KR100814279B1 - Measurement device for alignment of lense assembly - Google Patents
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Abstract
Description
도 1은 소형 렌즈 어셈블리의 일예를 도시하는 도면,1 is a view showing an example of a compact lens assembly;
도 2는 본 발명에 따른 소형 렌즈 어셈블리의 정렬 측정 장치의 구성도, 및2 is a configuration diagram of an alignment measuring device of a small lens assembly according to the present invention; and
도 3은 렌즈 정렬에 따른 레이저 영상 위치 변화의 개념도.3 is a conceptual diagram of a laser image position change according to lens alignment.
<도면의 부호에 대한 설명><Description of Symbols in Drawings>
10: 경통10: barrel
20, 30, 40: 렌즈20, 30, 40: lens
50: 스페이서50: spacer
60: 마스크60: mask
70: 실드70: shield
100: 렌즈 어셈블리의 정렬 측정 장치100: alignment measuring device of the lens assembly
110: 레이저 광원110: laser light source
120, 130: 시준 렌즈120, 130: collimation lens
140: 조리개140: aperture
150: 홀더150: holder
160: CCD 렌즈160: CCD lens
170: CCD170: CCD
180: 컴퓨터180: computer
본 발명은 렌즈 어셈블리의 정렬 측정 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 휴대폰 카메라의 렌즈 모듈 등 소형 광학계의 렌즈 어셈블리를 조립하는 공정 중에 렌즈가 광축에 대하여 기울어진 각도를 측정할 수 있는 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a device for measuring alignment of a lens assembly, and more particularly, to an apparatus capable of measuring an angle at which a lens is inclined with respect to an optical axis during a process of assembling a lens assembly of a small optical system such as a lens module of a mobile phone camera. .
근래에 들어 휴대폰, PDA 등의 소형 전자기기가 소형 카메라를 내장하는 경우가 증가하고 있다. 이러한 휴대폰 카메라 등의 렌즈 모듈은 소형 광학계로 이루어져 있어 렌즈 모듈의 렌즈 어셈블리의 조립 공정상의 오차가 카메라의 성능을 좌우할만큼 중요하다. In recent years, small electronic devices such as mobile phones and PDAs are increasingly embedded with small cameras. Such a lens module such as a mobile phone camera is composed of a small optical system, so the error in the assembly process of the lens assembly of the lens module is important enough to determine the performance of the camera.
그러나, 기존의 렌즈 어셈블리 조립 공정 중에는 렌즈의 광축에 대한 기울임 각도(tilting angle)가 허용 범위 내인지에 대한 조립 오차 검사를 하지 못하고 있다. 대신, 렌즈 어셈블리를 포함하는 카메라 모듈의 조립이 완료된 후에 변조 전달 함수(Modulation Transfer Function, MTF) 검사를 하거나 카메라 모듈에 의해 촬상된 영상을 분석하여 렌즈 모듈의 불량 여부를 판정할 수 있을 뿐이고, 렌즈 어셈블리 중 어떤 부품이 문제인지는 알 수 없다.However, during the existing lens assembly assembly process, it is not possible to check the assembly error as to whether the tilting angle of the lens with respect to the optical axis is within an acceptable range. Instead, it is only possible to determine whether the lens module is defective by performing a modulation transfer function (MTF) inspection or analyzing an image photographed by the camera module after assembly of the camera module including the lens assembly is completed. It is not known which part of the assembly is the problem.
이러한 기존의 조립 공정은 불량을 야기하는 부품이 조립되었을 때 즉시 불량 여부를 판정하지 못하고 최종 조립 상태에서 불량 여부를 판정하기 때문에, 불 필요한 조립 시간 및 조립 장치의 작동을 유발하고 제품의 수율을 저하시킨다. 또한, 불량을 유발하는 공정을 찾아내어 이를 정정하기가 어렵다.This conventional assembly process does not immediately determine whether a defective component is assembled when it is assembled, but determines whether it is defective in the final assembly state, thereby causing unnecessary assembly time and operation of the assembly apparatus and lowering the yield of the product. Let's do it. In addition, it is difficult to find and correct the process that causes the defect.
