KR101496748B1 - 카메라 모듈을 형성하도록 렌즈 모듈과 이미지 센서를 조립하기 위한 장치 및 그 조립 방법 - Google Patents

카메라 모듈을 형성하도록 렌즈 모듈과 이미지 센서를 조립하기 위한 장치 및 그 조립 방법 Download PDF

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Abstract

카메라 모듈을 형성하도록 렌즈 모듈과 이미지 센서를 조립하기 위한 장치가 개시된다. 장치는, 렌즈 모듈과 상기 이미지 센서 사이의 상대적 배열을 조정하기 위한 위치선정 시스템; 및 렌즈 모듈과 상기 이미지 센서의 기준선들을 관측하도록 동작하는 검사 시스템을 포함한다. 특히, 위치선정 시스템은 검사 시스템에 의해 관측되는 렌즈 모듈과 이미지 센서의 각각의 기준선들의 상대적 정렬에 기초하여 렌즈 모듈과 이미지 센서를 정렬하도록 구성된다. 카메라 모듈을 형성하도록 렌즈 모듈과 이미지 센서를 조립하는 방법이 또한 개시된다.

Description

카메라 모듈을 형성하도록 렌즈 모듈과 이미지 센서를 조립하기 위한 장치 및 그 조립 방법{AN APPARATUS FOR ASSEMBLING A LENS MODULE AND AN IMAGE SENSOR TO FORM A CAMERA MODULE, AND A METHOD OF ASSEMBLING THE SAME}
본 발명은, 특별히 셀룰러 폰, 타블렛, 및 랩탑 컴퓨터과 같은 모바일 디바이스에서 사용하기 위한 것만이 아닌, 카메라 모듈을 형성하도록 렌즈 모듈과 이미지 센서를 조립하기 위한 장치에 관한 것이다. 본 발명은 또한 카메라 모듈을 형성하도록 이미지 센서와 렌즈 모듈을 조립하기 위한 방법에 관한 것이다.
셀룰러 폰, 타블렛, 및 랩탑 컴퓨터와 같은 모바일 디바이스에서 사용하기 위한 카메라 모듈들의 작동 요구조건들은 보다 선명한 이미지 해상도 및 보다 세련된 자동 촛점맞춤 능력들에 대하여 급격히 발전하고 있다. 동시에, 카메라 모듈들의 치수들은 또한 소비자 요구에 부합하도록 더욱 작아지고 있다. 결과적으로, 이러한 카메라 모듈의 작동 성능은 렌즈 모듈과 이미지 센서의 상대적 배열에 대해 극히 민감해지고 있으며, 즉, 이미지 센서에 대한 렌즈 모듈의 약간의 오정렬은 카메라 모듈들의 작동 성능에서 상당한 저하를 초래할 수 있다. 따라서, 종래의 개방 루프 픽앤 플레이스(open-loop pick-and-place) 디바이스들은 이러한 카메라 모듈들의 희망하는 작동 성능에 부합하도록 렌즈 모듈과 이미지 센서 사이의 요구되는 정렬 정확성을 더 이상 제공할 수 없다.
부가하여, 카메라 모듈의 조립은 렌즈 모듈과 이미지 센서의 각각의 광학 특성들을 고려하지 않는다. 따라서, 조립된 카메라 모듈들은 카메라 모듈들의 다양한 부품들 중에서 광학 특성들의 차이가 무시되기 때문에 작동 성능이 다를 수 있다.
그러므로, 본 발명의 목적은 이러한 카메라 모듈들의 조립 동안 마주치는 상기의 문제들을 다루는 것을 추구하는 것이다.
본 발명의 제 1 양태는 카메라 모듈을 형성하도록 렌즈 모듈과 이미지 센서를 조립하기 위한 장치이다. 상기 장치는, i) 렌즈 모듈과 이미지 센서 사이의 상대적 배열을 조정하기 위한 위치선정 시스템; 및 ⅱ) 렌즈 모듈과 이미지 센서의 기준선(fiducial)들을 관측하도록 동작하는 검사 시스템을 포함한다. 특히, 위치선정 시스템은 검사 시스템에 의해 관측되는 바와 같이 렌즈 모듈과 이미지 센서의 각각의 기준선들의 상대적 정렬에 기초하여 렌즈 모듈과 이미지 센서를 정렬하도록 구성된다.
렌즈 모듈과 이미지 센서 모두의 기준선들을 관측하도록 동작하는 검사 시스템을 제공하는 것에 의해, 장치는 이미지 센서에 대한 렌즈 모듈의 정확한 정렬을 보장한다. 따라서, 카메라 모듈의 높은 작동 성능은 예를 들어 그 이미지 해상도와 자동 촛점맞춤 능력들에 대해 유익하게 보장될 수 있다.
장치의 일부 바람직하지만 선택적인 특징들은 종속항들에서 한정된다.
예를 들어, 위치선정 시스템은 렌즈 모듈을 파지하기 위한 그립퍼를 포함할 수 있다. 부가하여, 그립퍼는 3차원 공간에서 각각의 3개의 직교축들을 따르는 병진 운동 및 각각의 3개의 직교축들을 중심으로 하는 회전 운동에 의해 형성되는 6 자유도 운동(six degrees of motion)으로 렌즈 모듈을 작동시키도록 구성될 수 있다. 이러한 것은 렌즈 모듈과 이미지 센서 사이의 상대 위치가 6 자유도 운동 중 임의의 하나 이상을 통하여 정밀하게 조정되는 것을 허용하고, 유익하게 카메라 모듈을 형성하도록 렌즈 모듈과 이미지 센서 사이의 정확한 정렬을 제공한다.
선택적으로, 그립퍼는 렌즈 모듈과 이미지 센서의 각각의 기준선들을 정렬하도록, 렌즈 모듈과 이미지 센서 모두에 의해 형성된 축을 중심으로 이미지 센서에 대해 상대 회전하도록 렌즈 모듈을 이동시키도록 구성된다.
