KR101045584B1 - 광 모듈 조립체의 광축 자동조절장치 및 자동조절방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 2매이상의 복수의 렌즈로 구성되는 광 모듈체의 렌즈와 렌즈 사이의 광축을 자동으로 일치시켜 고정할 수 있게 한 광 모듈체의 광축 자동조절장치 및 조절방법에 관한 것으로, 광축 조절을 하고자 하는 렌즈에 인접한 렌즈들을 장치에 구성된 구동부를 이용하여 모든 렌즈가 광 모듈체에 조립된 것과 동일하거나 유사한 조건에서 CCD촬상소자에 맺힌 챠트형상을 알고리즘에 의해 콘트라스트 값과 MTF곡선에 의해 위치조절량을 계산하고, 계산된 값을 각각의 구동부를 이용하여 전기적인 신호로 계산된 값만큼 자동으로 이동시켜 다수 또는 개별렌즈들의 광축을 자동으로 조절할 수 있게 하는 것을 특징으로 한다.

광 모듈체, 광축 조절, 구동부, CCD촬상소자

Description

광 모듈 조립체의 광축 자동조절장치 및 자동조절방법{optical module assembly's opticla axis automatic control device and automatic control method}

본 발명은 2매이상 다수의 렌즈로 구성되는 광 모듈체에서 하나 이상의 대물렌즈와 하나 이상의 조정렌즈를 광 모듈체에 렌즈가 조립된 것과 동일하거나 유사한 조건에서 대물렌즈와 조정렌즈의 광축을 자동으로 일치시켜 고정될 수 있게 한 광 모듈체의 광축 자동조절장치 및 조절방법에 관한 것이다.

일반적으로 다양한 종류의 광학기기에는 그 특성에 따라 다종의 광 모듈체가 있으며, 상기한 광 모듈체는 복수개의 렌즈로 구성되어 렌즈와 렌즈 사이의 광축을 일치시켜 포커스 오차의 에러를 최소화시켜야 하므로 광 모듈체의 광축 조정은 정밀하고 정확하게 조절되어야 한다.

종래 광 모듈체를 구성하는 렌즈의 광축을 조절하는 장치와 방법에는 KR공개특허 제2006-87666호(2006.08.03공개)에서 도 1과 같이 좌·우 조정블록(20)에 전 ·후조정블록(18)과 광축 조정하우징(16)을 순차적으로 적층시켜 결합시키고, 상기 좌·우 및 전·후 조정블록(20,18)에는 각각 눈금자(19a,17a)가 형성된 좌·우 및 전·후 조정손잡이(19)(17)를 정착시켜 조정하고, 상기 광축 조정하우징(16)은 조정구(A)를 삽입시킬 수 있게 조정구 삽입홈(15)을 형성하며, 상기 광축 조정하우징(16)의 하단에 설치되는 촬상소자블록(13)은 눈금자(14a)가 형성된 상·하 조정손잡이(14)를 정착시키고, 상기 광축 조정하우징(16)의 일측에 UV조사기(21)가 장착된 회전봉(22)을 설치하여서 된 것을 특징으로 하는 광모듈 조립체의 광축 조절장치가 공지된 바 있었으나, 상기의 장치는 광축의 조절을 수작업에 의존하므로 소형으로 구성된 광 모듈체의 렌즈와 렌즈사이의 X, Y, Z축 방향의 광축을 조절하는 것은 작업자의 작업방법에 따라 오차가 발생할 뿐 아니라 조절시간이 지연된다는 단점이 있어 광축 조절작업의 생산성이 저하된다는 문제점이 있었고, 또 다른 광축 조절방법으로는 CCD촬상소자에 맺힌 챠트형상을 알고리즘에 의해 콘트라스트 값과 MTF(Modulation Transfer Function)곡선에 의해 조절위치량을 계산하고, 계산된 값을 각각의 구동원을 사용하여 전기적인 신호로 계산된 값만큼 자동으로 이동시켜 광 모듈체의 렌즈와 렌즈사이의 광축을 정밀하고 정확하게 조절하므로 작업능률을 향상시키고 생산성을 증대시킬 수 있게 하였으나 상기의 구성은 2매 이상의 렌즈로 구성되는 광 모듈체의 경우 렌즈조립의 특성상 조립되는 순서에 따라 외곽에 위치해 있는 1개의 렌즈만 광축을 조절할 수 있다는 문제점을 가지고 있었다.

