Title:
Dünner keramischer Bildgebungsschirm für Kamerasysteme
Kind Code:
U1


Abstract:

Vorrichtung, die Folgendes umfasst:
einen Bildgebungsschirm, der konfiguriert ist, einfallendes Licht zu streuen, und
ein Linsensystem, das an den Bildgebungsschirm gekoppelt ist und konfiguriert ist, Licht von dem Bildgebungsschirm auf einen CMOS-Bildsensor zu fokussieren,
wobei:
der Bildgebungsschirm eine keramische Diffusorschicht umfasst, die in eine Oberfläche eines Glassubstrats geschmolzen ist, und
eine Dicke der keramischen Diffusorschicht innerhalb eines Bereichs von ungefähr 7-10 µm liegt. embedded image




Application Number:
DE202017106614U
Publication Date:
03/27/2018
Filing Date:
10/30/2017
Assignee:
GOOGLE LLC (Calif., Mountain View, US)



Attorney, Agent or Firm:
Betten & Resch Patent- und Rechtsanwälte PartGmbB, 80333, München, DE
Claims:
Vorrichtung, die Folgendes umfasst:
einen Bildgebungsschirm, der konfiguriert ist, einfallendes Licht zu streuen, und
ein Linsensystem, das an den Bildgebungsschirm gekoppelt ist und konfiguriert ist, Licht von dem Bildgebungsschirm auf einen CMOS-Bildsensor zu fokussieren,
wobei:
der Bildgebungsschirm eine keramische Diffusorschicht umfasst, die in eine Oberfläche eines Glassubstrats geschmolzen ist, und
eine Dicke der keramischen Diffusorschicht innerhalb eines Bereichs von ungefähr 7-10 µm liegt.

Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die keramische Diffusorschicht eine wismutbasierte Glasfritte und anorganische Pigmente, die Siliziumdioxid (SiO2), Zinkoxid (ZnO), Bortrioxid (B2O3), Natriumoxid (Na2O) und Wismutoxid (BiO2) umfassen, enthält.

Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei ein thermischer Ausdehnungskoeffizient (CTE) der keramischen Diffusorschicht einen Wert innerhalb von ungefähr 8 % eines CTE-Werts des Glassubstrats aufweist.

Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, die ferner ein Edelstahlgehäuse umfasst, das unter Verwendung einer Glasschicht, die ein Natronkalk-Floatglasmaterial umfasst, an den Bildgebungsschirm gekoppelt ist und ihn umgibt.

Vorrichtung nach Anspruch 4, wobei ein CTE der keramischen Diffusorschicht einen Wert von innerhalb ungefähr 10-20 % eines CTE-Werts des Edelstahlgehäuses aufweist und wobei ein CTE-Wert des Glases innerhalb von ungefähr 6-7 % des CTE-Werts des Edelstahls liegt.

Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei der Bildgebungsschirm konfiguriert ist, innerhalb eines vordefinierten Betriebstemperaturbereichs thermisch stabil zu sein, um eine thermische Stabilität der Trennung von Pixel zu Pixel eines Bildes, das auf dem CMOS-Sensor erzeugt wird, zu ermöglichen.

Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, die ferner einen Prozessor umfasst, der an den CMOS-Bildsensor gekoppelt ist, wobei der Prozessor konfiguriert ist, ein Ausgangssignal des CMOS-Bildsensors zu verarbeiten, um Positionen von MEMS-Spiegeln einer optischen Leitungsvermittlung zu bestimmen.

Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei das Glassubstrat ein Natronkalk-Floatglassubstrat umfasst und wobei das Natronkalk-Floatglassubstrat ein eisenarmes Glassubstrat umfasst.

Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei eine Oberflächenebenheit des Glassubstrats durch einen Spitze-zu-Tal-Wert von ungefähr λ/4 bei einer Wellenlänge (λ) von ungefähr 633 nm charakterisiert ist.

Kamerasystem zum Überwachen von Spiegeln eines mikro-elektromechanischen Systems (MEMS), wobei das Kamerasystem Folgendes umfasst:
einen Diffusor, der eine keramische Diffusorschicht umfasst, die in eine erste Oberfläche eines Glassubstrats geschmolzen ist;
einen optischen Block, der konfiguriert ist, Licht, das durch den Diffusor emittiert wird, zu konzentrieren;
einen Bildsensor, der konfiguriert ist, konzentriertes Licht von dem optischen Block zu empfangen und elektrische Signal zu erzeugen, und
einen Prozessor, der an den Bildsensor gekoppelt ist und konfiguriert ist, auf der Grundlage der elektrischen Signale ein Bild von Strahlen zu erstellen, die von den MEMS-Spiegeln reflektiert werden,
wobei ein thermischer Ausdehnungskoeffizient (CTE) der keramischen Diffusorschicht einen Wert von innerhalb ungefähr 8 % eines CTE-Werts des Glassubstrats aufweist.

Kamerasystem nach Anspruch 10, wobei die Dicke der keramischen Diffusorschicht innerhalb eines Bereichs von ungefähr 7-10 µm liegt.