또한, 장치는 렌즈 모듈과 이미지 센서의 광학 특성들을 시험하는데 사용하기 위한 이미지 시험 디바이스와 시험 차트를 포함할 수 있다. 특히, 이미지 시험 디바이스는 이미지 센서 상으로 시험 차트의 이미지를 덮기 위한 를 포함할 수 있다. 확대 렌즈 조립체를 제공하는 것에 의해, 시험 차트는 장치 내에서 보다 작은 공간을 점유하도록 유익하게 소형화될 수 있다.
본 발명의 제 2 양태는 카메라 모듈을 형성하도록 렌즈 모듈과 이미지 센서를 조립하는 방법이다. 특히, 상기 방법은, i) 렌즈 모듈과 이미지 센서의 기준선들을 관측하는 단계; 및 ⅱ) 렌즈 모듈과 이미지 센서의 각각의 기준선들의 상대적 정렬에 기초하여 렌즈 모듈과 이미지 센서를 정렬하는 단계를 포함한다.
렌즈 모듈과 이미지 센서 모두의 기준선들을 획득하는 것에 의해, 장치는 이미지 센서에 대한 렌즈 모듈의 정확한 정렬을 보장한다. 유익하게, 카메라 모듈의 높은 작동 성능은 예를 들어 그 이미지 해상도 및 자동 촛점맞춤 능력들에 대해 보장된다.
일부 바람직하지만 선택적인 단계들은 종속항들에서 한정된다.
예를 들어, 렌즈 모듈과 이미지 센서의 기준선들을 관측하는 단계는 제 1 검사 디바이스를 사용하여 제 1 방향으로부터 렌즈 모듈의 표면 상의 기준선들을 관측하는 단계, 및 제 2 검사 디바이스를 사용하여 제 2 방향으로부터 이미지 센서의 표면 상의 기준선들을 관측하는 단계를 포함하며, 제 2 방향은 제 1 방향에 반대이다.
부가하여, 그립퍼에 의해 파지되는 렌즈 모듈과 이미지 센서를 조립하는 방법은, 3차원 공간에서 각각의 3개의 직교축들을 따르는 병진 운동 및 각각의 3개의 직교축들을 중심으로 하는 회전 운동에 의해 형성되는 6 자유도 운동 중 임의의 하나로 그립퍼를 작동시키는 단계를 추가로 포함할 수 있다. 또한, 상기 방법은 이미지 센서와 렌즈 모듈의 능동적 정렬 단계를 추가로 포함할 수 있으며, 이 단계는 i) 이미지 센서에 대한 렌즈 모듈의 다른 높이들에 있는 이미지 센서를 사용하여 시험 차트의 다수의 이미지들을 얻는 단계; ⅱ) 그 선명도에 대하여 시험 차트의 다수의 이미지들을 분석하는 단계; 및 ⅲ) 다수의 이미지들의 대응하는 섹션들 중에서 이미지 선명도의 보다 높은 일관성을 제공하는 최적의 위치로 이미지 센서에 대해 렌즈 모듈을 움직이도록 6 자유도 운동 중 하나 이상으로 그립퍼를 작동시키는 단계를 포함한다. 부가하여, 능동적 정렬 단계는 시험 차트 이미지의 중심과 이미지 센서의 중심을 정렬하는 단계를 추가로 포함할 수 있다.
선택적으로, 렌즈와 렌즈 홀더를 포함하고 렌즈 홀더와 이미지 센서 모두에 대해 렌즈를 상대 회전시키도록 작동하는 턴 헤드에 의해 지지되는 렌즈 모듈과 상기 이미지 센서를 조립하는 방법은 이미지 센서와 렌즈의 능동적 정렬 단계를 추가로 포함할 수 있으며, 이 단계는, i) 이미지 센서에 대해 렌즈의 다른 각도 변위들에 있는 이미지 센서를 사용하여 시험 차트의 다수의 이미지들을 얻는 단계; ⅱ) 그 선명도에 대하여 시험 차트의 다수의 이미지들을 분석하는 단계; 및 ⅲ) 렌즈가 렌즈 홀더와 이미지 센서에 대해 특정 각도 변위에 배열될 때까지 렌즈를 움직이도록 턴 헤드를 회전시키는 단계를 포함하며, 렌즈 홀더와 이미지 센서에 대한 렌즈의 특정 각도 변위는 분석된 바와 같이 다수의 이미지들의 선명도에 기초한다.
본 발명에 따라서, 카메라 모듈들의 조립 동안 마주치는 상기의 문제들을 다룰 수 있으며, 전체 처리량 능력을 유익하게 개선할 수 있다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따라서 이미지 센서와 렌즈 모듈을 정렬하기 위한 장치의 개략도.
도 2a는 조립 전에 렌즈 모듈과 이미지 센서의 상대적 배열을 도시한 도면.
도 2b는 조립 전에 렌즈 모듈과 이미지 센서의 다른 구성의 상대적 배열을 도시한 도면.
도 3은 도 2a의 렌즈 모듈을 홀딩하는데 적합한 정렬 디바이스를 도시한 도면.
도 4는 도 2b의 렌즈 모듈을 홀딩하는데 적합한 정렬 디바이스의 다른 구성을 도시한 도면.
도 5는 도 1의 장치의 전체적인 동작의 흐름도.
도 6a 및 도 6b는 도 2a의 렌즈 모듈의 기준선들과 이미지 센서의 기준선들을 각각 도시한 도면.
도 7은 도 1의 장치의 능동적 정렬 동작의 흐름도.
도 8은 이미지 시험 디바이스를 도시한 도면.
도 9는 도 8의 이미지 시험 디바이스에서 사용할 수 있는 예시적인 시험 차트를 도시한 도면.
도 10a, 도 10b, 및 도 10c는 이미지 센서에 포착된 바와 같은 이미지들의 선명도를 도시한 그래프.
도 11은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 장치의 개략도.
