KR101416860B1 - 카메라 렌즈 모듈 이물 검사 시스템 - Google Patents

카메라 렌즈 모듈 이물 검사 시스템 Download PDF

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유상일
이익희
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한국영상기술(주)
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Abstract

본 발명의 카메라 렌즈 모듈 이물 검사 시스템은, 검사 대상이 되는 렌즈 모듈을 적재하고 소정의 이물 검사 위치로 이송하는 검사전 적재부와; 이물 검사 위치로 이송된 렌즈 모듈의 적어도 IR 차단 필터의 양쪽면과 접안 렌즈의 양쪽면에서 이물의 부착 여부를 검사하는 이물 검사부와; 검사가 완료된 렌즈 모듈을 이송하여 적재하는 검사후 적재부를 포함하고, 상기 이물 검사부는, IR 차단 필터의 바깥면에 대하여 제1 조명광을 방출하고 반사되는 제1 조명광을 수집하여 제1 이물 영상을 생성하는 반사식 검사 모듈과; 렌즈 모듈의 대물 렌즈에 대하여 제2 조명광을 방출하여 렌즈 모듈을 투과하여 IR 차단 필터로부터 방출되는 제2 조명광을 수집하여 제2 이물 영상을 생성하는 투과식 검사 모듈과; 및 제1 이물 영상 및 제2 이물 영상으로부터 이물을 검사하는 분석 모듈을 구비한다.

Description

카메라 렌즈 모듈 이물 검사 시스템{PARTICLE INSPECTING SYSTEM FOR CAMERA LENS MODULE}
본 발명은 카메라 렌즈 모듈 이물 검사 시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 소형 카메라에 적용되는 렌즈 모듈의 적어도 IR 차단 필터의 표면 및 접안 렌즈의 표면에 부착된 이물을 검사하기 위한 시스템에 관한 것이다.
최근, 디지털 카메라 기능을 갖는 휴대폰과 같은 휴대형 전자기기가 널리 보급되고 있다. 또한, 이러한 전자기기들이 점차 소형화되면서, 디지털 카메라 기능을 구현하기 위하여 전자기기들에 탑재되는 소형 카메라 역시 규격화되고 소형화되고 있다.
소형 카메라는, 예를 들면, 도 1과 같이 구성될 수 있다. 즉, 도달하는 빛의 명도를 식별하기 위한 다수의 픽셀을 구비한 촬상 소자와, 촬상 소자가 안착된 기판과, 촬상 소자의 전방에 위치하여 주변의 광을 수집하여 촬상 소자에 초점을 맺도록 복수의 렌즈가 배치된 렌즈 모듈을 구비한다.
여기서 렌즈 모듈은, 촬상 소자에 가장 가까운 렌즈(이하, 접안 렌즈)와 물체를 향하는 렌즈(이하, 대물 렌즈), 접안 렌즈와 대물 렌즈 사이의 하나 또는 복수의 렌즈들, 이 렌즈들을 고정시키기 위한 제1 하우징, 적어도 접안 렌즈측에 배치되어 대물 렌즈로 입사되어 접안 렌즈로 출사하는 광에서 적외선을 차단하고 가시광만을 투과시키는 적외선 차단 필터(IR 차단 필터)와, 제1 하우징과 IR 차단 필터를 고정시키는 제2 하우징을 포함하여 이루어진다.
이와 같은 렌즈들과 IR 차단 필터가 각 하우징에 장착하여 렌즈 모듈을 구성할 때, 이물(먼지 등)이 이들 중 어느 렌즈의 표면 또는 IR 차단 필터의 표면에 부착될 수 있다. 이렇게 이물이 렌즈 또는 IR 차단 필터의 표면에 부착되면, 렌즈 모듈을 투과하는 광에 의해 촬영되는 화상은 이물에 의해 투과하는 빛의 양이 줄어들어 촬영된 화상의 전체가 어두워지거나 이물의 그림자가 보이게 될 수 있다.
따라서, 렌즈 모듈을 구성하는 렌즈 표면에 이물의 부착 여부에 따라 렌즈 모듈의 불량 또는 정상이 판정될 수 있다.
한편, 렌즈 모듈의 가장 바깥쪽 표면이 되는 IR 필터의 바깥면에 부착된 이물은 에어 블로우 또는 세척액을 이용하여 제거할 수 있어서 정상 제품으로 만들 수 있다. 하지만, IR 필터의 안쪽면 또는 접안 렌즈의 어느쪽 표면에 부착된 이물은 제거하기가 어려워 추가적인 세척 공정을 위해 다른 렌즈 모듈과 분리시켜놓거나 불량으로 처리해야 한다.
따라서, 렌즈 모듈에 이물이 부착되었을 때, 어느 표면에 이물이 부착되었는지 판단하는 것도 중요한 공정이다.
