。

【請求項13】

請求項６～１２のいずれか一項に記載の方法（６００）のステップ（６０５、６１０、６１５）を実行及び／又は作動させるように構成されたコンピュータプログラム。

【請求項14】

請求項１３に記載のコンピュータプログラムが記憶された機械可読記憶媒体。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、画像センサの調整状態を確認するための装置、及び画像センサの調整状態を確認するための方法に関する。

【0002】

従来技術から、カメラモジュールのアクティブアライメントのための様々なアプローチが知られている。この場合、アクティブアライメントは、製造プロセスの範囲内で実施される。製造プロセスの完了後、カメラシステムのアライメントの品質を確認する必要がある。アライメントは、例えば、光学系とセンサとを互いに固定する接着剤の不均一な硬化などの製造ステップによって、また、機械的影響又は温度効果によっても悪影響を受ける可能性がある。多くの場合、完成したカメラモジュールは、単純な試験画像構造を使用して確認され、それらが定義された鮮鋭度基準を満たすかどうかが決定される。

【発明の概要】

【0003】

発明の開示
この背景に対して、本アプローチは、主請求項に記載の、画像センサの調整状態を確認するための装置、及び画像センサの調整状態を確認するための方法を提示する。有利な実施形態は、それぞれの従属請求項及び以下の説明からもたらされる。

【0004】

ここで提示される装置及び提示される方法によって、関連する光学系に対するカメラの画像センサの調整状態の確認を有利に改善することができる。この場合、鮮鋭度の低下につながる可能性のある機械的傾斜又はセンサのミスアライメントの程度を定量的に決定することができる。

【0005】

カメラモジュールの画像センサの調整状態を確認するための装置が提示され、この装置は、以下の特徴、
第１の光源によって照明可能であり、第１の光軸に沿って移動可能である第１の光学要素を有する第１の光学装置と、
第２の光源によって照明可能であり、かつ第２の光軸に沿って移動可能な第２の光学要素を有する第２の光学装置であって、第１の光学装置から距離を置いて（例えば半径方向に）配置され、第１の光軸が第２の光軸との交点を有し、確認されるカメラモジュールが交点の領域に配置可能である、第２の光学装置と、
特定の時点で検出された第１及び第２の光学要素の位置を表す位置情報を読み込み、特定の時点で画像センサによって検出された画像情報項目を表す画像信号を読み込むように設計された評価装置であって、カメラモジュールのアライメント状態を決定するために、画像信号を使用して各検出位置に画像情報項目を割り当て、位置情報に付加的又は代替的に画像情報項目を割り当てるように設計された評価装置と、を有する。

【0006】

例えば、ここで提示される装置は、例えばカメラの製造プロセスの終わりに、関連する光学系に関してカメラの画像センサを確認するために使用することができる。組立後のカメラアライメントの確認中の重要な測定パラメータは、光学系の像平面とセンサ平面との間の傾斜度であり得、これは、像視野における鮮鋭度又はコントラスト分布に影響を及ぼす。この場合、例えば光学系及びセンサから構成され得る確認されるカメラモジュールは、光学装置によって、例えばコリメート光で照明され得る。照明は、試験対象の光軸に平行な軸方向位置と、１つ以上の軸外位置との両方で行うことができる。完全に組み立てられたカメラシステムにおける機械的センサの傾斜又は焦点ずれの程度に関する定量的な記述を有利に得るために、本明細書で提示される装置は、コリメータとも呼ばれ得る合焦可能な光学装置を使用することができる。純粋に軸方向の焦点合わせには、１つの光学装置で既に十分である。一方向における像平面の傾斜を決定したい場合には、軸外光学装置が更に必要である。少なくとも１つの更なる軸外光学装置が必要とされ、この軸外光学装置は、確認されるべき光学系の像平面の傾斜を２つの方向で決定するために、軸方向光学装置及び第１の軸外光学装置との線に沿って配置されなくてもよい。測定位置の数を増加させ、像平面の曲率に関する追加の記述を行うために、更に、軸外光学装置を追加することができる。試験対象の像平面の空間位置の決定は、本発明の有利な応用を表す。読みやすさを改善するために、この説明の更なる過程において、第１及び第２の光学装置を参照する。光学要素を光学装置内で変位又は移動させることによって、試験対象を異なる見かけの対象距離で撮像することができる。この目的のために、光学要素は、例えば、対象の光学装置の光軸に沿って移動させることができるレチクルプレート（レチクル）として設計することができ、その結果、合焦動作を実行することが可能になる。