본 발명의 바람직한 실시예들은 첨부된 도면을 참조하여 단지 예의 방식에 의해 지금 기술된다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 장치(100)의 개략도이다. 장치(100)는, i) 카메라 모듈이 되도록 조립하기 위하여 렌즈 모듈(104)과 이미지 센서(106)를 적재하도록 구성되는 적재/하역 디바이스(102); ⅱ) 조립을 위하여 렌즈 모듈(104)과 이미지 센서(106)를 위치시키도록 구성된 위치선정 시스템(이미지 센서(106)가 장착 가능한 유닛 운반기(108) 및 렌즈 모듈(104)을 파지하기 위한 메커니즘을 가지는 능동적 정렬 디바이스(120)로서 도 1에 도시된 바와 같이); ⅲ) 렌즈 모듈(104)과 이미지 센서(106)를 유닛 운반기(108)로 운반하도록 구성된 픽업 아암(110, pick arm); v) 렌즈 모듈(104)의 표면 상의 기준선들을 위치시키고 관측하기 위하여 제 1 방향으로 위치된 제 1 검사 디바이스(업룩 검사 디바이스(uplook inspection device;112)로서 도 1에 도시된 바와 같이); ⅵ) 이미지 센서(106)의 표면의 기준선들을 위치시키고 관측하기 위하여 제 1 방향과 반대인 제 2 방향으로 위치되는 제 2 검사 디바이스(다운룩 검사 디바이스(downlook inspection device;114)로서 도 1에 도시된 바와 같이); ⅶ) 이미지 센서(106) 상으로 UV 아교를 분배하도록 구성된 분배기(116); 및 ⅷ) 다수의 광학 부품들과 시험 차트를 가지는 이미지 시험 디바이스(118)를 포함한다.
업룩 검사 디바이스(112), 이미지 시험 디바이스(118), 및 능동적 정렬 디바이스(120)는 장치(100) 내에서 서로 근접하여 배열된다. 유사하게, 다운룩 검사 디바이스(114) 및 분배기(116)는 장치(100) 내에서 또한 서로 근접하여 배열된다. 장치(100)의 이러한 내부 구성은 렌즈 모듈(104)과 이미지 센서(106)를 조립하도록 장치(100)의 다양한 동작을 수행하는데 필요한, 유닛 운반기(108)의 진행 경로를 단축한다. 유닛 운반기(108)의 진행 경로를 단축하는 것에 의해, 장치(100)의 처리량 잠재성은 유익하게 증가될 수 있다.
도 2a는 카메라 모듈을 형성하도록 조립되기 전의 렌즈 모듈(104)들 중 하나와 이미지 센서(106)들 중 하나를 도시한다. 특히, 렌즈 모듈(104)은 렌즈(104a)와, 렌즈(104a)를 적소에 고정하기 위한 렌즈 홀더(104b)로 만들어진다. 이미지 센서(106)는 이미지화 칩(106a)과, 이미지화 칩(106a)이 장착되는 기판(106b)으로 만들어진다.
도 2b는 도 2a의 렌즈 모듈(104)과 다른 구성을 가지는 렌즈 모듈(204)을 도시한다. 도 2a의 렌즈 모듈(104)처럼, 도 2b의 렌즈 모듈(204)은 또한 렌즈(204a)와, 렌즈(240a)를 적소에 고정하기 위한 렌즈 홀더(204b)를 포함한다. 그러나, 렌즈(104a)가 렌즈 홀더(104b) 내에 고정되는 도 2a의 렌즈 모듈(104)과 달리, 도 2a에 도시된 렌즈 모듈(204)의 렌즈(204a)는 렌즈 홀더(204b) 내에서 회전 가능하게 움직일 수 있다. 특히, 렌즈(204a)와 렌즈 홀더(204b)는, 렌즈(204a)가 렌즈 홀더(204b) 내로 나사 결합될 수 있도록 대응하는 접합 나사들을 포함한다. 렌즈 모듈(204)과 렌즈 홀더(204b) 사이의 상대적 각도 배열을 조정하는 것에 의하여, 조립된 카메라 모듈의 광학 특성들이 최적화될 수 있다.
도 3은 능동적 정렬 디바이스(120)의 사시도이다. 특히, 능동적 정렬 디바이스(120)는 렌즈 모듈(104)을 파지하기 위한 그립퍼(300)를 가진다. 능동적 정렬 디바이스(120)는 또한 6 자유도까지의 운동을 달성하기 위하여 3차원 공간에서 3개의 직교축들과 관련하여 독립적으로 움직이도록 그립퍼(300)를 작동시키기 위한 다양한 모터들을 또한 포함한다. 3개의 직교축들은 X, Y, 및 Z축들에 의해 각각 한정될 수 있으며, 따라서, 6 자유도 운동은 각각의 X, Y, 및 Z축을 따르는 선형 변위 뿐만 아니라, 각각의 X, Y, 및 Z축을 중심으로 하는 회전 변위를 포함한다. 6 자유도 운동으로 그립퍼(300)를 작동시키도록, 능동적 정렬 디바이스(120)의 모터들은, i) X-축을 따르는 선형 운동을 작동시키기 위한 선형 X-모터(302); ⅱ) Y-축을 따르는 선형 운동을 작동시키기 위한 선형 Y-모터(304); ⅲ) Z-축을 따르는 선형 운동을 작동시키기 위한 선형 Z-모터(306); ⅳ) X-축을 중심으로 하는 회전 운동을 작동시키기 위한 롤 모터(308); v) Y-축을 중심으로 하는 회전 운동을 작동시키기 위한 피치 모터(310); 및 ⅵ) Z-축을 중심으로 하는 회전 운동을 작동시키기 위한 편요(yaw) 모터(312)를 포함한다.
