CN101226950A - 成像器件和包括该成像器件的成像装置 - Google Patents
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Abstract
一种成像器件，包括：用于将接收的光转换成电信号的多个光电转换器件；用于聚集光并将光供给多个光电转换器件的多个聚光透镜，所述聚光透镜布置在多个光电转换器件的每一个前面；用于折射光并将光供给多个聚光透镜的流体透镜，该流体透镜布置在多个聚光透镜前面，其中流体透镜具有折射率彼此不同的第一流体和第二流体和将电压供给第一流体和第二流体的电极，流体透镜根据施加到电极上的电压改变第一流体和第二流体之间的界面形貌，并改变供给多个聚光透镜的每一个的光的折射率。
Description
技术领域
本发明涉及成像器件，具体地说，涉及接收光并将光转换成电信号的成像器件，和包括该成像器件的成像装置。
背景技术
在成像装置中使用的成像器件接收目标的光并将光转换成电信号。例如，使用象CCD(电荷耦合器件)传感器和CMOS(互补金属氧化物半导体)传感器这类的成像器件。
近年来，成像装置逐渐小型化，成像器件也是如此，布置传感器的间距和开口越来越窄，以获得更高的密度。为了实现器件的更高的密度，人们提出了改进了成像器件的内部结构的成像器件。例如，提出将传输电极嵌入衬底中，以至于不遮拦倾斜入射的光的成像装置(例如，参见专利参考文献1(JP-A-2002-246583(图1))。
另一方面，已知用于成像装置的光学透镜组中整个光学透镜组的特性根据构成该组的透镜位置而变化(例如，参见专利参考文献2(JP-A-2004-004566(图6-15))。透镜的这些特性分为球差、像散、和畸变，球差表现为光束没有聚焦在光轴的一点的现象，像散表现为同心图像的成像点与放射图像的成像点不一致的现象，畸变表现为物体和图像不相似的现象。
因此，在成像器件中，理想的是，尽可能避免由光学透镜组的特性造成的影响。
发明内容
然而，成像器件以高得多的密度形成，那么达到光电转换器件本身的光量减少，这样给避免由光学透镜组造成的影响带来困难。例如，如图9A所示，在光从正面入射的情况下，通过芯片上透镜(on-chip lens)211的入射光均匀地供给光电转换器件231。然而，如图9B所示，在光的入射角倾斜的情况下，在通过芯片上透镜212的入射光中出现所谓的光束遮蔽(402)，这些光不能到达光电转换器件232。然后，如图9C所示，在光的入射角更倾斜的情况下，光在芯片上透镜213的表面被全部反射(403)，光不能入射到成像器件内部，在光电转换器件233中接收的光量变少。如上所述，光电转换器件中接收的光量减少，从而降低亮度。这样会造成所拍摄图像的图像质量下降。此外，还可能影响性能，诸如自动曝光功能。
理想的是，让光垂直地入射到每个光电转换器件上，以保持成像器件中的光量。
根据本发明一实施例的成像器件是这样一种成像器件，其包括：多个光电转换器件，用于将接收的光转换成电信号；多个聚光透镜，用于聚集光并且将光供给所述多个光电转换器件，所述聚光透镜布置在所述多个光电转换器件中的每一个的前面；和流体透镜，用于折射光并将光供给多个聚光透镜，该流体透镜布置在所述多个聚光透镜前面，其中，所述流体透镜具有折射率彼此不同的第一流体和第二流体，和将电压施加至所述第一流体和第二流体的电极，并且所述流体透镜根据施加到所述电极上的电压，改变第一流体和第二流体之间的界面形貌，并改变供给所述多个聚光透镜中的每一个的光的折射率。因此，获得了以下优点，即可以根据施加给流体透镜的电极的电压，改变对供给多个聚光透镜的每一个的光的折射率。
另外，在所述本发明的实施例中，液体可以被用作所述第一流体和第二流体。这种情况下，第一流体可以是绝缘油，第二流体可以是导电水溶液。
