(57)【要約】  光学系の組み立て中に光学系のレンズアセンブリおよびセンサアセンブリを位置合わせするための方法およびデバイスが開示される。たとえば、１つの方法は、少なくとも画像センサを有するセンサアセンブリを、レンズアセンブリの焦点面に位置付けるステップと、位置合わせ光学素子およびレンズアセンブリを通じて画像センサ上へと光を方向付けるステップとを含む。方法は、レンズアセンブリおよび位置合わせ光学素子から受け取られる光から複数の画像を生成するステップをさらに含み、画像は、位置合わせ光学素子を通じて受け取られる光に基づく複数の位置合わせ特徴部を有し、位置合わせ特徴部は、複数の区画を有する。方法はその後、複数の区画の各々に対応する少なくとも１つの性能指標を測定し、センサアセンブリがレンズアセンブリに取り付けられている間に、性能指標の最適化に基づいて画像センサの位置を調整する。
2018517936.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくともレンズアセンブリおよびセンサアセンブリを有する光学系を、組み立て中に位置合わせするための方法であって、
センサアセンブリをレンズアセンブリの焦点面に位置付けるステップであり、前記センサアセンブリは画像センサを含む、位置付けるステップと、
位置合わせ光学素子およびレンズアセンブリを通じて前記画像センサ上へと光を方向付けるステップと、
前記レンズアセンブリおよび前記位置合わせ光学素子から受け取られる前記光から複数の画像を生成するステップであり、前記画像は、前記位置合わせ光学素子を通じて受け取られる前記光に基づく複数の位置合わせ特徴部を有し、前記位置合わせ特徴部は、複数の区画を有する、生成するステップと、
前記複数の区画の各々に対応する少なくとも１つの性能指標を測定するステップと、
前記センサアセンブリが前記レンズアセンブリに取り付けられている間に、前記性能指標の最適化に基づいて、前記画像センサの位置を調整するステップと
を含む、方法。
【請求項２】
前記センサアセンブリは、前記画像センサと、センサカバーとを含み、前記レンズアセンブリの少なくとも１つの表面は、前記センサカバーに取り付けられる、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記性能指標は、前記画像センサの一部分によって検出される前記位置合わせ特徴部の前記区画に沿った前記光の強度に対応するシャープネス値である、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記レンズアセンブリおよび前記位置合わせ光学素子を通じて方向付けられる前記光は、コリメート光である、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記位置合わせ光学素子は、マルチゾーンフラットトップアキシコンレンズである、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記位置合わせ光学素子を通じて方向付けられる光は、前記位置合わせ光学素子によって、複数の同心リングとして表される位置合わせ特徴部に分割され、各位置合わせ特徴部は、前記複数の同心リングのうちの少なくとも１つのリングに対応する、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記複数の同心リングは少なくとも第１の同心リングおよび少なくとも第２の同心リングを含み、前記第１の同心リングは、前記第２の同心リングよりも小さい半径を有する、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記第１の同心リングの区画に対応する前記性能指標は、光軸に沿った前記センサアセンブリの並進位置に関係する、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
少なくとも１つの同心リングの区画に対応する前記性能指標は、前記レンズアセンブリの焦点面に対する前記画像センサの回転位置に関係する、請求項７に記載の方法。
【請求項１０】
前記複数の位置合わせ画像の各々は、前記レンズアセンブリに対する前記画像センサの異なる位置に対応する、請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
前記センサアセンブリを調整する前記ステップは、前記センサアセンブリの並進位置調整に基づいて前記少なくとも１つの性能指標を最大化することをさらに含み、前記性能指標は、前記第１の位置合わせ特徴部のすべての区画の前記性能指標が最大値にあるときに最大化される、請求項７に記載の方法。
【請求項１２】
前記センサアセンブリを調整する前記ステップは、前記センサアセンブリの回転位置調整に基づいて前記少なくとも１つの性能指標を平衡させることをさらに含み、前記性能指標は、少なくとも１つの位置合わせ特徴部の少なくとも第１の区画の前記少なくとも１つの性能指標が、同じ位置合わせ特徴部の少なくとも第２の区画の前記少なくとも１つの性能指標と実質的に同様であるときに平衡される、請求項７に記載の方法。
【請求項１３】
前記センサアセンブリを調整する前記ステップは、前記センサアセンブリの回転位置調整に基づいて前記少なくとも１つの性能指標を最適化することをさらに含み、前記少なくとも１つの性能指標は、少なくとも１つの位置合わせ特徴部の前記少なくとも１つの区画の前記少なくとも１つの性能指標が、前記少なくとも１つの位置合わせ特徴部内に位置付けられている位置合わせ特徴部の前記区画の前記性能指標と実質的に同様であるとき、および、その逆であるときに最適化される、請求項７に記載の方法。
【請求項１４】
レンズアセンブリおよびセンサアセンブリを有する光学系を、取付け中に位置合わせするためのデバイスであって、
前記レンズアセンブリを動かし、位置合わせ光学素子を支持するように構成されているレンズアセンブリホルダであり、前記位置合わせ光学素子は、前記レンズアセンブリの光軸に沿って配向される、レンズアセンブリホルダと、
前記センサアセンブリを動かすように構成されているセンサアセンブリホルダであり、前記センサアセンブリは画像センサを有する、センサアセンブリホルダと、
前記レンズアセンブリを前記センサアセンブリに、互いに実質的に位置合わせされているときに取り付けるように構成されている取付け機構と、
前記位置合わせ光学素子および前記レンズアセンブリを通じて前記画像センサ上へと光を方向付けるように構成されている光源と、
前記レンズアセンブリホルダおよび前記センサアセンブリホルダに動作可能に結合されているプロセッサと、
前記プロセッサに動作可能に結合されているメモリ構成要素と
を備え、前記プロセッサおよび前記メモリ構成要素が集合的に、
前記レンズアセンブリおよび前記位置合わせ光学素子を通じて前記センサアセンブリによって受け取られる前記光から複数の画像をキャプチャし、
前記位置合わせ光学素子を通じて受け取られる前記光に基づいて複数の位置合わせ特徴部を決定し、
各位置合わせ特徴部について複数の実質的に直線的な区画を決定し、
前記複数の実質的に直線的な区画の各々に対応する少なくとも１つの性能指標を測定し、
前記性能指標の最適化に基づいて、前記レンズアセンブリに対する前記センサアセンブリの調整を決定するように構成されている、デバイス。
【請求項１５】
前記センサアセンブリは、前記画像センサと、センサカバーとを含み、前記レンズアセンブリの少なくとも１つの表面は、前記センサカバーに取り付けられる、請求項１４に記載のデバイス。
【請求項１６】
前記性能指標は、前記画像センサの一部分によって検出される前記位置合わせ特徴部の前記実質的に直線的な区画に沿った前記光の強度に対応するシャープネス値である、請求項１４に記載のデバイス。
【請求項１７】
前記レンズアセンブリおよび前記位置合わせ光学素子を通じて方向付けられる前記光は、コリメート光である、請求項１４に記載のデバイス。
【請求項１８】
前記位置合わせ光学素子は、マルチゾーンフラットトップアキシコンレンズである、請求項１４に記載のデバイス。
【請求項１９】
前記光は、前記位置合わせ光学素子によって、複数の同心リングとして表される位置合わせ特徴部に分割され、各位置合わせ特徴部は、前記複数の同心リングのうちの少なくとも１つのリングに対応する、請求項１４に記載のデバイス。
【請求項２０】
前記複数の同心リングは少なくとも第１の同心リングおよび少なくとも第２の同心リングを含み、前記第１の同心リングは、前記第２の同心リングよりも小さい半径を有する、請求項１９に記載のデバイス。
【請求項２１】
前記第１の同心リングの実質的に直線的な区画に対応する前記性能指標は、前記光軸に沿った前記センサアセンブリの並進位置に関係する、請求項２０に記載のデバイス。
【請求項２２】
少なくとも１つの同心リングの実質的に直線的な区画に対応する前記性能指標は、前記レンズアセンブリの焦点面に対する前記画像センサの回転位置に関係する、請求項２０に記載のデバイス。
【請求項２３】
前記複数の位置合わせ画像の各々は、前記レンズアセンブリに対する前記画像センサの異なる位置に対応する、請求項１４に記載のデバイス。
【請求項２４】
前記センサアセンブリホルダは、
前記センサアセンブリの位置を調整し、
前記センサアセンブリの並進位置調整に基づいて前記少なくとも１つの性能指標を最大化するようにさらに構成されており、前記性能指標は、前記第１の位置合わせ特徴部のすべての実質的に直線的な区画の前記性能指標が最大値にあるときに最大化される、請求項２０に記載のデバイス。
【請求項２５】
前記レンズアセンブリホルダは、
前記センサアセンブリの位置を調整し、
前記センサアセンブリの並進位置調整に基づいて前記少なくとも１つの性能指標を最大化するようにさらに構成されており、前記性能指標は、前記第１の位置合わせ特徴部のすべての実質的に直線的な区画の前記性能指標が最大値にあるときに最大化される、請求項２０に記載のデバイス。
【請求項２６】
前記センサアセンブリホルダは、
前記センサアセンブリの位置を調整し、
前記センサアセンブリの回転位置調整に基づいて前記少なくとも１つの性能指標を平衡させるようにさらに構成されており、前記性能指標は、少なくとも１つの位置合わせ特徴部の少なくとも第１の実質的に直線的な区画の前記少なくとも１つの性能指標が、同じ位置合わせ特徴部の少なくとも第２の実質的に直線的な区画の前記少なくとも１つの性能指標と実質的に同様であるときに平衡される、請求項２０に記載のデバイス。
【請求項２７】
前記センサアセンブリホルダは、
前記センサアセンブリの位置を調整し、
前記センサアセンブリの回転位置調整に基づいて前記少なくとも１つの性能指標を最適化するようにさらに構成されており、前記少なくとも１つの性能指標は、少なくとも１つの位置合わせ特徴部の前記少なくとも１つの実質的に直線的な区画の前記少なくとも１つの性能指標が、前記少なくとも１つの位置合わせ特徴部内に位置付けられている位置合わせ特徴部の前記実質的に直線的な区画の前記性能指標と実質的に同様であるとき、および、その逆であるときに最適化される、請求項２０に記載のデバイス。
【請求項２８】
レンズアセンブリおよびセンサアセンブリを有する光学系を、取付け中に位置合わせするためのデバイスであって、
前記レンズアセンブリおよび位置合わせ光学素子を通じて前記センサアセンブリによって受け取られる光から複数の画像をキャプチャするための手段と、
前記位置合わせ光学素子を通じて受け取られる前記光に基づいて複数の位置合わせ特徴部を決定するための手段と、
各位置合わせ特徴部について複数の実質的に直線的な区画を決定するための手段と、
前記複数の実質的に直線的な区画の各々に対応する少なくとも１つの性能指標を測定するための手段と、
前記センサアセンブリが前記レンズアセンブリに取り付けられている間に、前記性能指標の最適化に基づいて、前記レンズアセンブリに対する前記センサアセンブリの調整を決定するための手段と
を備える、デバイス。
【請求項２９】
実行されると、レンズアセンブリおよびセンサアセンブリを有する光学系を能動的に位置合わせする方法をプロセッサに実施させる命令を含む、非一時的コンピュータ可読媒体であって、前記方法は、
少なくとも画像センサを有する前記センサアセンブリを、前記レンズアセンブリの焦点面に位置付けるステップと、
位置合わせ光学素子およびレンズアセンブリを通じて前記画像センサ上へと光を方向付けるステップと、
前記レンズアセンブリおよび前記位置合わせ光学素子から受け取られる前記光から複数の画像を生成するステップであり、前記画像は、前記位置合わせ光学素子を通じて受け取られる前記光に基づく複数の位置合わせ特徴部を有し、前記位置合わせ特徴部は、複数の区画を有する、生成するステップと、
前記複数の区画の各々に対応する少なくとも１つの性能指標を測定するステップと、
前記センサアセンブリが前記レンズアセンブリに取り付けられている間に、前記性能指標の最適化に基づいて、前記画像センサの位置を調整するステップと
を含む、非一時的コンピュータ可読媒体。
【請求項３０】
前記複数の位置合わせ画像の各々は、前記レンズアセンブリに対する前記画像センサの異なる位置に対応する、請求項２９に記載の非一時的コンピュータ可読媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本実施形態の一態様は、撮像デバイスに関し、特に、撮像デバイスの製造中に撮像デバイス内の画像センサを位置合わせするシステムおよび方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
携帯電話およびタブレットコンピューティングデバイスなどの多くのモバイルデバイスは、静止画像および／またはビデオ画像をキャプチャするためにユーザによって操作され得るカメラを含む。そのようなモバイルデバイスは、典型的には、比較的薄型に設計されているため、薄型のモバイルデバイスを維持するために、カメラまたは撮像システムを可能な限り薄く設計することが重要である場合がある。モバイルカメラ、撮像システムまたはデバイスをどれだけ薄く構築できるかに対する制限要因の１つは、カメラである。これは、従来のモバイルデバイスカメラが、複数の光学素子、たとえば、レンズアセンブリおよび画像センサを有するためである。
【０００３】
撮像デバイスがより薄型になり、カメラの解像度が向上するにつれて、画像センサ内に設計される画素の数が増大し、ピクセルピッチが低減してきている。たとえば、薄型撮像デバイス内に使用されている一部の現行の画像センサは１μｍの画素ピッチを含む。しかしながら、画像センサは、サブミクロン単位の画素を目指して開発されてきている。画素を小さくすることによって、撮像デバイスがより高い解像度を有する画像をキャプチャすることが可能になるが、レンズ系は、画像センサのナイキストサンプルレートを得ようとする画像情報を通すことが可能でなければならない。画素が小さくなるほどナイキストサンプルレートは増大し、画像センサはノイズの増大を受けやすくなるため、１．５μｍ以下の画素にとって、これを達成することは困難であり得る。
【０００４】
１つのアプローチは、小さい画素を有するイメージングセンサ上にシーンを合焦するために撮像デバイス内の狭い視野（「ＦＯＶ」）を有する超高解像度レンズアセンブリを使用することであった。しかしながら、画像センサを超高解像度レンズと位置合わせすることは、極めて困難であり得る。微細な並進（たとえば、Ｘ、Ｙ、およびＺ直線方向）および回転（たとえば、ピッチ、ヨーおよびロールのような傾斜）の位置合わせ不良が、撮像デバイスの全体的な性能に影響を及ぼす可能性がある。薄型撮像デバイスにとって、位置合わせ誤差を最小限に抑える重要なステップは、画像センサを含むセンサアセンブリに、レンズアセンブリを直に接着することである。センサカバーガラスに画像センサを直に接着することを、取付けプロセスの間に位置合わせ誤差を引き起こさずに行うことは困難である。そのような位置合わせの問題は、画像センサがレンズ系の焦点面に位置付けられ、レンズ系の光軸に対して垂直に、かつ正確な角度で位置合わせされることを確実にし、それによって、焦点面内の傾斜またはロールによってもたらされる位置合わせ不良を回避することを含む。それゆえ、撮像デバイスの性能が製造中に能動的に測定される、能動的な位置合わせ方法を使用することが重要である。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本開示のシステム、方法、およびデバイスはそれぞれ、いくつかの発明的態様を有し、それらの態様はいずれも、本明細書で開示する所望の属性を単独で担うものではない。本明細書に記載の技術革新、態様、および特徴の組合せは、システム、方法、およびデバイスの様々な実施形態に組み込まれてよく、そのような組合せは、下記に記載する概要を含む、本明細書に記載の実施形態の例によって限定されるものではない。
【０００６】
いくつかの実施形態は、少なくともレンズアセンブリおよびセンサアセンブリを有する光学系を、組み立て中に位置合わせするための方法を含むことができる。この方法は、少なくとも画像センサを有するセンサアセンブリを、レンズアセンブリの焦点面に位置付けるステップと、位置合わせ光学素子およびレンズアセンブリを通じて画像センサ上へと光を方向付けるステップと、レンズアセンブリおよび位置合わせ光学素子から受け取られる光から複数の画像を生成するステップとを含むことができる。複数の画像の各々は、位置合わせ光学素子を通じて受け取られる光に基づく複数の位置合わせ特徴部を有し、位置合わせ特徴部は、複数の区画を有する。いくつかの実施態様において、センサアセンブリは、画像センサと、センサカバーとを含み、レンズアセンブリの少なくとも１つの表面は、センサカバーに取り付けられる。いくつかの実施態様において、レンズアセンブリおよび位置合わせ光学素子を通じて方向付けられる光は、コリメート光である。一実施形態において、位置合わせ光学素子は、マルチゾーンフラットトップアキシコンレンズである。一実施形態において、位置合わせ画像の各々は、レンズアセンブリに対する画像センサの異なる位置に対応する。方法は、複数の区画の各々に対応する少なくとも１つの性能指標を測定するステップと、センサアセンブリがレンズアセンブリに取り付けられている間に、性能指標の最適化に基づいて画像センサの位置を調整するステップとをさらに含む。いくつかの実施態様において、性能指標は、画像センサの一部分によって検出される位置合わせ特徴部の区画に沿った光の強度に対応するシャープネス値である。
【０００７】
いくつかの実施形態において、光は、位置合わせ光学素子によって、複数の同心リングとして表される位置合わせ特徴部に分割される。各位置合わせ特徴部は、複数の同心リングのうちの少なくとも１つのリングに対応する。いくつかの実施形態において、複数の同心リングは少なくとも第１の同心リングおよび少なくとも第２の同心リングを含み、第１の同心リングは、第２の同心リングよりも小さい半径を有する。いくつかの実施形態において、第１の同心リングの区画に対応する性能指標は、光軸に沿ったセンサアセンブリの並進位置に関係する。一方で、少なくとも１つの同心リングの区画に対応する性能指標は、レンズアセンブリの焦点面に対する画像センサの回転位置に関係し得る。
【０００８】
一実施形態において、センサアセンブリを調整するステップはまた、センサアセンブリの並進位置調整に基づいて少なくとも１つの性能指標を最大化することをも含み得る。性能指標は、第１の位置合わせ特徴部のすべての区画の性能指標が最大であるときに最大化される。
【０００９】
別の実施形態において、センサアセンブリを調整するステップはまた、センサアセンブリの回転位置調整に基づいて少なくとも１つの性能指標を平衡させることをも含み得る。性能指標は、少なくとも１つの位置合わせ特徴部の少なくとも第１の区画の少なくとも１つの性能指標が、同じ位置合わせ特徴部の少なくとも第２の区画の少なくとも１つの性能指標と実質的に同様であるときに平衡される。