【0007】

この場合、確認すべき光学装置内の光学要素の移動Δｚ_ＯＥとカメラシステムΔｚ_Ｋの像平面内の測定点のｚ位置の間の以下の関係を近似的考慮に入れることができる。

【0008】

Δｚ_Ｋ＝ｆ_Ｋ ^２／ｆ_ＯＥ ^２ｘΔｚ_ＯＥ
ここで、ｆ_ｋは確認されるカメラシステムの光学系の焦点距離であり、ｆ_ＯＥは光学要素の焦点距離である。

【0009】

ここで、光学装置内のレチクルプレートの位置によって定義することができるｚ位置と、例えば投影された個々の像の変調伝達関数（ＭＴＦ値）としての、例えば像コントラストのそれぞれの値との間に一意の関係を有することが重要である。この関係は、有利なことに、本明細書で提示される装置によって迅速かつ高精度に保証することができる。この場合、装置は、試験対象から取得された画像情報、すなわち、例えば、対象のエッジにおける詳細コントラストと同じ対象の画像表現の詳細コントラストとの間の、ＭＴＦ値によって記述され得る比較が処理され得るように設計される。この目的のために、装置は、カメラモジュールの調整状態を決定するために、画像情報の項目、例えば、ＭＴＦ値を、画像信号を使用して、光学要素の位置情報の各検出項目に割り当て、位置信号に付加的又は代替的に割り当てるように設計された評価装置を備える。その結果、記録された画像情報と光学装置内の光学要素の位置との同期を有利に達成することができる。

【0010】

一実施形態によれば、装置は、光学要素の位置に応じて画像センサを制御又は読み出すように設計することができ、画像信号を提供するように設計することができる画像捕捉回路を備えることができる。例えば、フレームグラバとも呼ばれる画像捕捉回路は、アナログ画像信号をデジタル化するための、又はデジタル画像データを読み出すための電子回路であってもよい。この場合、画像捕捉回路は、付加的又は代替的に、カメラモジュールを多種多様なシステムに接続するように設計され得る。したがって、装置は、例えば、画像センサによって捕捉された画像情報が画像捕捉回路を使用して処理され得るように設計され得る。この場合、画像捕捉回路は、例えば、インターフェースを介して画像信号を評価装置に提供するように設計することができる。付加的又は代替的に、画像捕捉回路は、例えば、信号伝送のために、光学装置を制御するための制御装置に接続され得るか、又は接続可能であり得る。換言すれば、画像捕捉回路（フレームグラバ）は、センサによって検出された画像情報の電子的な更なる処理又は転送に役立つ。

【0011】

更なる実施形態によると、本装置は、第１の光学要素及び第２の光学要素を制御するための制御装置を備えることができる。この場合、制御装置は、位置情報を提供するように設計することができる。例えば、全ての光学装置、より正確にはそれらのモータコントローラ又はそれらの移動駆動部は、制御ユニットに並列に電子的に接続され得る。各光学装置は、順に、それぞれの光学要素の正確な位置を決定することができる位置エンコーダを有することができる。有利には、制御装置による個々の光学要素の移動は、他の光学要素に最適に適合させることができる。更に、制御装置は、位置情報を使用してそれぞれの位置を提供するように設計することができる。これにより、位置情報と画像情報との同期を有利に最適化することができる。

【0012】

更なる実施形態によれば、装置は、光学要素の中間像が同一平面（中間像平面）に位置するように、第１及び第２の光学要素を特定の時点に配置するように設計することができる。これらの中間像は、確認されるべき光学系の像平面に撮像される。例えば、第１の光学装置の第１の光学要素は、第１の開始位置から第１の終了位置まで移動可能であり得る。これに対応して、第２の光学装置の第２の光学要素は、第２の開始位置から第２の終了位置まで移動可能であり得る。この場合、光学要素の中間像は、第１の共通の見かけの対象平面から第２の共通の見かけの対象平面に移動する。第１の見かけの対象平面は、第１及び第２の開始位置と相関し、第２の見かけの対象平面は、第１及び第２の終了位置と相関する。この場合、可変数の所定の更なる対象平面が第１の対象平面と第２の対象平面との間で横断されることが可能であり得る。もちろん、この関係は、光学要素の軌道に沿った全ての考えられる平面にも当てはまる。この場合、第１の光学要素及び第２の光学要素の速度プロファイルは、全ての光学要素の中間像が常に同時に予め定められた対象平面内に配置され得るように互いに一致させることができる。したがって、有利には、それに沿って光学要素を変位又は移動させることができる軌道を指定することができる。