본 발명은 상술한 기존의 소형 카메라 조립 공정의 문제점으로부터 안출된 것으로서, 조립 중의 렌즈 어셈블리에 레이저를 조사하고 렌즈 어셈블리를 통과한 레이저를 촬상하여, 조립 공정 중에 렌즈 어셈블리 내의 렌즈 각각의 기울임 각도를 측정하고 렌즈 각각의 불량 여부를 판정할 수 있는 렌즈 어셈블리 정렬 측정 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made from the above-described problems of the conventional small camera assembly process, wherein the laser assembly is irradiated to the lens assembly during assembly and the laser beam is imaged through the lens assembly to measure the tilt angle of each lens in the lens assembly during the assembly process. And it is an object of the present invention to provide a lens assembly alignment measuring device capable of determining whether each of the lenses is defective.
이러한 목적을 달성하기 위해 본 발명은, 렌즈 어셈블리의 광축을 따라 렌즈 어셈블리로 레이저를 조사하는 레이저 광원; 렌즈 어셈블리를 통과한 레이저를 집광하는 CCD 렌즈; CCD 렌즈에 의해 집광된 레이저의 영상을 촬상하는 CCD; 및 CCD에 의해 촬상된 영상에 기초하여 렌즈가 렌즈 어셈블리의 광축으로부터 기울어진 각도를 측정하는 계산 수단;을 포함하는 렌즈 어셈블리 정렬 측정 장치를 제공한다. In order to achieve this object, the present invention is a laser light source for irradiating a laser to the lens assembly along the optical axis of the lens assembly; A CCD lens for focusing the laser beam passing through the lens assembly; A CCD for picking up an image of a laser focused by a CCD lens; And calculating means for measuring an angle at which the lens is inclined from the optical axis of the lens assembly based on the image picked up by the CCD.
렌즈 어셈블리에 평행광을 조사하기 위해 렌즈 어셈블리 정렬 측정 장치는, 레이저 광원과 CCD 사이에, 레이저 광원으로부터 조사된 레이저를 평행광으로 변환하기 위한 2개의 시준 렌즈, 2개의 시준 렌즈 사이에 조리개를 갖는 평행광 변환 장치를 더 포함할 수 있다.In order to irradiate the lens assembly with parallel light, the lens assembly alignment measuring device has an aperture between the laser light source and the CCD, two collimating lenses for converting the laser irradiated from the laser light source into parallel light, and an aperture between the two collimating lenses. It may further include a parallel light conversion device.
계산 수단에서 측정된 각도에 기초하여 렌즈 어셈블리의 정렬 불량 여부를 판단하는 판단 수단을 더 포함할 수 있다.The determining means may further include determining whether the lens assembly is misaligned based on the angle measured by the calculation means.
CCD 렌즈 및/또는 CCD는 상기 렌즈 어셈블리의 광축을 따라 이동 가능하여 CCD 표면에 레이저의 초점이 맺히게 하는 것이 바람직하다.The CCD lens and / or CCD may be movable along the optical axis of the lens assembly such that the laser focuses on the CCD surface.
렌즈 어셈블리는 휴대폰 카메라용 렌즈 모듈에 사용되는 렌즈 어셈블리일 수 있다.The lens assembly may be a lens assembly used in a lens module for a mobile phone camera.
이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 보다 상세하게 기술하도록 한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described in detail an embodiment of the present invention.
우선, 본 발명이 적용되는 렌즈 어셈블리에 대하여 기술하도록 한다.First, the lens assembly to which the present invention is applied will be described.
도 1은 핸드폰용 카메라 등의 소형 카메라 모듈에 포함되는 렌즈 어셈블리의 일예를 도시한다.1 illustrates an example of a lens assembly included in a small camera module such as a camera for a mobile phone.