도 4는 도 3의 능동적 정렬 디바이스(120)의 구성과 다른 구성을 가지는 능동적 정렬 디바이스(400)를 도시한다. 특히, 능동적 정렬 디바이스(400)는 회전 가능한 턴 헤드(402a)를 가진다. 그러므로, 능동적 정렬 디바이스(400)는 도 2b의 렌즈 모듈(204)과 함께 사용하는데 적절하다. 특히, 렌즈(204a)는 회전 가능한 턴 헤드(402a) 내로 삽입되는 한편, 렌즈 홀더(204b)는 능동적 정렬 디바이스(400)의 캐비티(402b) 내에 고정된다. 렌즈 모듈(204)과 이미지 센서(106) 모두에 의해 형성되는 공통축을 중심으로 턴 헤드(402a)를 회전시키는 것에 의해, 렌즈(204a)는 최적의 각도 배열을 얻기 위해 이것들의 접합 스크루 나사를 통해 렌즈 홀더(204b) 내로 나사 결합될 수 있다.
도 5는 장치(100)의 전체적인 조립의 흐름도이다. 전형적인 조립 공정 사이클은 먼저 적재/하역 디바이스(102) 상으로 렌즈 모듈(104)과 이미지 센서(106)를 적재하는 단계(500)로 시작한다. 이러한 적재 단계(500)에서, 픽업 아암(110)은 유닛 운반기(108) 상으로 렌즈 모듈(104)들 중 하나와 이미지 센서(106)들 중 하나를 연속하여 운반한다.
적재 단계(500)가 완료된 후에, 유닛 운반기(108)는, 렌즈 모듈(104)이 능동적 정렬 디바이스(120)에 의해 픽업될 수 있고 렌즈 모듈(104)의 기준선들을 위치시키는 단계(502)가 수행되도록, 능동적 정렬 디바이스(120)로 움직인다. 렌즈 모듈(104)의 기준선들은 렌즈 모듈(104)의 베이스에 있는 표면 상에 위치되며, 그러므로, 업룩 검사 디바이스(112)는 렌즈 모듈(104)의 베이스의 이미지를 포착하도록 작동된다.
도 6a는 렌즈 모듈(104)의 기준선들을 도시한다. 특히, 이러한 기준선들은 빛이 통과하는 렌즈 개구(600a) 및 렌즈 홀더(104b)의 베이스에 있는 코너(600b)들에 의해 정의된다. 렌즈 모듈(104)의 기준선들에 관련한 위치 정보는 그런 다음 장치(100)에 의해 저장된다.
렌즈 모듈(104)이 그립퍼(300)에 의해 픽업된 후에, 유닛 운반기(108)는, 이미지 센서(106)의 기준선들을 위치시키고 이미지 센서(106) 상에 UV 아교를 분배하는 단계(504)가 수행되기 전에 다운룩 검사 디바이스(114)로 이미지 센서(106)를 운반한다. 이미지 센서(106)의 기준선들이 이미지 센서(106)의 상부에 있는 표면 상에 위치되기 때문에, 다운룩 검사 디바이스(114)는 이미지 센서(106)의 상부의 이미지를 포착하도록 작동된다.
도 5를 참조하여, 단계(504)들은 렌즈 모듈(104)의 기준선들을 위치시키는 단계(502)와 거의 병행하여 수행되는 것을 알 수 있다. 이러한 것은 장치(100)의 작동 효율을 최대화한다. 유사하게, 이미지 센서(106)의 기준선들과 관련한 위치 정보는 장치(100)에 의해 저장된다.
도 6b는 이미지 센서(106)의 기준선들을 도시한다. 특히, 이러한 기준선들은 기판(106b)에 이미지화 칩(106a)을 전기적으로 접속하는 다수의 와이어 본드(604a)들에 의해 정의될 수 있다. 부가적으로, 이미지 센서(106)의 기준선들은 이미지화 칩(106a)의 모서리(604b)들을 포함할 수 있다. 이미지 센서(106)의 이러한 기준선들에 관련한 위치 정보를 의지하는 것에 의해, 분배기(116)는 그런 다음 이미지 센서 상으로 정확하게 UV 아교를 분배할 수 있다. 특히, 유닛 운반기(108)는 UV 아교가 분배되기 전에 이미지 센서(106)를 정확하게 위치시키도록 X 및 Y축들 중 임의의 것 또는 모두를 따라서 움직인다.
UV 아교가 이미지 센서(106) 상으로 정확하게 분배된 후에, 유닛 운반기(108)는, 이미지 센서(106)와 렌즈 모듈(104)의 수동적 정렬의 단계(505)를 수행하도록 능동적 정렬 디바이스(120)로 다시 이미지 센서(106)를 운반한다.
이미지 센서(106)와 렌즈 모듈(104)의 수동적 정렬의 단계(505)는 렌즈 모듈(104)과 이미지 센서(106) 모두의 기준선들을 사용하여 초기 단계(502, 504)들에서 얻어진 각각의 위치 정보에 기초하여 수행된다. 부가적으로, 그립퍼(300)는 이미지 센서(106)와 렌즈 모듈(104)을 정렬하도록 X, Y 및 Z 직교축에 관련하여 6 자유도 운동을 정의하도록 작동된다. 렌즈 모듈(104)과 이미지 센서(106)의 기준선들을 각각 얻도록 업룩 검사 디바이스(112)와 다운룩 검사 디바이스(114)를 모두 제공하는 것에 의해, 그러므로, 장치(100)는 이미지 센서(106)에 대하여 정확하게 렌즈 모듈(104)을 정렬할 수 있다.
그러나, 렌즈 모듈(104)과 이미지 센서(106) 사이의 이러한 수동적 정렬 방법은 장치(100)의 예비 저장된 알고리즘에 의지하고, 그러므로 렌즈 모듈(104)과 이미지 센서(106)의 임의의 가변적인 광학 특성들을 고려하지 않는다. 렌즈 모듈(104)과 이미지 센서(106)의 이러한 가변적인 광학 특성들을 고려하기 위하여, 카메라 모듈을 형성하도록 최종적으로 조립되기 전에, 시험 이미지들은 이미지 센서(106)와 렌즈 모듈(104)을 사용하여 포착되어야 한다.