Kamerasystem nach Anspruch 10 oder 11, wobei die keramische Diffusorschicht eine wismutbasierte Glasfritte und anorganische Pigmente, die Siliziumdioxid (SiO2), Zinkoxid (ZnO), Bortrioxid (B2O3), Natriumoxid (Na2O) und Wismutoxid (BiO2) umfassen, enthält.

Kamerasystem nach einem der Ansprüche 10 bis 12, das ferner ein Edelstahlgehäuse umfasst, das unter Verwendung einer Glasschicht, die ein Natronkalk-Floatglas umfasst, an den Diffusor gekoppelt ist und ihn umgibt, und wobei ein CTE der keramischen Diffusorschicht einen Wert innerhalb von ungefähr 10-20 % eines CTE-Werts des Edelstahlgehäuses aufweist und wobei ein CTE-Wert des Glases innerhalb von ungefähr 6-7 % des CTE-Werts des Edelstahls liegt.

Kamerasystem nach einem der Ansprüche 10 bis 13, wobei der Bildsensor einen CMOS-Bildsensor umfasst, der eine Pixelgröße von ungefähr 6 µm aufweist und an den Prozessor gekoppelt ist.

Kamerasystem nach einem der Ansprüche 10 bis 14, wobei der Prozessor konfiguriert ist, elektrische Signale zu verarbeiten, um Positionen von MEMS-Spiegeln einer optischen Leitungsvermittlung zu bestimmen.

Kamerasystem nach einem der Ansprüche 10 bis 15, wobei der Diffusor konfiguriert ist, innerhalb eines vordefinierten Betriebstemperaturbereichs thermisch stabil zu sein, um eine thermische Stabilität der Trennung von Pixel zu Pixel eines Bildes der Strahlen, die von den MEMS-Spiegeln reflektiert werden, zu ermöglichen.

Kamerasystem nach einem der Ansprüche 10 bis 16, wobei das Glassubstrat ein eisenarmes Natronkalk-Floatglassubstrat umfasst.

Kamerasystem nach einem der Ansprüche 10 bis 17, wobei der optische Block mehrere Linsen umfasst, die so konfiguriert sind, dass sie eine negative Vergrößerung aufweisen und Licht von einem Diffusorpunkt mit einer Größe von ungefähr 54 µm in ein Bildsensorpixel von ungefähr 6 µm konzentrieren.

Kamerasystem nach einem der Ansprüche 10 bis 18, wobei die Dicke des Glassubstrats innerhalb eines Bereichs von ungefähr 3-4 mm liegt.

Kamerasystem nach einem der Ansprüche 10 bis 19, wobei das Glassubstrat eine Oberflächenebenheit aufweist, die durch einen Spitze-zu-Tal-Wert von ungefähr λ/4 bei einer Wellenlänge (λ) von ungefähr 633 nm charakterisiert ist.

Description:
Technisches Gebiet

Die vorliegende Beschreibung bezieht sich im Allgemeinen auf Kamerasysteme und insbesondere, aber nicht ausschließlich, auf einen dünnen keramischen Bildgebungsschirm für Kamerasysteme.

Durch das Gebrauchsmuster und den Gegenstand des Gebrauchsmusters sollen gemäß den Anforderungen des Gebrauchsmustergesetzes nur Vorrichtungen, wie sie in den beigefügten Ansprüchen definiert sind, aber keine Verfahren geschützt werden. Wenn in der Beschreibung auf Verfahren Bezug genommen wird, dienen diese Bezugnahmen lediglich zur Veranschaulichung der Vorrichtung oder Vorrichtungen, für die mit den beigefügten Ansprüchen Schutz angestrebt wird.

Hintergrund

Optische Leitungsvermittlungen (OCSs) sind das Herzstück von optischen Leitungsvermittlungsnetzen. Eine OCS enthält eine Anzahl von optischen Kollimatoren, die optische Signale zu und von Lichtleiterfasern, die an die OCS gekoppelt sind, lenken. Die OCS enthält ferner ein Spiegelfeld, das ein Mikrospiegelfeld auf der Basis eines mikro-elektromechanischen Systems (MEMS) sein kann, das selektiv optische Strahlen von individuellen Lichtleiterfasern, die an Eingangskollimatoren gekoppelt sind, an ausgewählte Lichtleiterfasern, die an Ausgangskollimatoren gekoppelt sind, lenken kann. Die MEMS-Spiegelwinkel, die für eine optimale Faserkopplungseffizienz zwischen Eingangs- und Ausgangslichtleiterfasern erforderlich sind, können unter Verwendung eines Steuersystems, das ein Kamerasystem enthält, das Licht überwacht, das von den Spiegeln des MEMS-Spiegelfelds reflektiert wird, überwacht und korrigiert werden.