도 1을 참조하면, 렌즈 어셈블리는 경통(10)에 삽입되는 복수의 렌즈(20, 30, 40), 렌즈(20, 30, 40) 사이에 선택적으로 삽입될 수 있는 스페이서(50) 및 마스크(60), 및 렌즈 어셈블리를 외부로부터 보호하기 위한 실드(70)를 포함한다.Referring to FIG. 1, the lens assembly includes a plurality of
경통(10)은 렌즈 어셈블리를 내장한다.The
복수의 렌즈(20, 30, 40)는 피사체로부터의 빛을 집광하여 카메라 모듈의 CCD(Charge Coupled Device) 또는 CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)와 같은 촬상 소자에 초점을 맺히게 한다. 렌즈(20, 30, 40)의 형상, 개수 및 배치 순서는 설계 목적에 따라 선택된다.The plurality of
스페이서(50)는 설계 목적에 따라 복수의 렌즈(20, 30, 40) 사이에 간격이 필요한 경우 선택적으로 사용될 수 있다.The
마스크(60)는 설계 목적에 따라 렌즈 어셈블리의 가장자리를 통과하는 빛을 제한하고 렌즈 어셈블리의 중앙부로만 빛을 통과시킬 필요가 있는 경우 선택적으로 사용될 수 있다.The
실드(70)는 경통(10)의 개구면을 밀봉하여 렌즈 어셈블리를 고정하고 외부로부터 보호하기 위해 사용된다.The
도 1과 같이 예시된 렌즈 어셈블리에서, 경통(10) 내에 렌즈(20), 스페이서(50), 렌즈(30), 마스크(60), 렌즈(40) 및 실드(70)가 순서대로 삽입되어 렌즈 어셈블리가 조립된다. 경통(10) 내에 삽입되는 각각의 부품(20 내지 70), 특히 렌즈(20, 30, 40)는 렌즈 어셈블리의 광축을 따라 정렬되어야 한다. 렌즈 어셈블리의 광축에 대한 렌즈(20, 30, 40)의 기울임 각도(tilting angle)에 따라 렌즈 어셈블리에 의한 초점은 촬상 소자의 중심으로부터 벗어나게 되고, 이는 카메라에 의해 촬상된 영상의 왜곡을 유발한다. 그러므로, 렌즈(20, 30, 40)들의 기울임 각도는 소정의 허용 범위 내이어야 한다.In the lens assembly illustrated in FIG. 1, the
도 2는 도 1에서 예시된 바와 같은 렌즈 어셈블리의 정렬 오차를 측정하기 위한 본 발명에 따른 소형 렌즈 어셈블리의 정렬 측정 장치(100)의 구성을 도시한다.FIG. 2 shows a configuration of the
도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 소형 렌즈 어셈블리의 정렬 측정 장치(100)는, 레이저를 발진시키는 레이저 광원(110), 2개의 시준 렌즈(120, 130), 시준 렌즈(120, 130) 사이에 위치하는 조리개(140), 경통(10)을 고정하는 홀더(150), CCD 렌즈(160), 전하 결합 소자(Charge Coupled Device, 이하 'CCD'라 함)(170) 및 CCD(170)에 의해 촬상된 영상을 분석하는 컴퓨터(180)로 구성된다. 홀더(150)에는 경통(10)이 고정되고, 경통(10) 내에는 도 1에서 도시된 각각의 부품(20 내지 70)이 상술한 순서대로 삽입되고 있는 상태이다. 일예로서, 렌즈(20)가 경통(10)에 삽입된 상태가 도 2에 도시된다.2, the
레이저 광원(110)은 경통(10) 내에 삽입되는 렌즈 어셈블리의 광축을 따라 레이저를 발진시킨다. 레이저 광원(110)에서 발진된 레이저는 광축을 따라 렌즈 어셈블리로 진행한다.The
레이저 광원(110)에서 발진된 레이저를 평행광으로 변환시키기 위해 2개의 시준 렌즈(120, 130)로 구성된 평행광 변환 장치가 설치될 수 있다. 또한, 평행광으로 진행하게 되는 레이저를 제외하고 다른 방향으로 진행할 수 있는 레이저를 차단하기 위해, 평행광 변환 장치는 2개의 시준 렌즈(120, 130) 사이에 조리개(140)를 가질 수 있다.In order to convert the laser oscillated by the
홀더(150)는 경통(10)을 고정하기 위한 장치이다. 홀더(150)는 경통(10)의 중심축과 정렬 측정 장치(100)의 광축을 정확하게 일치시키도록 한다.