본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로 CCD촬상소자에 맺힌 챠트형상을 본 발명의 알고리즘에 의해 콘트라스트 값과 MTF곡선에 의해 조절위치량을 계산하고, 계산된 값을 각각의 구동원을 사용하여 전기적인 신호로 계산된 값만큼 자동으로 이동시켜 광 모듈체의 광축을 조절할 수 있게 하되, 외곽의 렌즈뿐만 아니라 내부에 조립된 렌즈에 대해서도 렌즈가 완성조립된 광 모듈체와 동일하거나 유사한 조건으로 정밀조절할 수 있도록 하는 것을 목적으로 한다.

또한 조정이 완료된 렌즈의 경화작업에 이용되는 광원을 프로그램에 설정된 시퀀스에 따라 자동으로 정해진 시간만큼 정확하게 경화작업을 하여 조정 후 발생할 수 있는 작업 오차를 최소화할 수 있게 하는 구성을 제공하는 것이다.

본 발명의 광축 자동조절장치는 Y축 조정부에 X축 조정부와 광축 조정부를 순차적으로 적층시키되, 광축 조정부가 X축 조정부의 상부에서 승강되게 구성하여 조정구로 광 모듈체를 파지 및 해제시킬 수 있게 구성하고, 상기 광축 조정부의 하단에는 완충 및 균형부재를 설치하며, 상기 Y축 조정부와 X축 조정부에는 각각의 구동원을 정착시켜 전기적 신호에 의해 Y축 방향과 X축 방향으로 조정할 수 있게 하고, 광 모듈체 안치대의 하단에 설치된 촬상소자 고정부에는 별도의 구동원을 정착시켜 전기적 신호에 의해 Z축 방향으로 상·하 이동할 수 있게 하며, 광축 조정 부상부에 설치되는 챠트판에는 해상력 시험원이 형성된 것을 특징으로 하고, 또한 광 모듈체에 모든 렌즈가 조립된 것과 동일하거나 유사한 조건에서 하나 또는 다수의 렌즈를 조정하기 위하여 인접렌즈를 부착한 구조물에는 구동부를 장착시켜 렌즈의 조정 및 조정렌즈의 안착, 탈착을 용이하게 구성하며, 인접렌즈와 조정구의 장착상태를 광 모듈체에 렌즈가 조립된 것과 동일하거나 유사한 조건을 맞춰주기 위한 조정부를 장착한다.

또한 광축 자동조절방법은 컴퓨터와 모니터를 연결시킨 광축 조절장치의 상부에 해상력 시험원이 형성된 챠트판을 설치하는 장비설치단계와; 광 모듈안치대에 광 모듈체를 삽입시키고 광축 조정구조물을 상승시켜 조정구를 안치시킨 후 하강시켜 선단핀에 의해 대물렌즈의 외주연부를 파지하는 광 모듈체 안치 및 파지단계와; 조정렌즈와 인접한 조립방향 기준 외곽렌즈를 조립된 광 모듈체와 광축이 일치되게끔 구동원을 이용해 위치시키는 단계와; CCD촬상소자를 광 모듈체의 Z축 방향으로 상·하 작동시켜 각 스텝위치에서 콘트라스트값을 측정하여 디포커스(Defocus)량을 산출하고 산출된 디포커스 값으로부터 대물렌즈의 X축과 Y축의 조정치를 산출하는 조정량 산출단계와; 산출된 조정량을 X축과 Y축의 조정구조물을 전기적 신호에 의해 각 구동원의 구동으로 대물렌즈의 전·후 및 좌·우 방향을 조절하는 광축 조절단계와; 광 모듈체에 가조립된 대물렌즈의 외주연부 UV본드에 별도 구동원에 의해 시퀀스에 따라 자동으로 구동하는 UV조사기로 조사하여 경화시키는 광 모듈체 고정단계로 이루어진다.

