CN101755229B - 在光学装置组装期间使用传感器调节自由度的设备 - Google Patents

Abstract

一种在光学装置组装期间使用传感器调节自由度的设备。该设备包括：自由度调节单元，其具有保持器和与保持器连接的错误控制部分；板固定单元，其具有用于牢固地装载固定板的固定夹具、升降装置和用于固定固定板的活塞；激光发生单元，用于发射激光束到装载于保持器上的PCB组件上的图像传感器；传感器单元，用于检测表面贴装到PCB板上的图像传感器的安装状态；以及控制单元，在将由传感器单元发送的测量值与预先建立的主参考值进行比较之后，用于在监视器上显示传感器的当前位置和质量评定因素。

Description

在光学装置组装期间使用传感器调节自由度的设备

技术领域

本发明涉及在数码相机光学装置组装期间用于调节图像传感器的自由度的设备，更具体地，涉及在光学装置组装期间使用传感器调节自由度的设备，其中通过使用激光束检测图像传感器的位置并调节当前状态，能够准确接合透镜组件和PCB板上的表面贴装的图像传感器的相互位置，从而可以批量生产具有良好质量的光学产品且无畸变效果。 

背景技术

在光学装置如数码相机和印刷线路板(PCB)的典型制造过程中，图像传感器和光学透镜组件连接并组装在一起。 

具体地，通过将图像传感器作为摄像元件表面贴装到印刷有线路的PCB上来形成PCB组件。然后，在PCB组件紧密接触固定板之后，通过提供粘结剂如环氧树脂，将表面贴装有图像传感器的PCB组件与固定板机械连接。在图像传感器前面的位置，将透镜组件与已经组合了PCB组件的固定板进行连接和组装。 

然而，在现有技术中，在组装相机的光学部件时，由于图像传感器和透镜组件的各自位置未对准，会发生图像畸变，且这种相互位置的调节是一件困难的工作。 

在将图像传感器表面贴装到PCB板上时会发生错误。该问题来自于这样一个事实，即将图像传感器组装到PCB板上，但并没有分别针对PCB板准确地接合在三轴或六轴上的自由度，例如坡角、高度、宽度、深度、转动等等，且这种自由度的调节也是一件非常困难的工作。 

因此，因为在组装安装有图像传感器的PCB组件与透镜组件时，在三 轴或六轴上的自由度的位置会随着透镜焦距一起改变，因此会发生图像畸变，因此使图像质量变差。 

另外，图像传感器与透镜组件的准确接合结构以及自由度的调节在改善图像质量方面起到关键作用，因为由于改进的图像传感器技术以及增加的消费需求已经提高了图像传感器的高分辨率。 

发明内容

本发明的一方面提供一种在组装表面贴装有图像传感器的印刷线路板(PCB)组件与透镜组件的过程中使用传感器调节自由度的设备，其中首先通过使用传感器检测图像传感器的接合状态而能够调节图像传感器的自由度，从而PCB板相对于透镜组件的位置能够被准确地对准和接合；在将图像传感器表面贴装到PCB板上的过程中出现的错误能够被校准或者修正；并且由此，能够消除由于图像上点没有聚焦而导致的图像畸变，从而能够批量生产良好质量的光学产品。 

能够使用传感器来检测表面贴装在PCB板上的图像传感器的位置；基于该检测，通过调节PCB组件的三轴或六轴上的自由度，改正和修正图像传感器表面贴装过程中出现的错误，可以执行图像传感器的自由度的对准操作；在相对于透镜组件的位置被准确对准之后，可以执行最后的组装操作。 

根据本发明的一方面，提供一种在光学装置组装期间使用传感器调节自由度的设备，所述光学装置包括具有PCB板和表面贴装到PCB板上的图像传感器的PCB组件、透镜组件和固定板，所述固定板用作连接媒介将所述透镜组件组装到所述PCB组件。所述设备可以包括：自由度调节单元，该自由度调节单元具有保持器和与所述保持器连接的错误控制部分，所述保持器牢固地支撑所述PCB组件，所述错误控制部分在表面贴装所述图像传感器期间通过控制所述保持器的位置进行的自由度调节来校正错误；板固定单 元，该板固定单元具有用于牢固地装载所述固定板的固定夹具、升降装置如缸，和用于固定所述固定板的活塞，其中所述活塞位于所述固定夹具的顶部且通过所述升降装置上下移动；激光发生单元，用于发射激光束到装载于所述保持器上的所述PCB组件上的所述图像传感器；传感器单元，用于检测表面贴装到所述PCB板上的所述图像传感器的安装状态；以及控制单元，在将由所述传感器单元发送的测量值与预先建立的主参考值进行比较之后，所述控制单元在监视器上显示所述图像传感器的当前位置和质量评定因素。 