另外，根据本发明另一实施例的成像装置是这样一种成像装置，其包括：多个光电转换器件，用于将接收的光转换成电信号；多个聚光透镜，用于聚集光并且将光供给所述多个光电转换器件，所述聚光透镜布置在所述多个光电转换器件中的每一个的前面；流体透镜，用于折射光并将光供给所述多个聚光透镜，该流体透镜布置在所述多个聚光透镜前面；和固体透镜组，用于让来自物体的光进入流体透镜，固体透镜组布置在流体透镜前面，其中，所述流体透镜具有折射率彼此不同的第一流体和第二流体，和将电压供给所述第一流体和第二流体的电极，并且所述流体透镜根据施加到所述电极上的电压，改变第一流体和第二流体之间的界面形貌，并改变对供给所述多个聚光透镜中的每一个的光的折射率。因此，获得了以下优点，即在将从固体透镜组输入的光提供给多个聚光透镜的每一个时，可以根据施压给流体透镜的电极的电压改变折射率。
另外，在所述本发明的实施例中，所述成像装置还可以包括透镜位置传感器，用于检测固体透镜组中的至少一个透镜位置，其中，根据所述透镜位置传感器检测的透镜位置，改变施加给所述电极的电压。因此，获得了以下优点，即可以根据透镜的位置来改变折射率。
另外，在所述本发明的实施例中，所述成像装置还可以包括角速度传感器，用于检测应用于所述成像装置的角速度，其中，根据角速度传感器检测的角速度改变施加给所述电极的电压。因此，获得了以下优点，即可以根据角速度来改变折射率。
另外，在所述本发明的实施例中，所述成像装置还可以包括温度传感器，用于检测所述成像装置的周围温度，其中，根据温度传感器检测的温度改变施加给所述电极的电压。因此，获得了以下优点，即可以根据温度来改变折射率。
另外，根据本发明另一实施例的成像方法是这样一种成像器件的成像方法，该成像器件具有多个光电转换器件、布置在所述多个光电转换器件的每一个前面的多个聚光透镜、和布置在所述多个聚光透镜前面的流体透镜，该方法包括以下步骤：将光折射并将光供应给所述多个聚光透镜的每一个，同时根据施加给电极的电压改变第一流体和第二流体之间的界面形貌，其中流体透镜具有折射率彼此不同的所述第一流体和第二流体，并具有将电压施加给所述第一流体和第二流体的所述电极；通过多个聚光透镜聚集从所述流体透镜供应的光并将光供给所述多个光电转换器件；以及通过多个光电转换器件接收从多个聚光透镜供应的光，并将光转换成电信号。由此，获得了以下优点，即可以根据施加给流体透镜的电极的电压，改变对供给多个聚光透镜的每一个的光的折射率。
另外，根据本发明另一实施例的成像方法是这样一种成像装置的成像方法，该成像装置具有多个光电转换器件、布置在所述多个光电转换器件的每一个前面的多个聚光透镜、布置在所述多个聚光透镜前面的流体透镜、和布置在所述流体透镜前面的固体透镜组，该方法包括以下步骤：使来自物体的光通过所述固体透镜组进入所述流体透镜；将光折射并将光供应给所述多个聚光透镜的每一个，同时根据施加给电极的电压改变第一流体和第二流体之间的界面形貌，其中所述流体透镜具有折射率彼此不同的所述第一流体和第二流体，并具有将电压施加给所述第一流体和第二流体的所述电极；通过所述多个聚光透镜聚集从所述流体透镜供应的光并将光供给所述多个光电转换器件；通过所述多个光电转换器件接收从所述多个聚光透镜供应的光并将光转换成电信号。因此，获得了以下优点，即在将从固体透镜组输入的光提供给多个聚光透镜的每一个时，可以根据施压给流体透镜的电极的电压改变折射率。
根据本发明的实施例，能够发挥极大的优势，允许光垂直进入每个光电转换器件，以保持成像器件的光量。
附图说明
图1表示局部示出根据本发明实施例的成像器件的示例性横截面结构的示图；
图2A、2B和2C表示根据本发明施加给流体透镜的电压和介质之间的示例性关系的示图；
图3表示图1所示的固体成像器件的一部分的示例性结构的透视图；
图4表示图1所示的固体成像器件的一部分的示例性结构的俯视图；