【００１０】
また別の実施形態において、センサアセンブリを調整するステップはまた、センサアセンブリの回転位置調整に基づいて少なくとも１つの性能指標を最適化することをも含み得る。少なくとも１つの性能指標は、少なくとも１つの位置合わせ特徴部の少なくとも１つの区画の少なくとも１つの性能指標が、少なくとも１つの位置合わせ特徴部内に位置付けられる位置合わせ特徴部の区画の性能指標と実質的に同様である、および、その逆であるときに、最適化される。
【００１１】
別の態様によれば、レンズアセンブリおよびセンサアセンブリを有する、光学系を位置合わせするためのデバイスが開示される。デバイスは、レンズアセンブリを動かし、位置合わせ光学素子を支持するように構成されているレンズアセンブリホルダであって、位置合わせ光学素子は、レンズアセンブリの光軸に沿って配向される、レンズアセンブリホルダと、センサアセンブリを動かすように構成されているセンサアセンブリホルダであって、センサアセンブリは画像センサを有する、センサアセンブリホルダと、レンズアセンブリをセンサアセンブリに、これらが互いに対して実質的に位置合わせされているときに取り付けるように構成されている取付け機構と、位置合わせ光学素子およびレンズアセンブリを通じて画像センサ上へと光を方向付けるように構成されている光源と、レンズアセンブリホルダおよびセンサアセンブリホルダに動作可能に結合されているプロセッサと、プロセッサに動作可能に結合されているメモリ構成要素とを含む。いくつかの実施態様において、センサアセンブリは、画像センサと、センサカバーとを含み、レンズアセンブリの少なくとも１つの表面は、センサカバーに取り付けられる。別の実施態様において、レンズアセンブリおよび位置合わせ光学素子を通じて方向付けられる光は、コリメート光である。一実施形態において、位置合わせ光学素子は、マルチゾーンフラットトップアキシコンレンズである。
【００１２】
プロセッサおよびメモリ構成要素はまとめて、レンズアセンブリおよび位置合わせ光学素子を通じてセンサアセンブリによって受け取られる光から複数の画像をキャプチャするように構成されている。プロセッサおよびメモリ構成要素は、位置合わせ光学素子を通じて受け取られる光に基づいて複数の位置合わせ特徴部を決定し、各位置合わせ特徴部に対して複数の実質的に直線的な区画を決定するようにさらに構成されている。いくつかの実施形態において、複数の位置合わせ画像の各々は、レンズアセンブリに対する画像センサの異なる位置に対応する。プロセッサおよびメモリ構成要素はまた、複数の実質的に直線的な区画の各々に対応する少なくとも１つの性能指標を測定し、性能指標の最適化に基づいて、レンズアセンブリに対する、センサアセンブリの調整を決定するようにも構成されている。いくつかの実施態様において、性能指標は、画像センサの一部分によって検出される位置合わせ特徴部の実質的に直線的な区画に沿った光の強度に対応するシャープネス値である。
【００１３】
いくつかの実施形態において、光は、位置合わせ光学素子によって、複数の同心リングとして表される位置合わせ特徴部に分割される。各位置合わせ特徴部は、複数の同心リングのうちの少なくとも１つのリングに対応する。少なくとも１つの実施形態において、複数の同心リングは少なくとも第１の同心リングおよび少なくとも第２の同心リングを含み、第１の同心リングは、第２の同心リングよりも小さい半径を有する。別の実施形態において、第１の同心リングの実質的に直線的な区画に対応する性能指標は、光軸に沿ったセンサアセンブリの並進位置に関係する。いくつかの実施形態において、少なくとも１つの同心リングの実質的に直線的な区画に対応する性能指標は、レンズアセンブリの焦点面に対する画像センサの回転位置に関係する。
【００１４】
いくつかの実施形態において、センサアセンブリホルダは、センサアセンブリの位置を調整し、センサアセンブリの並進位置調整に基づいて少なくとも１つの性能指標を最大化するようにさらに構成されている。性能指標は、第１の位置合わせ特徴部のすべての実質的に直線的な区画の性能指標が最大であるときに最大化される。別の実施形態において、レンズアセンブリホルダは、センサアセンブリの位置を調整し、センサアセンブリの並進位置調整に基づいて少なくとも１つの性能指標を最大化するようにさらに構成されている。性能指標は、第１の位置合わせ特徴部のすべての実質的に直線的な区画の性能指標が最大であるときに最大化される。また別の実施形態において、センサアセンブリホルダは、センサアセンブリの位置を調整し、センサアセンブリの回転位置調整に基づいて少なくとも１つの性能指標を平衡させるようにさらに構成されている。性能指標は、少なくとも１つの位置合わせ特徴部の少なくとも第１の実質的に直線的な区画の少なくとも１つの性能指標が、同じ位置合わせ特徴部の少なくとも第２の実質的に直線的な区画の少なくとも１つの性能指標と実質的に同様であるときに平衡される。また別の実施形態において、センサアセンブリホルダは、センサアセンブリの位置を調整し、センサアセンブリの回転位置調整に基づいて少なくとも１つの性能指標を最適化するようにさらに構成されている。少なくとも１つの性能指標は、少なくとも１つの位置合わせ特徴部の少なくとも１つの実質的に直線的な区画の少なくとも１つの性能指標が、少なくとも１つの位置合わせ特徴部内に位置付けられる位置合わせ特徴部の実質的に直線的な区画の性能指標と実質的に同様である、および、その逆であるときに、最適化される。
【００１５】
いくつかの実施形態において、メモリ構成要素は、実行されると、光学系を能動的に位置合わせするようにプロセッサを構成する命令を含む複数のモジュールを含む。１つの非限定的な実施形態において、メモリ構成要素は、キャプチャ制御モジュールと特徴部決定モジュールと、性能決定モジュールと、最適化モジュールとを含むことができる。
【００１６】
別の態様によれば、レンズアセンブリおよびセンサアセンブリを有する、光学系を位置合わせするためのデバイスが開示される。デバイスは、レンズアセンブリおよび位置合わせ光学素子を通じてセンサアセンブリによって受け取られる光から複数の画像をキャプチャするための手段と、位置合わせ光学素子を通じて受け取られる光に基づいて複数の位置合わせ特徴部を検出するための手段と、各位置合わせ特徴部について複数の実質的に直線的な区画を決定するための手段と、複数の実質的に直線的な区画の各々に対応する少なくとも１つの性能指標を測定するための手段と、センサアセンブリがレンズアセンブリに取り付けられている間に、性能指標の最適化に基づいて、レンズアセンブリに対する、センサアセンブリの調整を決定するための手段とを含む。
【００１７】
別の態様によれば、実行されると、レンズアセンブリおよびセンサアセンブリを有する光学系を能動的に位置合わせする方法をプロセッサに実施させる命令を含む、非一時的コンピュータ可読媒体が開示される。方法は、少なくとも画像センサを有するセンサアセンブリを、レンズアセンブリの焦点面に位置付けるステップと、位置合わせ光学素子およびレンズアセンブリを通じて画像センサ上に光を方向付けるステップと、レンズアセンブリおよび位置合わせ光学素子を通じて受け取られる光から複数の画像を生成するステップであって、画像は、位置合わせ光学素子を通じて受け取られる光に基づく複数の位置合わせ特徴部を有し、位置合わせ特徴部は複数の区画を有する、複数の画像を生成するステップと、複数の区画の各々に対応する少なくとも１つの性能指標を測定するステップと、センサアセンブリがレンズアセンブリに取り付けられている間に、性能指標の最適化に基づいて画像センサの位置を調整するステップとを含む。
【００１８】
開示する態様について以下に添付の図面に関連して説明する。図面は、開示する態様を限定するためではなく例示するために示されており、図中の同様の参照符号は同様の要素を示す。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】光学系の構成要素の一実施形態の側断面図である。
【図２】一実施形態による例示的なデバイスを示すブロック図である。
【図３Ａ】一実施形態による位置合わせ光学素子の斜視図である。
【図３Ｂ】一実施形態による位置合わせ光学素子の断面図である。
【図４Ａ】一実施形態による位置合わせ光学素子および光学系を通過するときの光の光線追跡を示す図である。
【図４Ｂ】位置合わせ特徴部の一実施形態を示す図である。
【図４Ｃ】図４Ｂに示す位置合わせ特徴部の実施形態の拡大図である。
【図４Ｄ】図４Ｂに示す実施形態による画像センサにわたって測定される光の強度を示す例示的なグラフ図である。
【図５】一実施形態による光学系を能動的に位置合わせする方法の流れ図である。
【図６Ａ】位置合わせされていない光学系の性能指標スケール（ＰＳＩ）測定値を示す図である。
【図６Ｂ】一実施形態による準最適に位置合わせされている光学系の性能指標スケール（ＰＳＩ）測定値を示す図である。
【図７】一実施形態による光学系を能動的に位置合わせするための方法の流れ図である。
【図８】一実施形態による図８の方法を開始するための方法の流れ図である。
【図９】一実施形態による並進方向において光学系を位置合わせするための方法の流れ図である。
【図１０】一実施形態による位置合わせ特徴部に基づいて少なくとも１つの回転方向において光学系を位置合わせするための方法の流れ図である。
【図１１】一実施形態によるすべての位置合わせ特徴部に基づいて少なくとも１つの回転方向において光学系を位置合わせするための方法の流れ図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下の説明では、実施例の完全な理解をもたらすために、具体的な詳細が与えられる。しかしながら、実施例がこれらの具体的な詳細なしに実施され得ることが当業者には理解されよう。たとえば、不必要な詳細で実施例を不明瞭にしないために、電気の構成要素／デバイスがブロック図で示される場合がある。他の事例では、実施例をさらに説明するために、そのような構成要素、他の構造および技法が詳細に示される場合がある。
【００２１】
本明細書で説明する実施形態は、組み立て中に光学系を能動的に位置合わせするように構成されている方法、装置、およびコンピュータ可読媒体を含む。いくつかの実施形態において、光学系は、カメラを有する携帯電話のような、モバイル通信デバイスの撮像デバイス内に含まれるものであってもよい。光学系は、レンズアセンブリおよびセンサアセンブリを含むことができ、センサアセンブリは、少なくとも画像センサを有する。いくつかの実施形態において、光学系の構成要素を取り付けている間に位置合わせ不良が起こる結果として光学系の性能が劣化しないことを保証するために、組み立て中に、センサアセンブリの、レンズアセンブリとの位置合わせを能動的に監視することができる。
【００２２】
上述したように、高解像度レンズアセンブリおよび画素の小さい画像センサによる可能性のある問題は、画像センサ面上に投影される画像のＦＯＶにわたって高い変調伝達関数（「ＭＴＦ」）分解能性能を達成することが必要であることであり得る。そのような性能は、撮像デバイスを組み立てている間のわずかな位置合わせ不良に起因して劣化する可能性がある。レンズアセンブリの最大ＭＴＦ性能は、Ｆ値およびレンズアセンブリを通過する光の波長によって決定される、レンズアセンブリの回折限界によって制限される。レンズアセンブリは、レンズアセンブリの第１の面から、画像センサ面のような別の表面上に画像を投影するレンズアセンブリの最後の面までの１つまたは複数の光学素子から構成される。素子は、たとえば、光を屈折させるかまたは光を反射することができる１つまたは複数の光学面から構成され得る。
【００２３】
レンズアセンブリのＭＴＦ性能要件がその最大性能（たとえば、回折限界）に向かって増大するにつれて、これは、カメラ設計の他の態様を含む、レンズアセンブリの構成要素の製造位置合わせ許容誤差に対するより大きい需要を課し得る。光学構成要素またはより厳密な許容誤差を必要とし得る他のカメラ設計態様の例は、センサアセンブリ、レンズ面の位置合わせ、レンズ面の互いに対する位置合わせ、および、センサアセンブリをレンズアセンブリと組み合わせて単一の動作単位として作製することである。たとえば、センサアセンブリをレンズアセンブリに機械的に取り付けることによって、画像センサとレンズアセンブリの焦点面との間の傾斜誤差（たとえば、光軸を中心とした回転誤差）および／または並進誤差（たとえば、光軸を中心としてＸ、ＹおよびＺ直線方向誤差）がもたらされ得る。作製向けに意図されている設計において、一般的に、回転および並進位置合わせのようなすべての重要な変数に対する制限を確立し、その後、これらの変動をもたらし得るすべての構成要素、要素、または態様、および、それらの変動によって影響を及ぼされ得る構成要素、要素または態様について、許容誤差見積または許容可能誤差を決定することが、優れた実践である。この影響は通常、ＭＴＦ低減において、１つまたは複数の重要な変動の量の変化として表される。すべての機械的および光学的構成要素、要素または設計態様の許容誤差見積が決定された後、それらの構成要素、要素または態様をその後、一定レベルの統計的信頼度で見積許容誤差内に留まるように設計することができる。このシステムをこのように考えることによって、上述した変動の許容可能誤差内で、光学系を、最適な位置合わせに設計することができる。
【００２４】
本明細書においては主にＭＴＦ性能の文脈において論述されているが、これは例示を目的としたものであり、レンズ性能は、他の実施形態において、点広がり関数（「ＰＳＦ」）、線広がり関数（「ＬＳＦ」）または同様の概念を表す他の直接的もしくは間接的な方法のような、同様の概念によって表すことができる。
【００２５】
本明細書において説明されている実施形態は、高ＭＴＦ分解能光学系設計の位置合わせを能動的に監視するために使用することができ、発生し得る変動のタイプおよび大きさについて、レンズアセンブリ、要素、態様のＭＴＦ分解能を低減させ、かつ／または、ＭＴＦ感度を低減させる位置合わせ不良を低減するように、レンズアセンブリおよびセンサアセンブリの位置合わせを最適化することができる。
【００２６】
本明細書において提示されている実施形態は、特定の画素サイズ、形状、ピッチ、矩形アレイ、非矩形アレイ、または構成を有する特定の画像センサには限定されず、画素サイズまたは形状は、画像センサの表面上で互いに異なってもよいことも認識されるべきである。実施形態は、そのようなシステムを設計するのに必要とされるシステムのファクタまたは態様、ならびに、本明細書において記載されているシステムの利点、属性および要求を指摘するように意図されている。実施形態は、それらの実施形態を記載または参照するときにカバーされる画素サイズまたは他のファクタに限定されない。
【００２７】
光学系の構成要素の位置合わせは、レンズアセンブリの焦点面に対するセンサアセンブリの回転および並進位置合わせ不良の影響を受けやすいものであり得る。これらの変動は、構成要素の製造、作製、互いに対する取付けと、他の機械的および／または光学的構成要素、要素または態様の相互作用、ならびに、運動、温度、および衝撃のような他の環境条件に由来し得る。回転および並進位置合わせ不良は、他の関連するまたは関連しない原因に由来し得る。他の態様もまた、ＭＴＦ性能に影響を及ぼす可能性がある。
【００２８】
本明細書において説明する実施形態は、光学系の作製中に前述の位置合わせ不良を低減するように意図されている方法を利用する。
【００２９】
例示的な実施形態において、光学系は、２つの構成要素、すなわち、レンズアセンブリおよびセンサアセンブリを含む。いくつかの例において、レンズアセンブリは、共有される光軸を有し、所望の焦点距離および分解能において焦点面を生成するように構成されている複数の光学素子を含むことができる。レンズアセンブリはまた、センサアセンブリに近接して位置付けられている視野補正レンズをも含むことができる。いくつかの例において、センサアセンブリは、レンズアセンブリを通過する入射光を検出し、所望の画像をキャプチャするための画像センサを含むことができる。いくつかの実施形態において、センサアセンブリはまた、画像センサとレンズアセンブリとの間に設置されるガラスセンサカバープレートをも含んでもよい。取付けプロセス中に（たとえば、レンズアセンブリおよびセンサアセンブリを一緒にして、最適に位置合わせされている間に構成要素を取り付けている間に）光学系の位置合わせを能動的に監視することができる。いくつかの実施形態において、視野補正レンズが、センサ上に位置付けられているガラスセンサカバープレートに固定（たとえば、接着するか、または、適所に機械的に保持）されてもよい。他の実施形態において、レンズアセンブリまたはその一部は、センサアセンブリまたはその一部に取り付けられてもよい（たとえば、接着するか、または、適所に機械的に保持されてもよい）。
【００３０】
いくつかの実施形態において、光学系の位置合わせは、光学系に入射する光源を複数の位置合わせ特徴部に分割するように構成されている位置合わせ光学素子を含む。いくつかの実施形態において、位置合わせ光学素子は、レンズアセンブリの焦点面の位置を変えることなく複数の位置合わせ特徴部を生成するように特に設計されているレンズであってもよい。いくつかの実施形態において、光学系の構成ごとに（たとえば、焦点面に対するセンサアセンブリの位置変化ごとに）位置合わせ特徴部の画像をキャプチャすることができる。代替的に、位置合わせ特徴部が、能動的に監視されてもよい（たとえば、結果としてもたらされる画像のビデオ）。例示的な実施例において、位置合わせ光学素子としてアキシコンレンズが使用されてもよい。アキシコンレンズは、各同心リングが位置合わせ特徴部を表すことができるように、入射コリメート光源を複数の同心リングに分割するように構成することができる。
【００３１】
いくつかの実施形態において、光学系の位置合わせは、レンズアセンブリの焦点面に対するセンサアセンブリの推定調整に基づくことができる。推定調整は、所与の光学系位置合わせにおいて決定される位置合わせ特徴部の性能指標に基づくことができる。たとえば、センサは、レンズアセンブリに対する現在の向きを有することができ、この向きから、複数の位置合わせ特徴部の画像を導出することができる。その後、少なくとも１つの位置合わせ特徴部のシャープネス値に基づいて、光学系の性能（たとえば、センサアセンブリの、レンズアセンブリとの位置合わせの品質）を決定することができる。いくつかの実施形態において、すべての位置合わせ特徴部のシャープネス値が決定されてもよい。たとえば、各位置合わせ特徴部のエッジにおいて位置合わせ特徴部の小さいほぼ直線的な区画を作製することができ、一般的な傾斜エッジＭＴＦ測定法と実質的に同様に、シャープネス値を測定することができる。他の実施形態において、シャープネス値は、ＰＳＦ、ＬＳＦ、または、同様の概念を表す他の直接的もしくは間接的な方法に基づいてもよい。
【００３２】
一態様において、センサアセンブリは、位置合わせ特徴部の性能指標に基づく調整の決定の複数回の反復に基づいて、最適に位置合わせするように動かされる。各反復は、以前に調整されている位置合わせの結果、および、全体的な位置合わせを改善するための新たな位置合わせプロセスであり得る。このように、センサアセンブリは、最良のＭＴＦ性能のために最適に位置合わせすることができる。
【００３３】