본 발명은, 렌즈 모듈을 구성하는 IR 차단 필터와 접안 렌즈를 검사하여, 이물의 존재 여부 및 어느 부품의 어느 표면에 이물이 부착되었는지를 검사할 수 있는 검사 시스템을 제공하고자 하는 것을 목적으로 한다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 대물 렌즈와 접안 렌즈와 IR 차단 필터가 배치된 렌즈 모듈의 적어도 상기 IR 차단 필터의 양쪽면과 상기 접안 렌즈의 양쪽면에서의 이물 부착 여부를 검사하기 위한 카메라 렌즈 모듈 이물 검사 시스템으로서: 검사 대상이 되는 상기 렌즈 모듈을 적재하고 소정의 이물검사위치로 이송하는 검사전 적재부와; 상기 이물검사위치로 이송된 상기 렌즈 모듈의 적어도 상기 IR 차단 필터의 양쪽면과 상기 접안 렌즈의 양쪽면에서 이물의 부착 여부를 검사하는 이물 검사부와; 검사가 완료된 상기 렌즈 모듈을 이송하여 적재하는 검사후 적재부를 포함하고, 더욱이, 상기 이물 검사부는, 상기 렌즈 모듈의 가장 바깥쪽 표면인 상기 IR 차단 필터의 바깥면에 대하여 제1 조명광을 방출하고, 상기 IR 차단 필터의 바깥면에서 반사되는 상기 방출된 제1 조명광을 수집하여 제1 이물 영상을 생성하는 반사식 검사 모듈과; 상기 렌즈 모듈의 상기 대물 렌즈에 대하여 제2 조명광을 방출하고, 상기 렌즈 모듈을 투과하여 상기 IR 차단 필터로부터 방출되는 상기 제2 조명광을 수집하여 제2 이물 영상을 생성하는 투과식 검사 모듈과; 및 상기 제1 이물 영상 및 상기 제2 이물 영상으로부터 이물을 검사하는 분석 모듈을 구비하는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 투과식 검사 모듈은, 상기 렌즈 모듈의 상기 대물 렌즈를 향하여 상기 제2 조명광을 방출하는 광원; 상기 광원으로부터 상기 대물 렌즈에 입사되어 상기 접안 렌즈 내지 상기 IR 차단 필터를 투과한 상기 제2 조명광을 수집하여 초점을 형성하는 검사용 광학계; 상기 검사용 광학계에서 형성하는 초점에 배치되어 상기 렌즈 모듈을 투과한 상기 제2 조명광에 의하여 상기 접안 렌즈 또는 상기 IR 차단 필터의 어느 표면에 부착된 이물이 그림자로 보여지는 상기 제2 이물 영상을 획득하는 촬상 소자로 구성된 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 투과식 검사 모듈은, 상기 대물 렌즈에 입사되어 상기 접안 렌즈의 모든 지점을 투과한 후 상기 IR 차단 필터로부터 출사되는 상기 제2 조명광의 광선속이, 상기 촬상 소자에 동일한 밀도로 도달하여 밝기가 균일한 영상이 얻어지도록, 상기 광원에서 방출되는 상기 제2 조명광의 광선속을 제어하는 조명용 광학계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 조명용 광학계는, 상기 제2 조명광이 상기 렌즈 모듈의 상기 대물 렌즈의 시야각의 모든 방향으로부터 상기 대물 렌즈로 조사될 수 있도록, 상기 렌즈 모듈의 화각과 유사하거나 상기 렌즈 모듈의 화각보다 큰 각도의 평행광을 상기 대물 렌즈에 대하여 입사시킬 수 있는 광학계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 검사용 광학계는, 상기 렌즈 모듈을 향하는 물체측 입력 각도가 상기 렌즈 모듈로부터 출사되는 상기 제2 조명광의 주광선과 동일한 각도이거나 ±10° 범위의 각도이도록 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 분석 모듈은, 상기 검사용 광학계를 구성하는 복수의 렌즈들 사이의 거리를 조정하거나, 상기 렌즈 모듈과 상기 검사용 광학계와의 초점 거리를 조정하여, 서로 다른 초점 위치에서 촬영된 복수의 제2 이물 영상을 획득하고, 상기 복수의 제2 이물 영상에서 보여지는 이물들을 비교함으로써, 촬영된 이물이 상기 대물 렌즈 또는 상기 접안 렌즈 또는 상기 IR 차단 필터의 어느쪽 표면에 존재하는지 판정하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 분석 모듈은, 상기 제1 이물 영상에서 보여지는 이물과 상기 제2 이물 영상에서 보여지는 이물을 서로 비교하여, 이물이 상기 대물 렌즈 또는 상기 접안 렌즈 또는 상기 IR 차단 필터의 어느쪽 표면에 존재하는지 판정하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 검사후 적재부는, 상기 분석 모듈의 분석 결과, 이물이 상기 IR 차단 필터의 바깥면 또는 안쪽면, 상기 대물 렌즈의 바깥면 또는 안쪽면에 존재하는지의 여부에 따라서 상기 렌즈 모듈을 서로 다른 적재 위치에 적재하는 것을 특징으로 한다.