图5A、5B和5C表示根据本发明实施例的成像器件中接收的光的示例性入射角的示图；
图6表示根据本发明实施例的成像装置的示例性结构的示图；
图7A、7B和7C表示固体透镜组310的示例性布置的示图；
图8A和8B表示根据本发明实施例的成像器件的一种变型的示图；
图9A、9B和9C表示以前的成像器件中接收的光的示意性入射角的示图。
具体实施方式
接下来，参照附图详细描述本发明的实施例。
图1表示局部示出根据本发明实施例的成像器件的截面结构的示图。成像器件包括芯片上透镜210、玻璃层220、和作为固体成像器件的光电转换器件230。对应于各个象素，将多个光电转换器件230布置成平面，其接收来自物体的光101并将接收的光转换成电信号。对应于光电转换器件230的每一个，将多个芯片上透镜210布置成平面，其聚集来自物体的光101并将聚集的光供应给光电转换器件230。玻璃层220介于芯片上透镜210和光电转换器件230中间。对于玻璃层220，可以使用彩色滤光片，以选择性地向每个光电转换器件230透射红光、蓝光、和绿光的任何一种。而且，对于固体成像器件，可以使用公知的固体成像器件(例如，参见JP-A-2002-246583)。
在芯片上透镜210的顶部，设置流体透镜100。流体透镜100形成为其中折射率彼此不同的介质A(120)和介质B(130)用玻璃层110密封。流体透镜100设有穿过绝缘层151和152的电极141和142。介质A(120)和介质B(130)之间的界面形貌根据施加给电极141和142的电压而变化。而且，对于流体透镜110，可以使用公知的流体透镜(例如，参见JP-A-2000-347005)。
例如，对于介质A(120)，可以使用绝缘油。此外，对于介质B(130)，例如，可以使用导电水溶液。对于这种结构，如下面所述，水溶液的水排斥强度根据电压变化，从而改变界面形貌。
图2A-2C表示根据本发明实施例施加到流体透镜的电压和介质的之间的示例性关系的示图。在施加给电极141和142的电压较低的情况下，介质A(120)和介质B(130)之间的界面形貌具有缓和的曲线，如图2A所示。
与此相反，当施加给电极141和142的电压增加时，由于电致浸润(electro-wetting)现象，界面形貌的曲率变化，如图2B所示。然后，电压增加到预定电压，从而曲率变为图2C所示的情形。如上所述，流体透镜用作曲率可变凹透镜。
图3表示图1所示的固体成像器件的一部分的示例性结构的透视图。如上所述，根据本发明实施例的成像器件包括固体成像器件，该固体成像器件具有芯片上透镜210、玻璃层220、和光电转换器件230。
光电转换器件230和芯片上透镜210以复数数量布置，使得在垂直于物体方向(Z轴方向)的平面(与包括X轴和Y轴的平面水平的平面)成对。每个光电转换器件230被遮光膜网状遮蔽(screen)。玻璃层220被设置作为光电转换器件230和芯片上透镜210之间的中间介质。
图4表示图1所示的固体成像器件的一部分的示例性结构的俯视图。如上所述，多个芯片上透镜布置在固体成像器件的顶部。在每个芯片上透镜的有效直径外，形成绝缘膜219。
这里，考虑光的入射角入射在三个芯片上透镜上，所述三个芯片上透镜为固体成像器件中心附近的芯片上透镜211、固体成像器件边缘部分附近的芯片上透镜213、和处于它们之间的位置的芯片上透镜212。
图5A-5C表示在根据本发明的成像器件中接收的光的示例性入射角的示图。如图5A所示，在光从玻璃层110的正面进入的情况下，从介质A(120)和介质B(130)之间的界面129通过芯片上透镜211入射的光均匀地被提供给光电转换器件231。
此外，如图5B所示，在光倾斜进入玻璃层110的情况下，被介质A(120)折射的光的入射角在界面129的边界处发生变化，并且光通过介质B(130)被供应给芯片上透镜212。因此，与图9B的情况不同，光电转换器件232接收来自芯片上透镜212的光，不产生光束遮蔽。