例示的な実施形態において、各位置合わせ特徴部の性能指標を、能動的に監視および測定することができる。たとえば、各位置合わせ特徴部に沿った区画の性能指標を計算することができる。位置合わせ特徴部に沿った区画の性能指標は、取付けプロセス中に、レンズアセンブリの光軸に対して、焦点面にある画像センサを傾斜させることによって調整される。画像センサ傾斜は、単一の位置合わせ特徴部に沿った複数の区画に対応する性能指標が平衡され、均一になるまで調整される。位置合わせ特徴部の性能指標を能動的に監視し、取付けプロセス中に位置合わせを調整することによって、センサアセンブリを最適な位置合わせのために理想的に位置付け、取り付けることができ、薄型カメラシステムの画像センサ内でサブミクロン画素が使用されることが可能になる。
【００３４】
例示を目的として図面とともに、様々な実施形態を下記に説明する。開示されている概念の多くの他の実施態様が可能であり、開示されている実施態様によって様々な利点を達成することができることは諒解されたい。
【００３５】
ここで図１を参照すると、撮像デバイスの例示的な光学系が詳細に説明される。図１は、レンズアセンブリ１１０およびセンサアセンブリ１２０を示す、光学系１００の一例の側断面図を示す。
【００３６】
図１の例に示すように、画像センサ１２５が、プリント回路基板１９５上に位置付けられている。センサ１２５が、プリント回路基板１９５内に形成されている矩形スロット１１７内に取り付けられている。スタッドバンプ１０７は、センサ１２５の一部であり得、プリント回路基板１９５上の導電性パッドとの接触を成すために使用される。プリント回路基板１９５は基板１５０上に取り付けられ、画像センサ１２５に対して静止したままである。これは、センサ１２５がプリント回路基板１９５に取り付けられ得、プリント回路基板１９５との電気的接触を成す方法の一例にすぎない。いくつかの例において、センサ１２５の受光面の汚染を防止するために、製造中にカバーガラス１２６がセンサ１２５に結合される。しかしながら、いくつかの実施形態において、カバーガラス１２６は省かれてもよく、レンズアセンブリ１１０は、画像センサ１２５の感光面に直に結合されてもよい。これを達成するために、本明細書において説明されているように、センサ１２５は、位置合わせおよび取付けプロセス中に画像センサ１２５に最も近いレンズＬ６の表面に直に結合することができる。位置合わせおよび取付けプロセスは、図１に示すように、レンズアセンブリ１１０が画像センサ１２５の感光面に向かって下げられるときに、経路１３０に沿って行うことができる。
【００３７】
いくつかの実施形態において、センサアセンブリ１２０は、任意選択の基板１５０を含む。基板１５０は、画像センサ１２５を、塵芥および水分のような環境汚染物から保護するように構成されている保護面として機能することができる。いくつかの実施形態において、基板１５０はまた、構造的支持または完全性を提供することのような、他の目的のために構成されてもよい。
【００３８】
センサアセンブリ１２０は、図１に示すように、本開示の目的のための単一の単位として考えられる。いくつかの実施形態において、画像センサ１２５は、プリント回路基板１９５のスロット１１７内に取り付けることができる。プリント回路基板１９５はまた、光が画像センサ１２５の感光面に入射することを可能にするように構成されている窓をも含む。いくつかの実施形態において、プリント回路基板１９５は、スタッドバンプ１０７および／またはスロット１１７内の電気接続を介して画像センサ１２５に接続することができる。プリント回路基板１９５は、基板１５０を含んでもよく、または、含まなくてもよい。センサアセンブリ１２０は、画像センサ１２５の感光面に取り付けられたカバーガラス１２６を含んでもよく、または、含まなくてもよい。センサアセンブリ１２０は、他の様式、手段、方法、設計、または、将来の方法においてもしくは現在および過去の方法によって想起され得る他の構成において構築、製造、組み立てされてもよい。
【００３９】
いくつかの実施形態において、フレックスケーブル１１９が、一端においてプリント回路基板１９５に取り付けられる。フレックスケーブル１１９は、画像キャプチャおよび／または画像ストリーミングのために、プリント回路基板と撮像システムの他の部品との間の電気接続をもたらすように構成することができる。
【００４０】
画像センサ１２５は、いくつかの実施形態において、電荷結合デバイス（ＣＣＤ）、相補型金属酸化物半導体（ＣＭＯＳ）、または光を受け取り、受け取られる光に応答して画像データを生成する任意の他の画像感知デバイスを含んでもよい。センサ１２５は、静止写真の画像データを取得することが可能であってもよく、また、キャプチャされるビデオストリーム内の動きに関する情報をも提供することができる。センサ１２５は、個別のセンサであってもよく、または、３×１アレイのようなセンサアレイを表してもよい。開示されている実施形態において、任意の適切なセンサアレイが使用されてもよい。
【００４１】
いくつかの実施形態において、レンズＬ６は、視野補正レンズとすることができ、レンズアセンブリ１１０の構成要素として含まれることができる。図１に示すように、レンズアセンブリ１１０の１つの可能な実施形態は、光学素子Ｌ１〜Ｌ６と、光屈曲面１１２と、光学素子１１４と、スペーサ１３４とを含むことができる。レンズアセンブリ１１０はまた、内部全反射特性を使用して反射面１１２を生成する屈折素子１１３Ａを含み、かつ／または、光屈曲面１１２のための取り付けられた反射面（たとえば、鏡または他の反射面）を含むことができる。光学素子１１３Ａは、光屈曲面１１２が反射面である場合は、存在してもよく、または、存在しなくてもよい。素子１１３Ｂは、レンズアセンブリ１１０の一部であってもよく、または、一部でなくてもよい。１１３Ｂが存在する実施形態において、素子１１３Ｂは支持機能をもたらしてもよく、または、もたらさなくてもよい。
【００４２】
図１に示す実施形態は、例示的なレンズアセンブリ１１０を示しているが、レンズアセンブリ１１０のいくつかの実施形態は、任意の数のレンズ構成要素、光屈曲面、または他の構成要素を備えてもよく、図示されているものに限定されず、図示されているものを含むことを要求されないことは理解されよう。図１に示すように、光屈曲面１１２はレンズＬ６から外方に延在し、図示のように、光屈曲面１１２において支持ブロック１１３Ｂに結合されている屈折プリズム１１３Ａとして形成されている。光を方向転換するために内部全反射特性を使用する代わりに、プリズム１１３Ａと支持ブロック１１３Ｂとの間に鏡面を配置することが可能である。いくつかの実施形態において、光屈曲面１１２は平坦であってもよく、または、湾曲していてもよい。光屈曲面は、光学系１００の一部である湾曲を有することができ、それによって、平坦面のもの以外の様式で光路を変更する。いくつかの実施形態において、光屈曲面１１２、屈折プリズム１１３Ａおよび支持ブロック１１３Ｂは、個々にまたは組み合わせて、センサプリズムとして参照される場合がある。
【００４３】
いくつかの実施形態において、光屈曲面１１２は、屈折素子１１３Ａと支持ブロック１１３Ｂとの間の反射面である必要はない。光屈曲面１１２は、１１３Ａのような光学素子の内部全反射特性によって生成される反射面であってもよい。いくつかの実施形態において、屈折素子１１３Ａおよび光屈曲面１１２は、素子１１３Ａの内部全反射特性に起因して、支持構造１１３Ｂに接続されてもよい。代替的に、屈折素子１１３Ａおよび光屈曲面１１２は、支持構造１１３Ｂに接続されなくてもよく、または、支持構造１１３Ｂは、レンズアセンブリ１１０内に含まれなくてもよい。
【００４４】
他の実施形態において、光屈曲面１１２は、鏡または他の反射面であってもよい。反射面を備える実施形態において、光屈曲面１１２は、反射面と相互作用する真空のような、屈折率の低い物質または媒質によって包含されてもよい。これらのような光屈曲面１１２の実施形態は、本明細書において例示されている図面には示されていない。そのような光屈曲面１１２は、機械的構造、または、光学系の他の構成要素および画像センサ１２５の感光面に対するその位置および位置合わせを維持するための他の機構によって適所に保持することができる。
【００４５】
いくつかの実施形態において、光屈曲面１１２は、本明細書において説明するものと同様の方法および手順を使用して、画像センサ１２５の感光面と位置合わせすることができる。光屈曲面１１２および／または光屈曲面１１２を保持する構造は、取付けプロセス、または、画像センサ１２５に対して光屈曲面１１２を適所に保持するための他の手段を使用して、画像センサ１２５の感光面またはカバーガラス１２６に取り付けることができる。
【００４６】
レンズＬ１〜Ｌ５は、光屈曲面１１２と、レンズアセンブリ１１０の最後端との間に位置付けられる。光軸１１６は、光が光学アセンブリ１００に入り、レンズアセンブリＬ１〜Ｌ５を通過し、光屈曲面１１２を出て方向転換され、レンズＬ６およびカバーガラス１２２を通過し、センサ１２５に入射するときにとり得る経路の一例を示す。
【００４７】
いくつかの実施形態において、センサアセンブリ１２０およびレンズアセンブリ１１０は、これらの構成要素が撮像デバイス内で互いに対してともに固定され、センサアセンブリ１２０のセンサ１２５がレンズアセンブリ１１０の焦点面１１８に位置付けられるように、図示の構成（矢印１３０参照）で接着または他の様態で固定される。センサアセンブリ１２０は、本明細書において開示されている方法およびシステムを利用することによって位置付けられ、レンズアセンブリ１１０の光軸１１６に位置合わせされ得る。いくつかの実施形態において、これらの構成要素は、それらの互いに対する位置が同じままであるように永続的にまたは半永続的に固定することができ、それによって、素子を通る光の光路が安定する。いくつかの実施形態において、上述したように、カバーガラス１２６は省かれてもよく、レンズアセンブリ１２０の残りのセンサ１２５は、レンズアセンブリ１１０に接着または他の様態で固定することができる。
【００４８】
本明細書で使用される場合、「光学系」という用語は、センサアセンブリ、レンズアセンブリ、およびいくつかの対応する光屈曲面、たとえば、図１に示す光屈曲表面１１２、レンズアセンブリ１１０、およびセンサアセンブリ１２０を指す。本明細書に記載の製造方法およびシステムから利益を得ることになる他の光学系構成が可能である。
【００４９】
ここで図２を参照すると、例示的な位置合わせ装置が、ここでより詳細に説明される。図２は、レンズアセンブリホルダ２１０、センサアセンブリホルダ２２０、および取付け機構２５０を有する位置合わせ装置２００Ａの一例の側断面図を示す。いくつかの実施形態において、位置合わせ装置２００Ａは、データ処理デバイス２００Ｂ、たとえば、パーソナルコンピュータ、ラップトップ、または、入力データを処理し、位置合わせ装置２００Ａの機能に対する電子制御を行使するための既知の任意の他のデバイスと（ワイヤレスまたは有線通信のいずれかを通じて）電気的に通信することができる。
【００５０】
図示されているように、レンズアセンブリホルダ２１０は、レンズアセンブリ１１０に取付けまたは結合されるように構成されている、ピックアップツール２１４を有するピックアンドプレースヘッド２１２を含む。いくつかの実施形態において、ピックアップツール２１４は、レンズアセンブリ１１０を把持または取り付けるためのカプラ２１６を含む。たとえば、カプラ２１６は、レンズアセンブリ１１０をピックアップツール２１４に対して適所に確実に保持するための、レンズアセンブリ１１０の表面に沿って延伸するアームを有するクランプまたは他の形態の把持機構であってもよい。別の実施形態において、カプラ２１６は、カプラの表面とレンズアセンブリの表面との間に圧力差を生成するための機構（たとえば、吸着カップ）であってもよく、それによって、レンズアセンブリをピックアップツール２１４に対して適所に確実に保持する。それゆえ、カプラ２１６は、レンズアセンブリ１１０をピックアップツール２１４に対して適所に確実に保持するための手段を表すことができる。
【００５１】
図示されているように、ピックアップツール２１４は、位置合わせ光学素子２４０を受け入れ、確実に支持するための開口部２１８を含む。位置合わせ光学素子２４０の特徴および機能は、図３〜図５を参照してより詳細に説明する。開口部２１８は、位置合わせ光学素子２４０をレンズアセンブリ１１０に対する固定位置において確実に支持するように位置付け、構成することができる。いくつかの実施形態において、位置合わせ光学素子２４０は、位置合わせ光学素子がレンズアセンブリ１１０の焦点面の並進位置および回転位置を実質的に変えないように十分に正確に、レンズアセンブリ１１０の光軸１１６に沿って中心合わせされる。それゆえ、ピックアップツール２１４は、レンズアセンブリ１１０および位置合わせ光学素子２４０を固定的に位置合わせする１つの手段であり得る。他の実施形態において、位置合わせ光学素子２４０の位置は、位置合わせ光学素子２４０がレンズアセンブリ１１０に対して固定位置に保持されるように、第２のピックアップツール（図示せず）によって、または、位置合わせ装置２００Ａの任意の他の要素によって、レンズアセンブリ１１０に対して確実に固定することができる。
【００５２】
いくつかの実施形態において、レンズアセンブリホルダ２１０は、センサアセンブリホルダ２２０に対して並進方向（たとえば、Ｘ、Ｙ、およびＺ方向）に動かすことができる。いくつかの実施形態において、レンズアセンブリホルダ２１０は、センサアセンブリ１２０に対するレンズアセンブリ１１０の並進位置調整を行うための入力またはコマンドを受信することができる。たとえば、センサアセンブリ１２０が光軸１１６と光学的に位置合わせされていないという判定が行われる場合、レンズアセンブリホルダ２１０は、光学系１００を位置合わせするために、レンズアセンブリをセンサアセンブリに対してＸ、Ｙ、および／またはＺ方向に動かすことができる。それゆえ、レンズアセンブリホルダ２１０は、センサ１２０をレンズアセンブリ１１０と位置合わせするための１つの手段を表すことができる。別の実施形態において、ピックアンドプレースヘッドは、少なくとも、光学系１００の位置合わせに関連する入力に基づいて、少なくとも１つの並進方向にレンズアセンブリ１１０を動かすことができる。また別の実施形態において、レンズアセンブリホルダ２１０は、いずれか１つまたはすべての並進方向において固定されてもよく、位置合わせ装置２００Ａの任意の他の要素が、センサアセンブリホルダ２２０をレンズアセンブリ１１０に対して動かすように構成されてもよい。たとえば、センサアセンブリホルダ２２０は、少なくとも部分的に、デバイス２００Ｂからの入力に基づいて、いずれか１つの並進方向にセンサアセンブリ１２０を動かすように構成することができる。
【００５３】
１つの例示的な実施形態において、センサアセンブリホルダ２２０は、図１を参照しながら説明したように、画像センサ１２５の回転位置（たとえば、ピッチ、ヨー、および／またはロール）を、Ｘ、Ｙ、およびＺ方向における直線並進を最小限にまたは実質的にゼロにして、レンズアセンブリ１１０に対して調整するように構成されている、デバイス、または、デバイスの組合せを含む。いくつかの実施形態において、センサアセンブリ２２０は、レンズアセンブリ１１０の光軸を中心として画像センサ１２５を回転させるように構成されている回転プラットフォーム２２２と、レンズアセンブリ１１０に対する画像センサ１２５のピッチおよびヨーを調整するように構成されているゴニオメータ２２３とを含むことができる。回転プラットフォーム２２２の回転の中心は、レンズアセンブリの光軸と位置合わせされる回転中心点２２５に位置付けることができ、このとき、ピッチおよびヨー回転調整の中心が中心点２２５の周りにあるように、ゴニオメータ２２３を回転プラットフォーム２２２に取り付けることができる。いくつかの実施形態において、回転中心点２２５は、画像センサ１２５の感光面をこの点に位置付けることができるように、ゴニオメータ２２３の表面の上方にいくらかの距離のところにある。画像センサ１２５はこのとき、画像センサの感光面の中心が回転中心点２２５に位置するように、取り付けることができる。このように、画像センサアセンブリ１２０は、画像センサ１２５の感光面の中心をＸ、ＹおよびＺ直線並進方向のいずれにも動かすことなく、ロール、ピッチ、およびヨー方向に回転することができる。したがって、画像センサ１２５の位置合わせおよび／または位置を、レンズアセンブリ１１０によって画像センサ１２５の感光面上に投影される画像と位置合わせされるように調整し、回転することができる。たとえば、レンズアセンブリ１１０は、円形よりも矩形の形状の画像を投影することができる。この状況において、画像センサ１２５の最適な位置合わせは、レンズアセンブリ１１０によって投影される画像が、画像センサ１２５の感光面とより良好に位置合わせされるようなものであり得る。本明細書において記載されているセンサアセンブリホルダ２２０は１つの例示的な実施形態にすぎず、回転が１つの回転方向における縦揺れおよびピッチ回転方向に対するヨー方向の傾斜として記述することができるように、画像センサ１２５の感光面の中心を含む回転軸を旋回軸上に置くように構成されている２段アセンブリデバイスを、センサアセンブリホルダ２２０が含むことができる他の実施形態が可能である。
【００５４】
いくつかの実施形態において、回転調整プラットフォーム２２２は、回転中心点２２５も画像センサ１２５もＸ、Ｙ、およびＺ直線並進方向に動かすことなく、ピッチ、ヨー、および回転方向において回転中心点２２５を中心として画像センサ１２５の感光面を回転させるための手段を表すことができる。要素２２２および２２３によって表されるデバイスは、位置合わせすること、ならびに、ピッチ、ヨーおよびロール方向内の回転軸が同じ理想的な回転中心点２２５を通ることを保証することを困難にする許容誤差を有することが認識されよう。この理由で、回転中心点２２５は、ピッチ、ヨーおよびロール方向の軸が、Ｘ、ＹおよびＺ直線並進を最小限にまたは実質的にゼロにしながら所望の回転調整を達成するために可能な限り近い理想的な点を表す。
【００５５】
いくつかの実施形態において、センサアセンブリ１２０は、図１を参照して上述したように、フレックスケーブル１１９を通じてハードウェアインターフェースに電気的に接続することができる。ハードウェア電気インターフェースは、画像および／または画像のビデオストリームをキャプチャするように構成することができる。画像および／または画像のビデオストリームは、システム、たとえば、本明細書において開示されているシステムによって、レンズアセンブリホルダ２１０がレンズアセンブリ１１０を直線並進方向Ｘ、ＹおよびＺに動かすための運動方向を提供するために使用することができる。デバイス２００Ｂはまた、レンズアセンブリホルダ２１０の動きを作動するために使用される画像および／またはビデオストリームに基づいて、センサアセンブリホルダ２２０のピッチ、ヨーおよびロール回転運動をもたらすために使用することもできる。１つの例示的な実施形態が本明細書において詳細に提示されているが、並進方向ならびにピッチ、ヨーおよびロール回転方向における位置調整を促進するために、センサアセンブリ１２０をハードウェアインターフェースに電気的に接続するための他の手段が可能であり得る。たとえば、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）、ＷｉＦｉネットワークなどを介したワイヤレス接続など。
【００５６】