상술한 구성에 따른 본 발명에서의 카메라 렌즈 모듈 이물 검사 시스템에 의하면, 렌즈 모듈의 가장 바깥쪽에 위치하는 광학 부품인 IR차단 필터 및 접안 렌즈의 표면에서의 이물 부착 여부를 검사할 수 있을 뿐 아니라, 어느 광학 부품의 어느 표면에 이물이 부착되었는지도 검사할 수 있다.
도 1은 일반적인 렌즈 모듈의 도시한 도면으로서, 렌즈 모듈을 구성하는 렌즈들의 형태 및 위치 관계, 그리고 렌즈 모듈을 투과하는 광선속의 진행 형태를 보여주는 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 카메라 렌즈 모듈 이물 검사 시스템의 개략적인 구성을 보여주는 블록도이다.
도 3은 반사식 검사모듈의 원리를 설명하는 도면이다.
도 4는 투과식 검사모듈의 원리를 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 투과식 검사모듈에서 광원과 렌즈 모듈 사이에 배치되는 조명용 광학계의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 투과식 검사모듈에서 렌즈 모듈로부터 검사용 광학계에 도달하는 조명광의 광선속 형태를 보여주는 도면이다.
도 7은 기하 광학적 광선을 해석하기 위한 카르테시안 부호 규약을 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 투과식 검사모듈에 있어서, 검사용 광학계의 원리를 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 검사용 광학계의 광학적 특성을 제어하여 제2 이물 영상의 초점을 조정하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 10은 IR 차단 필터 및 대물 렌즈 표면에 존재하는 이물의 예시 및 반사식 검사 모듈과 투과식 검사모듈에 의해 이를 촬영한 이물 영상의 예시를 보여주는 도면이다.
도 11은 투과식 검사모듈의 외형 일부를 보여주는 도면이다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여, 본 발명에 따른 카메라 렌즈 모듈 이물 검사 시스템의 구성 및 동작 원리를 상세하게 설명한다.
도 2는 본 발명에 따른 카메라 렌즈 모듈 이물 검사 시스템의 개략적인 구성을 보여주는 블록도이다. 도면을 참조하면, 본 발명에서의 카메라 렌즈 모듈 이물 검사 시스템은 검사전 적재부(100)와, 이물 검사부(200)와, 검사후 적재부(300)를 포함하여 이루어진다.
검사전 적재부(100)는, 하나 또는 복수의 렌즈 모듈(M)을 적재하고 있다. 렌즈 모듈(M)은 본 발명에 따른 이물 검사 시스템에 의한 이물 검사 공정의 피검사물이 된다. 검사전 적재부(100)는 임의의 렌즈 모듈 이송 수단을 구비하여, 검사 대상이 되는 렌즈 모듈(M)을 소정의 이물검사위치로 이송한다.
이물 검사부(200)는, 이물 검사 위치에 이송된 렌즈 모듈(M)의 표면에 조명광을 방출하고, 렌즈 모듈(M)을 구성하는 렌즈 또는 필터의 표면에서 반사하거나 이들을 투과한 조명광을 촬영하여 이물의 존재 여부를 검사한다. 그리고, 검사 결과에 따라서, 이물이 세척에 의해 제거 가능한 것인지 또는 제거 불가능한 것인지 판단하고, 판단 결과에 따라 제품의 양호 또는 불량을 판정한다.
검사후 적재부(300)는, 이물 검사부(200)에서 검사가 완료된 렌즈 모듈(M)을 이송하여 적재한다. 이때, 검사후 적재부(300)는 추가적인 소정의 렌즈 모듈 이송 수단을 구비하여, 검사가 완료된 렌즈 모듈(M)을 검사 결과에 따라서 구분하여 적재할 수 있다.
렌즈 모듈(M)에 있어서, 이물이 부착된 위치가 촬상 소자에 가까울수록 이물에 의해 발생하는 그림자가 촬상 소자에 의해 촬영되는 영상에 더 큰 영향을 미치게 되므로, IR 차단 필터나 접안 렌즈의 표면에 이물이 부착된 경우는 렌즈 모듈을 불량으로 판정되게 하는 큰 문제를 일으킬 수 있다.
특히, 렌즈 모듈 중에서 IR 차단 필터의 촬상 소자측 표면(바깥면)에 부착된 이물은, 렌즈 모듈에 촬상 소자를 부착하기 앞선 공정 중의 세척 과정을 통해 제거될 수 있지만, 접안 렌즈의 표면 또는 IR 차단 필터의 접안 렌즈측 표면(안쪽면)에 부착된 이물은, 상기 광학 부품들이 이미 렌즈 모듈의 하우징에 부착 고정되어 있기 때문에, 세척이 불가능하다. 따라서, 접안 렌즈와 IR 차단 필터 사이의 이물 검사는 매우 중요한 공정이다.
이물 검사부(200)는, 더욱 상세하게는, 반사식 검사 모듈(210)과, 투과식 검사 모듈(220)과, 분석 모듈(230)을 구비할 수 있다.