평행광 변환 장치(120, 130, 140)를 통과한 평행광 레이저는 홀더(150)에 의해 고정된 경통(10) 내로 진행하고, 경통(10) 내에 삽입된 렌즈(20)를 통과한다. The parallel light laser passing through the parallel
렌즈(20)를 통과하여 수렴 또는 발산하게 되는 레이저는 CCD 렌즈(160)에 의해 수렴한다. 수렴된 레이저의 초점은 CCD(170) 표면 상에 위치한다. 즉, 렌즈(20)와 CCD 렌즈(160)의 합성 초점거리는 렌즈(20)로부터 CCD(170)까지의 거리와 같다.Lasers that converge or diverge through the
레이저의 초점이 CCD(170) 표면 상에 위치하지 않는 경우 레이저의 초점이 CCD(170) 표면 상에 위치하도록, CCD 렌즈(160)가 렌즈 어셈블리의 광축을 따라 이동하거나, CCD(170)가 광축을 따라 이동하거나, 또는 CCD 렌즈(160) 및 CCD(170)가 광축을 따라 이동하는 것도 가능하다.When the focus of the laser is not located on the surface of the
CCD(170)에 의해 촬상된 영상은 컴퓨터(180)로 전송되어 분석된다.The image captured by the
도 3(설명의 편의를 위해 CCD 렌즈(160)는 생략되었다)을 참조하면, 렌즈(20)의 중심축이 렌즈 어셈블리의 광축과 일치하는 경우, 즉 렌즈 어셈블리의 광축에 대한 렌즈(20)의 기울임 각도가 0°인 경우, 렌즈(20) 및 CCD 렌즈(160)를 통과한 레이저의 초점은 렌즈 어셈블리의 광축과 CCD(170) 표면의 접점 상에 존재한다. 그러나, 렌즈(20)를 경통(10) 내에 삽입하여 조립할 때의 조립 오차(정렬 오차)에 의해 렌즈 어셈블리의 광축에 대한 렌즈(20)의 기울임 각도가 0°가 아닌 경우, 렌즈(20) 및 CCD 렌즈(160)를 통과한 레이저의 초점은 렌즈 어셈블리의 광축과 CCD(170) 표면의 접점으로부터 벗어난다.Referring to FIG. 3 (the
컴퓨터(180)는 CCD(170)에 의해 측정된 영상을 분석하여 레이저의 초점의 위치를 찾아낸다. 컴퓨터(180)는 찾아낸 초점의 위치로부터 렌즈(20)의 기울임 각도를 계산한다. 그리고, 렌즈(20)의 기울임 각도가 허용 오차 범위 내인지 여부를 판단하여 렌즈 어셈블리의 조립 불량 여부를 판단한다.The
또는, 컴퓨터(180)는 렌즈(20)의 기울임 각도가 허용 오차 범위일 때 초점이 위치하는 범위(도 3에서 A)를 사전에 계산한다. 그리고, 컴퓨터(180)는 CCD(170)에 의해 측정된 영상을 분석하고 레이저의 초점의 위치가 허용 범위(A)에 존재하는지 또는 허용 범위 외부(B)에 존재하는지 여부를 판단하여 렌즈 어셈블리의 조립 불량 여부를 판단한다.Alternatively, the
한편, 레이저의 초점이 CCD(170) 표면 상에 위치하는 경우에 대하여 기술하였지만, 레이저의 초점이 CCD(170) 표면 상에 위치하지 않는 경우도 가능하다. 이러한 경우, 컴퓨터(180)는 CCD(170)에 의해 촬상된 영상을 분석하여 렌즈의 기울임 각도를 계산한다. 즉, CCD(170)에 의해 촬상된 영상으로부터, 컴퓨터(180)는 최대 광도점, 광도 가중 평균점, 같은 광도를 갖는 점들의 중심점 등을 찾는 알고리즘을 이용하여 CCD(170) 표면 상에서 레이저의 중심점을 찾는다. 찾아진 레이저의 중심점으로부터 렌즈(20) 및 CCD 렌즈(160)를 통과한 레이저가 렌즈 어셈블리의 광축에 대하여 기울어진 정도를 추산하고, 렌즈(20)의 기울임 각도를 계산할 수 있다.On the other hand, although the case where the focus of the laser is located on the surface of the
렌즈 어셈블리의 정렬 오차 또는 기울임 각도가 허용 범위 내인 경우 렌즈 어셈블리의 조립을 위한 다음 공정으로 진행하고, 렌즈 어셈블리의 정렬 오차가 허용 범위 밖인 경우 렌즈 어셈블리는 불량으로 판정되고 조립 공정은 중단될 것이다.If the alignment error or tilt angle of the lens assembly is within the allowable range, the process proceeds to the next process for assembling the lens assembly. If the alignment error of the lens assembly is outside the allowable range, the lens assembly is determined to be defective and the assembly process will be stopped.