然后，如图5C所示，在光更倾斜地进入玻璃层110的情况下，被介质A(120)折射的光在界面129的边界上变化，光通过介质B(130)并提供给芯片上透镜213。因此，与图9C的情况不同，光电转换装置232接收来自芯片上透镜213的光，不是全部反射。
图6表示根据本发明的实施例的成像装置的示例性结构的示图。成像装置具有成像部分301、视频处理部分330、视频压缩部分341、压缩控制部分342、记录介质存取部分351、驱动控制部分352、操纵接收部分360、显示部分370、和***控制部分390。
成像部分301拍摄物体并将其输出，作为视频数据。视频处理部分330对成像部分301输出的视频数据产生作用。视频压缩部分341压缩在视频压缩部分330中被处理的视频数据。压缩控制部分342控制视频压缩部分341中的压缩处理。
记录介质存取部分351在记录介质309上写入和读取数据。驱动控制部分352通过记录介质存取部分351控制数据写入和读取。
操纵接收部分360接收用户操纵输入，可以考虑使用各种按钮和GUI(图形用户界面)。显示部分370显示当前拍摄的视频、再现的视频、或各种用户信息。
***控制部分390控制整个成像装置，例如，可以用微处理器来实现。***控制部分390控制视频记录的开始和停止，由操纵接收部分360接收的操纵输入实现的记录的持续时间的信息，以及为用户控制显示部分370中的显示。此外，***控制部分390与照相机控制部分329和压缩控制部分342交换信息，并通过驱动控制部分352控制在记录介质309上的数据写入。
此外，成像部分301具有固体透镜组310、流体透镜319、固体成像器件321、A/D转换器322、照相机信号处理电路323、流体透镜控制部分324、固体透镜控制部分325、角速度传感器326、温度传感器327、和照相机控制部分329。
固体透镜组310聚集来自物体的光，其由所谓的前单元(front cell)、变焦透镜、聚焦透镜、和图像稳定器透镜构成。变焦透镜时用于变焦(拉近)处理的透镜。聚焦透镜是对物体聚焦的透镜。图像稳定器透镜是校正由于手摇晃或抖动造成的不稳定拍摄的图像。固体透镜组310与光阑机构一起容置在镜筒中。
流体透镜319是折射从固体透镜组310供应的光并将光供给固体成像器件321的透镜。如上所述，流体透镜319是用玻璃层密封折射率彼此不同的介质A和介质B而形成的透镜，其根据施加的电压改变介质A和介质B之间的界面形貌。
固体成像器件321是将从流体透镜319提供来的光转换成电信号的光电转换器件。通过固体成像器件321，例如，物体图像被拍摄成对应于三原色RGB(红、绿、蓝)的三种视频信号。
A/D转换器322是将从固体成像器件321供应的模拟电信号转换成数字信号的器件。照相机信号处理电路323是使在A/D转换器322中被转换的数字信号经过信号处理的电路，例如，进行白平衡以定义白色。
固体透镜控制部分325是根据来自用户的操纵输入和角速度传感器326检测到的角速度来控制固体透镜组310中的透镜位置的装置。在固体透镜控制部分325中确定的透镜位置通过照相机控制部分329发送到流体透镜控制部分324。而且，对于在这里确定位置的透镜，考虑变焦透镜和聚焦透镜。
角速度传感器326是检测施加给成像装置的角速度的器件，例如，其可以用陀螺仪来实现。因为角速度决定成像装置的倾斜(所谓的六个位置)，可以控制重力对流体透镜319的影响。在角速度传感器326中检测的角速度通过照相机控制部分329发送到流体透镜控制部分324。
温度传感器327是检测成像装置周围温度的器件，例如，其通过热敏电阻来实现。温度传感器327可以控制温度对流体透镜319的介质A和B的粘性的影响。在温度传感器327中检测的温度通过照相机控制部分329发送到流体透镜控制部分324。
