CN107026179A - 一种图像传感器零件的自动对准装置与方法 - Google Patents

Abstract

本发明适用于电子元器件装配领域，提供了一种图像传感器零件的自动对准装置，包括三自由度平移台、光学镜头、三自由度摆动台、设置于光学镜头上方的菲林图像、与图像传感器零件电气连接的图像采集装置、用于控制三自由度平移台和三自由度摆动台运动的运动控制装置，以及控制器。本发明采用六自由度精密伺服调节台承载图像传感器零件和光学镜头，通过图像采集装置以及控制器获取监控图像清晰度，根据清晰度调整图像传感器零件和光学镜头的相对位置和角度，实现图像传感器零件的快速对准，在对准后固化该相对位置并进行后续的装配体安装，解决了装配精度升高和装配与测试图像来源不一致导致的不良品的问题，提高了图像传感器的良品率和良品稳定性。

Description

一种图像传感器零件的自动对准装置与方法

技术领域

本发明属于电子元器件装配技术领域，尤其涉及一种图像传感器零件的自动对准装置与方法。

背景技术

图像传感器零件可以包括CCD(电荷耦合器件)和CMOS(互补金属氧化物半导体)等类型的器件，在传统的图像传感器零件对准工艺中，一般涉及到人工操作一个俯仰角调节台，一个左右角度调节台，一个XYZ三轴平移台，根据看到的图像进行手动调节。由于自由度过多，在装配图像传感器的过程中，经常会发生错位和角度偏差，使得最终产品出现图像缺陷，如调焦不一致和中心偏差等。近年来随着图像传感器的分辨率快速增加，对于上述对准工艺中的精度要求也越来越高，精度要求进入微米量级后，传统装配调节方法不能够达到良好的良品率，造成物料浪费。另外，传统方法使用图像传感器零件的外形尺寸作为基准进行装配，当外形尺寸公差超过装配精度要求时，会使得基于尺寸的装配不可用，而这正是目前图像传感器组装工艺发生的变化，复杂性增加，零件数增加，整体尺寸缩小，使得装配图像传感器的精度难以保持在公差内。

发明内容

本发明的目的在于提供一种图像传感器零件的自动对准装置，旨在提高图像传感器零件的自动对准及装配精度和效率。

本发明是这样实现的，一种图像传感器零件的自动对准装置，包括用于承载待对准的图像传感器零件的三自由度平移台、待与所述图像传感器零件对准的光学镜头、夹持所述光学镜头的三自由度摆动台、设置于所述光学镜头上方的菲林图像、与所述图像传感器零件电气连接的图像采集装置、用于控制所述三自由度平移台和三自由度摆动台运动的运动控制装置，以及与所述图像采集装置和运动控制装置连接的控制器。

本发明的另一目的在于提供一种图像传感器零件的自动对准方法，包括下述步骤：

将待对准的图像传感器零件放置于三自由度平移台上，使之与图像采集装置电气连接，将光学镜头放置于三自由度摆动台上；

通过图像采集装置采集菲林图像经光学透镜后在图像传感器零件上生成的图像；

通过控制器计算图像的清晰度，判断是否达到预设的清晰度，是则固化光学镜头和图像传感器零件的位置并取下所述光学镜头和图像传感器零件固化组成的整体零件；否则通过控制器指示运动控制装置控制三自由度平移台和/或三自由度摆动台运动，以调整图像的清晰度，并返回进行所述计算图像的清晰度的步骤。

本发明采用六自由度精密伺服调节台(三自由度平移台和三自由度摆动台)承载图像传感器零件和光学镜头，通过图像采集装置以及控制器获取图像并监控图像的清晰度，根据清晰度适时调整图像传感器零件和光学镜头的位置和角度，实现图像传感器零件和光学镜头的快速对准，提高了图像传感器零件的对准精度和效率；在对准后固化该相对位置，并进行后续的装配体的安装，可以保证后续测试图像也可以达到相同效果，解决了装配精度日益升高和装配与测试图像来源不一致的问题，消除了由于对准图像和测试图像来源不一致导致图像清晰度差异而造成的图像传感器装配体不良，提高了图像传感器的良品率和良品稳定性，提高效率和效益。

附图说明

图1是本发明实施例提供的图像传感器零件的自动对准装置结构示意图；

图2是图1的部分放大图；

图3是本发明实施例提供的三自由度摆动台的摆动方向示意图；

图4是本发明实施例提供的图像传感器零件的自动对准方法流程图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者可能同时存在居中元件。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。