반사식 검사 모듈(210)은, 렌즈 모듈(M)의 가장 바깥쪽 표면인 IR 차단 필터의 바깥면에 대하여 제1 조명광을 방출하고, IR 차단 필터의 바깥면에서 반사되는 제1 조명광을 수집하여 제1 이물 영상을 생성한다.
도 3은 반사식 검사모듈의 원리를 설명하는 도면이다. 도면에서는 렌즈 모듈(M)의 접안 렌즈를 촬영하기 위하여, 조명 수단을 이용하여 렌즈 모듈의 접안 렌즈를 향하여 조명광을 방출하고, 방출된 조명광이 접안 렌즈의 표면에서 반사되는 것을 검사 수단에서 수집하여 이물 영상을 생성하는 구조를 예로 들어서 도시하고 있다.
이 경우, 반사식 검사 모듈(210)의 조명 수단에 의해 방출된 조명광은 적외선 영역대, 예를 들면 780nm을 이용하는 것이 바람직하다. 이에 의해, IR 차단 필터에 의해 필터 안쪽에 있는 렌즈 모듈에서 반사되어 올라오는 잡음에 대한 영향을 제거할 수 있다.
한편, 반사식 검사 모듈(210)은, 조명광의 반사 여부에 따라서 이물의 존재 여부를 판정하는 방식이기 때문에, 렌즈 모듈의 가장 바깥쪽 광학 부품(예를 들면, IR 차단 필터)의 가장 바깥쪽 표면에 대해서만 이물 존재 여부를 검사할 수 있다는 단점을 가지고 있다. 따라서, 반사식 검사 모듈(210)에 의해서는, IR 차단 필터의 안쪽면 또는 IR 차단 필터의 안쪽에 배치된 접안 렌즈의 어느 표면에 이물이 존재하는지에 대해서는 검사를 수행할 수 없다.
본 발명에서는 이러한 단점을 보완하기 위하여 투과식 검사 모듈(220)을 구비하고 있다. 투과식 검사 모듈(220)은, 렌즈 모듈(M)의 대물 렌즈에 대하여 제2 조명광을 방출하고, 렌즈 모듈을 투과하여 IR 차단 필터로부터 방출되는 제2 조명광을 수집하여 제2 이물 영상을 생성한다. 투과식 검사 모듈(220)은, 렌즈 모듈의 IR 필터 표면에서의 반사광을 이용하는 것이 아니라, 렌즈 모듈 내부의 모든 광학 부품을 투과한 광을 이용한다는 특징을 갖는다.
여기서, 접안 렌즈와 IR 차단 필터 사이에서의 이물을 검사하기 위해서는, 2가지 조건이 만족되어야 하는데, 첫번째는, 접안 렌즈와 IR 차단 필터의 모든 표면적을 균일한 밝기로 조명할 수 있어야 하고, 두번째로는, 접안 렌즈와 IR 차단 필터를 투과하여 촬상 소자까지 도달하는 광의 세기가 균일해야 한다는 것이다. 그래야만, 접안 렌즈와 필터를 포함하는 광학 부품들의 표면에 부착된 이물에 대응하여 차단된 광의 양만큼 어두워진 그림자를 포함하는 영상을 촬영할 수 있게 되며, 이 그림자를 분석하여 이물의 존재 여부 및 위치를 파악할 수 있게 되기 때문이다.
도 4는 투과식 검사 모듈의 구성을 설명하기 위한 블록도이다. 도면을 참조하면, 투과식 검사 모듈(220)은, 광원(221)과, 조명용 광학계(222)와, 검사용 광학계(224)와, 촬상 소자(225)를 포함하여 이루어진다. 이때, 광원(221)과 검사용 광학계(224)의 사이에 검사 대상물인 렌즈 모듈(M)이 배치된다. 투과식 검사 모듈(220)의 동작은 분석 모듈(230)에 의해 제어될 수 있다. 도 4에서 투과식 검사 모듈(220)의 각 구성들은 광선속으로 연결되는 것으로 도시하였다.
먼저, 광원(221)과 조명용 광학계(222)를 이용하여 검사 대상 렌즈 모듈(M)의 IR 차단 필터와 접안 렌즈를 균일하게 조명하는 방법에 대하여 설명한다. 본 방법은, 렌즈 모듈(M)이 가지고 있는 화각과 같거나 좀 더 큰 각으로 조명광(제2 조명광)을 렌즈 모듈(M)의 대물 렌즈에 입사시키면, 렌즈 모듈(M)의 광학 특성(상기의 화각)에 의해, 가상의 센서면(예를 들면, 렌즈 모듈이 결합될 회로기판에 배치될 촬상 센서의 표면)에 균일한 밀도의 광이 도달될 수 있다는, 렌즈 모듈 자체의 설계 특성을 이용한다. 즉, 렌즈 모듈 고유의 화각으로 평행광을 입사시킬 수 있는 조명용 광학계(222)를 구성해주면, 광원(221)으로부터 출사된 조명광이 렌즈 모듈 내부의 광학 부품들을 통과한 후 가상의 센서면에 균일하게 도달하게 될 것이다. 이렇게 균일하게 도달하는 조명광을 상기 센서면에서 촬영한다면, 밝기가 균일한 배경 영상을 얻을 수 있을 것이다. 이렇게 하여 형성한 균일한 밝기의 배경 영상에 이물이 존재하면 어두운 그림자가 생기게 될 것이다.