根据本发明，通过能够识别反射的激光束并采集图像的传感器单元，能够检测表面贴装到PCB板上的图像传感器的当前位置，并且在分析后显示检测结果的同时，自由度调节还可以改正和修正图像传感器的有关当前安装位置的错误数值。因为在图像传感器表面贴装到PCB板上的过程中出现的组装错误能够被改正，所以可以在图像传感器和透镜组件的位置对准之后执行最后的组装操作，从而能够克服图像畸变现象。 

此外，本发明的优点还在于能够批量生产一致的、高质量的光学产品。 

附图说明

图1是表示根据本发明实施方式的在光学装置组装期间调节自由度的设备的透视图； 

图2是表示根据本发明实施方式的在光学装置组装期间调节自由度的设备的主视图； 

图3是表示根据本发明的自由度调节单元的透视图； 

图4是表示根据本发明的板固定单元的侧视图； 

图5是表示根据本发明的通过图像传感器调节自由度的样品图； 

图6是显示根据本发明的通过传感器单元检测的图像传感器的位置的样品图； 

图7是表示表面贴装有图像传感器的印刷线路板(PCB)组件与透镜组件之间连接关系的示意图； 

图8是表示根据本发明的通过传感器单元检测的图像传感器位置的显示状态的样品图。 

主要附图标记 

10：PCB组件             11：PCB板 

12：图像传感器          20：透镜组件 

30：固定板              110：自由度调节单元 

111：保持器             112：错误控制部分 

120：板固定单元         121：固定夹具 

130：激光发生单元       140：传感器单元 

150：控制单元           160：监视器 

170：粘结剂涂敷单元 

具体实施方式

如图1至图8所示，在组装期间使用根据本发明的设备100通过传感器调节自由度的光学装置包括：印刷线路板(PCB)组件10，该组件10具有PCB板11和表面贴装到PCB板11上的图像传感器12；透镜组件20；以及固定板30，该固定板30作为连接媒介将透镜组件20连接到PCB组件10。 

设备100还包括：自由度调节单元110，该自由度调节单元110具有保持器111和与保持器111相连的错误控制部分112，保持器111用于牢固支撑PCB组件10，错误控制部分112用于在表面贴装有图像传感器12的印刷线路板组件的组装期间通过控制保持器111的位置进行自由度调节来校正错误；板固定单元120，该板固定单元120具有用于牢固装载固定板30的固定夹具121、升降装置122如缸或者类似物和用于固定所述固定板的活塞123，该活塞123位于固定夹 具121的顶部且通过升降装置122上下移动；激光发生单元130，用于向装载于保持器111上的PCB组件10上的图像传感器12发射激光束；传感器单元140，用于检测表面贴装在PCB板11上的图像传感器12的安装状态；以及控制单元150，在将传感器单元140发送的测量值与预先建立的主参考值比较之后，控制单元150在监视器160上显示图像传感器12的当前位置和质量评定因素(好/差)。 

设备100还包括粘结剂涂敷单元170，其包括粘结剂涂敷部分171，该部分171用于将粘结剂涂敷到安装有经过校正的图像传感器12(通过自由度调节单元110的自由度调节)的PCB组件10上，从而使PCB组件10与固定板30接合；以及发光部分172，用于照射光以便热固化或者紫外线固化涂敷的粘结剂。 

粘结剂涂敷部分171和发光部分172构造成在粘结剂涂敷单元170上沿横向和垂直方向可控地移动。 

如图3所示，自由度调节单元110的保持器111包括形成为与PCB组件10的形状一致的PCB引导件111a和PCB保持件111b，以及可通过位置移动装置S1(如缸或者类似物)在直线方向移动的PCB支撑块111c，该支撑块111c用于将PCB板11支撑于其侧部。上面安装有图像传感器12的PCB板11设置在PCB保持件111b上。 

如图3所示，PCB组件10可以包括安装有图像传感器12的PCB板11，和与PCB板11连接的连接板11a。可替换地，PCB组件10可以构造成仅具有安装有图像传感器12的PCB板11而不具有连接板11a。 

当连接板11a与PCB板11连接且安装有图像传感器12的PCB板11装载到PCB保持件111b上时，PCB引导件111a安装成通过牢固支撑连接板11a和PCB板11，从而防止安装有图像传感器12的PCB板11从保持器111中掉落。 