본 발명은 종래 외곽에 위치한 렌즈만을 조정할 수 있는 것을 내부에 조립되는 렌즈에 대해서도 광 모듈체에 렌즈가 조립된 상태와 동일하거나 유사한 조건으로 조정할 수 있게 하여 2매 이상의 다수렌즈로 구성된 광 모듈체 내에 조립될 모든 렌즈에 대해서 정밀하게 조정할 수 있게 하여 광 모듈체의 조립수율을 향상시켜 생산성을 증대시킬 수 있게 하고, X축, Y축, Z축의 작동방법을 전기적 신호에 의하여 자동으로 조정케 하고 해상력 시험원이 형성된 챠트판을 사용하여 수직 및 수평해상력을 모두 커버할 수 있게 하며 촬상소자에 맺힌 챠트형상으로 조절위치량을 자동으로 산출 및 조정할 수 있게 하고, UV경화부를 정해진 시퀀스에 의해 자동으로 구동할 수 있게 하여 광축 조절작업을 자동화할 수 있어 작업능률향상과 생산성을 증대시킬 수 있게 하는 효과가 있다.

이하에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 첨부한 도면을 참조하여 상세하게 설명하기로 한다.

도 2는 본 발명의 사시도이고, 도 3은 본 발명의 평면도이며, 도 4는 본 발명의 정면도이고, 도 5는 본 발명의 배면도이며, 도 6은 본 발명 챠트판의 실시예이고, 도 7은 본 발명 광 모듈체의 확대단면도이다.

컴퓨터(D)와 모니터(T)를 연결시킨 광축 조절장치(C)의 상부에 챠트판(H)을 설치하고 상기 광축 조절장치(C)의 광 모듈체 안치대(11)의 상부로 광축 조정하우 징(16)을 설치하며 조정구(A)로 광 모듈체(M)를 파지할 수 있게 하고 하부에는 촬상소자블록(13) 상에 설치된 CCD촬상소자(12)에 의하여 광 모듈체의 광축을 조절함에 있어서, Y축 조정부(31)에 X축 조정부(32)와 광축 조정하우징(16)을 순차적으로 적층시키되, 광축 조정하우징(16)이 X축 조정부(32)의 상부에서 승강되게 구성하여 조정부(A)로 광 모듈체(M) 및 렌즈를 고정 및 해제시킬 수 있게 구성하고, 상기 광축 조정하우징(16)의 하단에는 한 개 또는 다수개의 완충 및 균형부재(33)(33')를 설치하며, 상기 Y축 조정부(31)와 X축 조정부(32)에는 각각의 구동원(31a)(32a)인 스텝모터를 장착시켜 전기적 신호에 의해 Y축방향과 X축방향으로 조정할 수 있게 하고, 광 모듈체 안치대(11)의 하단에 설치된 촬상소자 및 촬상소자를 지지하는 CCD촬상소자블록(13)에는 구동원(13a)을 장착시켜 전기적 신호에 의해 Z축 방향으로 상·하 이동할 수 있게 하며, 광 모듈체(경통)에 완성된 것과 동일하거나 유사한 조건에서 한 개 또는 다수개의 렌즈를 조정하기 위해서 인접렌즈 취부부재(41)에는 인접렌즈 구동부재(42)를 장착시켜 렌즈의 조정 및 조정렌즈의 안착, 탈착을 용이하게 구성하며, 인접렌즈와 조정구(A)의 장착상태를 광 모듈체(경통)에 렌즈가 조립된 것과 동일하거나 유사한 조건을 맞춰주기 위한 인접렌즈 구조물 조정부재(43)를 장착한다.

상기 챠트판(H)에는 해상력 시험원(34)(34')이 형성된 것을 특징으로 한다.

광 모듈체(M)의 광축 자동조절방법은 다음과 같다.