이러한 기능의 조명용 광학계(222)에 대한 일례는, 도 5에 도시된 바와 같은 형태를 고려할 수 있다. 도 5는 투과식 검사모듈에서 광원과 렌즈 모듈 사이에 배치되는 조명용 광학계의 동작을 설명하기 위한 도면이다. 도면에서는, 렌즈 모듈(M)의 대물 렌즈를 향하여 대물 렌즈의 시야각(화각)의 모든 방향으로부터 조명광이 입사될 수 있도록 구성된 광학계의 예시를 도시하고 있다.
광원(221)은 균일한 면발광 소자를 사용하여 평행광을 방출하도록 구성할 수 있으며, 또는 사방으로 방사되는 광을 하나 또는 둘 이상의 복합 렌즈를 이용하여 평행광으로 출사하는 광 콜리메이터를 포함할 수 있다. 또한, 광원(221)은, 평행광을 만들기 위해 비-축 포물경(Off-Axis Parabolic Mirror)을 포함할 수도 있다. 광원(221)에서 방사된 광(제2 조명광)은, 조명용 광학계(222)를 통과하여 균일한 밀도의 광선속이 대물 렌즈로 입사되도록 제어되는 것이 바람직하다. 이로써, 피측정 렌즈 모듈(M)에 균일한 조명을 행할 수 있다.
즉, 렌즈 모듈(M)의 대물 렌즈에 조사되는 조명광의 광선속이 적어도 접안 렌즈의 모든 지점을 투과하여 촬상 소자의 표면에 균일한 밀도로 도달할 수 있도록, 광원(221)에서 방출하는 조명광의 광선속의 진행 방향 및/또는 조명용 광학계(222)에서 출사하는 광선속의 진행 방향이 제어될 수 있다.
한편, IR 차단 필터는, 어느 한쪽면은 입사하는 광선(가시광선 및 적외선)의 반사를 방지하기 위한 반사 방지면(AR면)이 되고, 다른 한쪽면은 적외선을 차단하기 위한 IR 차단면으로 구성될 수 있으며, 이는 박막 필터 코팅으로 제작될 수 있다. 또는, IR 차단 필터는, 유리 매질 자체에 적외선을 흡수하는 기능을 부여함으로써 적외선 차단 기능이 구현될 수도 있다.
반사가 아닌 투과하는 광 경로를 가지기 위해 가시광선 영역을 사용하는 본 발명에서는, 박막 필터 코팅으로 제작된 IR 차단 필터나 IR 흡수에 의해 IR을 차단하는 필터의 두가지 경우에 대하여, 동일하게 이물을 검사할 수 있다.
다음, 검사용 광학계(224)는, 광원(221)으로부터 방출되어 조명용 광학계(222)를 거친 후, 렌즈 모듈의 대물 렌즈로 입사하고, 이어서 렌즈 모듈의 접안 렌즈와 IR 차단 필터를 통해 출사하는 조명광을 수집하기 위해 배치된다. 그리고, 수집되는 조명광에 대한 광선속의 진행 방향을 제어하여, 촬상 소자(225)에 초점을 형성한다. 렌즈 모듈(M)에서 검사용 광학계(224)에 이르는 광선속의 형태는 도 6을 참조한다. 도 6은 투과식 검사모듈에서 렌즈 모듈로부터 검사용 광학계에 도달하는 조명광의 광선속 형태를 보여주는 도면이다.
렌즈 모듈의 대물 렌즈로 입사하여 하나 또는 복수의 렌즈들을 투과하고 접안 렌즈를 통해 출사하는 조명광은, 기본적으로는 IR 차단 필터를 투과한 후 회로기판의 카메라 유닛용 촬상 센서(카메라 유닛을 구성할 때 렌즈 모듈에 결합되는 회로기판 및 여기에 배치되는 촬상 소자)의 위치에 초점을 형성하게 된다. 이때의 광선속은 렌즈 모듈(M)의 광축을 중심으로 발산되는 진행 방향을 갖는 형태로 나타난다. 이러한 발산하는 형태의 광을 수집하여 이물 영상을 획득하기 위해서, 검사용 광학계(224)는, 렌즈 모듈의 접안 렌즈와 같거나 그보다 큰 직경을 갖는 렌즈를 적어도 1개는 구비하여야 할 것이며, 렌즈 모듈의 접안 렌즈로부터 발산(도 7에서의 (+)부호 방향)하는 조명광의 진행 방향과 동일(검사용 광학계의 관점에서는 수렴하는 방향)하게 수렴(도 7에서 (-)부호 방향이며 발산하는 방향과 거의 유사한 각도량)하도록 구성되어야 할 것이다.