Zusammenfassung

Gemäß verschiedenen Aspekten der betreffenden Technologie werden eine Vorrichtung und ein Kamerasystem bereitgestellt. Die Vorrichtung umfasst einen Bildgebungsschirm, der konfiguriert ist, einfallendes Licht zu streuen, und ein Linsensystem, das an den Bildgebungsschirm gekoppelt ist und konfiguriert ist, Licht von dem Bildgebungsschirm auf einen CMOS-Bildsensor zu fokussieren. Der Bildgebungsschirm umfasst eine keramische Diffusorschicht, die in eine Oberfläche eines Glassubstrats geschmolzen ist, wobei die Dicke der keramischen Diffusorschicht innerhalb eines Bereichs von ungefähr 7-10 µm liegt. Ein thermischer Ausdehnungskoeffizient (CTE) der keramischen Diffusorschicht weist einen Wert von innerhalb ungefähr 8 % eines CTE-Werts des Glassubstrats auf.

Gemäß einem weiteren Aspekt der betreffenden Technologie wird das Kamerasystem verwendet, um Spiegel eines mikro-elektromechanischen Systems (MEMS) zu überwachen. Das Kamerasystem umfasst einen Diffusor, der eine keramische Diffusorschicht aufweist, die in eine erste Oberfläche eines Glassubstrats geschmolzen ist. Das Kamerasystem umfasst ferner eine Abbildungslinse, um Licht, das durch den Diffusor durchgelassen wird, zu fokussieren, und einen Bildsensor, um das Licht von der Abbildungslinse aufzunehmen und elektrische Signale zu erzeugen. Ein Prozessor ist an den Bildsensor gekoppelt und ist konfiguriert, ein Bild von den Strahlen, die von den MEMS-Spiegeln reflektiert werden, auf der Grundlage der elektrischen Signale zu erstellen.

Selbstverständlich werden Fachleuten auf dem Gebiet andere Konfigurationen der betreffenden Technologie aus der folgenden genauen Beschreibung ersichtlich, wobei verschiedene Konfigurationen der betreffenden Technologie darstellend gezeigt und beschrieben werden. Wie realisiert werden wird, ist die betreffende Technologie zu anderen und unterschiedlichen Konfigurationen imstande und ihre mehreren Einzelheiten sind zu Abwandlungen in verschiedenen anderen Hinsichten imstande, alle ohne von dem Umfang der betreffenden Technologie abzuweichen. Dementsprechend sind die Zeichnungen und die genaue Beschreibung vom Charakter her als erläuternd und nicht als einschränkend zu betrachten.

Figurenliste

Die beigefügten Zeichnungen, die enthalten sind, um ein weiteres Verständnis zu schaffen, und in diese Patentschrift aufgenommen sind und einen Teil von ihr bilden, stellen offenbarte Aspekte dar und dienen zusammen mit der Beschreibung dazu, die Prinzipien der offenbarten Aspekte zu erläutern.

  • 1A-1B sind Diagramme, die eine beispielhafte Konfiguration einer optischen Leitungsvermittlung (OCS) unter Verwendung eines Kamerasystems und eine beispielhafte Bildgebungsschirmbaugruppe des Kamerasystems in Übereinstimmung mit einem oder mehreren Aspekten der betreffenden Technologie darstellen.
  • 2A-2C sind Diagramme, die ein Beispiel einer Kamera und Beispiele von Bildern des Kamerasystems in Übereinstimmung mit einem oder mehreren Aspekten der betreffenden Technologie darstellen.
  • 3 ist ein Ablaufdiagramm, das ein beispielhaftes Verfahren zum Herstellen eines Bildgebungsschirms des Kamerasystems von 2A in Übereinstimmung mit einem oder mehreren Aspekten der betreffenden Technologie darstellt.

Genaue Beschreibung

Es werden hier eine Vorrichtung und ein Kamerasystem offenbart. In einigen Implementierungen kann das Kamerasystem verwendet werden, um Positionen von MEMS-Spiegeln einer optischen Leitungsvermittlung zu überwachen. In einem oder mehreren Aspekten der betreffenden Technologie wird eine Vorrichtung, die einen geschmolzenen Glas-/Keramikbildgebungsschirm für ein Kamerasystem umfasst, bereitgestellt. Gemäß einigen Aspekten umfasst die Vorrichtung einen Bildgebungsschirm, der konfiguriert ist, einfallendes Licht zu streuen, und ein Linsensystem, das an den Bildgebungsschirm gekoppelt ist, das konfiguriert ist, Licht von dem Bildgebungsschirm auf einen CMOS-Bildgebungssensor zu fokussieren. Der Bildgebungsschirm enthält eine keramische Diffusorschicht, die in ein Glassubstrat geschmolzen ist. Die Dicke der keramischen Diffusorschicht liegt nach der thermischen Verarbeitung innerhalb eines Bereichs von ungefähr 7-10 µm.

In einigen Implementierungen umfasst die keramische Diffusorschicht vor der thermischen Verarbeitung eine gedruckte Schicht, die ein Tintenmaterial enthält. Das gedruckte keramische Material kann eine weiße Tinte sein, die eine wismutbasierte Glasfritte und ein anorganisches weißes Pigment mit Hauptkomponenten, die Siliziumdioxid (SiO2), Zinkoxid (ZnO), Bortrioxid (B2O3), Natriumoxid (Na2O) und Wismutoxid (BiO2) umfassen, enthält.