図２に示すように、位置合わせ装置２００Ａは、光源２９０を含む。いくつかの実施形態において、光源２９０は、コリメート光源であってもよい。たとえば、約５５０ｎｍであり得る波長を中心とした狭帯域光スペクトルを有する緑色レーザ源である。レーザ源から放出される光は、描画２００Ａに示すようにビーム２９０として投影される前にビームエキスパンダを通過することができる。レーザ源は本明細書においては、可視スペクトルにおけるある色の光を表す単一の波長を有するものとして表されているが、レーザ光源は、単一の波長を中心とした狭い範囲の波長を放出することができる。一実施形態において、光源２９０は、緑色に対応する波長を有する光を生成するコリメートレーザ光源であり、レンズアセンブリ１１０の光軸と位置合わせされる。一実施形態において、位置合わせ装置２００Ａは、光源２９０が位置合わせ光学素子２４０、レンズアセンブリ１１０を通過し、センサアセンブリ１２０の画像センサ１２５の感光面に入射し、それによって少なくとも１つの画像が生成されるように構成されている。画像は、光が位置合わせ光学素子２４０を通過する結果として、複数の位置合わせ特徴部を含むことができる。各位置合わせ特徴部は、図４Ｂを参照して下記により詳細に説明するように、そこから性能指標を決定することができる複数の区画を含むことができる。それゆえ、位置合わせ光学素子、光学系１００、および光源２９０は、ともにまたは個々にのいずれかで、複数の位置合わせ特徴部を有する画像を生成するための少なくとも１つの手段を表すことができる。
【００５７】
いくつかの実施形態において、取付け機構２５０は、描画２００Ａに示すように、レンズアセンブリ１１０をカバーガラス１２６に、または、直に画像センサ１２５の感光面に、これらの構成要素が撮像デバイス内で互いに対して固定されるように取り付けるように構成されている。いくつかの実施形態において、取付け機構２５０は、それらの互いに対する位置が同じままであるようにこれらの構成要素をともに永続的にまたは半永続的に固定することができ、それによって、素子を通る光の光路が安定する。それゆえ、取付け機構２５０は、センサアセンブリ１２０およびレンズアセンブリ１１０を取り付けるための１つの手段を表すことができる。
【００５８】
いくつかの実施形態において、取付け機構２５０は、一定量の接着液またはゲルを、レンズアセンブリ１１０の少なくとも１つの表面の一部、カバーガラス１２６が使用されることを条件とするとカバーガラスの一部分１２６、および／または、カバーガラス１２６が使用されない場合は画像センサ１２５の感光面の一部分に被着させるように構成されている制御可能なアームまたは機械であってもよい。たとえば、一定量の接着剤を有する画像センサ１２５の最も近くに位置付けられているレンズアセンブリ１１０のレンズＬ６の表面を、カバーガラス１２６または画像センサ１２５の感光面のいずれかと接触させることができる。いくつかの実施形態において、接着剤は、画像センサ１２５の感光面に接触する必要はない。その後、本明細書において開示されている方法およびシステムを利用して、レンズアセンブリ１１０および画像センサ１２５の感光面を最適に位置付けることができる。光学系が最適に位置付けられると、硬化エネルギー、たとえば、紫外線光源が接着剤に入射することができる。接着剤は、硬化エネルギーに反応し、それによって、レンズアセンブリ１１０および画像センサ１２５を硬化して、取り付けられるようにするように構成することができる。別の実施形態において、図６および図９に開示されている位置合わせプロセスを開始する前に、接着剤が光学系１００の少なくとも１つの表面に被着され、光学系１００が最適に位置合わせされた後に、接着剤が硬化される。別の実施形態において、位置合わせプロセス中にいつでも被着されてもよく、接着剤は、レンズアセンブリ１１０およびセンサアセンブリ１２０が最適に位置合わせされた後に硬化される。このように、本明細書において開示されている方法およびシステムは、光学系１００の構成要素を組み立てている間に、最適に位置合わせすることが可能である。
【００５９】
いくつかの実施形態において、取付け機構２５０は、後述するように、構成要素をどこに、および、いつ取り付けるかに関する命令をデバイス２００Ｂから受信する。たとえば、図５および図７に開示されている方法または方法の一部が完了した後、少なくとも１つのプロセッサが、少なくとも部分的に、焦点面に対する画像センサ１２５の感光面の位置からの入力および性能指標に基づいて、取付け機構２５０をトリガすることができる。それゆえ、取付け機構２５０は、画像センサ１２５へのレンズアセンブリ１１０の取付けをトリガするための入力パラメータを受信するための少なくとも１つの手段を表すことができる。
【００６０】
いくつかの実施形態において、デバイス２００Ｂは、装置２００Ａの一部として設計されてもよく、または、装置２００Ａが、デバイス２００Ｂの一部として設計されてもよい。デバイス２００Ｂは、携帯電話、タブレットコンピュータ、パーソナルコンピュータ、または、たとえば論理デバイスによって実行される１つもしくは複数のプロセッサによってソフトウェアもしくはオートマットソリューションを実装するための当該技術分野において知られている任意のデバイスであってもよく、または、その一部であってもよい。デバイス２００Ｂは、位置合わせ装置２００Ａに動作可能に接続されているプロセッサ２６０と、作業メモリ２８０と、記憶装置２８５と、ディスプレイ２７０とを含む。加えて、プロセッサ２６０は、メモリ２３０に接続されている。メモリ２３０は、デバイス２００Ｂの機能を実行するようにプロセッサ２６０を構成する命令を定義するデータ値を記憶するいくつかのモジュールを記憶する。メモリ２３０は、位置制御モジュール２３１と、キャプチャ制御モジュール２３２と、特徴部決定モジュール２３３と、性能決定モジュール２３４と、最適化モジュール２３５とを含む。いくつかの実施形態は、複数のプロセッサを含んでもよい。
【００６１】
例示的な実施形態において、光源２９０からの光がレンズアセンブリ１１０に入り、完全に平坦であってもよく、または、完全に平坦ではなくてもよい画像空間内の領域に合焦される。１つのプロセスは、たとえば、レンズアセンブリ１１０のＸ、ＹおよびＺ直線並進位置を画像センサ１２５の感光面の上方に動かすことであり、このプロセスにおいて、Ｚ方向における運動が画像センサ１２５から外方にまたは画像センサ１２５に向けてレンズアセンブリを動かし、互いに対して直交し得るＸおよびＹの直線方向を使用して、画像センサ１２５の感光面の中心の周りでレンズアセンブリ１１０を最適に位置付けることができる。一態様では、画像センサ１２５は、電荷結合素子を利用する。別の態様では、画像センサ１２５は、ＣＭＯＳまたはＣＣＤセンサのいずれかを利用する。
【００６２】
ディスプレイ２７０は、レンズアセンブリ１１０およびセンサアセンブリ１２０を介してキャプチャされた画像およびフレームを表示するように構成されており、また、デバイス２００Ｂの構成機能を実施するために利用されてもよい。一実施形態において、ディスプレイ２７０は、センサアセンブリ１２０およびレンズアセンブリ１１０によってキャプチャされる１つまたは複数の画像を表示するように構成することができる。
【００６３】
作業メモリ２８０は、デバイス２００Ｂの動作中に動的に生成されるデータを記憶するために、プロセッサ２６０によって利用されてもよい。たとえば、（上記で考察した）メモリ２３０に記憶されたモジュールのいずれかからの命令は、プロセッサ２６０によって実行されたとき、作業メモリ２８０に記憶されてもよい。作業メモリ２８０はまた、プロセッサ２６０上で実行されるプログラムによって利用されるスタックまたはヒープデータなどの、動的ランタイムデータを記憶してもよい。記憶装置２８５は、デバイス２００Ｂによって生成されるデータを記憶するために利用されてもよい。たとえば、光学系１００を介してキャプチャされた画像が、記憶装置２８５に記憶されてもよい。
【００６４】
位置合わせ装置２００Ａは、入力を受信し、少なくとも部分的に、プロセッサ２６０を構成するメモリ２３０の少なくとも１つのモジュールからの命令に基づいて、デバイス２００Ｂからの命令を制御するように構成することができる。プロセッサ２６０は、上述したように、レンズアセンブリホルダ２１０および／またはセンサアセンブリホルダ２２０のうちの少なくとも一方をトリガするコマンドを発行することができる。それゆえ、位置合わせ装置２００Ａは、レンズアセンブリ１１０に対するセンサアセンブリ１２０の位置を調整するための入力パラメータを受信するための少なくとも１つの手段を表すことができる。
【００６５】
メモリ２３０は、コンピュータ可読媒体と考えることができ、いくつかのモジュールを記憶する。モジュールは、プロセッサ２６０のための命令を定義するデータ値を記憶する。これらの命令は、デバイス２００Ｂの機能を実行するようにプロセッサ２６０を構成する。たとえば、いくつかの態様では、メモリ２３０は、以下で説明し、図５および図７に示すような、方法５００および／もしくは７００またはその一部をプロセッサ２６０に実行させる命令を記憶するように構成されてもよい。図示の実施形態において、メモリ２３０は、位置制御モジュール２３１と、キャプチャ制御モジュール２３２と、特徴部決定モジュール２３３と、性能決定モジュール２３４と、最適化モジュール２３５とを含む。
【００６６】
位置制御モジュール２３１は、センサアセンブリホルダ２２０および／またはレンズアセンブリホルダ２１０を動かすためのコマンドを位置合わせ装置２００Ａに送信するように、プロセッサ２６０を構成する命令を含む。位置制御モジュール２３１内の命令は、レンズアセンブリ１１０に対するセンサアセンブリ１２０の位置の調整を実行するようにプロセッサ２６０を構成することができる。別の実施形態において、位置制御モジュール２３１は、センサアセンブリ１２０および／またはレンズアセンブリ１１０の調整または運動を実行するためのコマンドを装置２００Ａに発行するプロセッサ２６０に、光学系位置合わせ情報を送ることができる。それゆえ、位置制御モジュール２３１は、組み立て中に光学系の位置合わせを調整するための１つの手段を表すことができる。別の実施形態において、位置制御モジュール２３１内の命令は、現在の光学系構成を、他の入力パラメータとともに、最適化モジュール２３５に送ることができる。それゆえ、位置制御モジュール２３１内の命令は、現在の光学系１００位置合わせおよび目標光学系１００位置合わせを決定するための１つの手段を表すことができる。最適化モジュール２３５内の命令は、位置入力パラメータを受信する１つの手段を表すことができる。
【００６７】
キャプチャ制御モジュール２３２内の命令は、少なくとも部分的に、レンズアセンブリ１１０およびセンサアセンブリ１２０内へと方向付けられている光源２９０からの光に基づいて、画像をキャプチャするようにプロセッサ２６０を構成する命令を含むことができる。たとえば、キャプチャ制御モジュール２３２は、位置合わせ光学素子２４０、レンズアセンブリ１１０を通過しており、センサアセンブリ１２０の画像センサ１２５の感光面に入射する現在の画像をキャプチャするように、プロセッサ２６０を構成するためのサブルーチンを呼び出す命令を含むことができる。いくつかの実施形態において、キャプチャされた画像は、ユーザによる処理または検査のために、ディスプレイ２７０上に表示することができる。他の実施形態において、キャプチャされた画像は、少なくとも部分的にメモリ２３０の１つまたは複数のモジュールに基づく、プロセッサ２６０による取り出しおよび処理のために、作業メモリ２８０および／または記憶装置２８５内に記憶することができる。それゆえ、キャプチャ制御モジュール２３２は、画像をキャプチャするための１つの手段を表すことができる。いくつかの実施形態において、キャプチャ制御モジュール２３２は、位置制御モジュール２３１から、センサアセンブリ１２０および／またはレンズアセンブリ１１０の運動の完了を示す入力を受信することができる。
【００６８】
特徴部決定モジュール２３３内の命令は、キャプチャされた画像内に描写されている位置合わせ特徴部を解像するように、プロセッサ２６０を構成する命令を含むことができる。たとえば、特徴部決定モジュール２３３は、画像内に含まれる位置合わせ特徴部の数を決定するように、プロセッサ２６０を構成するための命令を含むことができる。いくつかの実施形態において、特徴部決定モジュール２３３は、位置合わせ特徴部の区画を解像するように、プロセッサ２６０を構成するための命令を含むことができる。たとえば、図４Ｂを参照してより詳細に説明するように、特徴部決定モジュール２３３内の命令は、各位置合わせ特徴部の小さいほぼ直線の区画を構築するように、プロセッサ２６０を構成することができる。区画は、各画素によって受け取られる光のレベルが、位置合わせ特徴部に起因して、暗い値から明るい値へと漸進的に増大するように、複数の画素をカバーするように構成される。それゆえ、特徴部決定モジュール２３３は、位置合わせ特徴部を解像し、特徴部の数を決定し、各位置合わせ特徴部の区画を識別する１つの手段を表すことができる。いくつかの実施形態において、特徴部決定モジュール２３３は、区画に関する情報を性能決定モジュール２３４に送信することができる。それゆえ、性能決定モジュール２３４は、位置合わせ特徴部の点に関連する情報を受信するための１つの手段を表すことができる。
【００６９】
性能決定モジュール２３４内の命令は、少なくとも部分的に、少なくとも１つの位置合わせ特徴部の区画に関連する情報に基づいて性能指標を測定するように、プロセッサ２６０を構成する命令を含むことができる。いくつかの実施形態において、性能指標は、図６Ａおよび図６Ｂに示すような、解像された位置合わせ特徴部の各区画に基づく少なくとも１つのシャープネス値によって表すことができる。シャープネス値は、光学アセンブリ１１０と画像センサ１２５のセンサ面との間の焦点位置合わせの品質に関連することができ、それによって、より高いシャープネス値は、光学系が最適な位置合わせにより近いことを表すことができる。たとえば、性能は、図４Ｂを参照して後述するように、傾斜エッジＭＴＦ測定、ＰＳＦ、ＬＳＦ、または、光学系の性能を表現する他の直接的もしくは間接的な方法と同様であるシャープネス決定に基づいてもよい。いくつかの実施形態において、シャープネス値は、位置合わせ特徴部の区画に沿った各画素の検出光レベル読み値に基づいて決定される。平均の光レベルが暗い値から明るい値へと漸進的に増大する場合、当業者は、ＭＴＦ（たとえば、一般的な傾斜エッジＭＴＦ測定方法）を計算するのと同様にシャープネス値を決定することができる。実際の計算は、実際の傾斜エッジ方法が生成し得るＭＴＦ値をもたらさなくてもよく、その結果は、傾斜エッジＭＴＦ測定が同様の条件下でもたらすものと同様に増大または低減するシャープネス値を表すことができる。それゆえ、性能決定モジュール２３４は、少なくとも部分的に、所与の位置合わせ特徴部の区画に基づいて、光学系位置合わせの性能を決定するための１つの手段を表すことができる。いくつかの実施形態において、性能決定モジュール２３４は、各点における光学系１００の性能に関連する情報を、特徴部決定モジュール２３３を介して最適化モジュール２３５に送信することができる。
【００７０】
最適化モジュール２３５内の命令は、光学系１００の位置合わせを最適化するように、プロセッサ２６０を構成する命令を含むことができる。いくつかの実施形態において、最適化モジュール２３５は、キャプチャ制御モジュール２３２、特徴部決定モジュール２３３、および／または性能決定モジュール２３４から、各点の性能に関連する情報を受け入れることができる。キャプチャされた画像の各点における現在の性能に基づいて、最適化モジュール２３５は、光学系１００を最適に位置合わせするなどのために、レンズアセンブリ１１０に対してセンサアセンブリ１２０に適用するための並進および回転調整を推定することができる。たとえば、いくつかの態様では、最適化モジュール２３５は、以下で説明し、図５および図７に示すような、方法５００および／もしくは７００またはその一部と同様の最適化ルーチンを実施するようにプロセッサ２６０を構成するための命令を含むことができる。それゆえ、最適化モジュール２３５は、光学系１００に適用するための調整量を決定する１つの手段を表すことができる。いくつかの実施形態において、最適化モジュール２３５は、位置制御モジュール２３１に調整を送信することができ、位置制御モジュール２３１はその後、装置２００Ａがセンサアセンブリ１２０および／またはレンズアセンブリ１１０を動かすのをトリガするように、プロセッサ２６０を構成するための命令を発行することができる。
【００７１】
図３Ａおよび図３Ｂは、一実施形態による、入射光を複数の位置合わせ特徴部に分割するように構成されている位置合わせ光学素子を示す。いくつかの実施形態において、使用される位置合わせ光学素子は、アキシコン、たとえば、図３Ａおよび図３Ｂに示すもののような平坦な上面を有するマルチゾーンアキシコンであってもよい。例示的な実施形態において、位置合わせ光学素子２４０は、光源２９０からの光を位置合わせ特徴部に分割するように構成されている。位置合わせ光学素子２４０によって生成される位置合わせ特徴部は、画像センサ１２５に入射し、後述するような最適な光学系構成の決定に使用するための画像内にキャプチャされる。たとえば、図３Ａおよび図３Ｂに示すアキシコン３００のような、アキシコンレンズを使用することによって、図４Ａおよび図４Ｂに示し、下記により詳細に説明するように、コリメート光線２９０を複数の同心リング４２０〜４５０に分割することができる。一実施形態において、アキシコン３００は、図４Ａおよび図４Ｂを参照して後述する原理に従って、コリメート緑色レーザ光源を４つの同心リングに分割する。
【００７２】
図３Ａおよび図３Ｂは、装置２００Ａにおいて位置合わせ光学素子２４０として使用することができるアキシコン３００の２つの図である。図３Ａおよび図３Ｂに示すアキシコン３００は、平坦な上面３１０と、面３１０と平行である平坦な基部３７２と、基部３７２および円錐領域面３６０に接続する側壁３７０を含む複数の円錐領域３２０〜３６０とを有するマルチゾーンアキシコンフラットトップレンズである。平坦面３７２は、アキシコン光軸３０７に垂直である。
【００７３】
アキシコンレンズの例示的な実施形態において、アキシコン３００は、４ｍｍの高さ３８０、１２．５ｍｍの基部直径３６０、１．６ｍｍの平坦上部直径３１０を有するものとして設計される。平坦な上面３１０は、基部３７２に平行な面３０５と一致する平坦な表面である。面３０５は、図３Ｂにおいて破線として表されている。アキシコンレンズ３００は、面３０５に垂直である光軸３０７を有する。平坦な上面３１０は、アキシコンレンズ光軸３０７を中心とする０．８ｍｍの半径を有し、光軸３０７に垂直である。第１のアキシコン面３２０は、面３０５に対して１０度の角度で傾斜しており、光軸３０７から０．８ｍｍの半径にある平坦な上面３１０と、光軸３０７から１．６ｍｍの半径を有し、光軸３０７に対して平行である円筒面（図示せず）との間の交差する接線によって包含される。第２のアキシコン面３３０は、面３０５に対して１５度の角度で傾斜しており、光軸から１．６ｍｍの半径にある第１のアキシコン面３２０と、光軸３０７に対して平行な円筒面（図示せず）との間の交差する接線によって包含され、光軸３０７から２．４ｍｍの半径を有する。第３のアキシコン面３４０は、面３０５に対して２０度の角度で傾斜しており、光軸から２．４ｍｍの半径にある第２のアキシコン面３３０と、光軸３０７に対して平行である円筒面（図示せず）との間の交差する接線によって包含され、光軸３０７から３．４ｍｍの半径を有する。第４のアキシコン面３５０は、面３０５に対して２５度の角度で傾斜しており、光軸から３．４ｍｍの半径にある第３のアキシコン面３４０と、光軸３０７と平行である円筒面（図示せず）との間の交差する接線によって包含され、光軸３０７から４．６ｍｍの半径を有する。第５のアキシコン面３６０は、面３０５に対して３５度の角度で傾斜しており、光軸から４．６ｍｍの半径にある第４のアキシコン面３５０と、光軸３０７と平行である、図３Ｂに示すような側壁３７０との間の交差する接線によって包含され、光軸３０７から６．２５ｍｍの半径を有する。
【００７４】