还需要说明的是，本实施例中的左、右、上、下等方位用语，仅是互为相对概念或是以产品的正常使用状态为参考的，而不应该认为是具有限制性的。

如图1和图2，本发明实施例提供一种图像传感器零件的自动对准装置，其包括用于承载待对准的图像传感器零件02的三自由度平移台01、待与图像传感器零件02对准的光学镜头03、夹持光学镜头03的三自由度摆动台04、设置于光学镜头03上方的菲林图像05、与图像传感器零件02电气连接的图像采集装置06、用于控制三自由度平移台01和三自由度摆动台04运动的运动控制装置，以及与图像采集装置06和运动控制装置连接的控制器。具体地，菲林图像05、光学镜头03、图像传感器零件02自上向下排列，菲林图像05受到照明后经光学镜头03成像于图像传感器零件02，由图像传感器零件02接收的光信号传输到图像采集装置06，图像采集装置06将图像信号传输到控制器，在控制器上可查看图像的清晰度。该控制器可以是与该自动对准装置集成于一体的器件，也可以是通过线缆连接至远端的器件，例如工业图像工作站及运行在该工作站上的图像处理软件。光学镜头03和图像传感器零件02之间的距离和水平偏差以及相对倾斜角度影响了菲林图像05的成像清晰度，在判断图像的清晰度不符合要求时，表明图像传感器零件02和光学镜头03没有对准，本实施例即是通过三自由度平移台01和三自由度摆动台04的运动改变光学镜头03和图像传感器零件02的方位，以使图像清晰，即实现图像传感器零件02和光学镜头03的对准。

本发明实施例采用六自由度精密伺服调节台(三自由度平移台01和三自由度摆动台04)承载图像传感器零件02和光学镜头03，通过图像采集装置06以及控制器获取图像并监控图像的清晰度，根据清晰度适时调整图像传感器零件02和光学镜头03的位置和角度，实现图像传感器零件02和光学镜头03的快速对准，提高了图像传感器零件02的对准精度和效率；在对准后固化该相对位置，并进行后续的装配体的安装，可以保证后续测试图像也可以达到相同效果，解决了装配精度日益升高和装配与测试图像来源不一致的问题，消除了由于对准图像和测试图像来源不一致导致图像清晰度差异而造成的图像传感器装配体不良，提高了图像传感器的良品率和良品稳定性，提高效率和效益。

在本实施例中，运动控制装置可以采用高精度运动控制卡、PLC、运动控制器或者任意两种或三种组成，该运动控制装置与三自由度平移台01和三自由度摆动台04电气连接，在控制器的控制下操控三自由度平移台01和三自由度摆动台04运动。

进一步地，三自由度平移台01可以沿着X、Y、Z三轴方向移动，具体可以包括Y向平移台011以及设置于Y向平移台011上的XZ向平移台012。Y向平移台011可以沿着Y轴方向移动，图像传感器零件02可以在Y向平移台011上沿着X轴方向移动，并沿着Z轴方向上下移动，进而改变图像传感器零件02的空间位置。具体的三自由度平移台01的结构可以采用本领域常用的结构。三自由度摆动台04则可以改变光学镜头03的倾斜角度，进而调整图像传感器零件02相对光学镜头03的偏移角度。其设有用于夹持图像传感器零件02的夹爪041，图像传感器零件02的转动可通过夹爪041的转动带动，也可以是通过连接在夹爪041上的转动组件带动。三自由度摆动台04的摆动中心与光学镜头03的光学中心重合，如不重合则需要额外的XY向精密平移台进行补偿，如图3所示，三个摆动方向(XY、XZ、YZ)两两垂直。以上通过调整图像传感器零件02的空间位置和相对光学镜头03的偏移角度，可以将图像传感器零件02和光学镜头03对准，实现清晰的图像拍摄。

进一步地，本实施例中的三自由度摆动台04和三自由度平移台01的重复精度或运动分辨力和图像传感器零件02的像素尺寸一致，使调节台的精度和需要的精度匹配，进而提高图像传感器零件02的装配精度。本实施例中，需要的精度是传感器像素尺寸的一个比例。

进一步地，在光学镜头03和菲林图像05之间可以设置中继镜07，用于将给定距离的图案成实像到更大的距离的光学镜头03。当不需要延长成像距离时，也可以不不采用中继镜07。进一步地，光学镜头03优选为高分辨定焦镜头或电动驱动自动调焦或自动变焦镜头。菲林图像05经光学镜头03成像在图像传感器零件02上，该图像传感器零件02通过连接器治具08与图像采集装置06电气连接。连接器治具08以探针作为电气接触部件与图像传感器零件02的金手指(电气触点)或传感器安装在PCB基板的连接器电连接，并且，连接器治具08以柔性电路板作为电气传输部件将图像传感器零件02输出的信号传输到图像采集装置06。