Der Bildgebungsschirm umfasst die gedruckte Schicht, die in das Glassubstrat geschmolzen ist, zum Beispiel nachdem sie getrocknet und bei einer Temperatur innerhalb des Bereichs von 650-700 Grad C gebrannt worden ist. Das Glassubstrat kann Natronkalk-Floatglas umfassen und der thermische Ausdehnungskoeffizient (CTE) der keramischen Diffusorschicht kann einen Wert aufweisen, der innerhalb von ungefähr 8 % des CTE-Werts des Glassubstrats liegt. Die Vorrichtung kann ferner ein Edelstahlgehäuse umfassen, das den Bildgebungsschirm umschließt. Der Wert des Glassubstrats kann innerhalb von ungefähr 7 % des CTE-Werts des Edelstahlgehäuses liegen.

In einer oder mehreren Implementierungen ist der Bildgebungsschirm konfiguriert, innerhalb eines vordefinierten Betriebstemperaturbereichs (z. B. ungefähr -55 bis ungefähr 150 Grad C) thermisch stabil zu sein, um eine thermische Stabilität der Trennung von Pixel zu Pixel eines Bildes, das auf dem CMOS-Sensor gebildet ist, zu ermöglichen. Der Bildgebungsschirm kann konfiguriert sein, vordefinierten Umweltbedingungen standzuhalten, die einen vordefinierten Temperaturbereich (z. B. ungefähr -55 bis ungefähr 150 Grad C), einen vordefinierten Feuchtigkeitsbereich (z. B. 95 % relative Feuchte) und eine Exposition gegenüber kochendem Wasser, ultraviolettem Licht und einer oder mehreren Umweltchemikalien umfassen.

1A-1B sind Diagramme, die eine beispielhafte Konfiguration einer optischen Leitungsvermittlung (OCS) 100A unter Verwendung eines Kamerasystems und einen beispielhaften Bildgebungsschirm 100B des Kamerasystems in Übereinstimmung mit einem oder mehreren Aspekten der betreffenden Technologie darstellen. Die OCS 100A ist eine optische Leitungsvermittlung, die eine optische Koppelmatrix bereitstellt. Die OCS 100A umfasst einen ersten Kollimator 110-1 und einen zweiten Kollimator 110-2 (allgemein Kollimatoren 110) und Spiegelfelder 102-1 und 102-2 (allgemein Spiegelfelder 102). Jedes Spiegelfeld 102 enthält mehrere (z. B. zwischen ungefähr 128 und 1000) Spiegeln. Die OCS 100A umfasst auch Injektoren 120-1 und 120-2 (allgemein Injektoren 120) und ein Kamerasystem 130, das Kameras 130-1 und 130-2 (allgemein Kameras 130) umfasst, die Bildgebungsschirme 132 in der Stirnseite der Kameras 130 und CMOS-Sensoren 134, die an einer gedruckten Leiterplatte angebracht sind, umfassen. Der Eingangskollimator 110-1 kann mehrere passive Kollimatoren umfassen, die mit einer Anzahl N (z. B. in dem Bereich von ungefähr 128-1000) von Lichtleiterfasern gekoppelt sind.

Eingangslicht tritt durch die Lichtleiterfasern in die Kollimatoren 110 ein. Das Licht, das durch jede Lichtleiterfaser durchgelassen wird, umfasst eine oder mehrere optische Wellenlängen (Ai). Ausgangslicht von den Kollimatoren 110 wird einem Satz von Lichtleiterfasern bereitgestellt, die jeweils Licht bei einer oder mehreren optischen Wellenlängen (Ai) übertragen. Die Kollimatoren 110-1 und 110-2 können strukturell ähnlich sein. Im Allgemeinen werden optische Signale, die durch den Kollimator 110-1 empfangen werden, aus dem Kollimator 110-2 gelenkt und Licht, das durch den Kollimator 110-2 empfangen wird, wird aus dem Kollimator 110-1 gelenkt. Die Spiegelfelder 102 sind Mikrospiegelfelder auf der Basis eines mikro-elektromechanischen Systems (MEMS), die selektiv optische Strahlen von individuellen Lichtleiterfasern, die an den Kollimator 110-1 gekoppelt sind, an ausgewählte Lichtleiterfasern, die an die Kollimatoren 110-2 gekoppelt sind, lenken und umgekehrt.

Jedes der MEMS-basierten Mikrospiegelfelder (nachstehend „MEMS-Feld“) 102 umfasst eine Anzahl von Mikrospiegeln. Der Zustand von jedem Mikrospiegel der MEMS-Felder 102 kann gesteuert werden, indem eine Spannung zwischen zwei Elektroden angelegt wird, die jedem Spiegel in dem MEMS-Feld 102 zugeordnet sind. Zum Beispiel kann durch Drehen der Spiegel in den MEMS-Feldern 102 um zwei senkrechte Achsen Licht von einer Faser, die an den ersten Kollimator 110-1 gekoppelt ist, an eine Faser, die an den zweiten Kollimator 110-2 gekoppelt ist, gekoppelt werden. Dementsprechend ist es für das richtige Funktionieren der OCS 100A vorteilhaft, dass die Position der Spiegel des MEMS-Felds 102 genau überwacht und gesteuert wird, zum Beispiel durch einen Prozessor 140. Der Prozessor 140 kann ein Allgemeinzweckprozessor, ein Mikrocontroller oder ein anderer Prozessor sein, der programmiert werden kann, die Position der Spiegel des MEMS-Felds 102 zu überwachen und zu steuern.