【0013】

更なる実施形態によれば、装置は、第３の光源によって照明され、第３の光軸に沿って移動され得る第３の光学要素を有する第３の光学装置を備えることができる。この場合、第３の光学装置は、第１及び第２の光学装置から距離を置いて（例えば半径方向に）配置することができ、第３の光軸は、第１及び第２の光軸との交点を有することができ、カメラモジュールを交点の領域に配置することができることを確認することが可能である。例えば、光学要素の照明は、試験対象の光軸に平行な第１の光学装置の軸方向位置と、複数の軸外位置との両方で行うことができる。理想的には、３つの光学要素は１つの平面内に配置されず、その結果、カメラモジュール内に投影される像点は像平面に広がり、その角度位置を決定することができる。この場合、３つのフィールド位置の各々における固定空間周波数に対するコントラスト（ＭＴＦ）値は、光学要素の各ｚ位置において決定することができる。測定の結果は、ｚ位置の関数としての画像コントラストの表現である集束曲線であり得る。センサ平面に対する像平面の傾斜の程度は、ｚ方向に沿った３つの曲線の最大値の位置から有利に結論付けることができ、焦点ずれも最適に決定することができる。まだ恒久的に設置されていないカメラシステムの場合、光学系とセンサとの間のアクティブアライメントを使用して、最良焦点位置を決定することができる。

【0014】

１つの平面内に光軸を有さない３つの光学要素の使用は、カメラモジュールの像平面の傾斜を決定するために特に有利である。更なる光学要素を使用して、決定を指定し、試験対象の像面湾曲に関するステートメントを得ることができる。

【0015】

加えて、カメラモジュールの画像センサの調整状態を（例えば、本明細書に提示される装置の変形形態を使用して）確認するための方法が提示され、方法は、以下のステップ、
確認されるカメラモジュールの光軸に実質的に対応する第１の光学装置の第１の光軸に沿って、第１の光源によって照明され得る第１の光学要素を移動させるステップと、第１の光学装置から距離を置いて（例えば半径方向に）配置され、第２の光学装置の第２の光軸に沿って、第２の光源によって照明され得る第２の光学要素を移動させるステップであって、第１の光軸は、カメラモジュールの入射瞳内に第２の光軸との交点を有する、ステップと、
特定の時点で検出された第１の光学要素、第２の光学要素、第３の光学要素及び／又は各更なる光学要素の位置を表す位置情報項目を読み込み、特定の時点で画像センサによって検出された画像情報項目を表す画像信号を読み込むステップと、
カメラモジュールのアライメント状態を決定するために、画像信号及び付加的又は代替的に位置情報を使用して、位置を画像情報と関連付けるステップと、を含む。

【0016】

例えば、本方法は、関連する光学系に対するカメラの画像センサの調整状態を確認するために、上述の装置の変形形態を使用して実行することができる。そのような確認は、例えば、カメラの製造プロセスの終わりに有用であり得る。製造プロセスの完了後、カメラシステムのアライメントの品質を確認する必要がある。アライメントは、例えば、光学系とセンサとを互いに固定する接着剤の不均一な硬化などの製造ステップによって、また、機械的影響又は温度効果によっても悪影響を受ける可能性がある。完全に組み立てられたカメラシステムの場合、画像センサのセンサ傾斜又は焦点ずれの程度に関する定量的な記述を得るために、本明細書で提示される方法を有利に実行することができる。ここで説明する方法の目的は、一般に、光学要素の各位置を対応する画像信号に非常に正確に、すなわち可能な限り小さい時間オフセット（待ち時間）及び時間的不正確さで直接割り当てることができること、又は画像情報及び光学要素の関連する位置を準同時に検出することができることである。これは、可能な限り高い精度（μｍ範囲）で最も高い画像コントラストの位置を決定できるようにするために必要である。

【0017】

一実施形態によれば、本方法は、第１の光学要素及び付加的又は代替的に第２の光学要素の位置を検出する時点を決定するために、位置トリガ信号を出力するステップを有することができ、位置トリガ信号に応答して位置情報を提供することが可能である。例えば、光学装置の照明された光学要素は、開始位置から終了位置に向かって連続的に移動させることができる。同時に、経時的に互いに続く光学要素の画像は、画像センサを用いて試験対象によって記録することができる。フレームとも称され得る個々の画像情報は、例えば、画像捕捉回路又はフレームグラバによって処理され得る。この画像捕捉回路は、例えば、画像が完全に記録されるとすぐに位置トリガ信号を出力することができる。代替的に、位置トリガ信号は、画像記録の開始時に出力され得る。位置トリガ信号と同時に、画像情報を表す画像信号を、例えば評価装置に供給することができる。位置トリガ信号は、例えば、光学要素を制御するための制御装置に出力することができる。この時点で存在する光学要素の位置は、位置トリガ信号に応答して、位置情報を使用して評価装置に提供することができる。したがって、画像情報は、光学要素の位置の関数として有利に評価することができる。換言すれば、フレームグラバと制御装置との間の直接的な同期によって、測定プロセスは、一方では連続的な焦点合わせ動作が高速で移動されることができ、他方では、画像位置とエンコーダ位置との間の間接的なリンクがタイムスタンプを介して行われず、これは必然的に時間的に線形の移動プロセスを必要とするという点で改善されることができる。画像記録の位置制御されたトリガはまた、非線形（加速された）移動プロファイルを可能にする。