도 7은 본 발명에 있어서, 기하 광학적 광선을 해석하기 위한 카르테시안 부호 규약을 설명하기 위한 도면이다. 또한, 도 8은 본 발명에 있어서, 검사용 광학계의 원리를 설명하기 위한 또다른 도면이다.
도면에 도시된 바와 같이, 기하 광학적 광선을 추적할 때의 해석을 용이하게 하기 위해 카르테시안 부호 규약(Cartesian Sign Convention)을 따르는데, 빛의 진행 방향 부호(+,-), 렌즈 곡률 중심의 방향 부호(+,-), 광축(Optical Axis)에 대한 위/아래 방향(+,-), 그리고 광축이나 표면으로부터 주광선(Chief Ray)이 이루는 방향(+,-) 등을 규정한다.
이 중, 각도에 대해서는, 광의 진행 방향에 대해 광축으로부터 반시계방향은 (-)부호로, 시계방향은 (+)부호로 규정한다.
그런데 일반적으로 관찰 영역(Field of View)보다 광학계의 직경이 작은 대부분의 광학계는 물체측(Object Plane)의 입력 각도가 (+)부호를 갖는다. (비록, 텔레센트릭 광학계(Telecentric Optics)에서는 관찰 영역보다 렌즈 직경이 크게 되는 경우도 있으나, 텔레센트릭 광학계는 입력 각도가 0°를 갖는 광학계이기 때문에, 특별한 이점을 얻을 수도 있으나, 본 발명의 범위에서는 벗어나기 때문에, 별도로 고려하지 않는다.)
본 발명에 사용된 검사용 광학계(224)는, 물체측 입력 각도(일례로서, 30±5°의 범위일 수 있음)가 (-)부호를 갖는 특징이 있다. 또한, 검사용 광학계(224)의 물체측 입력 각도는, 피측정 렌즈 모듈(M)에서 출사하는 조명광(즉, 주광선)과 부호가 반대이면서 동일한 크기이거나 유사한 크기(일례로서, ±10°의 범위일 수 있음)의 각도(부호로는 (-)부호로서, 피측정 렌즈 모듈에서의 (+)부호와는 반대의 부호를 가짐)를 갖는 특징이 있다. 이처럼 (-)부호를 가져야만 피측정 렌즈 모듈(M)에서 (+)부호로 발산하는 광을 (-)부호를 갖는 검사용 광학계(224)에서 모두 수광하여 광손실없이 모두 검사용 촬상 소자에 집광시킬 수 있으며, 균일한 배경 밝기의 영상을 얻을 수 있다.
이렇게 광원(221) 및 조명용 광학계(222)를 통해 피측정 렌즈 모듈(M)에 입사된 조명광은, 검사용 광학계(224)를 통해 재조정된 초점 위치에 배치된 촬상 소자(225)에서 배경 영상으로서 촬영될 것이다.
촬상 소자(225)는, 검사용 광학계(224)에서 형성한 결상 위치(Image plane)에서 소정의 영상, 즉, 이물 영상을 생성한다. 이물 영상은, 일반적으로 조명광이 렌즈 모듈(M)을 구성하는 복수의 렌즈들을 투과한 후 얻어지는 영상으로서, 모든 부분이 균일한 밝기로 보여진다.
한편, 이렇게 광선속이 제어된 조명광이 렌즈 모듈로 입사되는 상태에서, 만일, 렌즈 모듈을 구성하는 복수의 렌즈 또는 필터의 어느 표면에 이물이 부착되었다면, 촬상 소자에 의해 촬영되는 이물 영상에는 이물이 부착된 위치에 대응하여 그림자가 비춰지게 될 것이다. 그림자의 위치 및 초점 거리는 이물의 위치와 관련이 있다.
이와 같은 구성의 본 발명의 일 실시예에 따른 이물 검사 시스템의 투과식 검사 모듈에서, 검사용 광학계(224)를 부가하는 이유는, 상술한 바와 같이, 검사 공정에 있어서, 이물 영상(제2 이물 영상)을 획득하기 위한 촬상 소자를 매 렌즈 모듈마다 카메라 유닛의 촬상 센서의 위치(가상의 센서면)에 정밀하게 위치시키기 어렵기 때문이다. 또한, 보다 높은 밀도를 가진 고성능의 촬상 소자를 적용해서 더욱 정밀한 검사를 할 수 있기 때문이며, 매 렌즈 모듈(M)의 가상의 센서면에 검사용 촬상 소자를 위치시킨다는 것은 검사 공정의 소요 시간을 증가시킬 수 있기 때문이다. 또한, 검사용 광학계(224)를 개재하여 배율을 재조정함으로써, 더욱 확대된 이물 영상을 획득할 수 있게 되어 정밀도 높은 검사를 수행할 수도 있다.