Die OCS 100A nutzt zwei Injektoren (z. B. 120-1 und 120-2) und ein Kamerasystem 130, das Kameras 130-1 und 130-2 umfasst, um die Position der Spiegel der MEMS-Felder 102 zu überwachen. In einem oder mehreren Aspekten ist jeder Injektor 120 ein Laser mit 850 nm, der eine Anzahl (z. B. zwischen ungefähr 128 und 1000) kleiner kollimierter Strahlen (hier als Beamlets bezeichnet) auf jeden der MEMS-Spiegel strahlen kann. Die Beamlets mit 850 nm von den Injektoren 120 werden durch den ersten dichroitischen Strahlkombinierer 114-1 durchgelassen. Das Eingangslicht mit 1310 nm von den ersten Kollimatoren 110-1 wird von dem ersten dichroitischen Strahlkombinierer 114-1 reflektiert. Die kombinierten Injektor-Beamlets mit 850 nm und das Kollimatorlicht mit 1310 nm wird von dem MEMS-Spiegelfeld 102-1 auf einen dichroitischen Strahlteiler 112 reflektiert. An dem dichroitischen Strahlteiler 112 werden die durchgelassenen Injektorbeamlets mit 850 nm zu der Kamera 130-2 gelenkt und das reflektierte Kollimatorlicht mit 1310 nm wird zu den MEMS-Spiegelfeldern 102-2 gelenkt. Ein zweiter dichroitischer Strahlkombinierer 114-2 erlaubt, dass die Beamlets mit 850 nm, die durch den Injektor 120-2 erzeugt werden, zu dem MEMS-Spiegelfeld 102-2 durchgelassen werden, während das Licht mit 1310 nm, das von dem Kollimator 110-1 stammt, zu dem zweiten Kollimator 110-2 reflektiert wird. Wenn das Eingangslicht von dem zweiten Kollimator 110-2 kommt, sind die Rollen der Kombinierer 114-1 und 114-2 vertauscht. Die Bilder, die durch das Kamerasystem 130 gebildet werden, sind Bilder der Beamlets, die durch die Injektoren 120 emittiert werden, die von den Spiegeln der MEMS-Felder 102 reflektiert werden, die verwendet werden, um die Spiegelpositionen zu messen. Charakteristiken der optischen Leistungsfähigkeit des Kamerabildes umfassen eine gute Trennung der Spitzen zwischen den Beamlets in dem Feld, eine Unterdrückung von Hintergrundlicht, eine Helligkeitseinheitlichkeit über dem Feld und eine Unempfindlichkeit gegenüber Änderungen des Einfallswinkels. Ferner kann das Kamerasystem bevorzugt in im Wesentlichen hohen Stückzahlen, bei niedrigen Kosten und umweltbeständig robust gegen eine hohe Temperatur (z. B. bis ungefähr 150 Grad C) und Feuchtigkeit (z. B. bis zu ungefähr 95 % relativer Feuchte) hergestellt werden. Für die Kamera (z. B. 130) ist es, um die oben genannten Charakteristiken der Leistungsfähigkeit zu erreichen, eine bedeutende Herausforderung einen geeigneten Kamerabildgebungsschirm zu entwerfen und herzustellen, der einige oder alle der oben genannten gewünschten Charakteristiken aufweist. Die betreffende Technologie kann in einigen Implementierungen einen solchen Bildgebungsschirm bereitstellen, wie er hier ausführlicher beschrieben wird.

1B gibt eine beispielhafte Bildgebungsschirmbaugruppe 100B des Kamerasystems 130 wieder. Die Bildgebungsschirmbaugruppe 100B umfasst einen Bildgebungsschirm 150 (z. B. 132 von 1A), der mit einem Gehäuse 160 (z. B. einem Edelstahlgehäuse) unter Verwendung eines Materials 152 aus Glas (z. B. ein Natronkalk-Floatglas) verbunden ist. Der Bildgebungsschirm 150 umfasst eine keramische Diffusorschicht, die in ein Glassubstrat geschmolzen ist. Die Dicke der keramischen Diffusorschicht liegt nach der thermischen Verarbeitung innerhalb eines Bereichs von ungefähr 7-10 µm.