도 7은 이미지 센서(106)와 렌즈 모듈(104)의 능동적 정렬에 수반되는 단계들의 흐름도이다. 능동적 정렬 공정은 이미지 센서(106)를 초기 설정하는 단계(700)로 시작한다. 특히, 이미지 센서(106)는 Z-축 스캐닝의 단계(702)를 수행하기 전에 먼저 장치(100)에 의해 구동되고 초기화된다.
도 8은 Z-축 스캐닝의 단계(702) 동안 이미지 시험 디바이스(118)와 렌즈 모듈(104) 및 이미지 센서(106)의 조립체의 상대적 배열을 도시한다. 특히, 이미지 시험 디바이스(118)는 시험 차트(800) 뿐만 아니라 이미지-수렴 디바이스를 포함한다. 특히, 이미지-수렴 디바이스는 싱글릿 렌즈(804a-804c)들과 더블릿 렌즈(806)의 스택을 포함하는 확대 렌즈 조립체이다. 특히, 싱글릿 렌즈(804a-804c)들과 더블릿 렌즈(806)의 스택은 이미지 센서(106) 상으로 시험 차트(800)의 이미지를 수렴하도록 동작한다.
도 9는 이미지 시험 디바이스(118)에서 사용되는 시험 차트(800)를 도시한다. 특히, 시험 차트(800)는 5개의 관심 영역(900a-900e, region of interest)들을 포함한다. 조립된 카메라 모듈의 광학 특성들을 시험하기 위한 종래의 시험 차트들은 대체로 약 2m×2m의 길이와 폭 치수를 가진다. 결과적으로, 이미지 시험 디바이스(118)는 종래의 시험 차트를 수용하도록 충분히 커야만 한다. 그러므로, 종래의 시험 차트에 의지하는 장치는 약 2.5m×2.5m×2.5m의 치수들을 가진다.
대조적으로, 시험 차트(800)는 약 15㎝×15㎝의 보다 작은 길이 및 폭 치수를 가진다. 바람직하게, 시험 차트(800)의 길이 및 폭 치수는 15㎝보다 크지 않다. 시험 차트(800)의 소형화(종래의 대응부와 비교하여)는 싱글릿 렌즈(804a-804c)들과 더블릿 렌즈(806)의 스택에 의해 달성된다. 또한, 이미지 시험 디바이스(118)의 이러한 구성은 유익하게 보다 양호한 이미지 품질뿐만 아니라 보다 낮은 이미지 왜곡을 제공한다.
시험 차트(800)와 이미지-수렴 디바이스(도 8에 도시된 바와 같이) 사이의 이미지화 거리(A)가 0.4m, 0.6m, 1m, 2m, 또는 5m일 수 있다는 것이 예측되어야 한다.
또한, Z-축 스캐닝의 단계(702)는 이미지 센서(106)에 대한 렌즈 모듈(104)의 다른 Z-레벨들에서 수행된다. 다른 Z-레벨에서 이미지 센서(106)에 의해 포착된 시험 차트 이미지들은 그런 다음 장치(100)에 의해 이미지 분석된다. 특히, 장치(100)는 5개의 관심 영역(900a-900e)들에 대응하는 각 포착된 이미지의 각각의 섹션들을 확인하는 패턴 인식 공정을 수행하고, 이어서 각 이미지의 각각의 확인된 면적(area)들의 선명도를 결정한다.
도 10a는 이미지 센서(106)에 대해 렌즈 모듈(104)의 다양한 Z-레벨들에 대한 선명도 지수(예를 들어, 모듈러 운반 기능(modular transfer function, MTF) 또는 공간 주파수 응답( spatial frequency response, SFR) 사이의 관계를 각각 도시하는 5개의 별도의 그래프를 도시한다. Z-축 스캐닝의 단계(702)가 완료된 후에, 장치(100)는 그런 다음 그립퍼(300)의 틸팅 보상의 단계(704)를 수행한다.
그립퍼(300)의 틸팅 보상의 단계(704)는 다른 Z-레벨들에서 장치(100)에 의해 얻어진 이미지들의 각 섹션들의 선명도를 분석하는 것에 의해 이미지 정렬 알고리즘을 실행하는 장치(100)를 포함한다. 특히, 장치(100)는 이미지의 모든 각 섹션들 중 가장 높은 선명도 지수들이 동일한 Z-레벨에서 얻어질 때까지 렌즈 모듈(104)를 틸팅하도록 그립퍼(300)를 작동시킨다. 특히, 이미지 정렬 알고리즘은 사전 결정된 데이터베이스에 대해 얻어진 이미지들의 각 섹션들의 선명도를 비교하고, 사전 결정된 데이터베이스는 시험 차트(800)의 다양한 관심 영역(900a-900e)들에 대한 각각의 X, Y, 및 Z축들에 대해 절정 선명도(peak clarity)에 대한 각도의 비율 리스트를 포함한다. 이러한 사전 결정된 데이터베이스는 Z-스캐닝을 3회 수행하는 것에 의해 장치(100)의 셋업 동안 얻어진다. 이러한 사전 결정된 데이터베이스와 Z-축 스캐닝의 단계(702)에서 유도된 데이터를 비교하는 것에 의해, 장치(100)는 다수의 이미지들의 대응하는 섹션들 중에서 보다 높은 일관성의 이미지 선명도를 제공하는 최적의 위치로 움직이도록 그립퍼(300)를 작동시킬 수 있다.