【0018】

更なる実施形態によれば、本方法は、画像情報を検出する時点を決定するために画像トリガ信号を出力するステップを有することができ、画像信号が画像トリガ信号に応答して提供されることが可能である。例えば、光学要素を開始位置から終了位置まで連続的に移動させることができる。対応する光学装置の光学要素又はエンコーダが所定の位置に到達するとすぐに、画像トリガ信号を出力することができる。画像トリガ信号は、例えば、０ｍｍ、０．１ｍｍ、０．２ｍｍ、０．５ｍｍ、１．０ｍｍ、２．０ｍｍ及び５．０ｍｍの位置など、等距離でない位置マークに到達したときに出力することができる。例えば、画像トリガ信号は、各場合において、これらの又は他の所定の位置で画像捕捉回路に出力され得る。同時に、位置信号を評価装置に供給することができる。画像トリガ信号に応答して、画像捕捉回路は、画像記録プロセスの開始を制御することができる。次に、それぞれの画像情報を読み出し、画像信号を用いて評価装置に提供することができる。画像情報の各項目は、評価装置によって光学要素の所定の位置に割り当てることができる。代替的に、例えば、画像情報を一時的に記憶し、合焦動作の終了時に送信し、位置に割り当てることができる。光学要素エンコーダ位置の関数としての画像情報の評価も、有利には、このステップによって実行することができる。

【0019】

更なる実施形態によると、本方法は、画像情報、ならびに付加的又は代替的に、第１及び第２の光学要素の位置を記憶するステップを含むことができる。第１の変形例では、第１及び第２の光学要素のそれぞれの位置は、位置トリガ信号に応答して所定の時点で検出された後に記憶される。この変形例では、位置トリガ信号が出力されるのとほぼ同時に画像情報も記憶される。第２の変形例では、画像情報は、画像トリガ信号に応答して所定の時点で検出された後に記憶される。この変形例では、画像トリガ信号が出力されるのとほぼ同時に、第１及び第２の光学要素のそれぞれの位置も記憶される。

【0020】

更なる実施形態によれば、第１の光学要素は、第１の速度で移動されることができ、第２の及び／又は各更なる光学要素は、第１の速度と異なる第２の速度で移動されることができる。例えば、光学要素を制御するための制御装置は、全ての光学装置の光学要素の中間像が有利には同時に同じ対象平面内に位置するように設計することができる。この場合、第１の光学装置の第１の光軸は、確認されるカメラモジュールの光軸に実質的に対応し、第２の及び／又は更なる光学装置（複数可）は、第１の光学装置から半径方向に距離を置いて配置される。結果として、これは、例えば、第２の光学装置の第２の光学要素が第１の光学要素とは異なる速度で移動されるべきであることを意味する。この場合、例えば、マスター光学装置として知られるもの、例えばカメラモジュールの光軸に対応する光学装置の移動速度は、残りの光学装置の速度が制御技術の観点からそれに応じて調整され得るガイド値として定義され得る。この場合、各個々の光学装置は、例えば、位置及び速度制御のための閉ループ制御として知られるものにおいて使用することができる、それ自体の位置エンコーダを備えることができる。この場合、個々の光学装置の信号を電子的に並列に制御装置に伝送することができる。光学要素の位置と見かけの対象平面（中間像平面）との間の関係は非線形であるので、像空間内の均一な測定点分布を達成するために、対応する速度プロファイルを移動させることが更に有利である。

【0021】

更なる実施形態によれば、第１及び第２の速度は、常に０ｍ／ｓより大きい値を有することができる。付加的又は代替的に、第１及び第２の速度及び／又は更なる速度の時間プロファイルは、非線形関数によって数学的に記述することができる。この場合、有利なことに、連続的な合焦動作を高速で移動させることができ、画像情報と光学要素の位置との間のタイムスタンプを介した間接的な関連付けを省略することが可能であり、これは、時間的に線形の移動プロセスを必然的に必要とする。

【0022】

更なる実施形態によると、本方法は、移動信号を提供するステップを有することができ、移動信号は、光学要素によって接近されるべき位置の仕様を表すことが可能であり、特に、仕様は、位置テーブルとして記憶されることが可能である。例えば、光学要素ｚ位置の１つ以上のセットを制御ユニットに記憶することができる。個々のｚ位置は、光学要素の像がカメラモジュールに対して投影されるように見える異なる対象平面に対応することができる。これらの見かけの対象平面は、中間像平面とも呼ばれる。この場合、第１の光学要素及び第２の光学要素の速度プロファイルは、有利には、光学要素の全ての像が常に所定の対象平面内に同時に位置するように互いに一致させることができる。この場合、例えば、位置テーブルの形態で位置のセットの転送を行うことができ、位置は更に等距離であってもよく、又は等距離でなくてもよい。したがって、有利には、光学装置の光学要素がそれに沿って移動する軌道を指定することができる。