In einigen Implementierungen umfasst die keramische Diffusorschicht vor der thermischen Verarbeitung eine gedruckte Schicht, die ein Tintenmaterial enthält, das eine wismutoxidbasierte Glasfritte und oxidbasierte Pigmente enthält. Der Bildgebungsschirm umfasst die gedruckte Schicht, die in das Glassubstrat geschmolzen ist, zum Beispiel nachdem sie getrocknet und bei einer Temperatur innerhalb des Bereichs von 650-700 Grad C gebrannt worden ist. Das Glassubstrat kann Natronkalk-Floatglas umfassen und der thermische Ausdehnungskoeffizient (CTE) der keramischen Diffusorschicht kann einen Wert aufweisen, der innerhalb eines Bereichs von ungefähr 8-10% (z. B. 8,4%) des CTE-Werts des Glassubstrats liegt. Das Natronkalk-Floatglas weist einen CTE-Wert innerhalb von ungefähr 5-7 % (z. B. 6,7 %) des CTE-Werts des Edelstahlgehäuses auf.

2A-2C sind Diagramme, die ein Beispiel einer Kamera 200A und Beispiele von Bildern 200B und 200C des Kamerasystems 130 von 1A in Übereinstimmung mit einem oder mehreren Aspekten der betreffenden Technologie darstellen. Die Kamera 200A umfasst einen Bildgebungsschirm 210, ein optisches Modul (z. B. ein Linsensystem) 220 und einen Bildsensor 230, die zusammen in ein metallisches Gehäuse (z. B. aus Edelstahl) montiert sind. Die jeweiligen Abstände zwischen dem Bildsensor 230, dem optischen Modul 220 und einem Bildgebungsschirm 210 sind als D1, D2 und D3 gezeigt. Beispielhafte Bereiche von Werten für die Abstände D1, D2 und D3 sind jeweils ungefähr 9-10 mm, ungefähr 10-11 mm und ungefähr 71-72 mm. Das optische Modul 220 umfasst eine Anzahl von Linsen 222 und ist geeignet entworfen, um das Licht, das durch den Bildgebungsschirm 210 geht, auf den Bildsensor 230 zu fokussieren. In einigen Aspekten weist das Linsensystem des optischen Moduls 220 eine Brennweite innerhalb des Bereichs von ungefähr 7-9 mm und eine Blendenzahl innerhalb des Bereich von ungefähr F/2 bis F/3 auf und umfasst vier individuelle hochbrechende Glaslinsen, die mit Epoxid, ähnlich wie das Epoxid 152 von 1B, an einem Edelstahlgehäuse montiert sind, das das gleiche wie ein Teil von dem Gehäuse 150 von 1B oder an dieses gekoppelt ist. In einigen Implementierungen ist die Kameralinsenvergrößerung ungefähr -0,112, was erlaubt, dass 1 Pixel (z. B. innerhalb des Bereichs von ungefähr 5-7 µm) des CMOS-Sensors (z. B. 230) durch das Licht von einem Punkt innerhalb des Bereichs von ungefähr 50-60 µm des Bildgebungsschirms (z. B. 210) beleuchtet wird.

In einigen Implementierungen ist der Bildsensor 230 ein CMOS-Bildsensor, der einem Durchschnittsfachmann auf dem Gebiet bekannt ist. In einigen Implementierungen weist der CMOS-Sensor eine Pixelgröße von einigen wenigen (z. B. ungefähr 5 bis ungefähr 7, z. B. 6) µm auf und ist an einer gedruckten Leiterplattenbaugruppe (PCBA) (z. B. 134 von 1) angebracht. Der CMOS-Bildsensor kann an den Prozessor 140 von 1 gekoppelt sein, der ein Ausgangssignal des CMOS-Bildsensors verarbeiten kann, um Positionen von Spiegeln eines MEMS-Felds zu bestimmen, wie des MEMS-Felds 102 der OCS 100A von 1A. Der Prozessor 140 kann ein Allzweckprozessor, ein Mikrocontroller oder ein anderer Prozessor sein, der programmiert werden kann, das Ausgangssignal des CMOS-Bildsensors zu verarbeiten und auf der Grundlage dieser Signale das Steuern der Position der Spiegel der optischen Leitungsvermittlung (z. B. der OCS 100A) zu ermöglichen.

Der Bildgebungsschirm 210 ist eine Diffusorschicht, die hier genauer offenbart ist, die in einigen Implementierungen mit Merkmalen geeignet entworfen und hergestellt ist, die einige oder alle der oben genannten Charakteristiken der Leistungsfähigkeit erfüllen oder übertreffen. In einigen Implementierungen ist der Diffusor der betreffenden Technologie ein Diffusor, der Keramik ist, die auf Glas gedruckt ist, der eines oder mehrere der gewünschten Trennung der Beamletspitzen, der Unterdrückung des Hintergrundlichts, der einheitlichen Helligkeit über dem Feld, der Unempfindlichkeit gegenüber dem Einfallswinkel, niedrige Kosten, umweltbeständige Haltbarkeit und Herstellbarkeit anbieten kann. Der Diffusor, der Keramik ist, die auf Glas gedruckt ist, kann auf einem Glassubstrat (z. B. einem Natronkalk-Floatglassubstrat) mit Anfangsabmessungen innerhalb des Bereichs von ungefähr 300 mm x 300 mm bis 310 mm x 310 mm und einer Dicke innerhalb eines Bereichs von ungefähr 3-4 mm gefertigt sein. Das gedruckte Keramikmaterial kann eine weiße Tinte sein, die eine wismutbasierte Glasfritte und ein anorganisches weißes Pigment mit Hauptkomponenten, die Siliziumdioxid (SiO2), Zinkoxid (ZnO), Bortrioxid (B2O3), Natriumoxid (Na2O) und Wismutoxid (BiO2) umfassen, enthält.