컴퓨터(D)와 모니터(T)를 연결시킨 광축 조절장치(C)의 상부에 해상력 시험원(34)(34')이 형성된 챠트판(H)을 설치하는 장비설치단계와;

광 모듈체 안치대(11)에 광 모듈체(M)를 삽입시키고 광축 조정하우징(16)을 상승시켜 조정구(A)를 안치시킨 후 하강시켜 선단 파지지그에 의해 대물렌즈의 외주연부를 파지하는 광 모듈체 안치 및 파지단계와;

조정렌즈와 인접한 조립방향 기준 외곽렌즈를 완성조립된 광 모듈체와 동일하거나 유사한 조건으로 맞춰주기 위해 인접한 외곽렌즈를 안치된 광 모듈체와 광축이 일치하게끔 인접렌즈 구동부재(42)를 이용해 위치시키는 단계와;

CCD촬상소자(12)를 광 모듈체(M)의 Z축 방향으로 상·하 작동시켜 각 스텝위치에서 콘트라스트값을 측정하여 디포커스(Defocus)량을 산출하고 산출된 디포커스값으로부터 대물렌즈의 X축과 Y축의 조정치를 산출하는 조정량 산출단계와;

산출된 조정량을 X축과 Y축의 조정부(32)(31)를 전기적신호에 의해 각 구동원(32a)(31a)의 구동으로 대물렌즈의 전·후 및 좌·우방향을 조정하는 광축 조정단계와;

광 모듈체(M)에 가조립된 대물렌즈의 외주연부 UV본드에 UV조사기로 조사하여 고정시키는 광 모듈체 고정단계로 이루어진다.

이와 같이 된 본 발명은 도 2 내지 도 4에 도시된 바와 같이 광 모듈체(M)의 광축을 자동으로 조절하기 위하여 컴퓨터(D)와 모니터(T)를 연결시킨 광축 조절장치(C)와 그 상단에 설치된 챠트판(H)과 그 상단에 설치된 조명부로 구성된다.

상기 광축 조절장치(C)는 작업대에 설치할 때 베이스 플레이트의 중앙에 광 모듈체 안치대(11)를 설치하고 일측에 Y축 조정부(31)에 X축 조정부(32)와 광축 조정하우징(16)을 순차적으로 적층시켜 설치한다.

상기 X축과 Y축 조정부(32)(31)에는 각각 구동원(32a)(31a)이 장착되어 전기적 신호에 의해 좌·우방향과 전·후방향으로 광축 조정하우징(16)을 조정할 수 있게 하였으며, 광축 조정하우징(16)의 선단에는 조정구(A)의 삽입공이 형성되어 조정구(A)를 안치시킬 수 있게 구성되고, 또한 상기 X축 조정부(32) 상에서 상승 및 하강될 수 있게 구성되어 조정구(A)로 광 모듈체(M)를 파지하고 해제시킬 수 있게 하였으며, 상기 광축 조정하우징(16)의 하단에는 완충 및 균형부재(33)(33')를 설치하여 광축 조정하우징(16)이 하강하여 대물렌즈를 파지할 때 급격한 하강으로 충격을 주는 것을 방지할 수 있게 하였다.

상기 광 모듈체 안치대(11)의 하단에는 CCD촬상소자(12)를 안치시키는 CCD촬상소자블록(13)이 설치되고 CCD촬상소자블록(13)에는 구동원(13a)이 설치되어 촬상소자(12)를 전기적 신호에 의하여 Z축 방향으로 승강시킬 수 있게 구성된다.

상기 챠트판(H)은 도 6-a와 같이 해상력을 시험하기 위하여 설치된 것으로 지금까지는 해상력 시험바를 사용하여 수직 또는 수평 어느 한쪽만을 시험하였으나 본 발명의 챠트판(H)은 해상력 시험원(34)(34')이 적용된 것으로 중앙에 큰 원형 파장에 대하여 네모서리에서 작은 원형 파장의 형상을 조합시켜 수직방향의 해상력은 중앙의 큰 원형 시험원에 맺히는 상으로 수평방향의 해상력은 네모서리의 작은 원형에 맺히는 상으로 해상력을 시험할 때 수평과 수직방향 모두가 가능케 하였다.