보다 특별하게, 장치(100)는 렌즈 모듈(104)이 최적의 위치에 도달할 때까지 X, Y, 및 Z축들 중 임의의 것을 따라서 렌즈 모듈(104)을 움직이도록, 및/또는 X, Y, 및 Z축들 중 임의의 것을 중심으로 렌즈 모듈(104)을 회전시키도록 그립퍼(300)를 작동시킨다. 그럼에도 불구하고, 이미지 센서(106)에 대해 렌즈 모듈(104)의 각도 배열이 렌즈 모듈(104)과 이미지 센서(106) 사이의 수동적 정렬의 초기 단계(505)에서 이미 착수되었음에 따라서 Z-축을 중심으로 렌즈 모듈(104)을 회전시킬 필요가 없다는 것을 유념하여야 한다. 또한, Z-축 스캐닝의 다른 반복이 연속하여 수행됨으로써 Z-축을 따라서 렌즈 모듈(104)을 움직일 필요가 없다.
전형적으로, 렌즈 모듈에 의해 제공된 선명도 레벨은 그 렌즈 중심으로부터 그 외부 렌즈 주변으로 감소한다. 따라서, 렌즈 모듈의 광 중심을 정렬하는 단계는 이미지 센서의 중심이 가장 높은 선명도를 가지는 것을 보장하도록 바람직하게 수행되어야 한다. 그러므로, Z-축 스캐닝 단계(702)가 완료된 후에, 장치(100)는 Z-축 스캐닝의 또 다른 반복(708)을 수행하기 전에 광 중심을 정렬하는 단계(706)를 수행한다. 특히, 광 디퓨저는 디퓨저 배경광(diffuser background light)을 만들도록 광원으로부터 광을 고르게 분배하기 위하여 렌즈 모듈(104)과 이미지 센서(106) 사이에 배열된다. 이미지 센서(106)에 의해 연속하여 취해진 디퓨저 배경광의 이미지는 라이트 서클(light circle)을 형성하도록 바이너라이즈된다(binarised). 라이트 서클의 광 중심을 위치시킨 후에, 장치(100)는 이미지 센서(106)의 중심이 디퓨저 배경광의 광 중심과 정렬되는 것을 보장하도록 유닛 운반기(108)를 작동시킨다.
도 10b는, 그립퍼(300)가 이미지 정렬 알고리즘에 의해 확인된 바와 같이 최적의 위치로 움직인 후에, 렌즈 모듈(104)의 다양한 Z- 레벨들에 대한 시험 차트(800)의 다양한 관심 영역(900a-900e)들에 대응하는 이미지 섹션들의 선명도 지수의 관계를 도시한 다양한 그래프를 다시 도시한다.
도 10b의 그래프들로부터, 다양한 관심 영역(900a-900e)들에 대응하는 이미지 섹션들의 선명도 지수가 도 10a의 그래프들과 비교하여 다른 Z-레벨들에서 더욱 일관되는 것을 알 수 있다. 다시 한번, 장치(100)는 이미지 센서(106)에 대해 렌즈 모듈(104)의 정렬을 더욱 최적화하도록 사전 결정된 데이터 베이스에 대해 도 10b의 정보를 비교하는 것에 의해 그립퍼(300)의 틸팅 보상의 단계(710)를 수행한다. 장치(100)는 그런 다음 렌즈 모듈(104)이 이미지 정렬 알고리즘에 의해 확인된 바와 같이 개선된 최적 위치에 도달할 때까지 X, Y 및 Z축들 중 임의의 것에 대해 렌즈 모듈(104)을 틸팅시키도록 그립퍼(300)를 작동시킨다. 특히, 그립퍼(300)는 시험 차트(800)의 모든 관심 영역(900a-900e)들에 대응하는 이미지들의 섹션들 중 가장 높은 선명도 지수들을 제공하는 Z-레벨로 움직인다. 이러한 것은 능동적 정렬 공정을 완성한다.
도 10c는 렌즈 모듈(104)이 최적으로 두번 배열된 후에 취해진 이미지에 기초한 다양한 그래프들을 도시한다. 시험 차트(800)의 다양한 관심 영역(900a-900e)들에 대응하는 이미지 섹션들의 선명도 지수가 도 10b의 그래프들과 비교하여 다른 Z-레벨들에서 한층 더욱 일관되는 것을 알 수 있다. 이러한 것은 렌즈 모듈이 단지 한번 최적으로 정렬된 후 취해진 것보다 렌즈 모듈(104)이 두번 최적으로 정렬된 것이 더욱 일관된다는 것을 의미한다. 그렇다 하더라도, 능동적 정렬 공정이 도 7에 도시된 바와 같이 2번 반복을 가지는 것 대신에 Z-축 스캐닝의 단일 반복 또는 다수 반복을 포함할 수 있다는 것을 유념하여야 한다.
능동적 정렬 공정을 수행하는 또 다른 방법은 이미지 센서(106)와 도 2b에 도시된 렌즈(204a)를 정렬하도록 도 4의 능동적 정렬 디바이스(400)의 사용을 통하는 것이다. 특히, 능동적 정렬 디바이스(400)의 사용은 렌즈(204a)가 렌즈 홀더(204b) 내로 나사 결합됨으로써 렌즈 홀더(204b)에 대한 렌즈(204a)의 다른 각도들에서 다양한 시험 차트 이미지들을 포착하는 이미지 센서(106)를 수반한다. 다양한 각도들에서 이미지 센서(106)에 의해 포착된 시험 차트 이미지들은 상기된 바와 같이 이미지 분석의 동일한 공정을 받는다. 즉, 장치(100)는 시험 차트(800)의 5개의 관심 영역(900a-900e)들에 대응하는 각 포착된 이미지의 각 섹션들을 확인하도록 유사한 패턴 인식을 수행하고, 이어서 렌즈(204a)와 이미지 센서(106) 사이의 대응하는 각도 변위에 대한 각 이미지의 각각의 확인된 면적의 다른 선명도 지수들을 결정한다. 도 10a에 도시된 것들과 유사한 5개의 별도의 그래프들은 그런 다음 플로팅되고, 각각은 렌즈(204a)와 이미지 센서(106) 사이의 상대적 각도 배열에 대한 선명도 지수(예를 들어, 모듈러 운반 기능(MTF) 또는 공간 주파수 응답(SFR)) 사이의 관계를 도시한다. 능동적 정렬 디바이스(400)는 그런 다음, 렌즈(204a)가 렌즈 홀더(204b)와 이미지 센서(106) 모두에 대해 특정 각도 변위에 배열될 때까지, 렌즈(204a)를 움직이도록 그 턴 헤드(402)를 회전시키도록 작동되는 한편, 렌즈 홀더(204b)는 능동적 정렬 디바이스(400)의 캐비티(402b) 내의 적소에서 고정된다. 특히, 렌즈 홀더(204b)와 이미지 센서(106) 모두에 대한 특정 각도 변위는 분석된 바와 같이 차트 이미지들의 선명도에 기초한다. 예를 들어, 렌즈 홀더(204b)와 이미지 센서(106) 모두에 대한 렌즈(204a)의 특정 각도 변위는 이미지 센서(106)에 의해 포착된 바와 같이 다양한 관심 영역(900a-900e)들의 가장 높은 평균 선명도 지수를 제공하는 위치로서 정의될 수 있다. 렌즈(204a)와 이미지 센서(106) 사이의 상대적 각도 변위의 이러한 최적화는 단일 반복 또는 다수의 반복으로 수행될 수 있다. 이미지 센서(106)와 렌즈 모듈(104)의 능동적 정렬의 단계(506)가 완료된 후에, 장치(100)는 렌즈 모듈(104)과 이미지 센서(106)의 배열을 고정하도록 UV 경화의 단계(508)를 수행한다.