Die Tinte kann nass durch einen Drucker aufgebracht und dann getrocknet werden. In einigen Implementierungen kann die getrocknete Tinte bei einer Temperatur innerhalb des Bereichs von ungefähr 650-700 Grad C gebrannt werden, um eine harte keramische Schicht zu bilden, die an das Glassubstrat geschmolzen ist. In einigen Aspekten weist die Tinte eine Dicke innerhalb des Bereichs von ungefähr 35-45 µm auf, wenn sie nass aufgebracht wird, und ist nach dem Trocknen innerhalb des Bereichs von ungefähr 10-14 µm, z. B. ungefähr 12 µm. Nach dem Brennen kann die abschließende Dicke des keramischen Diffusors innerhalb des Bereichs von ungefähr 7-10 µm liegen. Der CTE des keramischen Diffusors weist nach dem Brennen einen Wert von ungefähr 8,5 +/-0.3 ppm/K auf, was gut mit dem CTE des Natronkalk-Floatglassubstrats (z. B. ungefähr 9,28 ppm/K) übereinstimmt, und das Glassubstrat ist weniger als ungefähr 6,7 % von dem CTE des Edelstahlgehäuses (9,9 ppm/K) verschieden. In einigen Implementierungen werden mehrere Diffusor auf eine größere Glasplatte gedruckt, die dann verdünnt, poliert und in Quadrate mit den ungefähren Abmessungen innerhalb des Bereichs von 33 mm x 33 mm x 1,3 mm bis 37 mm x 37 mm x 1,7 mm gewürfelt wird, um die abschließenden keramischen Diffusor zu erzeugen.

Die offenbarte gebrannte Keramik-auf-Glas-Schicht der betreffenden Technologie ist im Wesentlichen umweltbeständig robust und kann der Exposition gegenüber hohen Temperaturen (z. B. ungefähr 150 Grad C), Feuchtigkeit (z. B. bis zu ungefähr 95 % relativer Feuchte) und der Exposition gegenüber kochendem Wasser, ultraviolettem Licht und Chemikalien standhalten. Die Kamerabilder, die den keramischen Diffusor der betreffenden Technologie verwenden, können eine gewünschte Trennung der Beamletspitzen und Unterdrückung von Hintergrundlicht, eine einheitliche (z. B. innerhalb von 5 %) Helligkeit über dem Feld und eine Unempfindlichkeit gegenüber Einfallswinkeln aufweisen.

Das Bild 200B, das in 2B gezeigt ist, ist ein Bild auf dem CMOS-Bildsensor 230, wie es auf einem Videomonitor gesehen wird. Das Bild 200B enthält Punkte 205, die jeweils ein Bild eines Beamlets wiedergeben, das auf einen der MEMS-Spiegel in einem der Spiegelfelder 102 gelenkt ist. Die leeren Räume 207 können einen oder mehrere MEMS-Spiegel identifizieren, die nicht funktionieren.

Das Bild 200C, das in 2C wiedergegeben ist, zeigt ein beispielhaftes Bild, das durch das Kamerasystem 130 von 1A aufgenommen wurde. Das Bild 200C ist ein Teilbild, das herangezoomt ist, um Intensitätsprofile von individuellen Beamlets zu betrachten, und es zeigt entlang seiner rechten und unteren Kante optische Signale von den CMOS-Bildsensoren (z. B. von 2A), die Spitzen wie 240 und 250 enthalten. Es ist wichtig, dass die Positionen der Spitzen (z. B. Positionen der Schwerpunktspitzen wie 240 und 250) mit der Änderung der Umweltbedingungen wie Temperatur und Feuchtigkeit stabil gehalten werden. Wie oben erläutert, können die Umweltbedingungen die Funktionalität einer Diffusorschicht nachteilig beeinflussen, falls sie nicht geeignet entworfen und hergestellt ist. Eine nicht stabile Position der Schwerpunktspitze in dem CMOS-Bildsignal kann angeben, dass die Diffusorschicht des Bildgebungsschirms geschädigt ist. Die stabilen Positionen der Schwerpunktspitzen, wie sie in Bild 200B gezeigt sind, geben eine allgemeine Stabilität des opto-mechanischen Systems an, die durch die hohe Qualität der keramischen Diffusorschicht der betreffenden Technologie beeinflusst werden kann.