可以在PCB保持件111b的底部安装保护玻璃(未显示)，用于保护图像传感器12。 

保持器111被置于错误控制部分112的前面且与之连接，并且构造成通过升降装置S2如缸和类似物在上下方向可移动地控制。 

自由度调节单元110的错误控制部分112包括多个调节部分112a至112f，用于控制各个自由度，如上下坡角、转动、高度、左右坡角、垂直位置和水平位置。每个调节部分112a至112f相同地包括可转动的转动块A1和与转动块A1连接的调节件A2。 

并且，错误控制部分112包括三个直线自由度控制部分，用于在直线方向(宽度、深度、高度)相对于保持器111调节自由度；以及可转动的自由度控制部分，该可转动的自由度控制部分能够倾斜调节每个直线自由度控制部分。这里，可以提供一至三个可转动的自由度控制部分。 

同时，自由度调节单元110的错误控制部分112是手动操作概念设计，使得使用者能够在观察监视器160的同时执行手动控制，监视器160显示通过传感器单元140得到的具有上述结构的控制部分的测量值。虽然没有在附图中表示，但各个调节部分可以具有自动操作概念的结构，可以选择性地实现自动控制。为此，可以提供具有控制器的自动控制部分，该控制器构造成能够通过转动电机来自动控制，同时通过与控制单元150通信来自动识别传感器数值，并且能够根据识别的传感器数值自动控制自由度。 

激光发生单元130包括激光二极管。 

传感器单元140可以构造成具有传感功能，其接收从激光发生单元130发射的反射激光束；以及通过在其中形成相机(未显示)而具有图像采集功能，能够采集安装有图像传感器12的PCB板11的边角的图像。 

传感器单元140通过检测安装有图像传感器12的PCB板11的边角的图像以及识别来自图像传感器12的反射激光束来检测图像传感器12的安装 状态。 

监视器160显示由控制单元150识别的图像传感器12的当前检测位置，并显示检测状态的质量，并且在使用者调节图像传感器12的位置的同时由使用者进行观察。若需要，可以安装一个或者多个监视器160。 

下面，将描述在使用传感器100的光学装置的组装期间，根据本发明的具有上述附图中所示结构的调节自由度的设备的操作。 

首先，在通过插入板固定单元120的固定夹具121而装载固定板30之后，活塞123沿升降装置122从上向下固定固定板30。 

在将具有表面贴装有图像传感器12的PCB板11的PCB组件10装载到自由度调节单元110的保持器111的PCB引导件111a和PCB保持件111b上之后，通过位置移动装置S1直线移动PCB支撑块111c，使PCB支承块111c从侧部固定安装有图像传感器12且被装载到PCB保持件111b上的PCB板11。如图3所示，当连接板11a连接到PCB板11时，通过将连接板11a设置在PCB引导件111a上且将PCB板11设置在PCB保持件11b上，可以稳定地支撑PCB板11，从而能够容易地识别图像传感器12的安装状态。 

此时，安装在PCB板11上的图像传感器12通过插入到PCB保持件111b中而被固定。具体地，图像传感器12需要在下侧被固定，以便接收由激光发生单元130发射的激光束。 

一旦完成PCB组件10的设置，通过升降装置S2使保持器11向上移动，安装有图像传感器12的PCB板11就可以在固定于板固定单元120上的固定板30的下面移动。 

此后，当激光发生单元130发射激光束时，发出的激光束在接触图像传感器12的表面之后经过反射并入射到图像传感器12下面的传感器单元140中，通过反射后入射的激光束在传感器单元140中检测表面贴装到PCB板11上的图像传感器12的位置和安装状态，由此可以根据图像传感器12的当 前安装状态来检查倾斜错误如坡角。 

另外，传感器单元140可以通过采集图像和识别安装有图像传感器12并位于PCB保持件111b上的PCB板11的角部来检测表面贴装到PCB板11上的图像传感器12的安装状态。此时，传感器单元140中的内置相机可以采集包括图像传感器12的PCB板11的一个边角的图像。由此，参考图像传感器12的当前安装状态，可以检查错误，如宽度位置、深度位置等等。 

控制单元150在监视器160上显示基线，并通过将由传感器单元140发送的图像传感器12的当前位置的测量值与预先建立的主参考值进行比较，在基线上显示图像传感器12的当前位置，而且还显示关于图像传感器12的当前安装状态的质量评定因素。 