【0023】

この方法は、例えばソフトウェア又はハードウェアで、又はソフトウェアとハードウェアとの混合形態で、例えば制御装置で実施することができる。

【0024】

半導体メモリ、ハードディスクメモリ、又は光メモリなどの機械可読キャリア又は記憶媒体上に記憶することができ、特にプログラム製品又はプログラムがコンピュータ又は装置上で実行される場合に、上述の実施形態のうちの１つによる方法のステップを実行、実装、及び／又は制御するために使用される、プログラムコードを有するコンピュータプログラム製品又はコンピュータプログラムも有利である。

【図面の簡単な説明】

【0025】

ここで提示されるアプローチの実施形態は、図面に示され、以下の説明においてより詳細に説明される。図面は以下のとおりである。

【図1】光学ユニットの像平面とセンサ平面との間の傾斜の測定の実施形態の概略図である。

【図2】装置の実施形態の概略図である。

【図3A】装置の実施形態の概略平面図である。

【図3B】側面図における、装置の実施形態の概略断面図である。

【図4】装置の実施形態の概略図である。

【図5】装置の実施形態の概略図である。

【図6】カメラモジュールの画像センサの調整状態を確認する方法の実施形態のフローチャートである。

【図7】カメラモジュールの画像センサの調整状態を確認する方法の実施形態のフローチャートである。

【図8】カメラモジュールの画像センサの調整状態を確認するための方法の実施形態のフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0026】

本発明の有利な実施形態の以下の説明では、様々な図に示され、同じように機能する要素には、同一又は類似の参照符号が使用され、これらの要素の繰り返しの説明は省略される。

【0027】

図１は、光学ユニット１０５の像平面１００とセンサ平面１１０との間の傾斜の測定の実施形態の概略図である。カメラアライメントの確認中の重要な測定パラメータは、光学系又は光学ユニット１０５の像平面１００とセンサ平面１１０との間の傾斜度である。ここに示される測定の場合、光学ユニット１０５及び画像センサ１２０からなる確認されるカメラモジュール１１５は、コリメートされた光で照明され得る。試験対象のセンサ又は光学系は、互いに対して移動させることができ、例えば、３つの視野位置のそれぞれにおいて、各ｚ位置１２５において、固定された空間周波数に対するＭＴＦ値１３０を決定することが可能である。測定の結果、ｚ位置の関数としてコントラスト値を有する合焦曲線１３５が、画像の左下側に示されている。ｚ方向に沿った３つの曲線の最大値の位置から、センサ平面１１０に対する像平面１００の傾斜の程度を結論付けることができ、焦点ずれも決定することができる。図は、これを２次元で示す。この評価は、同様に３次元でも行うことができる。まだ恒久的に設置されていないカメラシステムの場合、最良の焦点位置は、光学系とセンサとの間のアクティブアライメントを用いて決定することができる。製造プロセスの完了後、カメラシステムのアライメントの品質を確認する必要がある。アライメントは、例えば、光学系とセンサとを互いに固定する接着剤の不均一な硬化などの製造ステップによって、また、機械的影響又は温度効果によっても悪影響を受ける可能性がある。多くの場合、完成したカメラモジュールは、単純な試験画像構造を使用して確認され、それらが定義された鮮鋭度基準を満たすかどうかが決定される。しかしながら、この方法は、観測された鮮鋭度の低下をもたらした機械的傾斜又はセンサミスアライメントの程度の定量的な指標を提供しない。これにより、製造プロセスの系統的な最適化がより困難になる。

【0028】

図２は、装置２００の実施形態の概略図を示す。装置２００は、カメラモジュール１１５の画像センサ１２０の調整状態を確認するように設計されている。この目的のために、装置２００は、第１の光源２１０によって照明することができ、第１の光軸２１５に沿って移動させることができる第１の光学要素２２０を有する第１の光学装置２０５を備える。この場合、ここで示される第１の光軸２１５は、画像において第１の光学装置２０５の下に配置されたカメラモジュール１１５の光軸２２５に対応する。装置２００は、第２の光源２４０によって照明され得、第２の光軸２４５に沿って移動され得る第２の光学要素２５０を有する第２の光学装置２３５を更に備える。この場合、第２の光学装置２３５は、例えば、第１の光学装置２０５から離れて半径方向に（ここでは具体的には第１の光軸２２５に対してある角度だけ回転して）配置され、第１の光軸２１５は、第２の光軸２４５との交点２６０を有し、確認されるカメラモジュール１１５は、交点２６０の領域に配置される。実際の実施形態では、別の光学装置を対応して追加することもできる。