照相机控制部分329控制成像部分301。例如，照相机控制部分329实施固体透镜控制部分325中的过程控制、流体透镜控制部分324的过程控制、和从固体成像器件321输入视频的视频输入控制。
流体透镜控制部分324控制施加给流体透镜319的电压，以控制介质A和介质B之间的界面形貌。对于影响流体透镜控制部分324的电压的因素，可以考虑以下几点：(1)固体透镜组310中的透镜位置，(2)角速度传感器326中检测到的并且应用于成像装置的角速度，和(3)温度传感器327检测到的成像装置的周围温度。提供反应这些值与电压值之间关系的表格，该表格提供参考，从而可以确定施加给流体透镜319的电压。而且，对于电压的驱动方法，可以使用以下模式：根据电压的大小控制电压的电压可变模式，或根据脉冲宽度控制电压的脉冲宽度调制模式。
图7A-7C表示固体透镜组310的示例性布置的示图。这里，假设光从左侧进入。图7A表示透镜布置在广角(wide angle)侧的示例。另外，图7C表示透镜布置在摄远(telephoto)侧的示例。另一方面，图7B表示透镜布置在中间位置的中间示例。
如上所述，根据透镜的布置，改变透镜的特性，诸如，像散。在本发明的实施例中，固体透镜组310的透镜的位置通过照相机控制部分329从固体透镜控制部分325发送到流体透镜控制部分324，从而可以根据固体透镜组310中的透镜位置改变施加到流体透镜319的电压。
如上所述，根据本发明的实施例，根据固体透镜组310中的透镜位置、成像装置的角速度、和成像装置的周围温度控制施加给流体透镜319的电压，从而控制介质A(120)和介质B(130)之间的界面形貌，以使来自物体的光垂直进入成像器件中每个光电转换器件。因此，可以保持成像器件中的光量，从而可以防止拍摄图像的图像质量的下降。
而且，在本发明的实施例中，如图1所示，给出了沿光轴的垂直方向施加电压的示例，但是，本发明的实施例不限于此。例如，可以采取以下方案，其中透明电极设置在玻璃层110侧，来自流体透镜控制部分324的电压施加给透明电极。此外，可以采取以下方案，其中透明电极设置在芯片上透镜210的表面上，由流体透镜控制部分324控制的电压施加给透明电极。
此外，在本发明的实施例中，如图1所示，给出了使用两种介质，即介质A和介质B的示例，但是，本发明的实施例不限于此。例如，如图8A所示，可以使用三种介质，介质A(120)、介质B(130)和介质C(160)。此外，如图8B所示，可以使用四种介质，介质A(120)、介质B(130)、介质C(160)、和介质D(170)。
而且，本发明的实施例表示实施本发明附加权利要求中对应于本发明实施例的具体权项的实施例的示例，但不限于此，不偏离本发明实施例的教导，各种变型是可能的。
更具体地说，在本发明的实施例中，例如，光电转换器件对应于光电转换器件230。此外，例如，聚光透镜对应于芯片上透镜210。此外，例如，流体透镜对应于流体透镜100。此外，例如，第一流体对应于介质A(120)。此外，例如，第二流体对应于介质B(130)。此外，例如，电极对应于电极141和142。
此外，在本发明的实施例中，例如，光电转换器件对应于光电转换器件230。此外，例如，聚光透镜对应于芯片上透镜210。此外，例如，流体透镜对应于流体透镜319。
此外，例如，第一流体对应于介质A(120)。此外，例如，第二流体对应于介质B(130)。此外，例如，电极对应于电极141和142。此外，例如，固体透镜组对应于固体透镜组310。
此外，在本发明的实施例中，例如，透镜位置传感器对应于固体透镜控制部分325。
此外，在本发明的实施例中，例如，角速度传感器对应于角速度传感器326。
此外，在本发明的实施例中，例如，温度传感器对应于温度传感器327。