図４Ａ〜図４Ｃは、光がアキシコンレンズ３００、レンズアセンブリ１１０、およびセンサアセンブリ１２０を通過するときに、光源２９０からのコリメート光線からもたらされる位置合わせ特徴部を示す。図４Ａは、アキシコンレンズ３００、レンズアセンブリ１１０、センサアセンブリ１２０を通り、画像センサ１２５に入射する光の経路を追跡するシミュレートされた光線追跡図を示す。図４Ａに示すように、レンズアセンブリ１１０、センサアセンブリ１２０、および画像センサ１２５の像面の光軸は、この実施形態において、それらの要素が光軸３０７に沿って位置付けられるほぼ同じ光軸を有するように、十分に平行であり、光軸３０７と一致する。シミュレーション結果は、光線追跡ソフトウェア（たとえば、Ｚｅｍａｘ（商標）ＳＷ）によって得ることができる。
【００７５】
いくつかの実施形態において、光源２９０は、ヘリウム−ネオン緑色レーザ源である。光源２９０が緑色レーザ源であるとき、図４Ａ〜図４Ｃは、アキシコンレンズ３００を通過する前にビームエキスパンダ（図示せず）を通過するものとして、光源２９０を示す。ビームエキスパンダは、アキシコンレンズ３００の光軸３０７に実質的に平行で一致する中心軸を有する、直径が約１１．４〜１１．８ｍｍになるコリメートビームになるようにレーザビームを拡張するように構成することができる。いくつかの実施形態において、光軸３０７からのビームの半径は、５．９ｍｍよりもわずかに小さく、５．７ｍｍよりも大きい。光源２９０からの光は、光源２９０の緑色レーザ源の平均波長を中心として約１ナノメートル以内の波長を有するコヒーレント光線を含む。いくつかの実施形態において、ヘリウム−ネオン緑色レーザ源の平均波長は約５４３ｎｍである。
【００７６】
いくつかの実施形態において、アキシコンレンズ３００を構成する材料は、アキシコンレンズ３００のいずれか１つの表面（たとえば、平坦な上面３１０、基部３７２、またはアキシコン面３１０、３２０、３３０、３４０、３５０、３６０）に入射する光線が、少なくとも光線がレンズアセンブリ１１０によって操作されるまで、同じ表面に入射する他の光線と実質的に平行なままであるような、適切な屈折率を有するように選択される。たとえば、第４のアキシコン面３５０に入射する光線は、アキシコンレンズ３００を通じて進行し、基部３７２を介してアキシコンレンズ３００から出射するときに、互いに実質的に平行なままである光線群４５０ａを生成する。基部３７２から出射するとき、光線群４５０ａは、レンズアセンブリ１１０に入射するまで実質的に平行なままである。光線群４５０ａは、レンズアセンブリ１１０を通じて進行し、点４５０ｃにおいて画像センサ１２５に合焦し、これによって、図４Ｂに示すように、位置合わせ特徴部すなわち同心リング４５０ｂを形成する。このように、光線群４５０ａは、画像形成面（たとえば、画像センサ１２５）に垂直な光軸３０７を中心とした細い円形の線を有する黒色標的から放出される光線群と同様に見える。画像形成面は、光学的な幾何学的歪みがなければ、光線群４５０ａが画像センサ１２５の感光面上に細い円形の線を生成するように十分に離れている。
【００７７】
同様に、本明細書において説明されている実施形態において、光線群４４０ａ、４３０ａおよび４２０ａは、それぞれアキシコン面３４０、３３０および３２０に入射し、光学的な幾何学的歪みがなければ、画像センサ１２５の感光面上に細い円形の線を生成する。細い円形の線の組合せは、図４Ｂにおいてそれぞれ線４５０ｂ、４４０ｂ、４３０ｂおよび４２０ｂとして示されているような、光線群４５０ａ、４４０ａ、４３０ａ、および４２０ａによって画像センサ１２５のセンサ面上に生成される同心リングを生成することができる。図４Ｂの例示的な実施例に示すように、同心リング４５０ｂは、画像センサ１２５上に投影される画像の直径が、画像センサ１２５の幅の中には収まるが、画像センサ１２５の矩形高さよりも大きくなる結果として、部分円に見える。
【００７８】
中心点４１０ｂは、アキシコンレンズ３００上の平坦な上面３１０に入射し、光線群４１０ａとして基部面３７２から空気中へと出射する中央の平行な光線群４１０ａから形成され得る。光線群４１０ａは、標的上の円形の線と同じ黒色標的上の光の点から来るように見えるように、群４１０ａ内の各光線と実質的に平行である。光線群４１０ａは、光学レンズアセンブリ１１０を通過し、光軸３０７が画像センサ１２５の感光面と交差するところで点を形成することができる。
【００７９】
図４Ｄは、図４Ａの光線追跡図からもたらされる、画像センサ１２５にわたって測定される光の強度を示す例示的なグラフである。本明細書において示されている実施形態において、画像センサ１２５にわたる光の強度は、アキシコンレンズ３００、光学レンズアセンブリ１１０、および画像センサ１２５を有するセンサアセンブリ１２０を使用して、図４Ａに示す光学系を撮像する結果としてもたらされる。この実施形態において、各構成要素の光学面は、空気に浸漬されているか、または、真空化されており、図４Ａを参照しながら上述したように、光源２９０からの光がアキシコンレンズ３００に入射する。
【００８０】
図４Ｂおよび図４Ｃはまた、位置合わせ特徴部のシャープネス値を決定する例示的な方法を示している。図４Ｃは、画像センサ１２５によって検出される同心リング４４０ｂおよび４５０ｂの例示的な表現を示す図４Ｂの拡大図である。以下の論述は、同心リング４４０ｂおよび４５０ｂを参照するが、本明細書において説明されている態様は、図４Ａ〜図４Ｃにおいて表されているものだけでなく、すべての位置合わせ特徴部に実質的に同様に適用されることが理解されよう。図４Ｃに示すように、同心リング４４０ｂおよび４５０ｂは、同心リング４４０ｂ、４５０ｂに沿った漸進的な強度の増減を有するものとして表されている。図４Ｃに示すように、同心リング４４０ｂおよび４５０ｂは、複数の隣接する正方形のボックスから構成されるものとして示されており、階調レベルは各ボックスにわたって異なる。各正方形ボックスは、その画素に入射する光に基づく光強度レベルに対応する検出値を有する画像センサ１２５の画素を表す。検出値は、ＣＣＤセンサ、ＣＭＯＳセンサ、または、入射光に基づいて画像を生成するための複数の画素を備える任意の画像センサに使用される方法のように、サンプリングおよび読み取りプロセス中に画像センサ１２５からサンプリングすることができる。さらに、グレースケールレベルが暗くなるほど、これは、より明るい階調の正方形ボックスと比較して、画素上に投影される光強度のレベルがより大きくなることを示している。
【００８１】
いくつかの実施形態において、画像センサは単色であり、図４Ｃに示す画素は、画像センサ上の物理的に隣接する画素であってもよい。他の実施形態において、画像センサは、Ｒｅｄ、Ｇｒｅｅｎ−ｒｅｄ、Ｂｌｕｅ、およびＧｒｅｅｎ−ｂｌｕｅ色の画素（たとえば、Ｒ、Ｇｒ、ＢおよびＧｂ色の画素）から構成されるベイヤカラーパターンを含んでもよい。この事例において、画素のサブサンプルを分析することができ、サブサンプルは、４つの色平面を含み、各平面は共通の色を有する。たとえば、色Ｒｅｄおよび各Ｒｅｄ画素は、隣接するＲｅｄ画素に対する相対位置が、画像センサ１２５のベイヤＲ、Ｇｒ、ＢおよびＧｂ色配列内のものと同じままである。緑色レーザ光源２９０を有する図４Ａに示す実施形態において、２つの緑色平面ＧｒまたはＧｂのうちの１つを使用することが有益であり得る。本明細書において説明されている方法およびシステムを実施すれば、ＧｒとＧｂの両方を使用することが可能である。下記の方法およびシステムは、ベイヤセンサを使用する場合、２つの色平面ＧｒまたはＧｂのうちの一方を使用する。同じ原理、方法およびシステムを使用して、両方の緑色チャネルＧｒおよびＧｂを含むことができる。
【００８２】
いくつかの実施形態において、サブサンプル画素出力およびベイヤ配列は、ＧｒまたはＧｂまたはＲまたはＢのような色平面を表すように構成することができる。１つの共通の色平面の画素を形成するために画素をサブサンプリングすることが可能であり得るより多いまたはより少ない色平面があり得る、他の色パターンを使用する他の実施形態が可能であり得る。また他の実施形態において、色パターンは、たとえば、白色画素を含む共通の色の色平面を形成するように構成されている、白色画素または黄色画素または使用可能にされる他の異なる色を有する色パターンが想定され得る。
【００８３】
下記に詳述するいくつかの実施形態において、水平行および垂直列から構成される矩形格子パターンに位置付けられている例示的な正方形画素を利用する方法およびシステムが想定され得る。本明細書において説明されている方法およびシステムを使用するために、画素が正方形である必要はなく、画素が本明細書において使用されているものと同じように配列される必要もない。
【００８４】
例示的な実施形態において、光学系の空間周波数応答（「ＳＦＲ」）の測定に傾斜エッジ手法を使用することに基づく方法を使用して、線形セグメントに沿ったシャープネス測定値を決定することができる。傾斜エッジ方法は、画像センサ上に画像形成される白色標的上の黒色バーの画像を含む。この黒色バーは、傾斜エッジ手法を使用してＳＦＲを測定するように適合されている方法を使用して測定することができる。画像センサ面上の黒色バーの画像形成されるエッジの周囲に、たとえば、５つよりも多い、暗い画像形成される画素、および、５つよりも多い白色画素がある場合に、黒色バーは、十分に大きい幅および十分に大きいより白色の面積を有すると考えることができる。
【００８５】
本明細書において開示されている方法およびシステムにおいて、同様の方法を使用することができる。たとえば、シャープネス測定値は、図１に示す光学アセンブリ１１０および画像センサアセンブリ１２０のような光学系のＳＦＲを測定するための傾斜エッジ方法に基づいて、円形の線４２０ｂ、４３０ｂ、４４０ｂおよび４５０ｂの線形セグメントに沿って決定することができる。システムのＳＦＲ応答を測定するための正確な方法は可能でない場合があるが、傾斜エッジ手法によってＳＦＲ応答を計算するために使用される同じ方法を図４Ｃの同心リングに適合させることが可能である。図４Ｃは、光強度が増大されており、その後光強度が低減している複数の画素を含む線４４１ｃを示す。図４Ｂおよび図４Ｃを参照しながら上述したように、画像センサの画素に投影される光の強度は、図４Ｂおよび図４Ｃに示すように、各画素の表現が暗くなるにつれて増大する。たとえ測定が円形リングの所与のセグメントにおいてシステムの正確なＳＦＲをもたらし得ないとしても、同心リングの鮮鋭さを示すシャープネスまたは性能指標を決定することができる。このように、線４４１ｃについて示されているもののような選択セグメントを使用することができ、シャープネス値は、傾斜エッジ方法を使用してＳＦＲを計算するための方法および原理を使用して決定することができる。画像センサ１２５のような画像センサの感光面にわたって均一なシャープネス測定値を得るためには、画像センサの感光面全体を通じて、線４４１ｃのような均一なセグメントセット（たとえば、同心リングを通じて位置付けられる複数の線セグメント）を使用すべきである。その後、図５を参照しながら後述するプロセスを使用して、光学アセンブリ１１０が画像センサ１２５と位置合わせされている間に、画像センサ１２５にわたってシャープネス値を最適化することができる。線４４１ｃのような各セグメントに沿ったシャープネス値は、図２を参照して説明したような性能決定モジュール２３４によって決定することができる。
【００８６】
図５は、光学系１００の組み立て中に、レンズアセンブリ１１０と画像センサ１２５の像面とを能動的に位置合わせするためのプロセスの流れ図である。プロセス５００は、図２に示すような、位置合わせ装置２００Ａによって、独立してまたはデータ処理デバイス２００Ｂと組み合わせてのいずれかで実施することができる。いくつかの実施形態において、レンズアセンブリ１１０とセンサアセンブリ１２０内の画像センサ１２５の像面とを能動的に位置合わせする方法は、メモリ２３０のモジュールのいずれか１つと通信する位置合わせ装置２００Ａによって実施することができる。方法は、メモリ２３０によってソフトウェアソリューションとして実施することができ、または、データ処理デバイス２００Ｂ、たとえば、プロセッサ２６０内の論理デバイスによって実行される１つまたは複数のプロセッサによって他の場所で実施することができる。
【００８７】
プロセス５００は開始ブロックにおいて開始し、その後、ブロック５１０に移動し、システムがレンズアセンブリの焦点面付近にセンサアセンブリを位置付ける。いくつかの実施形態において、センサアセンブリは、レンズアセンブリ１１０の焦点面に位置付けられる画像センサ１２５を有するセンサアセンブリ１２０であってもよい。いくつかの実施形態において、センサアセンブリは、センサカバーガラス１２２を含んでもよく、または、含まなくてもよい。例示的な実施形態において、センサアセンブリは、概ね焦点面に位置付けられ、それによって、後続の調整に依拠して組み立て中に光学系１００の構成が精密に調節される。位置制御モジュール２３１内に含まれる命令は、装置２００Ａがセンサアセンブリ１２０および／またはレンズアセンブリ１１０を動かすのをトリガするようにプロセッサ２６０を構成することができ、それによって、センサアセンブリ１２０が光軸１１６上で、レンズアセンブリ１１０の焦点面１１８において概ね中心合わせされる。別の実施形態において、プロセッサ２６０は、レンズアセンブリホルダ２１０および／またはセンサアセンブリホルダ２２０がそれぞれレンズアセンブリ１１０および／またはセンサアセンブリ１２０を動かすためのコマンドを発行することができる。
【００８８】
なお別の実施形態において、装置２００Ａおよびデバイス２００Ｂのユーザが、近似の位置合わせにおいてセンサアセンブリ１２０およびレンズアセンブリ１１０を手動で位置付けてもよい。この実施形態において、ユーザは、構成要素を、それらのそれぞれのホルダ内に配置し、その後、センサアセンブリ１２０を、回転調整器２２２の表面上に取り付けることができる。同様に、ユーザは、カプラ２１６を介してレンズホルダ２１０内にレンズアセンブリを配置し、確実にフィットさせることができる。
【００８９】
センサアセンブリがレンズアセンブリに対して位置付けられた後、プロセス５００はブロック５２０に移動する。ブロック５２０において、プロセス５００は、位置合わせ光学素子およびレンズアセンブリを通じてセンサアセンブリ上へと光を方向付ける。たとえば、光源２９０からの光が、レンズアセンブリ１１０の光軸に沿って、レンズホルダ２１０によって保持されている位置合わせ光学素子２４０を通過する。光源２９０からの光はその後、レンズアセンブリ１１０を介して、画像センサ１２５の感光面上に最適に位置付けることができない薄い三次元容積内で、焦点面上に合焦される。この実施形態例において、図５に示すプロセスは、画像センサ１２５の感光面の三次元容積内で最良の焦点面を漸進的に位置合わせするように意図されている。いくつかの実施形態において、位置合わせ光学素子は、図３Ａ〜図４Ｄを参照して上述したような、マルチゾーンアキシコンフラットトップレンズと実質的に同様である。
【００９０】
センサアセンブリ１２０上へと光が方向付けられた後、プロセス５００をブロック５２５へと継続し、センサアセンブリ１２０がレンズアセンブリ１１０に対して並進方向ＸおよびＹにおいて動かされる。いくつかの実施形態において、センサアセンブリ１２０は、画像センサ１２５の感光面がレンズアセンブリ１１０の光軸１１６とほぼ中心合わせされるように動かすことができる。画像センサ１２５の感光面を中心合わせするためのプロセスは、図９を参照しながら下記にさらに詳述する。
【００９１】
ブロック５２５のＸおよびＹ並進位置合わせが完了した後、プロセスはブロック５３０に移動し、画像センサに光が入射する結果として少なくとも１つの画像が生成され、画像は、位置合わせ光学素子に起因して複数の位置合わせ特徴部を有する。画像は、キャプチャ制御モジュールによってキャプチャされ、ディスプレイ２７０上に表示される静止画像またはビデオであってもよい。画像は、位置合わせ光学素子２４０およびレンズアセンブリ１１０を通過した、センサアセンブリ１２０に入射する光に基づき得る。
【００９２】
画像は、位置合わせ光学素子を通過する光に基づく複数の位置合わせ特徴部を含む。いくつかの実施形態において、位置合わせ光学素子は、図３Ａおよび図３Ｂを参照して上述したアキシコン３００と実質的に同様である。アキシコン３００は、図４Ａ〜図４Ｄを参照して上述したように、複数の同心円またはリングに光を分割することができる。いくつかの実施形態において、アキシコン３００は、１つの最内リングおよび複数の外側リングを有する４つの同心リングに光を分割する。各リングは、性能指標を測定することができる位置合わせ特徴部に沿った位置を表す、無限数の区画から構成され得る。プロセス５００は、そこから性能測定が行われることになる、各位置合わせ特徴部の区画のサブセットを選択することができる。いくつかの実施形態において、特徴部決定モジュール２３３内に含まれている命令が、画像の複数の位置合わせ特徴部を解像し、少なくとも部分的に、キャプチャ制御モジュール２３２からの命令に起因してキャプチャされる画像に基づいて区画を決定するように、プロセッサ２６０を構成することができる。
【００９３】
位置合わせ特徴部が解像された後、プロセス５００をブロック５４０へと継続し、ブロック５３０において決定された測定区画の各々に対応する性能指標が測定される。少なくとも１つの性能指標は、図４Ｂ〜図４Ｄを参照して上述したように、性能決定モジュール２３４によって決定することができる。一実施形態において、性能指標は、レンズアセンブリの薄い三次元焦点面に対するセンサアセンブリの位置を示す、位置合わせ特徴部の区画の各々のシャープネス値である。シャープネス値は、ＬＳＦ、ＰＳＦ、ＳＦＲ、ＭＴＦ、または、同様の概念を表す他の直接的もしくは間接的な方法に基づいてもよく、図４Ｂ〜図４Ｄを参照して本明細書において上記で説明されているものと同様に計算されてもよい。
【００９４】
各点の性能が決定された後、プロセス５００はブロック５５０へと継続し、位置センサアセンブリが、最適化アルゴリズムによって少なくとも１つの性能指標に基づいて調整される。最適化モジュール２３５内に含まれる命令は、センサアセンブリ１２０およびレンズアセンブリ１１０の位置合わせ調整を決定するように、プロセッサ２６０を構成することができる。位置合わせ調整は、各測定区画の性能指標を最大化および平衡するように構成することができる。性能指標最適化の例示的な実施例は図６Ａ〜図６Ｂに示されており、下記により詳細に説明する。
【００９５】
いくつかの実施形態において、光軸１１６にほぼ垂直である並進位置ＸおよびＹは、光軸１１６が画像センサ１２５の像面の中心と、またはその逆に中心合わせされるように調整することができる。一実施形態において、レンズアセンブリの光軸１１６に対するセンサアセンブリの並進位置ＸおよびＹは、同心リングに基づく中心点４１０ｂおよび／または計算される中心の中心合わせに基づき得る。
【００９６】
別の実施形態において、焦点面に対するレンズアセンブリ１１０の光軸１１６に沿ったＺ方向における並進位置は、最内リングの少なくとも１つの区画の性能（たとえば、シャープネス）の最大化に基づき得る。たとえば、最適化モジュール２３５は、性能決定モジュール２３４から性能情報を受信し、最内リングの性能指標に基づいて、モジュール２３４からモジュール２３５へと性能指標情報を前もって提供するために使用される位置合わせ特徴部の同じ区画の性能指標を増大させるために、Ｚ並進移動を推定することができる。このプロセスは、最適なＺ位置が発見されたとモジュール２３５内の最適化アルゴリズムが判定するまで繰り返すことができる。
【００９７】