【0029】

更に、装置２００は、位置信号２７５を読み込むように設計された評価装置２７０を有する。位置信号２７５は、特定の時点で検出された第１及び第２の光学要素２２０、２５０の位置を表し、この実施形態では、光学要素２２０、２５０を制御するための制御装置２８０によって評価装置２７０に提供することができる。評価装置２７０は更に、特定の時点において画像センサ１２０によって検出された画像情報の項目を表す画像信号２８５を読み込むように設計される。この場合、この実施形態では、評価装置２７０は、カメラモジュールの調整状態を決定するために、画像信号２８５及び位置信号２７５を使用して各検出された位置に画像情報の項目を割り当てるように設計される。別の実施形態では、位置信号又は画像信号のみを使用することも可能である。

【0030】

図３Ａは、装置２００の実施形態の概略上面図を示す。これは、軸方向光学装置２０５と、軸方向光学装置２０５から半径方向に異なる角度で離間された複数の軸外光学装置２３５、３００とを含む。ここに示される装置２００は、先の図２に記載された装置に対応するか又は類似しているが、ここに示される装置２００が、第１の光学装置２０５及び第２の光学装置２３５に加えて第３の光学装置３００を有する点が異なる。第３の光学装置３００は、第１の光学装置２０５及び第２の光学装置２３５と合同に、第３の光源３０５によって照明可能でありかつ第３の光軸３１０に沿って移動可能な第３の光学要素３１５を有している。この場合、第３の光学装置３００は、第１及び第２の光学装置２０５、２３５から半径方向に距離を置いて配置され、第３の光軸３１０は、第１及び第２の光軸２１５、２４５との交点２６０を有し、確認されるカメラモジュール１１５は、交点２６０の領域に配置することができる。同じ意味で、確認されるカメラモジュールの入口開口部の周りに空間的に放射状に更なる光学装置を配置することもできる。この状況は図３Ａの平面図に示されている。

【0031】

図３Ｂは、第１の光学装置２０５の実施形態の概略図である。ここで示される第１の光学装置２０５は、先の図２及び図３Ａで説明された第１の光学装置に対応するか又は類似しており、第１の光源２１０が配置されるハウジング３３０を有する。第１の光源２１０は、投影レンズ３４０によってコリメートされ得る光ビーム３３５を出力するように設計されている。この実施形態では、第１の光軸２１５に沿って移動することができる第１の光学要素２２０は、第１の光源２１０と投影レンズ３４０との間に配置され、第１の光軸２１５は、確認されるカメラモジュール１１５の光軸２２５に対応する。この場合、第１の光学要素２２０は、単に例として、モータドライブ及び位置エンコーダ３４５によって制御することができる。第１の光学要素２２０の位置に応じて、光ビーム３３５は、カメラモジュール１１５の画像センサ１２０（したがって照明される）について異なる見かけの対象距離を設定することができ、例として、これらの対象距離について異なるコントラスト（ＭＴＦ）値を評価することができるように、修正することができる。換言すれば、光学系３４０は、光学要素２２０の仮想中間像を生成し、この仮想中間像は、順に、試験されるシステム１１５の光学系によってそのセンサ１２０上に対象として撮像される。

【0032】

図４は、装置２００の実施形態の概略図を示す。ここで示される装置２００は、先の図２及び図３で説明された装置に対応するか又は類似しており、この実施形態における装置２００が画像捕捉回路４００を備えるという違いがある。フレームグラバとも呼ばれ得る画像捕捉回路４００は、この実施形態では、光学要素２２０、２５０、３１５の位置に応じて画像センサ１２０を読み出し、画像信号２８５を評価装置２７０に提供するように設計される。単に例として、画像捕捉回路４００は、位置トリガ信号４０５を制御装置２８０に出力するように更に設計される。この場合、制御装置２８０は、この実施形態では、位置トリガ信号４０５に応答して光学要素２２０、２５０、３１５の位置を検出するための時点を決定し、光学要素位置メモリと呼ぶこともできるメモリユニット４０７によってそれぞれの位置を記憶するように設計される。次いで、位置信号２７５を使用して、光学要素２２０、２５０、３１５の位置を提供することができる。