그런 다음, 조립된 카메라 모듈을 하역하는 단계(710)가 장치(100)에 의해 착수된다. 이러한 하역 단계(710)에서, 그립퍼(300)는 렌즈 모듈(104) 상에서 그 파지를 해제하고, 유닛 운반기(108)는 그런 다음 장치(100)로부터 이후의 하역을 대기하도록 적재/하역 디바이스(102) 상으로 조립된 카메라 모듈을 운반한다. 이러한 것은 조립 공정의 한 사이클을 완성한다. 각 집단(batch)으로 조립되는 카메라 모듈의 수에 의존하여, 조립 공정 사이클은, 조립된 카메라 모듈의 전체 집단이 장치(100)로부터 하역되기 전에 모든 카메라 모듈들이 조립될 때까지 계속한다.
장치(100)의 변경이 본 발명의 범위 및 사상으로부터 벗어남이 없이 가능하다는 것이 예측되어야 한다.
예를 들어, 조립 공정의 각 사이클에서 장치(100) 내에서 단일 렌즈 모듈(104)과 단일 이미지 센서(106)를 운반하는 대신에, 유닛 운반기(108)가 장치(100) 내에서 다수의 렌즈 모듈(104)과 다수의 이미지 센서(106)들을 대신 운반할 수 있다. 이러한 것은 장치(100)의 전체 처리량 능력을 유익하게 개선할 수 있다.
부가하여, 도 11은 본 발명의 제 2 실시예의 장치(1100)를 도시한다. 본 발명의 제 1 실시예의 장치(100)와 대조하여, 제 2 실시예의 장치(1100)는 2개의 유닛 운반기(108a, 108b)들, 2개의 업룩 검사 디바이스(112a, 112b)들, 2개의 능동적 정렬 디바이스(120a, 120b)들, 및 2개의 이미지 시험 디바이스(118a, 118b)들을 포함한다. 장치(1100)의 다양 부품들이 상기된 바와 동일한 방식으로 동작한다는 것이 주목되어야 한다. 그러나, 장치(1100)의 동작은 작동 효율을 최대화하도록 적절하게 구성되어야 한다. 예를 들어, 유닛 운반기(108a)가 이미지 센서(106)와 렌즈 모듈(104)의 능동적 정렬을 위해 분배기(116)로부터 능동적 정렬 디바이스(120a)로 움직일 때, 다른 유닛 운반기(108b)는 UV 아교를 분배하기 위한 분배기(116)로 새로운 세트의 렌즈 모듈(104)과 이미지 센서(106)를 동시에 움직일 수 있다. 유익하게, 장치(1100)는 제 1 실시예에 따른 장치(100)의 처리량 능력과 비교하여 거의 두배의 처리량 능력일 수 있다.
100 : 장치 102 : 적재/하역 디바이스
104 : 렌즈 모듈 106 : 이미지 센서
108 : 유닛 운반기 110 : 픽업 아암
112 : 업룩 검사 디바이스 114 : 다운룩 검사 디바이스
116 : 분배기 118 : 이미지 시험 디바이스
120 : 능동적 정렬 디바이스

Claims (22)

  1. 카메라 모듈을 형성하도록 렌즈 모듈과 이미지 센서를 조립하기 위한 장치로서,
    상기 렌즈 모듈과 상기 이미지 센서 사이의 상대적 배열을 조정하기 위한 위치선정 시스템;
    복수의 관심 영역을 포함하며, 상기 렌즈 모듈과 상기 이미지 센서의 광학 특성을 시험하는데 사용하기 위한 시험 차트;
    상기 시험 차트 및 상기 렌즈 모듈 사이에 배열된 확대 렌즈 조립체; 및
    상기 렌즈 모듈과 상기 이미지 센서의 기준선들을 관측하도록 동작하는 검사 시스템;을 포함하며,
    상기 위치선정 시스템은 상기 검사 시스템에 의해 관측되는 상기 렌즈 모듈과 상기 이미지 센서의 각각의 기준선들의 상대적 정렬에 기초하여, 그리고 상기 이미지 센서에 의해 이미지되는 상기 시험 차트의 각각의 상기 관심 영역의 선명도에 기초하여 상기 렌즈 모듈과 상기 이미지 센서를 정렬하도록 동작하는, 렌즈 모듈과 이미지 센서의 조립 장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 검사 시스템은, 제 1 방향으로부터 상기 렌즈 모듈의 표면 상의 기준선들을 관측하기 위해 위치된 제 1 검사 디바이스와, 상기 제 1 방향과 반대인 제 2 방향으로부터 상기 이미지 센서의 표면 상의 기준선들을 관측하기 위해 위치된 제 2 검사 디바이스를 포함하는, 렌즈 모듈과 이미지 센서의 조립 장치.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 위치선정 시스템은 상기 렌즈 모듈을 파지하기 위한 그립퍼를 포함하는, 렌즈 모듈과 이미지 센서의 조립 장치.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 그립퍼는 3차원 공간에서 각각의 3개의 직교축들을 따르는 병진 운동 및 각각의 3개의 직교축들을 중심으로 하는 회전 운동에 의해 형성되는 6 자유도 운동으로 이동하여 상기 렌즈 모듈을 이동시키도록 구성되는, 렌즈 모듈과 이미지 센서의 조립 장치.