別の実施形態において、レンズアセンブリの焦点面に対するセンサの回転位置（たとえば、ピッチ、ヨー、およびロール）は、図６Ａおよび図６Ｂを参照して示すような、単一の位置合わせ特徴部の性能の平衡に基づき得る。たとえば、最適化モジュール２３５は、性能決定モジュール２３４から所与の位置合わせ特徴部（たとえば、図４の同心リング４２０ｂ、４３０ｂ、４４０ｂおよび４５０ｂ）のすべての区画のシャープネス値を受信することができる。最適化モジュール２３５はその後、性能決定モジュール２３４から以前に得られているシャープネス値を使用して、画像センサ１２５の感光面全体にわたってシャープネス値を増大および／または最適化することができる回転および並進調整を推定することができる。これらの調整は、少なくとも、並進Ｚ方向ならびに回転方向（ピッチ、ヨーおよびロール）に適用することができる。このプロセスは、最適化モジュール２３５が並進Ｚ位置ならびに回転位置（ピッチ、ヨーおよびロール）の最適な位置を決定するまで繰り返すことができる。これらの最適化位置は、その後、プロセッサ２６０に提供することができ、プロセッサ２６０は、最適化モジュール２３５から受信される命令に基づいて、最適なピッチ、ヨーおよびロール位置とともに、中心ＸおよびＹ位置および最適なＺ位置内に画像センサ１２５の感光面を位置付けるように構成することができる。いくつかの実施形態において、取付け機構２５０をその後、メモリ２４０からの命令に基づいて、レンズアセンブリ１１０をセンサアセンブリ１２０に、それら両方が最適な位置に保持されている間に、固定するように制御または指示することができる。
【００９８】
別の実施形態において、レンズアセンブリの焦点面に対する並進方向Ｚおよび回転位置（ピッチ、ヨーおよびロール）は、画像全体のすべての点、たとえば、すべての位置合わせ特徴部の性能の平衡に基づくことができる。平衡は、単一の位置合わせ特徴部内のすべての点の平衡と実質的に同様に実施することができる。しかしながら、異なる位置合わせ特徴部のシャープネス値に追加の重み付けが適用されてもよく、たとえば、最外リングは、その特定の同心リングに関連する傾斜を調整するために最も大きい重みを与えられてもよい。
【００９９】
本明細書において提示されている実施形態は、本明細書において記載されている最適化アルゴリズムまたはルーチンの特定の実施形態に限定されないことも認識されるべきである。実施形態は、そのようなシステムを設計するのに使用され得るシステムのファクタまたは態様、ならびに、本明細書において記載されているシステムの利点、属性および要求を指摘するように意図されている。
【０１００】
センサアセンブリの位置が調整された後、プロセス５００は決定ブロック５６０へと継続する。決定ブロック５６０において、センサアセンブリおよびレンズアセンブリの最適な位置合わせが達成されているか否か、または、システムが何らかのブレークポイントに達しているか否かについて決定が行われる。いくつかの実施形態において、決定は、プロセス５３０〜プロセス５５０の最近の反復のセットにわたる位置合わせ特徴部の性能指標の統計的分析に基づいてもよい。たとえば、位置合わせ特徴部の各区画の性能指標の平均および標準偏差を、ブロック５３０〜５５０の反復のセットにわたって決定することができる。平均および標準偏差は、性能指標の各々について所定の閾値と比較することができ、閾値に達するとき、決定ブロック５６０は、レンズアセンブリ１１０とセンサアセンブリ１２０との間の位置合わせプロセスが最適化されていると決定することができる。その後、プロセス５００は、ブロック５７０に移動する。他の実施形態において、性能指標は閾値に達するが、性能指標のいくつかが当該閾値に達し得ない場合に、何らかの許容誤差を有効化するために、異なるアルゴリズムが使用されてもよい。他の実施形態はまた、そのレベルの性能指標を達成するために、より複雑な機能を有してもよい。
【０１０１】
いくつかの実施形態において、あらかじめ選択された数の性能指標は、プロセス５３０〜５５０の所定の数の反復以内に閾値に達しなくてもよい。そのような場合、決定ブロック５６０は、プロセス５００を停止することを決定し、位置合わせプロセスを不成功として報告することができる。ブロック５７０は、たとえば、レンズを組み立てず、レンズアセンブリ１１０および／またはセンサアセンブリ１２０のいずれかまたは両方を拒絶することのような、この状況を処理するための特別なプロセスを含むことができる。
【０１０２】
最適な位置合わせが達成されたという決定が行われる場合、プロセス５００はブロック５７０へと継続し、センサアセンブリがレンズアセンブリに取り付けられる。いくつかの実施形態において、最適化モジュール２３５は、センサアセンブリ１２０およびレンズアセンブリ１１０を取り付けるためのコマンドを取付け機構２５０に発行するための命令をプロセッサ２６０に送る。いくつかの実施形態において、レンズアセンブリおよびセンサアセンブリは、最適な位置合わせ構成が適所に保持され、それによって、要素を通る光の光路が安定するように（たとえば、取付けプロセスまたは他の機械的、磁気的、もしくは電気的取付け機構によって）固定される。レンズアセンブリおよびセンサアセンブリが取り付けられた後、プロセス５００は終了ブロックへと継続し、プロセスは完了する。
【０１０３】
図６Ａおよび図６Ｂは、図５のプロセス５００の実施に基づく、光学系の位置合わせの最適化の例示的なグラフ例である。図６Ａは、三次元グラフを示し、垂直軸が、位置合わせ特徴部の選択された区画の性能指標のＰＩＳ（たとえば、性能指標スケール数値）を表す。この実施形態において、ＰＩＳ範囲は約０．３〜０．８強に及ぶ。グラフの基部は、画像センサ１２５の感光面の画素の行および列の数を示しており、これらの数は、高さ側ではゼロ〜約２０００行であり、幅側ではゼロ〜約２５００列である。
【０１０４】
表面６９０ａ上で、最適化モジュール２３５に性能指標を与えるために使用される位置合わせ特徴部（たとえば、位置合わせ特徴部６２０ａ）の区画の位置が、点６１０ａとして示されている。表面６９０ａは、最適化モジュール２３５に与えられる性能指標値の最良にフィットする表面と考えることができる。各区画（たとえば、区画６１０ａ）の半円のサイズが、その位置における性能指標値および表面６９０ａの差を示す。区画６１０ａの半円に接続する点および線は、図示されている場合、その位置における性能指標値が、最良にフィットする表面６９０ａよりも高いことを示す。そのような点および線が見えない場合、これは、性能指標値が、最良にフィットする表面６９０ａ上のその位置における性能値よりも小さいことを示す。本明細書において開示されている方法およびシステムの目的は、位置合わせ特徴部のすべての区画、たとえば、半円および点／線対の性能指標値を、閾値を上回り、画像センサ１２５の感光面にわたって均一であるように、増大させることである。
【０１０５】
図６Ｂは、画像センサとレンズアセンブリとの間の位置合わせが最適と考えられ得る状況を示す。図６Ｂは、すべての性能指標が閾値以上になっており、最良にフィットする表面６９０ｂが、たとえば、最適化モジュール２３５によって、ＰＩＳスケール上に示す性能指標値の狭い範囲内でフィットすると推定される、性能指標値が最適化されていることに基づく最適化を示す。最良にフィットする表面６９０ｂがＰＩＳスケールの許容可能な狭い範囲内にあり、かつ、輪郭要件に合格するのに十分に高く、かつ、性能指標要件が達成される場合、システムは、最適な位置合わせが達成されていることを決定することができる。たとえば、図５を参照すると、プロセス５６０は、位置合わせの最適化に成功したと判定し、その後、プロセスをプロセスブロック５７０へと移動させることができる。
【０１０６】
いくつかの実施形態において、性能指標は、図４Ｂ〜図４Ｄを参照して説明したように、同心リング４２０ｂ、４３０ｂおよび４４０ｂ上の線形化された線セグメントまたは区画から導出することができる。同心リングを使用するそのような方法は、画像センサアセンブリ１２０に対するレンズアセンブリ１１０の最適な位置付けをもたらすことができる。いくつかの実施形態において、最適な位置または位置合わせは、接線方向ＭＴＦ測定の最適な性能をもたらし、光学系１００の矢状方向ＭＴＦ性能については最適とは言えない性能を有し得る。接線方向と矢状方向の両方のＭＴＦ性能を平衡させることによって、光学系１００の全体的なＭＴＦ性能を改善することが可能であり得る。一実施形態において、最適な位置合わせは、Ｚｅｍａｘ（登録商標）のような光学シミュレーションソフトウェアを使用して決定することができる。たとえば、図５のプロセス５００を使用して最適なレンズ位置合わせの発見に成功した後、最適化モジュール２３５によって、最適化されたＺ軸位置に対する線形Ｚ軸シフトを実施することができる。このＺ軸シフトは、光学系１００の矢状方向と接線方向の両方のＭＴＦ性能について平衡された最適な性能を達成するための、センサアセンブリ１２０に対する位置に、レンズアセンブリ１１０を配置するように構成することができる。
【０１０７】
図７は、一実施形態による、最適な接線方向ＭＴＦ性能のために光学系を能動的に位置合わせするための例示的なルーチンの流れ図である。プロセス７００は、図２に示すような、位置合わせ装置２００Ａによって、独立してまたはデータ処理デバイス２００Ｂと組み合わせてのいずれかで実施することができる。いくつかの実施形態において、レンズアセンブリ１１０とセンサアセンブリ１２０とを能動的に位置合わせする方法は、メモリ２３０のモジュールのいずれか１つと通信する位置合わせ装置２００Ａによって実施することができる。方法は、メモリ２３０によってソフトウェアソリューションとして実施することができ、または、データ処理デバイス２００Ｂ、たとえば、プロセッサ２６０内の論理デバイスによって実行される１つまたは複数のプロセッサによって他の場所で実施することができる。
【０１０８】
プロセス７００は、開始ブロックにおいて開始し、次いで、プロセスブロック７１０に移動し、プロセス７００が、位置合わせシステムを始動する。一実施形態において、位置合わせシステムは、光学系を組み立てようとしているデバイスのユーザによって始動される。プロセスブロック７１０の機能は、図８を参照しながら下記にさらに詳細に説明する。
【０１０９】
位置合わせシステムが始動された後、プロセス７００はブロック７２０へと継続し、カウンタが設定される。いくつかの実施形態において、カウンタは、各位置合わせ特徴部後にカウンタを増分することによって、位置合わせ特徴部を追跡するために実装することができる。いくつかの実施形態において、カウンタは、各同心リングが最適化された後に増分され、たとえば、カウンタは、最内リングを考慮し、図４Ａおよび図４Ｂ〜図４Ｄを参照して上述したように、中心点の強度が位置合わせの基礎としての測定値を飽和させることに起因して、中心点を迂回するように設定される。一実施形態において、カウンタは１に設定され、１は最内リングを表す。別の実施形態において、カウンタは２に設定され、２は２番目に検出される要素を表し、たとえば、中心点が最初の要素であり、最内リングが２番目の要素である。プロセスブロック７１０の結果として、位置合わせ特徴部の数が特徴部決定モジュール２３４から受信され得る。カウンタが設定された後、プロセス７００は、位置合わせ特徴部の各々のためのサブプロセス７３０へと継続する。
【０１１０】
位置合わせ特徴部の各々について、最内特徴部から開始して、プロセス７００はプロセスブロック７３２に進む。プロセスブロック７３１において、プロセスは、最適化シャープネス値に基づいてセンサアセンブリの並進位置を調整する。プロセスブロック７１０の機能は、図９を参照しながら下記にさらに詳細に説明する。プロセス７００が並進位置を調整した後、プロセスは、プロセスブロック７３２へと継続する。プロセスブロック７３２において、プロセスは、現在の位置合わせ特徴部の最適化シャープネス値に基づいて回転位置を調整する。たとえば、カウンタが１、たとえば最内リングに設定されている場合、プロセスは最内リングの最適化に基づいて位置を調整する。一方、カウンタが２、たとえば第１の外側リングに設定されている場合、プロセスは第２のリングまたは第１の外側リングの最適化に基づいて位置を調整する。
【０１１１】
プロセス７００が現在の位置合わせ特徴部に基づいて回転位置を調整した後、プロセスは決定ブロック７３３へと継続する。決定ブロック７３３において、現在の位置合わせ特徴部に基づく最適な回転位置合わせが達成されているか否か、または、システムが何らかのブレークポイントに達しているか否かについて決定が行われる。決定ブロック７３３における決定は、図５を参照して説明した決定ブロック５６０と実質的に同様であってもよい。最適な回転位置合わせが達成されていないという決定が行われた場合、プロセス７００はブロック７３１に戻り、ブロック７３１の並進調整およびブロック７３２の回転調整を繰り返す。最適な回転位置合わせが達成されているという決定が行われた場合、プロセス７００はプロセスブロック７３４へと継続する。プロセスブロック７３４において、プロセスは、現在の位置合わせ特徴部までのすべての位置合わせ特徴部の最適化シャープネス値に基づいて回転位置を調整する。たとえば、カウンタが３、たとえば第３のリングまたは第２の外側リングに設定されている場合、プロセスは、現在の、たとえば、第３のリングから内側リングまでのすべてのリングのシャープネス値の最適化に基づいて、位置を調整する。別の実施形態において、プロセスは、画像全体のすべての位置合わせ特徴部の最適化シャープネス値に基づいて回転位置を調整し、たとえば、現在の位置合わせ特徴部が最内リングに関連する場合、システムは、現在の位置合わせ特徴部までだけでなく、すべての位置合わせ特徴部に基づいて回転位置を最適化することができる。
【０１１２】
プロセス７００が現在の位置合わせ特徴部までのすべての位置合わせ特徴部に基づいて回転位置を調整した後、プロセスは決定ブロック７３５へと継続する。決定ブロック７３５において、現在の位置合わせ特徴部までのすべての位置合わせ特徴部に基づく最適な回転位置合わせが達成されているか否か、または、システムが何らかのブレークポイントに達しているか否かについて決定が行われる。決定ブロック７３５における決定は、図５を参照して説明した決定ブロック５６０と実質的に同様であってもよい。最適な回転位置合わせが達成されていないという決定が行われた場合、プロセス７００はブロック７３１に戻り、ブロック７３１の並進調整ならびにブロック７３２および７３４の回転調整を繰り返す。最適な回転位置合わせが達成されているという決定が行われた場合、プロセス７００は決定ブロック７４０へと継続する。
【０１１３】
決定ブロック７４０において、プロセスがＮ個すべての位置合わせ特徴部を考慮しているか否かについて決定が行われる。この点において、プロセス７００は、位置合わせ特徴部の各々を追跡するためにカウンタを増分することによって、ブロック７２０のカウンタを利用することができる。カウンタがＮ未満である場合、決定ブロック７４０は、ブロック７５０へと継続する。ブロック７５０において、カウンタは、１つの増分だけ増大され得る。いくつかの実施形態において、増大は、位置合わせ特徴部のうちの少なくとも１つを表す整数、たとえば、１であってもよい。たとえば、中心点から外向きの方向における次の同心リング、ここで、各同心リングが少なくとも１つの位置合わせ特徴部を表す。このように、方法は、位置合わせ特徴部を追跡するためにカウンタを増分することができる。カウンタが増分された後、プロセス７００は、サブプロセスブロック７３０に進み、カウンタ値がＮ（決定されている位置合わせ特徴部の数）に等しくなるまで、カウンタ値に対応する次の位置合わせ特徴部について、プロセスを繰り返すことができる。
【０１１４】
カウンタがＮに等しい場合、決定ブロック７４０は、Ｎ個すべての位置合わせ特徴部が考慮されており、装置２００Ａが、デバイス２００Ｂとともに、光学系１００を最適に位置合わせしたことを決定する。この状況において、プロセス７００は、ブロック７６０へと継続することができ、センサアセンブリおよびレンズアセンブリが取り付けられる。いくつかの実施形態において、最適化モジュールが、センサアセンブリ１２０およびレンズアセンブリ１１０を取り付けるためのコマンドを取付け機構２５０に発行するための命令をプロセッサ２６０に送る。いくつかの実施形態において、レンズアセンブリおよびセンサアセンブリは、最適な位置合わせ構成が適所に保持され、それによって、要素を通る光の光路が安定するように（たとえば、取付けプロセスまたは他の機械的、磁気的、もしくは電気的取付け機構によって）固定される。センサアセンブリおよびレンズアセンブリが取り付けられると、プロセス７００は終了ブロックへと進み、能動的位置合わせプロセスおよび取付けを完了することができる。
【０１１５】
図８は、能動的位置合わせシステムを初期化するプロセス７１０の流れ図である。プロセスは開始ブロックにおいて開始し、その後、ブロック８１０に移動し、センサアセンブリがレンズアセンブリの焦点面付近に位置付けられる。いくつかの実施形態において、センサアセンブリは、レンズアセンブリ１１０の焦点面付近に位置付けられる画像センサ１２５を有するセンサアセンブリ１２０であってもよい。いくつかの実施形態において、センサアセンブリは、センサカバーガラス１２２を含んでもよく、または、含まなくてもよい。例示的な実施形態において、センサアセンブリは、概ね焦点面に位置付けられ、それによって、後続の調整に依拠して光学系１００の構成が精密に調節される。位置制御モジュール２３１内に含まれる命令は、装置２００Ａがセンサアセンブリ１２０および／またはレンズアセンブリ１１０を動かすのをトリガするようにプロセッサ２６０を構成することができ、それによって、センサアセンブリ１２０が光軸１１６上で、レンズアセンブリ１１０の焦点面１１８において概ね中心合わせされる。別の実施形態において、プロセッサ２６０は、レンズアセンブリホルダ２１０および／またはセンサアセンブリホルダ２２０がそれぞれレンズアセンブリ１１０および／またはセンサアセンブリ１２０を動かすためのコマンドを発行することができる。
【０１１６】
なお別の実施形態において、装置２００Ａおよび／またはデバイス２００Ｂのユーザが、近似の位置合わせにおいてセンサアセンブリおよびレンズアセンブリを手動で位置付けてもよい。この実施形態において、ユーザは、センサアセンブリを、回転調整器２２２の表面上に配置し、その後、取り付けることができる。同様に、ユーザは、カプラ２１６を介してレンズホルダ２１０内にレンズアセンブリを配置し、確実にフィットさせることができる。
【０１１７】
センサアセンブリがレンズアセンブリに対して位置付けられた後、プロセス７１０はブロック８２０に移動する。ブロック８２０において、プロセス８００は、位置合わせ光学素子およびレンズアセンブリを通じてセンサアセンブリ上へと光を方向付ける。たとえば、光源２９０からの光が、レンズアセンブリ１１０の光軸に沿って、レンズホルダ２１０によって保持されている位置合わせ光学素子２４０を通過する。光源２９０からの光はその後、レンズアセンブリ１１０を介して、センサアセンブリ１２０の画像センサ１２５上へとほぼ合焦される。いくつかの実施形態において、位置合わせ光学素子は、図３Ａ〜図４Ｄを参照して上述したような、マルチゾーンアキシコンフラットトップレンズと実質的に同様である。
【０１１８】
光がセンサアセンブリに対して方向付けられた後、プロセス７１０はブロック８３０へと継続する。ブロック８３０において、図４Ｂ〜図４Ｄを参照して上述したように、光が画像センサに入射する結果として画像が生成され、位置合わせ特徴部の数が決定される。画像は、キャプチャ制御モジュールによってキャプチャされ、ディスプレイ２７０上に表示される静止画像またはビデオであってもよい。画像は、位置合わせ光学素子２４０およびレンズアセンブリ１１０を通過した、アセンブリ１２０の画像センサ１２５の感光面に入射する光に基づき得る。キャプチャ制御モジュール２３２内に含まれる命令が、アセンブリ１２０の画像センサ１２５の感光面に入射する光の画像をキャプチャし、作業メモリ２８０および／または記憶装置２８５内に画像を記憶するように、プロセッサ２６０を構成することができる。