【0033】

言い換えれば、装置２００は、この実施形態では、画像捕捉回路４００を使用して、試験対象によって捕捉された画像情報を処理するように設計され、画像捕捉回路４００は、単に例として、信号伝送のために制御装置２８０に接続される。この場合、この実施形態では、全ての光学装置２０５、２３５、３００、より正確にはそれらのモータ制御装置は、制御装置２８０に並列に電子的に接続される。この実施形態では、制御装置２８０は、単に例として、画像記録の開始又は終了であり得る位置トリガ信号４０５によって決定される特定の時点における光学要素２２０、２５０、３１５の位置を記憶するように設計される。この場合、光学要素２２０、２５０、３１５は、開始位置４１０から終了位置４１５まで連続的に移動される。対応する中間像の位置も、光学要素の各位置と相関する。この場合、光学要素は、全ての中間像が共通の見かけの対象平面内に位置するように、それぞれの光軸に沿って配置される。したがって、中間画像も開始位置４１０から終了位置４１５に移動する。ここに示される画像を明確にするために、光学要素２２０、２５０、３１５の中間像の開始位置に対応する第１の対象平面４１０、及び光学要素２２０、２５０、３１５の中間像の終了位置に対応する第２の対象平面４１５のみが撮像される。他の実施形態では、光学要素の中間像は、可変の複数の対象平面に沿って移動可能であり得る。この目的のために、この実施形態では、光学要素の位置の複数のセットが制御装置に記憶される。個々の位置は、レチクルと呼ぶこともできる光学要素２２０、２５０、３１５の中間像を配置することができる異なる対象平面４１０、４１５に対応する。光学装置２０５、２３５、３００の互いに対する半径方向の間隔により、第２の光学要素２５０の開始位置と終了位置との間の距離ｌ_２は、第１の光学要素２２０の開始位置と終了位置との間の距離ｌ_１よりも大きい。これらを補償するために、第１の光学装置２０５、第２の光学装置２３５、及び第３の光学装置３００、ならびに更なる光学装置の速度プロファイルは、全ての光学要素２２０、２５０、３１５の全ての中間像が常に同時に事前に定義された対象平面４１０、４１５内に配置され得るように、互いに適合され得る。したがって、光学装置２０５、２３５、３００の制御は、全ての光学装置２０５、２３５、３００の光学要素の中間像が同じ対象平面４１０、４１５内に同時に位置するように設計され、その結果、軸外光学装置２３５、３００の光学要素は、軸方向光学装置２０５の光学要素とは異なる速度で移動する。この場合、単に例として、第１の光学装置２０５のうちの１つの移動速度は、残りの光学装置２３５、３００の速度が制御技術に関して対応して適合されるガイド値として定義される。この場合、光学装置２０５、２３５、３００の各々は、例として、それ自体の位置エンコーダを備え、位置及び速度制御のための閉（閉ループ）制御において使用することができる。この場合、個々の光学装置２０５、２３５、３００の信号、すなわち、軸方向光学装置２０５の信号及び異なる軸外光学装置２３５、３００の信号は、並列に制御装置２８０に電子的に送信することができる。光学要素位置と見かけの対象平面との間の関係は非線形であるので、対象空間内の均一な測定点分布を達成するために、対応する速度プロファイルを移動させることができる。したがって、単に例として、制御装置２８０は、第１の移動信号４２０、第２の移動信号４２２、及び第３の移動信号４２５を光学装置２０５、２３５、３００に提供するように設計され、移動信号４２０、４２２、４２５は、光学要素２２０、２５０、３１５が接近することができる位置の仕様を表す。この目的のために、単に例として、光学要素２２０、２５０、３１５によって接近され得る位置についての仕様が、位置テーブル４３０として制御装置２８０に記憶される。

【0034】

図５は、装置２００の実施形態の概略図を示す。ここで示される装置２００は、先の図２、図３及び図４、図５で説明された装置に対応するか又は類似しているが、この実施形態では、制御装置２８０が画像トリガ信号５００を出力するように設計されている点が異なる。単なる例として、画像トリガ信号５００は、画像情報を検出する時点を決定するために、画像捕捉回路４００に提供され得る。したがって、この実施形態では、光学要素２２０、２５０、３１５が所定の位置に到達するとすぐに、画像トリガ信号５００をトリガすることができる。この場合、接近すべき所定の位置は、位置テーブル４３０に記憶され得る。画像捕捉回路４００は、この実施形態では、画像トリガ信号５００に応答して画像センサ１２０を作動させ、画像記録プロセスを開始するように設計されている。画像情報を捕捉した後、画像信号２８５を提供することができる。この場合、この実施形態では、単に例として、画像出力装置５０５が評価装置２７０の上流にあるので、画像信号２８５は間接的にのみ評価装置２７０に提供され得る。同様に、この実施形態において、位置信号２７５は、位置出力装置５１０を使用して、制御装置２８０によって間接的にのみ評価装置２７０に提供することができる。

【0035】

図６は、カメラモジュールの画像センサの調整状態を確認するための方法６００の実施形態のフローチャートである。ここに示された方法６００は、先の図２、図３、図４及び図５に記載された装置を使用して実行することができる。方法６００は、第１の光源によって照明することができる第１の光学要素を第１の光学装置の第１の光軸に沿って移動させるステップ６０５を含む。この場合、第１の光軸は、確認されるカメラモジュールの光軸と実質的に一致する。移動のステップ６０５において、第２の光源によって照明され得る第２の光学要素もまた、第２の光学装置の第２の光軸に沿って移動される。この場合、第２の光学装置は、第１の光学装置から半径方向に距離を置いて配置され、第１の光軸は、カメラモジュール内で第２の光軸との交点を有する。この場合、単に例として、第１の光学要素は第１の速度でのみ移動され、第２の光学要素は、第１の速度とは異なる第２の速度で移動される。この場合、この実施形態では、第１及び第２の速度の両方は、任意の時点で０ｍ／ｓより大きい値を有し、単に例として、第１及び第２の速度の時間プロファイルは、非線形関数によって数学的に記述することができる。更なる光学装置をこの図に追加することができる。