분석 모듈(230)은, 반사식 검사 모듈(210)의 동작을 제어하여 제1 이물 영상을 획득하고, 또한, 투과식 검사 모듈(220)의 동작을 제어하여 제2 이물 영상을 획득한다. 그리고, 제1 이물 영상과 제2 이물 영상을 비교 분석하여 촬영된 이물이 렌즈 모듈의 어느 광학 부품의 어느 표면에 부착된 것인지 분석한다.
또한, 분석 모듈(230)은, 검사용 광학계(224)를 구성하는 하나 또는 복수의 렌즈의 상대적인 위치 관계를 조정하거나, 촬상 소자(225)와 검사용 광학계(224)와의 상대적인 거리 또는 렌즈 모듈(M)과 검사용 광학계(224)와의 상대적인 거리를 조정할 수 있다(이에 대해서는, 이물 영상의 초점을 조정하는 방법을 개략적으로 도시한 도 9를 참조하여 이해할 수 있다. 도 9는 검사용 광학계의 광학적 특성을 제어하여 제2 이물 영상의 초점을 조정하는 방법을 설명하기 위한 도면이다). 이에 의하여, 제2 이물 영상에 보여지는 이물에 의한 그림자의 초점을 조정할 수 있게 된다. 그림자의 정확한 초점을 맞추고, 그때의 조정된 상대적인 거리에 근거하여 초점이 맞추어진 그림자에 해당하는 이물이 어느 렌즈 또는 필터의 어느쪽 표면에 부착된 것인지를 특정할 수 있게 된다.
즉, 도 10에 도시된 바와 같은 방법으로 이물의 존재 위치를 분석한다. 도 10은 IR 차단 필터 및 대물 렌즈 표면에 존재하는 이물의 예시 및 반사식 검사 모듈과 투과식 검사모듈에 의해 이를 촬영한 이물 영상의 예시를 보여주는 도면이다.
도 10(a)은, 렌즈 모듈의 일부 단면도로서, 이물이 IR차단 필터의 바깥면 및 안쪽면, 대물 렌즈의 바깥면 및 안쪽면에 부착된 형태를 보여준다.
도 10(b)은 반사식 검사 모듈에 의해 촬영된 제1 이물 영상의 예시로서, 도 10(a)에서 IR 차단 필터의 바깥면에 부착된 이물만이 보여진다.
도 10(c)은 투과식 검사 모듈의 검사용 광학계의 초점거리를 IR 차단 필터와 접안 렌즈의 바깥면 부근에 맞추어 획득한 제2 이물 영상을 보여주는 도면이다. 또한, 도 10(d)은 검사용 광학계의 초점 거리를 접안 렌즈의 바깥면 및 안쪽면에 걸치도록 맞춘 상태에서 촬영된 제2 이물 영상을 보여준다.
이러한 제1 및 제2 이물 영상을 이용하면, 이물의 평면적인 부착 위치 및 이물이 어느 렌즈(특히, 접안 렌즈) 또는 IR 차단 필터의 어느쪽 표면에 부착된 것인지를 검사할 수 있다. 한편, 검사된 이물의 위치는 소정의 디스플레이 수단 등에 표시되어 이물 검사 시스템의 운영자에게 통보될 수 있다.
또한, 도 2에 도시된 카메라 렌즈 모듈 이물 검사 시스템은 투과식 검사 모듈(220)을 하나만 구비하는 경우를 예로 들어 설명하고 있지만, 렌즈 모듈의 검사 위치에 따라 투과식 검사 모듈(220)을 복수로 구비할 수 있다.