【０１１９】
いくつかの実施形態において、画像は、位置合わせ光学素子を通過する光に基づく複数の位置合わせ特徴部を含む。いくつかの実施形態において、位置合わせ光学素子は、図３Ａおよび図３Ｂを参照して上述したアキシコン３００と実質的に同様である。アキシコン３００は、図４Ａおよび図４Ｂ〜図４Ｄを参照して上述したように、複数の同心リングに光を分割することができる。いくつかの実施形態において、アキシコン３００は、１つの最内リングおよび複数の外側リングを有する４つの同心リングに光を分割する。いくつかの実施形態において、特徴部検出モジュール２３３内に含まれる命令が、複数の位置合わせ特徴部の数を決定し、作業メモリ２８０および／または記憶装置２８５内に画像を記憶するように、プロセッサ２６０を構成することができる。
【０１２０】
位置合わせ特徴部の数が決定された後、プロセス７１０は、終了ブロックへと継続する。プロセス７１０は、完了すると、プロセス７００に戻り、図７を参照して上述したように、ブロック７２０へと継続することができる。
【０１２１】
図９は、最適化シャープネス値に基づいてセンサアセンブリの並進位置を調整するプロセス７３１の流れ図である。プロセスは、開始ブロックにおいて開始し、次いで、ブロック９１０に進み、画像がキャプチャされる。いくつかの実施形態において、プロセス７００の各反復中に新たな画像が生成され、各反復は、調整された光学系位置合わせに基づく。画像がビデオに基づく他の実施形態において、ブロック９１０は、プロセス７００の現在の反復に関連するビデオフレームの１つをキャプチャすることができる。
【０１２２】
画像がキャプチャされた後、プロセスはブロック９２０に移動し、センサアセンブリがレンズアセンブリの光軸に沿って位置付けられる。いくつかの実施形態において、画像センサ１２５の感光面の中心が、光軸１１６にほぼ垂直であるＸおよびＹ方向の調整に基づいて光軸１１６上に位置付けられる。一実施形態において、レンズアセンブリの光軸に対するセンサアセンブリの並進位置は、同心リングの中心点および／または計算される中心に対する画像センサ１２５の感光面の中心合わせに基づいてもよい。
【０１２３】
画像センサ１２５の感光面がレンズアセンブリの光軸上に位置付けられた後、プロセスはブロック９３０へと継続する。ブロック９３０において、現在の位置合わせ特徴部の各区画について、少なくとも１つの性能指標が決定される。少なくとも１つの性能指標は、図２を参照して上述したように、性能決定モジュール２３４によって決定することができる。一実施形態において、性能指標は、図４Ｂ〜図４Ｄについて説明したものと同様の方法によって決定されるシャープネス値である。シャープネス値は、ＬＳＦ、ＰＳＦ、ＳＦＲ、ＭＴＦ、または、同様の概念を表現する他の直接的もしくは間接的な方法に基づいてもよい。
【０１２４】
各区画について性能指標が決定された後、プロセスはブロック９４０へと継続し、区画のシャープネス値に基づいて位置調整推定値が決定される。いくつかの実施形態において、センサアセンブリ１２０の位置は、シャープネス値の最適化アルゴリズムに基づいて調整され得る。一実施形態において、焦点面に対するセンサアセンブリの並進位置（たとえば、Ｚ方向）は、最内位置合わせ特徴部の区画の性能の最大化に基づいてもよい。たとえば、最適化モジュール２３５は、最内リングの性能指標に基づく、性能決定モジュール２３４からの性能情報を受信してもよい。モジュール２３５はその後、モジュール２３５に性能指標情報を与えるために使用される最内リング区画のシャープネス値を増大させ得る、Ｚ軸に沿った並進運動を推定することができる。別の実施形態において、光学系１００の最適な位置合わせのオーバーシュートを回避するために、調整量に重み付けを適用することができる。各反復に適用される重みは同じである必要はなく、位置合わせにおける決定される誤差に基づいて調整することができる。
【０１２５】
調整が決定された後、プロセスはブロック９５０へと継続し、センサアセンブリがレンズアセンブリに対して動かされる。一実施形態において、位置制御モジュール２３１は、レンズホルダ２１０またはセンサアセンブリホルダ２２０のいずれかに、少なくとも部分的に、最適化モジュール２３５によって決定されている調整量に基づいて、それぞれレンズアセンブリまたはセンサアセンブリを移動させるように、プロセッサ２６０を構成するための命令を含む。
【０１２６】
プロセスがレンズアセンブリに対してセンサアセンブリを動かした後、プロセスは決定ブロック９６０へと継続する。決定ブロック９６０において、現在の位置合わせ特徴部に基づく最適な並進位置合わせが達成されているか否か、または、システムが何らかのブレークポイントに達しているか否かについて決定が行われる。決定ブロック９６０における決定は、図５を参照して説明した決定ブロック５６０と実質的に同様であってもよい。最適な並進位置合わせが達成されているという決定が行われた場合、プロセスはブロック９１０に戻り、プロセス７３１を繰り返す。最適な並進位置合わせが達成されているという決定が行われた場合、プロセス７３１は終了ブロックへと継続する。プロセス７３１は、完了すると、プロセス７００に戻り、図７を参照して上述したように、ブロック７３２へと継続することができる。
【０１２７】
図１０は、現在の位置合わせ特徴部の最適化シャープネス値に基づいて回転位置を調整するプロセス７３２の流れ図である。ブロック１０１０は、図９を参照して説明したブロック９１０と実質的に同様であってもよい。画像がキャプチャされた後、プロセスはブロック１０２０へと継続する。ブロック１０２０において、現在の位置合わせ特徴部の各区画について、少なくとも１つの性能指標が決定される。ブロック１０２０は、図９を参照して説明したブロック９３０と実質的に同様であってもよい。性能指標が決定された後、プロセス７３２は、各回転方向（たとえば、ピッチ、ヨー、およびロール）についてのサブプロセス１０３０へと継続する。一実施形態において、サブプロセス１０３０は、単一回の反復において少なくとも２つの方向（たとえば、ピッチおよびヨー）について実施されてもよく、一方で、他の方向（たとえば、ロール）は、後続の反復において最適化されてもよい。別の実施形態において、各回転方向は、サブプロセス１０３０の別個の反復において個々に最適化されてもよい。
【０１２８】
各回転方向について、プロセスは、ブロック１０３２へと継続し、現在の位置合わせ特徴部のすべての区画のシャープネス値の平衡に基づいて、位置調整推定値が決定される。たとえば、最適化モジュール２３５は、画像内のすべての区画のシャープネス値を受信し、シャープネス値の最小２乗平均を決定してもよい。最小２乗平均に基づいて、最適化モジュール２３５は、区画のシャープネス値が最小２乗平均に基づいて均一であるように、少なくとも１つの回転方向（たとえば、ピッチ、ヨー、またはロール）における調整を推定することができる。別の実施形態において、位置合わせ特徴部の区画の平衡は、一方は最大検出値を有し、他方は最低検出値を有する、少なくとも２つの区画のシャープネス値、および、両方の区画が実質的に同様のシャープネス値を有するように２つのシャープネス値を平衡させるための調整の推定に基づくことができる。別の実施形態において、最適化モジュール２３５、または、位置制御モジュール２３１は、光学系１００の最適な位置合わせのオーバーシュートを回避するために、決定された位置調整に重みを適用することができる。各反復に適用される重みは同じである必要はなく、位置合わせにおける決定される誤差に基づいて調整することができる。
【０１２９】
調整量が決定された後、プロセスはブロック１０３４へと継続し、センサアセンブリがレンズアセンブリに対して動かされる。一実施形態において、位置制御モジュール２３１は、レンズホルダ２１０またはセンサアセンブリホルダ２２０のいずれかに、少なくとも部分的に、最適化モジュール２３５によって決定されている調整量に基づいて、それぞれレンズアセンブリまたはセンサアセンブリを移動させるように、プロセッサ２６０を構成するための命令を含む。
【０１３０】
プロセスがレンズアセンブリに対してセンサアセンブリを動かした後、プロセスは決定ブロック１０４０へと継続する。決定ブロック１０４０において、現在の位置合わせ特徴部に基づく最適な回転位置合わせが達成されているか否か、または、システムが何らかのブレークポイントに達しているか否かについて決定が行われる。決定ブロック１０４０における決定は、図５を参照して説明した決定ブロック５６０と実質的に同様であってもよい。最適な回転位置合わせが達成されているという決定が行われた場合、プロセスはブロック１０１０に戻り、プロセス７３２を繰り返す。最適な回転位置合わせが達成されているという決定が行われた場合、プロセス７３２は終了ブロックへと継続する。プロセス７３２は、完了すると、プロセス７００に戻り、図７を参照して上述したように、ブロック７３３へと継続することができる。
【０１３１】
図１１は、現在の位置合わせ特徴部までのすべての位置合わせ特徴部の最適化シャープネス値に基づいて回転位置を調整するプロセス７３４の流れ図である。別の実施形態において、プロセス７３４は、現在の位置合わせ特徴部によって限定されるべきではない、画像のすべての位置合わせ特徴部の最適化シャープネス値に基づいて、センサアセンブリの回転位置を調整することができる。この状況において、以降の記述は同様のままであるが、画像のすべての位置合わせ特徴部が考慮される。
【０１３２】
プロセスは開始ブロックにおいて開始し、ブロック１１１０へと継続する。ブロック１１１０は、図９を参照して説明したブロック９１０と実質的に同様であってもよい。画像がキャプチャされた後、プロセスはブロック１１２０へと継続する。ブロック１１２０において、現在の位置合わせ特徴部の各区画について、少なくとも１つの性能指標が決定される。ブロック１１２０は、図９を参照して説明したブロック９３０と実質的に同様であってもよい。性能指標が決定された後、プロセス７３４は、各回転方向（たとえば、ピッチ、ヨー、およびロール）についてのサブプロセス１１３０へと継続する。一実施形態において、サブプロセスブロック１１３０は、単一回の反復において２つの方向（たとえば、ピッチおよびヨー）について実施されてもよく、一方で、他の方向（たとえば、ロール）は、後続の反復において最適化されてもよい。別の実施形態において、各回転方向は、サブプロセス１１３０の別個の反復において個々に最適化されてもよい。
【０１３３】
各回転方向について、プロセスは、ブロック１１３２へと継続し、現在の位置合わせ特徴部までのすべての位置合わせ特徴部のすべての区画の性能の平衡に基づいて、位置調整が決定される。平衡は、図１０のブロック１０３２において説明したような現在の位置合わせ特徴部のすべての点の平衡と実質的に同様に実施することができるが、現在の位置合わせ特徴部までのすべての位置合わせ特徴部のすべての区画を含み得る。しかしながら、異なる位置合わせ特徴部に追加の重み付けが適用されてもよく、たとえば、最外リングは、そのリングに関連する傾斜を調整するために最も大きい重みを与えられてもよい。
【０１３４】
調整量が決定された後、プロセスはブロック１１３４へと継続し、センサアセンブリがレンズアセンブリに対して動かされる。一実施形態において、位置制御モジュール２３１は、レンズホルダ２１０またはセンサアセンブリホルダ２２０のいずれかに、少なくとも部分的に、最適化モジュール２３５によって決定されている調整量に基づいて、それぞれレンズアセンブリまたはセンサアセンブリを移動させるように、プロセッサ２６０を構成するための命令を含む。
【０１３５】
プロセスがレンズアセンブリに対してセンサアセンブリを動かした後、プロセスは決定ブロック１１４０へと継続する。決定ブロック１１４０において、現在の位置合わせ特徴部に基づく最適な回転位置合わせが達成されているか否かについて決定が行われる。決定ブロック１１４０における決定は、図５を参照して説明した決定ブロック５６０と実質的に同様であってもよい。最適な回転位置合わせが達成されているという決定が行われた場合、プロセスはブロック１１１０に戻り、プロセス７３４を繰り返す。最適な回転位置合わせが達成されているという決定が行われた場合、プロセス７３４は終了ブロックへと継続する。プロセス７３４は、完了すると、プロセス７００に戻り、図７を参照して上述したように、ブロック７３５へと継続することができる。
【０１３６】
例示的な実施形態において、位置合わせ特徴部が最適に一様に鮮鋭であるとき、これは、光学系の接線方向ＭＴＦ性能について最良の位置合わせを表し得る。いくつかの実施形態において、接線方向ＭＴＦ性能と矢状方向ＭＴＦ性能との間の最良に平衡した性能をもたらすために、後続の調整が行われる。
【０１３７】
一実施形態において、レンズアセンブリは、接着されることになるセンサアセンブリを使用することなく、接線方向ＭＴＦおよび矢状方向ＭＴＦ性能について個々に測定することができる。これによって、センサアセンブリ１２０および／またはレンズアセンブリ１１０に適用されるべきオフセット値を決定するための基礎が与えられ得る。代替的に、接線方向ＭＴＦ性能と矢状方向ＭＴＦ性能との間のシミュレートされた設計差を使用して、センサアセンブリに適用されるべき最適な接線方向ＭＴＦ位置合わせからのオフセットが決定されてもよい。接線方向ＭＴＦ性能の最適な位置合わせが位置特定されると、図５および図７を参照して上記の方法に基づいて、より平衡した接線方向ＭＴＦおよび矢状方向ＭＴＦ性能を与えるはずである、最良になるオフセットが、センサアセンブリ１２０および／またはレンズアセンブリ１１０の位置に適用され得る。
【０１３８】
本明細書において開示されている実施態様は、組み立て中に光学系を能動的かつ最適に位置合わせするためのシステム、方法および装置を提供する。これらの実施形態がハードウェア、ソフトウェア、ファームウェア、またはそれらの任意の組合せで実施され得ることが、当業者には認識されよう。
【０１３９】
当業者は、本明細書に開示される実装形態に関連して説明した様々な例示的な論理ブロック、モジュール、回路、および処理ステップは、電子ハードウェア、コンピュータソフトウェア、または両方の組合せとして実装され得ることをさらに理解するだろう。ハードウェアとソフトウェアのこの互換性を明示的に説明するために、様々な例示的な構成要素、ブロック、モジュール、回路、およびステップが、それらの機能の観点から一般的に上述されている。そのような機能が、ハードウェアまたはソフトウェアのどちらとして実装されるのかは、特定のアプリケーションと、システム全体に課される設計制約とに依存する。当業者は、説明した機能を特定のアプリケーションごとに様々な方法で実装し得るが、そのような実装決定は、本発明の範囲からの逸脱を引き起こすものと解釈されるべきではない。当業者は、一部、またはある部分は、全体未満、または全体に等しいものを備え得ることを認識するだろう。たとえば、画素の集合の一部は、それらの画素のサブコレクションを指し得る。
【０１４０】
いくつかの実施形態において、上記で説明した回路、プロセス、およびシステムは、ワイヤレス通信デバイスにおいて利用され得る。ワイヤレス通信デバイスは、他の電子デバイスとワイヤレス通信するために使用される電子デバイスの一種であり得る。ワイヤレス通信デバイスの例は、セルラー電話、スマートフォン、携帯情報端末（ＰＤＡ）、電子リーダー、ゲーミングシステム、音楽プレーヤ、ネットブック、ワイヤレスモデム、ラップトップコンピュータ、タブレットデバイスなどを含む。
【０１４１】
ワイヤレス通信デバイスは、１つまたは複数のイメージセンサ、２つ以上の画像信号プロセッサ、上記で説明したＣＮＲプロセスを実行するための命令またはモジュールを含むメモリを含み得る。デバイスはまた、データと、メモリから命令および／またはデータをロードするプロセッサと、１つまたは複数の通信インターフェースと、１つまたは複数の入力デバイスと、ディスプレイデバイスなどの１つまたは複数の出力デバイスと、電源／インターフェースとを有し得る。ワイヤレス通信デバイスは、送信器および受信器をさらに含むことができる。送信器および受信器は、合同でトランシーバと呼ばれる場合がある。トランシーバは、ワイヤレス信号を送信し、かつ／または受信するために１つまたは複数のアンテナに結合され得る。
【０１４２】
ワイヤレス通信デバイスは、別の電子デバイス（たとえば、基地局）にワイヤレスに接続し得る。ワイヤレス通信デバイスは、その代わりに、モバイルデバイス、移動局、加入者局、ユーザ機器（ＵＥ）、リモート局、アクセス端末、モバイル端末、端末、ユーザ端末、加入者ユニットなどと呼ばれる場合がある。ワイヤレス通信デバイスの例は、ラップトップコンピュータ、デスクトップコンピュータ、セルラー電話機、スマートフォン、ワイヤレスモデム、電子ブックリーダー、タブレットデバイス、ゲームシステムなどを含む。ワイヤレス通信デバイスは、第３世代パートナーシッププロジェクト（３ＧＰＰ）などの１つまたは複数の産業標準に従って動作することができる。したがって、「ワイヤレス通信デバイス」という全般的な用語は、産業標準に従う変化する用語体系を用いて説明されるワイヤレス通信デバイスを含むことができる（たとえば、アクセス端末、ユーザ機器（ＵＥ）、リモート端末など）。
【０１４３】
本明細書で説明された機能は、プロセッサ可読媒体上またはコンピュータ可読媒体上に１つまたは複数の命令として記憶され得る。「コンピュータ可読媒体」という用語は、コンピュータまたはプロセッサによってアクセスされ得る任意の利用可能な媒体を指す。限定ではなく、例として、そのような媒体は、ＲＡＭ、ＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ、フラッシュメモリ、ＣＤ−ＲＯＭもしくは他の光ディスクストレージ、磁気ディスクストレージデバイスもしくは他の磁気ストレージデバイス、または、所望のプログラムコードを命令もしくはデータ構造の形態で記憶するために使用されかつコンピュータによってアクセスされ得る任意の他の媒体を備え得る。ディスク（ｄｉｓｋ）およびディスク（ｄｉｓｃ）は、本明細書で使用されるときに、コンパクトディスク（ｄｉｓｃ）（ＣＤ）、レーザディスク（ｄｉｓｃ）、光ディスク（ｄｉｓｃ）、デジタル多用途ディスク（ｄｉｓｃ）（ＤＶＤ）、フロッピーディスク（ｄｉｓｋ）、およびＢｌｕ−ｒａｙ（登録商標）ディスク（ｄｉｓｃ）を含み、ディスク（ｄｉｓｋ）は、通常はデータを磁気的に再生し、ディスク（ｄｉｓｃ）は、レーザを用いてデータを光学的に再生する。コンピュータ可読媒体を、有形かつ非一時的とすることができることに留意されたい。「コンピュータプログラム製品」という用語は、コンピューティングデバイスまたはプロセッサによって実行され、処理され、または計算され得るコードまたは命令（たとえば、「プログラム」）と組み合わされたコンピューティングデバイスまたはプロセッサを指す。本明細書では、「コード」という用語は、コンピューティングデバイスまたはプロセッサによって実行可能であるソフトウェア、命令、コード、またはデータを指し得る。
【０１４４】
本明細書で開示した方法は、説明した方法を実現するための１つまたは複数のステップまたはアクションを含む。方法ステップおよび／または方法アクションは、特許請求の範囲から逸脱することなく互いに入れ替えてもよい。言い換えれば、説明されている方法の適切な動作のためにステップまたはアクションの特定の順序が必要とされない限り、特定のステップおよび／またはアクションの順序および／または使用は、特許請求の範囲から逸脱することなく変更されてもよい。