상기 광축 조절장치(C)의 일측에는 컴퓨터(D)와 모니터(T)를 연결시켜 CCD촬상소자(12)에 맺힌 챠트판(H)의 형상을 본 발명의 알고리즘에 의하여 콘트라스트 값을 측정하여 디포커스량을 산출하고 X축과 Y축의 조정치를 전기적 신호로 제어하 는 것이다.

상기한 본 발명의 작동은 광 모듈체(M)를 광 모듈 안치대(11)에 안치시키고 광축 조정하우징(16)을 상승시켜 조정구 삽입공에 조정구(A)를 삽입시킨 후 하강시키면 조정구(A)의 하단에 장착된 핀으로 도 7과 같은 광 모듈체(M)의 대물렌즈 외주연부를 파지한다.

이때 광축 조정하우징(16)이 자중에 의해 하강하더라도 하부에 장착된 완충 및 균형부재(33)(33')에 의하여 광축 조정하우징(16)이 완충되면서 대물렌즈를 파지하여 충격과 손상을 방지할 수 있는 것이다.

상기와 같이 광 모듈체(M)를 안치시키고 대물렌즈가 파지되면 CCD촬상소자(12)가 설치된 CCD촬상소자블록(13)을 전기적 신호에 의해 구동원(13a)을 구동시켜 Z축 방향으로 상승 및 하강작동시키면서 각 스텝위치에서 콘트라스트값 또는 MTF값을 측정하여 화면중심과 가장자리에 대한 디포커스량을 산출한다.

상기 중앙 대비 가장자리 4개의 디포커스 값으로부터 결상면의 상면기울기를 구하고 대물렌즈의 X축과 Y축의 디센터(Decenter) 조정치를 산출하여 산출된 값을 전기적 신호로 각각의 구동원(32a)(31a)을 구동시켜 X축 조정부(32)와 Y축 조정부(31)를 X축과 Y축으로 조정하면 X축 조정부(32)의 상부에 설치된 광축 조정하우징(16)에 장착시킨 조정구(A)가 선단의 핀으로 파지한 대물렌즈를 X축과 Y축으로 조정하여 광축을 조정한다.

상기의 조정구(A)는 수동으로 체인지 할 수도 있고, 자동구동부를 장착하여 자동으로 체인지하게 할 수 있다.

상기와 같은 조정이 완료되면 CCD촬상소자(12)를 Z축 방향으로 상·하 작동시켜 광축의 정확도를 확인하고, 광 모듈체(M)의 본체에 UV본드에 의해 가조립된 대물렌즈를 고정시키기 위하여 회전바(22)에 연결된 UV조사기로 UV본드 부위를 조사하여 대물렌즈를 광 모듈체(M)에 고정시키며, 회전바(22)는 별도의 구동원(22a)에 구조적으로 연결되어 있고 구동원(22a)은 프로그램화된 시퀀스에 의해서 자동으로 동작할 수도 있고 수작업으로 인위적인 구동을 할 수도 있다.

상기와 같이 고정되면 광축 조정하우징(16)을 상승시켜 조정구(A)를 탈리시키고 광 모듈체(M)를 탈리하여 작업을 종료하는 것이다.

미설명부호 (51)은 광축 조정렌즈이고 (52)는 조정렌즈 인접렌즈 혹은 렌즈군이다.

본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자라면 누구든지 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위기재의 범위 내에 있게 된다.