도 2는 하나의 렌즈(20)가 경통(10) 내에 삽입된 경우에 대하여 예시하였지만, 본 발명에 따른 렌즈 어셈블리 정렬 측정 장치(100)는 또한 렌즈 어셈블리의 조립 공정에 따라 각각의 렌즈가 추가된 이후 설치되어 렌즈 어셈블리의 정렬 불량 여부를 판단한다. 2 illustrates the case where one
렌즈가 추가됨에 따라 렌즈 어셈블리의 합성 초점거리는 변하기 때문에, 각각의 렌즈 삽입 후 렌즈 어셈블리의 불량을 판정하는 각각의 렌즈 어셈블리 정렬 측정 장치(100)에서 CCD 렌즈(160)의 곡면 형상(또는 초점거리) 또는 위치, 또는 CCD(170)의 위치는 서로 다를 수 있다.Since the combined focal length of the lens assembly changes as the lens is added, the curved shape (or focal length) of the
경통 내에 렌즈가 추가로 삽입된 경우, 렌즈 어세블리 정렬 측정 장치(100)는 추가로 삽입된 렌즈의 기울임 각도와 사전에 삽입된 하나 이상의 렌즈의 기울임 각도가 합성된 값을 기울임 각도로서 얻는다. 컴퓨터(180)는 사전에 삽입된 하나 이상의 렌즈에 대하여 측정된 값과 렌즈가 추가로 삽입된 후 측정된 값의 차이로부터 추가로 삽입된 렌즈의 기울임 각도를 계산할 수 있다. When the lens is additionally inserted into the barrel, the lens assembly
렌즈 어셈블리 정렬 측정 장치(100)는 각각의 렌즈가 삽입될 때 조립 중인 렌즈 어셈블리의 조립 불량 여부를 판단하는 동시에 렌즈 어셈블리를 구성하는 렌즈 중 어떤 렌즈가 조립 불량을 유발하였는지를 판단할 수 있다.The lens assembly
본 발명에 따른 렌즈 어셈블리 정렬 측정 장치(100)를 휴대폰 카메라 등의 소형 카메라의 제조 공정 중에 사용하면, 렌즈 어셈블리의 조립 과정에서 생기는 렌즈의 기울임 각도를 실시간으로 측정함으로서 렌즈의 조립 상태를 판단할 수 있다. 조립 상태의 불량이 발생한 경우 이를 실시간으로 찾아내고 불량인 렌즈 어셈블리 조립체를 조립 공정에서 제외함으로서 불필요한 조립 공정을 생략할 수 있다. 또한, 불량을 발생시키는 공정을 선별할 수 있어 공정의 문제점을 고치는데 도움이 된다.When the lens assembly
비록 본 발명이 상기에서 언급한 바람직한 실시예와 관련하여 설명되었지만, 본 발명의 요지와 범위로부터 벗어남이 없이 다양한 수정 및 변형이 가능한 것은 당업자라면 용이하게 인식할 수 있을 것이며, 이러한 변경 및 수정은 모두 첨부된 특허청구의 범위에 속함은 자명하다.Although the present invention has been described in connection with the above-mentioned preferred embodiments, it will be readily apparent to those skilled in the art that various modifications and variations can be made without departing from the spirit and scope of the invention, and all such changes and modifications are It is obvious that it belongs to the scope of the appended claims.
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