도 11은 투과식 검사모듈의 외형 일부를 보여주는 도면이다. 도면을 참조하면, 렌즈 모듈(M)을 중심으로 상부측으로는 조명용 광학계(222)와 광원(221)이 배치되고, 하부측으로는 검사용 광학계(224)와 촬상 소자(225)가 배치된 구조를 볼 수 있다. 또한, 각 구성부들은 주광축을 따라서 일렬로 배치된 것을 볼 수 있다. 이러한 구성의 투과식 검사 모듈(220)은 본 발명에 따른 카메라 렌즈 모듈 이물 검사 시스템에 이물 검사부의 일부로서 부가되어 동작한다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100: 검사전 적재부 200: 이물 검사부
210: 반사식 검사 모듈 220: 투과식 검사 모듈
230: 분석 모듈 300: 검사후 적재부

Claims (8)

  1. 대물 렌즈와 접안 렌즈와 IR 차단 필터가 배치된 렌즈 모듈의 적어도 상기 IR 차단 필터의 양쪽면과 상기 접안 렌즈의 양쪽면에서의 이물 부착 여부를 검사하기 위한 카메라 렌즈 모듈 이물 검사 시스템으로서:
    검사 대상이 되는 상기 렌즈 모듈을 적재하고 소정의 이물검사위치로 이송하는 검사전 적재부와;
    상기 이물검사위치로 이송된 상기 렌즈 모듈의 적어도 상기 IR 차단 필터의 양쪽면과 상기 접안 렌즈의 양쪽면에서 이물의 부착 여부를 검사하는 이물 검사부와;
    검사가 완료된 상기 렌즈 모듈을 이송하여 적재하는 검사후 적재부를 포함하고,
    상기 이물 검사부는,
    상기 렌즈 모듈의 가장 바깥쪽 표면인 상기 IR 차단 필터의 바깥면에 대하여 제1 조명광을 방출하고, 상기 IR 차단 필터의 바깥면에서 반사되는 상기 방출된 제1 조명광을 수집하여 제1 이물 영상을 생성하는 반사식 검사 모듈과;
    상기 렌즈 모듈의 상기 대물 렌즈에 대하여 제2 조명광을 방출하고, 상기 렌즈 모듈을 투과하여 상기 IR 차단 필터로부터 방출되는 상기 제2 조명광을 수집하여 제2 이물 영상을 생성하는 투과식 검사 모듈과; 및
    상기 제1 이물 영상 및 상기 제2 이물 영상으로부터 이물을 검사하는 분석 모듈을 구비하는 것을 특징으로 하는 카메라 렌즈 모듈 이물 검사 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 투과식 검사 모듈은,
    상기 렌즈 모듈의 상기 대물 렌즈를 향하여 상기 제2 조명광을 방출하는 광원;
    상기 광원으로부터 상기 대물 렌즈에 입사되어 상기 접안 렌즈 내지 상기 IR 차단 필터를 투과한 상기 제2 조명광을 수집하여 초점을 형성하는 검사용 광학계;
    상기 검사용 광학계에서 형성하는 초점에 배치되어 상기 렌즈 모듈을 투과한 상기 제2 조명광에 의하여 상기 접안 렌즈 또는 상기 IR 차단 필터의 어느 표면에 부착된 이물이 그림자로 보여지는 상기 제2 이물 영상을 획득하는 촬상 소자로 구성된 것을 특징으로 하는 카메라 렌즈 모듈 이물 검사 시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 투과식 검사 모듈은,
    상기 대물 렌즈에 입사되어 상기 접안 렌즈의 모든 지점을 투과한 후 상기 IR 차단 필터로부터 출사되는 상기 제2 조명광의 광선속이, 상기 촬상 소자에 동일한 밀도로 도달하여 밝기가 균일한 영상이 얻어지도록, 상기 광원에서 방출되는 상기 제2 조명광의 광선속을 제어하는 조명용 광학계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 카메라 렌즈 모듈 이물 검사 시스템.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 조명용 광학계는, 상기 제2 조명광이 상기 렌즈 모듈의 상기 대물 렌즈의 시야각의 모든 방향으로부터 상기 대물 렌즈로 조사될 수 있도록, 상기 렌즈 모듈의 화각과 유사하거나 상기 렌즈 모듈의 화각보다 큰 각도의 평행광을 상기 대물 렌즈에 대하여 입사시킬 수 있는 광학계를 포함하는 것을 특징으로 하는 카메라 렌즈 모듈 이물 검사 시스템.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 검사용 광학계는, 상기 렌즈 모듈을 향하는 물체측 입력 각도가 상기 렌즈 모듈로부터 출사되는 상기 제2 조명광의 주광선과 동일한 각도이거나 ±10° 범위의 각도이도록 구성되는 것을 특징으로 하는 카메라 렌즈 모듈 이물 검사 시스템.
  6. 제3항에 있어서,
    상기 분석 모듈은,
    상기 검사용 광학계를 구성하는 복수의 렌즈들 사이의 거리를 조정하거나, 상기 렌즈 모듈과 상기 검사용 광학계와의 초점 거리를 조정하여, 서로 다른 초점 위치에서 촬영된 복수의 제2 이물 영상을 획득하고, 상기 복수의 제2 이물 영상에서 보여지는 이물들을 비교함으로써, 촬영된 이물이 상기 대물 렌즈 또는 상기 접안 렌즈 또는 상기 IR 차단 필터의 어느쪽 표면에 존재하는지 판정하는 것을 특징으로 하는 카메라 렌즈 모듈 이물 검사 시스템.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 분석 모듈은,
    상기 제1 이물 영상에서 보여지는 이물과 상기 제2 이물 영상에서 보여지는 이물을 서로 비교하여, 이물이 상기 대물 렌즈 또는 상기 접안 렌즈 또는 상기 IR 차단 필터의 어느쪽 표면에 존재하는지 판정하는 것을 특징으로 하는 카메라 렌즈 모듈 이물 검사 시스템.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 검사후 적재부는,
    상기 분석 모듈의 분석 결과, 이물이 상기 IR 차단 필터의 바깥면 또는 안쪽면, 상기 대물 렌즈의 바깥면 또는 안쪽면에 존재하는지의 여부에 따라서 상기 렌즈 모듈을 서로 다른 적재 위치에 적재하는 것을 특징으로 하는 카메라 렌즈 모듈 이물 검사 시스템.
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