本领域的普通技术人员应该理解，在所附权利要求或它们的等同的范围内，根据设计要求和其它因素，可以产生各种变型、组合、子组合和变化。
本发明包含与2007年1月15日向日本专利局提交的日本专利申请JP2007-005722相关的主题，其全部内容在此引入作为参考。
Claims (9)
1.一种成像器件，包括：
多个光电转换器件，用于将接收的光转换成电信号；
多个聚光透镜，用于聚集光并且将光供给所述多个光电转换器件，所述聚光透镜布置在所述多个光电转换器件中的每一个的前面；和
流体透镜，用于折射光并将光供给多个聚光透镜，该流体透镜布置在所述多个聚光透镜前面，
其中，所述流体透镜具有折射率彼此不同的第一流体和第二流体，和将电压施加至所述第一流体和第二流体的电极，并且
所述流体透镜根据施加到所述电极上的电压，改变第一流体和第二流体之间的界面形貌，并改变供给所述多个聚光透镜中的每一个的光的折射率。
2.如权利要求1所述的成像器件，其中，所述第一流体和第二流体是液体。
3.权利要求2所述的成像器件，其中，第一流体是绝缘油，第二流体是导电水溶液。
4.一种成像装置，包括
多个光电转换器件，用于将接收的光转换成电信号；
多个聚光透镜，用于聚集光并且将光供给所述多个光电转换器件，所述聚光透镜布置在所述多个光电转换器件中的每一个的前面；
流体透镜，用于折射光并将光供给所述多个聚光透镜，该流体透镜布置在所述多个聚光透镜前面；和
固体透镜组，用于让来自物体的光进入流体透镜，固体透镜组布置在流体透镜前面，
其中，所述流体透镜具有折射率彼此不同的第一流体和第二流体，和将电压供给所述第一流体和第二流体的电极，并且
所述流体透镜根据施加到所述电极上的电压，改变第一流体和第二流体之间的界面形貌，并改变供给所述多个聚光透镜中的每一个的光的折射率。
5.如权利要求4所述的成像装置，还包括：
透镜位置传感器，用于检测固体透镜组中的至少一个透镜位置，
其中，根据所述透镜位置传感器检测的透镜位置，改变施加给所述电极的电压。
6.如权利要求4所述的成像装置，其中，还包括：角速度传感器，用于检测应用于所述成像装置的角速度，
其中，根据角速度传感器检测的角速度改变施加给所述电极的电压。
7.如权利要求4所述的成像装置，其中，还包括：温度传感器，用于检测所述成像装置的周围温度，
其中，根据温度传感器检测的温度改变施加给所述电极的电压。
8.一种成像器件的成像方法，该成像器件具有多个光电转换器件、布置在所述多个光电转换器件的每一个前面的多个聚光透镜、和布置在所述多个聚光透镜前面的流体透镜，该方法包括以下步骤：
将光折射并将光供应给所述多个聚光透镜的每一个，同时根据施加给电极的电压改变第一流体和第二流体之间的界面形貌，其中流体透镜具有折射率彼此不同的所述第一流体和第二流体，并具有将电压施加给所述第一流体和第二流体的所述电极；
通过多个聚光透镜聚集从所述流体透镜供应的光并将光供给所述多个光电转换器件；以及
通过多个光电转换器件接收从多个聚光透镜供应的光，并将光转换成电信号。
9.一种成像装置的成像方法，该成像装置具有多个光电转换器件、布置在所述多个光电转换器件的每一个前面的多个聚光透镜、布置在所述多个聚光透镜前面的流体透镜、和布置在所述流体透镜前面的固体透镜组，该方法包括以下步骤：
使来自物体的光通过所述固体透镜组进入所述流体透镜；
将光折射并将光供应给所述多个聚光透镜的每一个，同时根据施加给电极的电压改变第一流体和第二流体之间的界面形貌，其中所述流体透镜具有折射率彼此不同的所述第一流体和第二流体，并具有将电压施加给所述第一流体和第二流体的所述电极；
通过所述多个聚光透镜聚集从所述流体透镜供应的光并将光供给所述多个光电转换器件；
通过所述多个光电转换器件接收从所述多个聚光透镜供应的光并将光转换成电信号。
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