【0036】

更に、方法６００は、読み込みステップ６１０を含む。このステップ６１０では、特定の時点で検出された第１及び第２の光学要素の位置を表す位置情報項目が読み込まれる。加えて、読み込みステップ６１０では、特定の時点で画像センサによって検出された画像情報の項目を表す画像信号が読み込まれる。読み込みステップ６１０の後に、カメラモジュールの調整状態を決定するために、画像信号及び位置情報を使用して画像情報に位置を割り当てるステップ６１５が続く。

【0037】

ここで説明する方法６００の目的は、各位置に対応する画像信号が高精度で、すなわち可能な限り小さい時間オフセット（待ち時間）及び時間的不正確さで直接割り当てられること、又は画像情報及び光学装置の関連する位置が準同時に検出されることである。これは、可能な限り高い精度（μｍ範囲）で最も高い画像コントラストの位置を決定するために必要である。フレームグラバと光学装置コントローラとの間の直接同期の方法６００によって、一方では、高速で連続的な焦点合わせ動作を移動することが可能であり、他方では、時間的に線形の移動プロセスを必然的に必要とする、タイムスタンプを介した画像とエンコーダ位置との間の間接的なリンクがない。

【0038】

図７は、カメラモジュールの画像センサの調整状態を確認するための方法６００の実施形態のフローチャートである。本明細書に示される方法６００は、前の図６で説明された方法に対応するか、又は同様であるが、追加の工程を有する点が異なる。したがって、この実施形態では、位置トリガ信号を出力するステップ７００は、移動するステップ６０５に続く。位置トリガ信号は、単に一例として、第１及び第２の光学要素（及び例えば）更なる光学要素の位置を検出するための時点を決定するために出力される。更に、この実施形態では、方法６００は、画像情報と、第１及び第２の光学要素ならびに全ての更なる光学要素の位置とを記憶するステップ７０５を含む。その後に初めて、この実施形態では位置トリガ信号に応答して提供された位置情報が画像信号と共に読み込まれ、各画像情報項目にそれぞれの位置が割り当てられる。言い換えれば、方法６００のこの実施形態では、合焦可能なコリメータ内の光学要素は、開始位置から終了位置まで連続的に、すなわち段階的ではなく移動される。一方、試験対象によるレチクルの時間的に連続する画像の記録、及び単に例として、画像情報（フレーム）の個々の項目の処理は、フレームグラバによって行われる。フレームグラバは、画像が完全に記録されるとすぐにトリガ信号をトリガする。別の実施形態では、画像記録の開始時に信号を出力することもできる。これに続いて、トリガ信号に応答して、画像情報を記憶し、光学要素エンコーダ位置情報を記憶する。続いて、画像情報、例えばコントラスト値が、光学要素エンコーダ位置の関数として評価される。

【0039】

図８は、カメラモジュールの画像センサの調整状態を確認するための方法６００の実施形態のフローチャートである。本明細書で説明する方法６００は、前述の図６及び図７で説明した方法に対応するか、又は類似しているが、代替ステップ及び追加ステップを有する点が異なる。単に例として、方法６００は、移動信号を提供するステップ８００を含む。この場合、移動信号は、移動のステップ６０５において光学要素が接近すべき位置の指定を表す。この実施形態では、この仕様は、不等間隔位置マークを有する位置テーブルとして記憶される。次に、ステップ８０５において、画像情報を検出する時点を決定するために、例えば位置０ｍｍ、０．１ｍｍ、０．２ｍｍ、０．５ｍｍ、１．０ｍｍ、２．０ｍｍ及び５．０ｍｍに到達したときに、各場合において画像トリガ信号がトリガされ、画像信号は画像トリガ信号に応答して提供される。換言すれば、この実施形態では、開始位置から終了位置への合焦可能なコリメータ内の光学要素の連続的な移動が行われる。この場合、エンコーダが所定の位置に到達するとすぐにトリガ信号がトリガされる。これらのトリガ信号は、単なる例として、フレームグラバに渡され、次いでフレームグラバが画像記録プロセスを開始する。続いて、画像情報が読み出され、最初に予め定められた位置に関連付けられて記憶される。別の実施形態では、画像情報を一時的に記憶し、合焦動作の終了時に送信し、位置に割り当てることができる。この実施形態では、画像情報、例えばコントラスト値は、光学要素エンコーダ位置の関数として評価される。

【図1】

【図2】

【図3A】

【図3B】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【国際調査報告】