도 1은 KR공개특허 제2006-87666호의 사시도

도 2는 본 발명의 전체구조를 도시한 사시도

도 3은 본 발명의 평면도

도 4는 본 발명의 정면도

도 5는 본 발명의 배면도

도 6은 본 발명 챠트판의 실시예

도 7은 광 모듈체의 확대단면도

※ 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

11. 광 모듈체 안치대 12. CCD촬상소자

13. CCD촬상소자블록 13a,22a,31a,32a. 구동원

16. 광축 조정하우징 22. 회전바

31. Y축 조정부 32. X축 조정부

33,33'. 완충 및 균형부재 34,34'. 해상력 시험원

41. 인접렌즈 취부부재 42. 인접렌즈 구동부재

43. 인접렌즈 구조물 조정부재 51. 광축 조정렌즈

52. 조정렌즈 인접렌즈 혹은 렌즈군

C. 광축 조절장치 A. 조정구

D. 컴퓨터 M. 광 모듈체

H. 챠트판 T. 모니터

Claims (4)

1. 광축 조절장치(C)의 상부에 챠트판(H)을 설치하고 광 모듈 안치대(11)의 상부에 광축 조정하우징(16)을 구비하며 조정구(A)로 광 모듈체(M)를 파지하고 하부에 설치된 CCD촬상소자(12)에 의하여 광축을 조절하기 위하여 Y축 조정부(31)에 X축 조정부(32)와 광축 조정하우징(16)을 순차적으로 적층시킨 광 모듈체의 광축 조절장치에 있어서,

   Y축 조정부(31)와 X축 조정부(32) 및 CCD촬상소자블록(13)에는 각각 구동원(31a,32a,13a)을 구비하여 X,Y,Z축방향으로 이동할 수 있게 하고, 광 모듈체의 인접렌즈 취부부재(41)에는 인접렌즈 구동부재(42)를 장착하여 렌즈의 조정과 착탈할 수 있게 하며 인접렌즈 장착상태를 광 모듈체에 완성조립된 것과 같이 동일한 조건으로 맞춰주기 위하여 인접렌즈 조정부재(43)를 장착하여 CCD촬상소자(12)에 맺힌 챠트판(H)의 해상력 시험원(34,34')의 형상에 따라 각각의 구동원(31a,32a,13a)으로 광축을 자동으로 조정할 수 있게 한 것을 특징으로 하는 광 모듈 조립체의 광축 자동조절장치.
2. 제 1항에 있어서, 챠트판(H)에 형성되는 해상력 시험원(34,34')은 챠트판의 중심부에 형성된 다수의 동심원과 동심원 주위 모서리부에 각각 형성되는 작은 직경의 다수의 동심원인 것을 특징으로 하는 광 모듈 조립체의 광축 자동조절장치.
3. 제 1항에 있어서, 조정구(A)에 의하여 조정되는 렌즈는 하나 이상이며 조정구(A)는 수동으로 체인지하거나 자동구동부에 의하여 자동으로 체인지할 수 있게 한 것을 특징으로 하는 광 모듈 조립체의 광축 자동조절장치.
4. 컴퓨터(D)와 모니터(T)를 연결시킨 광축 조절장치(C)의 상부에 해상력 시험원(34,34')이 형성된 챠트판(H)을 설치하는 장비설치단계와;

   광 모듈체 안치대(11)에 광 모듈체(M)를 삽입시키고 광축 조정하우징(16)을 상승시켜 조정구(A)를 안치시킨 후 하강시켜 선단 파지지그에 의해 대물렌즈의 외주연부를 파지하는 광 모듈체 안치 및 파지단계와;

   CCD촬상소자(12)를 광 모듈체(M)의 Z축 방향으로 상·하 작동시켜 각 스텝위치에서 콘트라스트값을 측정하여 디포커스(Defocus)량을 산출하고 산출된 디포커스값으로부터 대물렌즈의 X축과 Y축의 조정치를 산출하는 조정량 산출단계와;

   산출된 조정량을 X축과 Y축의 조정부(32,31)를 전기적 신호에 의해 각 구동원(32a,31a)의 구동으로 대물렌즈의 전·후 및 좌·우 방향을 조정하는 광축 조정단계와;

   광 모듈체(M)에 가조립된 대물렌즈의 외주연부 광 모듈체(M)의 본체에 UV본드에 의해 가조립된 대물렌즈를 고정시키기 위하여 회전바(22)에 연결된 UV조사기로 UV본드 부위를 조사하여 대물렌즈를 광 모듈체(M)에 고정시키는 광 모듈체 고정단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 광 모듈 조립체의 광축 자동조절방법.

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