【０１４５】
「結合する」、「結合すること」、「結合される」という用語、または本明細書で使用する結合という語の他の変形形態は、間接的な接続または直接的な接続のいずれかを示し得ることに留意されたい。たとえば、第１の構成要素が第２の構成要素に「結合される」場合、第１の構成要素は、第２の構成要素に間接的に接続されるか、または第２の構成要素に直接的に接続されるかのいずれかであってよい。本明細書で使用する「複数の」という用語は２つ以上を示す。たとえば、複数の構成要素は２つ以上の構成要素を示す。
【０１４６】
「決定すること」という用語は、幅広い動作を包含し、したがって、「決定すること」は、計算すること、演算すること、処理すること、導出すること、調査すること、探索すること（たとえば、表、データベース、または他のデータ構造の中を探索すること）、確認することなどを含み得る。また、「決定すること」は、受信すること（たとえば、情報の受信）、アクセスすること（たとえば、メモリ内のデータへのアクセス）、および類似物を含むことができる。また、「決定すること」は、解決すること、選択すること、選ぶこと、確立すること、および類似物を含むことができる。
【０１４７】
「〜に基づく」という句は、そうではないと明示的に指定されない限り、「〜だけに基づく」を意味しない。言い換えると、「〜に基づく」という句は、「〜だけに基づく」と「少なくとも〜に基づく」との両方を記述するものである。
【０１４８】
上記の説明では、例の完全な理解をもたらすように具体的な詳細が与えられている。しかしながら、実施例がこれらの具体的な詳細なしに実施され得ることが当業者には理解されよう。たとえば、不必要な詳細で実施例を不明瞭にしないために、電気の構成要素／デバイスがブロック図で示される場合がある。他の事例では、実施例をさらに説明するために、そのような構成要素、他の構造および技法が詳細に示される場合がある。
【０１４９】
参照のために、かつ様々なセクションを位置特定する助けとなるために、本明細書に見出しが含まれる。これらの見出しは、それに関して説明した概念の範囲を限定することを意図しない。そのような概念は、本明細書全体にわたって適用性を有し得る。
【０１５０】
例は、フローチャート、流れ図、有限状態図、構造図、またはブロック図として示されるプロセスとして説明され得ることにも留意されたい。フローチャートについては、動作を順次プロセスとして説明する場合があるが、動作の多くは並列、または同時に実行することができ、プロセスを繰り返すことが可能である。また、動作の順序は並べ替えられてもよい。プロセスは、その動作が完了したとき、終了する。プロセスは、方法、関数、プロシージャ、サブルーチン、サブプログラムなどに対応する場合がある。プロセスがソフトウェア関数に対応するとき、その終了は呼出し関数またはメイン関数への関数のリターンに対応する。
【０１５１】
開示した実装形態の前の説明は、任意の当業者が本発明を作成または使用することを可能にするために提供される。これらの実装形態への様々な修正が当業者には容易に明らかになり、本明細書に定義する一般原理は、本発明の趣旨または範囲を逸脱することなく他の実装形態に適用され得る。したがって、本発明は、本明細書に示される実装形態に限定されることを意図するものではなく、本明細書で開示する原理および新規の特徴と一致する最も広い範囲を与えられるべきである。
【符号の説明】
【０１５２】
１００  光学系
１０７  スタッドバンプ
１１０  レンズアセンブリ
１１２  光屈曲面
１１３Ａ  屈折プリズム
１１３Ｂ  支持ブロック
１１４  光学素子
１１７  矩形スロット
１１９  フレックスケーブル
１２０  センサアセンブリ
１２５  画像センサ
１２６  カバーガラス
１３０  経路
１３４  スペーサ
１５０  基板
１９５  プリント回路基板
２００Ａ  位置合わせ装置
２００Ｂ  データ処理デバイス
２１０  レンズアセンブリホルダ
２１２  ピックアンドプレースヘッド
２１４  ピックアップツール
２１６  カプラ
２１８  開口部
２２０  センサアセンブリホルダ
２２２  回転プラットフォーム
２２３  ゴニオメータ
２２５  回転中心点
２３０  メモリ
２３１  位置制御モジュール
２３２  キャプチャ制御モジュール
２３３  特徴部決定モジュール
２３４  性能決定モジュール
２３５  最適化モジュール
２４０  位置合わせ光学素子
２５０  取付け機構
２６０  プロセッサ
２７０  ディスプレイ
２８０  作業メモリ
２８５  記憶装置
２９０  光源
３００  アキシコン
３０５  面
３０７  光軸
３１０  平坦な上面
３２０  第１のアキシコン面
３３０  第２のアキシコン面
３４０  第３のアキシコン面
３５０  第４のアキシコン面
３６０  円錐領域面
３７０  側壁
３７２  基部
４１０ａ  光線群
４１０ｂ  中心点
４２０ａ  光線群
４２０ｂ  線
４３０ａ  光線群
４３０ｂ  線
４４０ａ  光線群
４４０ｂ  同心リング
４５０ａ  光線群
４５０ｂ  同心リング
５００  プロセス
６１０ａ  点
６２０ａ  位置合わせ特徴部
６９０ａ  表面
６９０ｂ  最良にフィットする表面
７００  プロセス
１０３０  サブプロセス
１１３０  サブプロセス
Ｌ１  レンズ
Ｌ２  レンズ
Ｌ３  レンズ
Ｌ４  レンズ
Ｌ５  レンズ
Ｌ６  レンズ
【図１】
2018517936.tif 000003
【図２】
2018517936.tif 000004
【図３Ａ】
2018517936.tif 000005
【図３Ｂ】
2018517936.tif 000006
【図４Ａ】
2018517936.tif 000007
【図４Ｂ−４Ｃ】
2018517936.tif 000008
【図４Ｄ】
2018517936.tif 000009
【図５】
2018517936.tif 000010
【図６Ａ】
2018517936.tif 000011
【図６Ｂ】
2018517936.tif 000012
【図７】
2018517936.tif 000013
【図８】
2018517936.tif 000014
【図９】
2018517936.tif 000015
【図１０】
2018517936.tif 000016
【図１１】
2018517936.tif 000017
【手続補正書】
【提出日】平成29年12月5日(2017.12.5)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくともレンズアセンブリおよびセンサアセンブリを有する光学系を、組み立て中に位置合わせするための方法であって、
センサアセンブリをレンズアセンブリの焦点面に位置付けるステップであり、前記センサアセンブリは画像センサを含む、位置付けるステップと、
位置合わせ光学素子およびレンズアセンブリを通じて前記画像センサ上へと光を方向付けるステップと、
前記レンズアセンブリおよび前記位置合わせ光学素子から受け取られる前記光から複数の画像を生成するステップであり、前記画像は、前記位置合わせ光学素子を通じて受け取られる前記光に基づく複数の同心位置合わせ特徴部を有し、各同心位置合わせ特徴部は、複数の区画を有する、生成するステップと、
前記複数の区画の各々に対応する少なくとも１つの性能指標を測定するステップと、
前記センサアセンブリが前記レンズアセンブリに取り付けられている間に、第１の同心位置合わせ特徴部の第１の区画の前記少なくとも１つの性能指標を前記第１の同心位置合わせ特徴部の第２の区画の前記少なくとも１つの性能指標に対して最適化することに基づいて、前記画像センサの位置を調整するステップと
を含む、方法。
【請求項２】
前記センサアセンブリは、前記画像センサと、センサカバーとを含み、前記レンズアセンブリの少なくとも１つの表面は、前記センサカバーに取り付けられる、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記性能指標は、前記画像センサの一部分によって検出される前記同心位置合わせ特徴部の前記区画に沿った前記光の強度に対応するシャープネス値である、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記レンズアセンブリおよび前記位置合わせ光学素子を通じて方向付けられる前記光は、コリメート光である、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記位置合わせ光学素子は、マルチゾーンフラットトップアキシコンレンズである、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記位置合わせ光学素子を通じて方向付けられる光は、前記位置合わせ光学素子によって、複数の同心リングとして表される同心位置合わせ特徴部に分割され、各同心位置合わせ特徴部は、前記複数の同心リングのうちの少なくとも１つのリングに対応する、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記複数の同心リングは少なくとも第１の同心リングおよび少なくとも第２の同心リングを含み、前記第１の同心リングは、前記第２の同心リングよりも小さい半径を有する、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記第１の同心リングの区画に対応する前記性能指標は、光軸に沿った前記センサアセンブリの並進位置に関係する、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
少なくとも１つの同心リングの区画に対応する前記性能指標は、前記レンズアセンブリの焦点面に対する前記画像センサの回転位置に関係する、請求項７に記載の方法。
【請求項１０】
前記複数の画像の各々は、前記レンズアセンブリに対する前記画像センサの異なる位置に対応する、請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
前記センサアセンブリを調整する前記ステップは、前記センサアセンブリの並進位置調整に基づいて前記少なくとも１つの性能指標を最大化することをさらに含み、前記性能指標は、少なくとも１つの同心位置合わせ特徴部のすべての区画の前記性能指標が最大値にあるときに最大化される、請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
前記センサアセンブリを調整する前記ステップは、前記センサアセンブリの回転位置調整に基づいて前記少なくとも１つの性能指標を平衡させることをさらに含み、前記性能指標は、前記第１の同心位置合わせ特徴部の前記第１の区画の前記少なくとも１つの性能指標が、同じ位置合わせ特徴部の前記第２の区画の前記少なくとも１つの性能指標と実質的に同様であるときに平衡される、請求項１に記載の方法。
【請求項１３】
前記センサアセンブリを調整する前記ステップは、前記センサアセンブリの回転位置調整に基づいて前記少なくとも１つの性能指標を最適化することをさらに含み、前記少なくとも１つの性能指標は、前記第１の同心位置合わせ特徴部の前記第１の区画の前記少なくとも１つの性能指標が、前記第１の位置合わせ特徴部内に位置付けられている前記同心位置合わせ特徴部の前記複数の区画の前記性能指標と実質的に同様であるとき、および、その逆であるときに最適化される、請求項１に記載の方法。
【請求項１４】
レンズアセンブリおよびセンサアセンブリを有する光学系を、取付け中に位置合わせするためのデバイスであって、
前記レンズアセンブリを動かし、位置合わせ光学素子を支持するように構成されているレンズアセンブリホルダであり、前記位置合わせ光学素子は、前記レンズアセンブリの光軸に沿って配向される、レンズアセンブリホルダと、
前記センサアセンブリを動かすように構成されているセンサアセンブリホルダであり、前記センサアセンブリは画像センサを有する、センサアセンブリホルダと、
前記レンズアセンブリを前記センサアセンブリに、互いに実質的に位置合わせされているときに取り付けるように構成されている取付け機構と、
前記位置合わせ光学素子および前記レンズアセンブリを通じて前記画像センサ上へと光を方向付けるように構成されている光源と、
前記レンズアセンブリホルダおよび前記センサアセンブリホルダに動作可能に結合されているプロセッサと、
前記プロセッサに動作可能に結合されているメモリ構成要素と
を備え、前記プロセッサおよび前記メモリ構成要素が集合的に、
前記レンズアセンブリおよび前記位置合わせ光学素子を通じて前記センサアセンブリによって受け取られる前記光から複数の画像をキャプチャし、
前記位置合わせ光学素子を通じて受け取られる前記光に基づいて複数の同心位置合わせ特徴部を決定し、
各同心位置合わせ特徴部について複数の実質的に直線的な区画を決定し、
前記複数の実質的に直線的な区画の各々に対応する少なくとも１つの性能指標を測定し、
第１の同心位置合わせ特徴部の第１の直線区画の前記少なくとも１つの性能指標を前記第１の同心位置合わせ特徴部の第２の区画の前記少なくとも１つの性能指標に対して最適化することに基づいて、前記レンズアセンブリに対する前記センサアセンブリの調整を決定するように構成されている、デバイス。
【請求項１５】
前記センサアセンブリは、前記画像センサと、センサカバーとを含み、前記レンズアセンブリの少なくとも１つの表面は、前記センサカバーに取り付けられる、請求項１４に記載のデバイス。
【請求項１６】
前記性能指標は、前記画像センサの一部分によって検出される前記同心位置合わせ特徴部の前記実質的に直線的な区画に沿った前記光の強度に対応するシャープネス値である、請求項１４に記載のデバイス。
【請求項１７】
前記レンズアセンブリおよび前記位置合わせ光学素子を通じて方向付けられる前記光は、コリメート光である、請求項１４に記載のデバイス。
【請求項１８】
前記位置合わせ光学素子は、マルチゾーンフラットトップアキシコンレンズである、請求項１４に記載のデバイス。
【請求項１９】
前記光は、前記位置合わせ光学素子によって、複数の同心リングとして表される同心位置合わせ特徴部に分割され、各同心位置合わせ特徴部は、前記複数の同心リングのうちの少なくとも１つのリングに対応する、請求項１４に記載のデバイス。
【請求項２０】
前記複数の同心リングは少なくとも第１の同心リングおよび少なくとも第２の同心リングを含み、前記第１の同心リングは、前記第２の同心リングよりも小さい半径を有する、請求項１９に記載のデバイス。
【請求項２１】
前記第１の同心リングの実質的に直線的な区画に対応する前記性能指標は、前記光軸に沿った前記センサアセンブリの並進位置に関係する、請求項２０に記載のデバイス。
【請求項２２】
少なくとも１つの同心リングの実質的に直線的な区画に対応する前記性能指標は、前記レンズアセンブリの焦点面に対する前記画像センサの回転位置に関係する、請求項２０に記載のデバイス。
【請求項２３】
前記複数の画像の各々は、前記レンズアセンブリに対する前記画像センサの異なる位置に対応する、請求項１４に記載のデバイス。
【請求項２４】
前記センサアセンブリホルダは、
前記センサアセンブリの位置を調整し、
前記センサアセンブリの並進位置調整に基づいて前記少なくとも１つの性能指標を最大化するようにさらに構成されており、前記性能指標は、前記少なくとも１つの同心位置合わせ特徴部のすべての実質的に直線的な区画の前記性能指標が最大値にあるときに最大化される、請求項１４に記載のデバイス。
【請求項２５】
前記レンズアセンブリホルダは、
前記センサアセンブリの位置を調整し、
前記センサアセンブリの並進位置調整に基づいて前記少なくとも１つの性能指標を最大化するようにさらに構成されており、前記性能指標は、前記少なくとも１つの同心位置合わせ特徴部のすべての実質的に直線的な区画の前記性能指標が最大値にあるときに最大化される、請求項１４に記載のデバイス。
【請求項２６】
前記センサアセンブリホルダは、
前記センサアセンブリの位置を調整し、
前記センサアセンブリの回転位置調整に基づいて前記少なくとも１つの性能指標を平衡させるようにさらに構成されており、前記性能指標は、前記第１の同心位置合わせ特徴部の前記第１の実質的に直線的な区画の前記少なくとも１つの性能指標が、同じ位置合わせ特徴部の前記第２の実質的に直線的な区画の前記少なくとも１つの性能指標と実質的に同様であるときに平衡される、請求項１４に記載のデバイス。
【請求項２７】
前記センサアセンブリホルダは、
前記センサアセンブリの位置を調整し、
前記センサアセンブリの回転位置調整に基づいて前記少なくとも１つの性能指標を最適化するようにさらに構成されており、前記少なくとも１つの性能指標は、前記第１の同心位置合わせ特徴部の前記第１の実質的に直線的な区画の前記少なくとも１つの性能指標が、前記第１の同心位置合わせ特徴部内に位置付けられている前記同心位置合わせ特徴部の前記複数の実質的に直線的な区画の前記性能指標と実質的に同様であるとき、および、その逆であるときに最適化される、請求項１４に記載のデバイス。
【請求項２８】
レンズアセンブリおよびセンサアセンブリを有する光学系を、取付け中に位置合わせするためのデバイスであって、
前記レンズアセンブリおよび位置合わせ光学素子を通じて前記センサアセンブリによって受け取られる光から複数の画像をキャプチャするための手段と、
前記位置合わせ光学素子を通じて受け取られる前記光に基づいて複数の同心位置合わせ特徴部を決定するための手段と、
各同心位置合わせ特徴部について複数の実質的に直線的な区画を決定するための手段と、
前記複数の実質的に直線的な区画の各々に対応する少なくとも１つの性能指標を測定するための手段と、
前記センサアセンブリが前記レンズアセンブリに取り付けられている間に、第１の同心位置合わせ特徴部の第１の区画の前記少なくとも１つの性能指標を前記第１の同心位置合わせ特徴部の第２の区画の前記少なくとも１つの性能指標に対して最適化することに基づいて、前記レンズアセンブリに対する前記センサアセンブリの調整を決定するための手段と
を備える、デバイス。
【請求項２９】
実行されると、レンズアセンブリおよびセンサアセンブリを有する光学系を能動的に位置合わせする方法をプロセッサに実施させる命令を含む、非一時的コンピュータ可読媒体であって、前記方法は、
少なくとも画像センサを有する前記センサアセンブリを、前記レンズアセンブリの焦点面に位置付けるステップと、
位置合わせ光学素子およびレンズアセンブリを通じて前記画像センサ上へと光を方向付けるステップと、
前記レンズアセンブリおよび前記位置合わせ光学素子から受け取られる前記光から複数の画像を生成するステップであり、前記画像は、前記位置合わせ光学素子を通じて受け取られる前記光に基づく複数の同心位置合わせ特徴部を有し、前記同心位置合わせ特徴部は、複数の区画を有する、生成するステップと、
前記複数の区画の各々に対応する少なくとも１つの性能指標を測定するステップと、
前記センサアセンブリが前記レンズアセンブリに取り付けられている間に、第１の同心位置合わせ特徴部の第１の区画の前記少なくとも１つの性能指標を前記第１の同心位置合わせ特徴部の第２の区画の前記少なくとも１つの性能指標に対して最適化することに基づいて、前記画像センサの位置を調整するステップと
を含む、非一時的コンピュータ可読媒体。
【請求項３０】
前記複数の画像の各々は、前記レンズアセンブリに対する前記画像センサの異なる位置に対応する、請求項２９に記載の非一時的コンピュータ可読媒体。
【国際調査報告】
2018517936.tif 000018
2018517936.tif 000019