进一步地，本实施例还包括用于拾取并传送图像传感器零件02和光学镜头03的上下料装置。在检测阶段，通过上下料装置将图像传感器零件02和光学镜头03放置到相应位置，检测结束并对准后，固化图像传感器零件02和光学镜头03的相对位置，由上下料装置将其取下，并将图像传感器的相应装配体按照固化位置进行安装。

以下进一步提供一种图像传感器零件02的自动对准方法，如图4，该方法包括下述步骤：

在步骤S101中，将待对准的图像传感器零件02放置于三自由度平移台01上，使之与图像采集装置06电气连接，将光学镜头03放置于三自由度摆动台04上；

在步骤S102中，通过图像采集装置06采集菲林图像05经光学镜头03后在图像传感器零件02上生成的图像；

在步骤S103中，通过控制器计算图像的清晰度，判断是否达到预设的清晰度，是则固化光学镜头03和图像传感器零件02的位置并取下所述光学镜头03和图像传感器零件02固化组成的整体零件；否则通过控制器指示运动控制装置控制三自由度平移台01和/或三自由度摆动台04运动，以调整图像的清晰度，并返回进行所述计算图像的清晰度的步骤。

优选地，三自由度平移台01和三自由度摆动台04的重复精度和图像传感器零件02的像素尺寸一致，使调节台的精度和需要的精度匹配，进而提高图像传感器零件02的装配精度。

以上方法是基于本发明提供的图像传感器零件02的自动对准装置实现的，其各部件的工作原理如上所述，此处不再重复说明。该方法通过图像采集装置06采集特定菲林图像05经过光学镜头03成像在图像传感器零件02上的图像，由控制器对该图像的清晰度进行分析后，控制三自由度平移台01和三自由度摆动台04对光学镜头03和图像传感器零件02的位置和角度进行调整，实现光学镜头03和图像传感器零件02的快速高精度对准，固化该对准位置后方可进行装配，解决了装配精度日益升高和装配与测试图像来源不一致的问题，提高了图像传感器的良品率和良品稳定性。

以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换或改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种图像传感器零件的自动对准装置，其特征在于，包括用于承载待对准的图像传感器零件的三自由度平移台、待与所述图像传感器零件对准的光学镜头、夹持所述光学镜头的三自由度摆动台、设置于所述光学镜头上方的菲林图像、与所述图像传感器零件电气连接的图像采集装置、用于控制所述三自由度平移台和三自由度摆动台运动的运动控制装置，以及与所述图像采集装置和运动控制装置连接的控制器。

2.如权利要求1所述的图像传感器零件的自动对准装置，其特征在于，所述三自由度摆动台和三自由度平移台的重复精度或运动分辨力和所述图像传感器零件的像素尺寸一致。

3.如权利要求1所述的图像传感器零件的自动对准装置，其特征在于，还包括用于拾取并传送所述图像传感器零件和光学镜头的上下料装置。

4.如权利要求1所述的图像传感器零件的自动对准装置，其特征在于，所述图像传感器零件通过连接器治具与所述图像采集装置电气连接。

5.如权利要求1所述的图像传感器零件的自动对准装置，其特征在于，所述光学镜头为高分辨定焦镜头、自动调焦镜头或自动变焦镜头。

6.如权利要求1所述的图像传感器零件的自动对准装置，其特征在于，所述三自由度摆动台设有用于夹持所述图像传感器零件的夹爪。

7.如权利要求1所述的图像传感器零件的自动对准装置，其特征在于，所述三自由度摆动台的摆动中心与所述光学镜头的光学中心重合，所述三自由度摆动台的三个摆动方向两两垂直。

8.如权利要求1所述的图像传感器零件的自动对准装置，其特征在于，所述三自由度平移台包括Y向平移台以及设置于所述Y向平移台上的XZ向平移台。

9.如权利要求1所述的图像传感器零件的自动对准装置，其特征在于，在所述光学镜头和菲林图像之间设有中继镜。

10.一种图像传感器零件的自动对准方法，其特征在于，包括下述步骤：

将待对准的图像传感器零件放置于三自由度平移台上，使之与图像采集装置电气连接，将光学镜头放置于三自由度摆动台上；

通过图像采集装置采集菲林图像经光学透镜后在图像传感器零件上生成的图像；

通过控制器计算图像的清晰度，判断是否达到预设的清晰度，是则固化光学镜头和图像传感器零件的位置并取下所述光学镜头和图像传感器零件固化组成的整体零件；否则通过控制器指示运动控制装置控制三自由度平移台和/或三自由度摆动台运动，以调整图像的清晰度，并返回进行所述计算图像的清晰度的步骤。