接下来，设备操作者可以在观察监视器150上显示的基线和图像传感器的当前位置的同时，通过错误控制部分112的调节部分112a至112f的选择性转动控制来调节保持器111的位置，以针对安装有图像传感器12并装载于保持器111上的PCB板11的每个轴线的自由度进行调节。在传感器单元140检测PCB板11上的图像传感器12的当前安装状态，且控制单元150比较来自传感器单元140的测量值和主参考值的同时，执行该调节，从而可以调节表面贴装图像传感器12期间出现的错误。 

通过选择性转动控制调节部分112a至112f，可以调节三轴或六轴自由度，如左右坡角、上下坡角、高度、转动、垂直位置和水平位置。通过这种自由度调节，如图5所示，可以通过在图像传感器12安装在PCB板11上的状态下调节保持器111来调节不正确地表面贴装图像传感器12的错误。 

作为一个例子，监视器160的屏幕显示通过传感器单元140获得的图像传感器12的当前安装状态的测量值，并在控制单元150的控制下在基线上显示图像传感器12的位置，如图6所示，且这些都使用反射的激光束显示。通过该屏幕，可以调节表面贴装在PCB板上的图像传感器12的左右坡角和 上下坡角。 

控制单元150通过控制在监视器160屏幕的中心标记出对应于主参考值的圆基线L1，并且基于检测反射的激光束的传感器单元140的测量值显示图像传感器的当前检测位置。位于对应于主参考值的基线L1内的标记的点是图像传感器的当前测量位置，当显示图像传感器的检测位置的点位于基线L1之内时，控制单元150对监视器160发出控制命令，以在监视器上显示质量评定，比如好或者不好。 

当显示于屏幕上的图像传感器的检测位置位于基线L1之外时，可通过使用错误调节部分112中的坡角调节部分调节PCB板11的位置来校正实际的图像传感器12的位置，通过将标记的点的位置调节到基线L1内，可以校正在将图像传感器12表面贴装到PCB板11上的期间出现的坡角错误。 

为了在校正图像传感器12的坡角错误时进行更准确的调节，通过错误调节部分112中对应的调节部分调节PCB板11的坡角，将代表图像传感器的点调节到十字中心的位置(该位置标记于基线L1、垂直线和水平线的中心)。这里，高度可以沿垂直线进行调节。 

监视器160的屏幕因为传感器单元140而可以显示图像传感器12的当前安装状态的测量值，并且因为控制单元150的控制而可以在基线上显示图像传感器的位置，如图8所示。这些显示是通过PCB组件中的同时由传感器单元140操作的图像采集来实现。表面贴装到PCB板11上的图像传感器12的宽度位置或深度位置可以通过屏幕来调节。 

根据传感器单元140检测的数值(其中传感器单元140检测安装有图像传感器12的PCB板11的边角的图像采集)，控制单元150通过控制在监视器160的屏幕上标记出对应于主参考值的交叉的垂直和水平基线L2。监视器160另外还显示检测图像的位置。位于对应主参考值的基线L2之内的标记位置是图像传感器的当前检测位置，控制单元150对监视器160发送控制 命令，并根据宽度位置和深度位置的测量值在监视器上作出质量评定，比如好或者不好，并且在基线L2之内显示图像传感器的测量位置。 

当显示于屏幕上的图像传感器的检测位置位于基线L2之外时，可通过使用错误调节部分112中对应的调节部分调节PCB板11的位置来校正实际的图像传感器12的位置，通过倾斜调节以便使图形传感器平行于垂直和水平基线L2，并通过执行宽度和深度方向的位置调节以将图像传感器定位于基线L2之内，能够校正在将图像传感器12表面贴装到PCB板11上期间出现的宽度和深度位置错误或者转动错误。 

这里，监视器160的屏幕可响应通过开关(未显示)发送的切换信号来变换屏幕，以便操作者能够在观看屏幕的同时调节三轴或六轴自由度，比如坡角、宽度位置、深度位置、转动、高度等等。 

此时，虽然在图中没有显示，可以设置具有控制器的自动控制部分，该控制器能够选择性地、自动地控制调节部分，但是自动控制部分应当设置成与控制单元150通讯。另外，自由度可以根据传感器单元140的输出值而通过调节部分自动调节，每个调节部分设置成可通过转动电机进行调节。 

详细地，通过上述操作，在通过调节保持器11完成了图像传感器12的位置校准之后，粘结剂涂敷单元171可以移动到装载并固定于板固定单元120上的固定板30的顶部，然后通过涂敷粘结剂，安装有图像传感器12(通过完成自由度的调节而完成了位置校准)的PCB板11可以与固定板30接合。 