3 ist ein Ablaufdiagramm, das ein beispielhaftes Verfahren 300 zum Herstellen eines Bildgebungsschirms des Kamerasystems 130 von 1A in Übereinstimmung mit einem oder mehreren Aspekten der betreffenden Technologie darstellt. Das Verfahren 300 beginnt mit dem Vorbereiten eines Glassubstrats (310), zum Beispiel eines Natronkalk-Floatglassubstrats mit den Anfangsabmessungen von ungefähr 230 mm x 230 mm mit einer geeigneten Dicke (z. B. innerhalb eines Bereichs von ungefähr 3-4 mm). In einigen Aspekten kann die Oberflächenebenheit des Glassubstrats durch einen Spitze-zu-Tal-Wert von ungefähr λ/4 bei einer Wellenlänge (λ) von ungefähr 633 nm charakterisiert sein.

Der keramische Diffusor wird dann auf das Substrat (320) gedruckt. In einigen Implementierungen kann das gedruckte keramische Material kann eine weiße Tinte sein, die eine wismutbasierte Glasfritte und ein anorganisches weißes Pigment mit Hauptkomponenten, die Siliziumdioxid (SiO2), Zinkoxid (ZnO), Bortrioxid (B2O3), Natriumoxid (Na2O) und Wismutoxid (BiO2) umfassen, enthält. Die gedruckte keramische Schicht wird unter Verwendung von herkömmlichen Verfahren (330) getrocknet.

Im nächsten Schritt wird die getrocknete keramische Diffusorschicht bei ungefähr 670 Grad C gebrannt, um eine harte keramische Schicht zu bilden, die in das Glassubstrat geschmolzen ist (340). Das Glassubstrat mit der gebrannten keramischen Diffusorschicht ist bereit, um zusammen mit dem Linsensystem (z. B. 220 von 2A) und dem CMOS-Bildsensor (z. B. 230 von 2A) in ein Gehäuse (z. B. ein Edelstahlgehäuse) montiert zu werden (350).

Obwohl diese Patentschrift viele spezifische Implementierungseinzelheiten enthält, sollten diese nicht als Einschränkungen des Umfangs von Erfindungen oder von dem, was beansprucht sein kann, sondern eher als Beschreibungen von Merkmalen, die für spezielle Implementierungen von speziellen Erfindungen spezifisch sind, ausgelegt werden. Bestimmte Merkmale, die in dieser Patentschrift im Kontext von separaten Implementierungen beschrieben sind, können auch in Kombination in einer einzelnen Implementierung implementiert sein. Umgekehrt können verschiedene Merkmale, die im Kontext einer einzelnen Implementierung beschrieben sind, auch separat oder in einer geeigneten Unterkombination in mehreren Implementierungen implementiert sein. Außerdem können, obwohl Merkmale oben so beschrieben sind, dass sie in bestimmten Kombinationen wirken und sogar zunächst als solche beansprucht werden, ein oder mehrere Merkmale von einer beanspruchten Kombination in einigen Fällen aus der Kombination entfernt werden und die beanspruchte Kombination kann auf eine Unterkombination oder eine Variation einer Unterkombination gerichtet sein.

Ähnlich sollte, obwohl Vorgänge in den Zeichnungen in einer speziellen Reihenfolge wiedergegeben sind, dies nicht so verstanden werden, dass es erforderlich ist, dass solche Vorgänge in der speziellen gezeigten Reihenfolge oder in einer fortlaufenden Reihenfolge durchgeführt werden, oder dass alle dargestellten Vorgänge durchgeführt werden, um wünschenswerte Ergebnisse zu erreichen. Unter bestimmten Umständen können Multitasking und parallele Verarbeitung vorteilhaft sein. Außerdem sollte die Trennung von verschiedenen Systemkomponenten in den Implementierungen, die oben beschrieben sind, nicht so verstanden werden, dass eine solche Trennung in allen Implementierungen erforderlich ist, und es sollte selbstverständlich sein, dass die beschriebenen Komponenten und Systeme im Allgemeinen zusammen in einem einzelnen Produkt integriert sein können oder in mehreren Produkten verpackt sein können.

Bezüge auf „oder“ können als einschließend ausgelegt werden, so dass Ausdrücke, die unter Verwendung von „oder“ beschrieben werden, einen von einem einzelnen, mehr als einen und alle der beschriebenen Ausdrücke angeben können. Die Bezeichnungen „erster“, „zweiter“, „dritter“ und so weiter sind nicht notwendigerweise gemeint, eine Klassierung anzugeben, und werden im Allgemeinen lediglich verwendet, um zwischen gleichen oder ähnlichen Gegenständen oder Elementen zu unterscheiden. Somit sind spezielle Implementierungen des Gegenstands beschrieben worden. Andere Implementierungen sind innerhalb des Umfangs der folgenden Ansprüche. In einigen Fällen können die Aktionen, die in den Ansprüchen vorgetragen sind, in einer anderen Reihenfolge durchgeführt werden und immer noch wünschenswerte Ergebnisse erreichen. Zudem erfordern die Prozesse, die in den beigefügten Figuren wiedergegeben sind, nicht notwendigerweise die spezielle gezeigte Reihenfolge oder fortlaufende Reihenfolge, um wünschenswerte Ergebnisse zu erreichen. In bestimmten Implementierungen können Multitasking und parallele Verarbeitung verwendet werden.