此时，从固定板30的顶部涂敷的粘结剂可通过上部开口涂敷到PCB板11的表面上，从而实现相互的接合。 

在将已经与固定板30接合的PCB组件10从设备上分离之后，通过固定板30上形成的连接孔接合透镜组件，将透镜组件20放置在图像传感器12的顶部，如图7所示，就完成了整个组装工作。因为图像传感器12和透镜组件20以准确的组合和对准状态进行组装，所以可以克服现有技术中由于位置不对准而产生的相机图像的畸变现象。 

工业实用性 

根据本发明，当图像传感器表面贴装到PCB板上时出现的组装错误可以使用肉眼进行检查，并且通过调节自由度进行校正。因为当图像传感器的位置和透镜组件的位置可以对准，所以可实现最佳的组装，从而可以克服图像的畸变现象，并且该实施方式可用于组装和制造批量生产的且具有一致的、良好的质量的光学产品。 

序列表 

图像传感器、PCB、透镜组件、激光、传感器、自由度调节、错误校正。 

Claims (5)

1.一种在光学装置组装期间使用传感器调节自由度的设备，所述光学装置包括具有印刷线路板和表面贴装到所述印刷线路板上的图像传感器的印刷线路板组件、透镜组件和固定板，所述固定板用作连接媒介将所述透镜组件组装到所述印刷线路板组件，所述设备包括：

自由度调节单元，该自由度调节单元具有保持器和与所述保持器连接的错误控制部分，所述保持器牢固地支撑所述印刷线路板组件，所述错误控制部分在表面贴装有所述图像传感器的印刷线路板组件的组装期间通过控制所述保持器的位置而调节自由度以校正错误；

板固定单元，该板固定单元具有用于牢固地装载所述固定板的固定夹具、升降装置、以及用于固定所述固定板的活塞，其中所述活塞位于所述固定夹具的顶部且通过所述升降装置上下移动；

激光发生单元，该激光发生单元用于发射激光束到装载于所述保持器上的所述印刷线路板组件上的所述图像传感器；

传感器单元，该传感器单元用于检测表面贴装到所述印刷线路板上的所述图像传感器的安装状态；以及

控制单元，在将由所述传感器单元发送的测量值与预先建立的主参考值进行比较之后，所述控制单元在监视器上显示所述图像传感器的当前位置和质量评定因素；

所述传感器单元位于所述图像传感器的下面。

2.根据权利要求1所述的在光学装置组装期间使用传感器调节自由度的设备，其中所述自由度调节单元的所述保持器包括：

印刷线路板引导件，该印刷线路板引导件位于所述错误控制部分的前面，能够通过另一个升降装置上下移动，并且在所述印刷线路板连接有连接板时备用；

印刷线路板保持件，该印刷线路板保持件安装成将安装有所述图像传感器的所述印刷线路板装载到所述印刷线路板引导件的侧部；以及

印刷线路板支撑块，该印刷线路板支撑块通过位置移动装置在直线方向可移动，以便将安装有所述图像传感器且设置在印刷线路板保持件上的所述印刷线路板支撑在印刷线路板支撑块的侧部。

3.根据权利要求1所述的在光学装置组装期间使用传感器调节自由度的设备，其中所述错误控制部分包括：

三个直线自由度控制部分，该三个直线自由度控制部分用于在直线方向调节所述保持器的自由度；以及

转动自由度控制部分，该转动自由度控制部分能够倾斜调节所述每个直线自由度控制部分，其中，所述错误控制部分提供有一至三个所述转动自由度控制部分。

4.根据权利要求1所述的在光学装置组装期间使用传感器调节自由度的设备，其中所述错误控制部分包括用于调节所述保持器的自由度的多个控制部分，其中每个所述控制部分包括具有控制器的自动控制部分，所述控制器能够被转动电机自动控制，所述控制器能够通过与所述控制单元通讯识别测量值，并且通过使用识别的测量值自动控制自由度。

5.根据权利要求1所述的在光学装置组装期间使用传感器调节自由度的设备，该设备还包括粘结剂涂敷单元，该粘结剂涂敷单元包括：

粘结剂涂敷部分，该粘结剂涂敷部分用于向安装有通过所述自由度调节单元调节自由度而对准的所述图像传感器的所述印刷线路板组件涂敷粘结剂，从而将所述印刷线路板组件与所述固定板接合；以及

发光部分，该发光部分用于发光以热固化或者紫外线固化涂敷的粘结剂。

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