  5. 제 3 항에 있어서, 상기 그립퍼는 상기 렌즈 모듈과 상기 이미지 센서의 각각의 기준선들을 정렬하도록, 상기 렌즈 모듈과 상기 이미지 센서 모두에 의해 형성된 축을 중심으로 상기 이미지 센서에 대해 회전하여 상기 렌즈 모듈을 이동시키도록 구성되는, 렌즈 모듈과 이미지 센서의 조립 장치.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 위치선정 시스템은 상기 장치 내에서 상기 이미지 센서를 움직이기 위하여 상기 이미지 센서가 장착 가능한 유닛 운반기를 포함하는, 렌즈 모듈과 이미지 센서의 조립 장치.
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 제 1 항에 있어서, 디퓨저 배경광을 제공하도록 광원으로부터 광을 고르게 분배하기 위하여 상기 렌즈 모듈과 상기 이미지 센서 사이에 배열된 광 디퓨저를 추가로 포함하며, 상기 위치선정 시스템은 상기 이미지 센서에 의해 얻어진 상기 디퓨저 배경광의 중심과 상기 이미지 센서의 중심을 정렬하도록 동작하는, 렌즈 모듈과 이미지 센서의 조립 장치.
  11. 제 1 항에 있어서, 상기 시험 차트는 15㎝보다 크지 않은 길이 및 폭 치수를 가지는, 렌즈 모듈과 이미지 센서의 조립 장치.
  12. 제 1 항에 있어서, 상기 시험 차트와 상기 이미지 시험 디바이스 사이의 거리는 0.4m 내지 5m인, 렌즈 모듈과 이미지 센서의 조립 장치.
  13. 제 1 항에 있어서, 상기 이미지 센서 상으로 UV 아교를 분배하기 위한 분배기를 추가로 포함하는, 렌즈 모듈과 이미지 센서의 조립 장치.
  14. 제 13 항에 있어서, 상기 장치는 상기 렌즈 모듈과 상기 이미지 센서 사이의 상대 배열을 고정하기 위하여 UV 아교를 경화하도록 구성되는, 렌즈 모듈과 이미지 센서의 조립 장치.
  15. 카메라 모듈을 형성하도록 렌즈 모듈과 이미지 센서를 조립하는 방법으로서,
    상기 렌즈 모듈과 상기 이미지 센서의 기준선들을 관측하는 단계;
    상기 이미지 센서가 복수의 관심 영역을 갖는 시험 차트를 이미지하는 단계; 및
    상기 렌즈 모듈과 상기 이미지 센서의 각각의 기준선들의 상대 정렬에 기초하여, 그리고 상기 이미지 센서에 의해 이미지되는 상기 시험 차트의 각각의 상기 관심 영역의 선명도에 기초하여 상기 렌즈 모듈과 상기 이미지 센서를 정렬하는 단계;를 포함하며, 상기 시험 차트 및 상기 렌즈 모듈 사이에 확대 렌즈 조립체가 배열되는, 렌즈 모듈과 이미지 센서의 조립 방법.
  16. 제 15 항에 있어서, 상기 렌즈 모듈과 상기 이미지 센서의 기준선들을 관측하는 단계는,
    제 1 검사 디바이스를 사용하여 제 1 방향으로부터 상기 렌즈 모듈의 표면 상의 기준선들을 관측하는 단계, 및
    제 2 검사 디바이스를 사용하여 상기 제 1 방향과 반대인 제 2 방향으로부터 상기 이미지 센서의 표면 상의 기준선들을 관측하는 단계를 포함하는, 렌즈 모듈과 이미지 센서의 조립 방법.
  17. 제 15 항에 있어서, 상기 렌즈 모듈은 그립퍼에 의해 파지되며, 상기 렌즈 모듈과 상기 이미지 센서 사이의 상대적 정렬을 조정하는 단계는 3차원 공간에서 각각의 3개의 직교축들을 따르는 병진 운동과 상기 각각의 3개의 직교축들을 중심으로 하는 회전 운동에 의해 형성된 6 자유도 운동 중 임의의 하나로 상기 그립퍼를 작동시키는 단계를 포함하는, 렌즈 모듈과 이미지 센서의 조립 방법.
  18. 제 17 항에 있어서, 상기 렌즈 모듈과 상기 이미지 센서의 능동적 정렬 단계를 추가로 포함하며, 상기 능동적 정렬 단계는,
    상기 이미지 센서에 대해 상기 렌즈 모듈의 다양한 높이들에서 상기 이미지 센서를 사용하여 시험 차트의 다수의 이미지들을 얻는 단계;
    그 선명도에 대하여 상기 시험 차트의 다수의 이미지들을 분석하는 단계; 및
    상기 다수의 이미지들의 대응하는 섹션들 중에서 이미지 선명도의 일관성을 제공하는 최적의 위치로 상기 이미지 센서에 대해 상기 렌즈 모듈을 움직이도록 상기 6 자유도 운동 중 임의의 하나로 상기 그립퍼를 작동시키는 단계를 포함하는, 렌즈 모듈과 이미지 센서의 조립 방법.
  19. 제 18 항에 있어서, 상기 능동적 정렬 단계는 디퓨저 배경광의 이미지 중심과 상기 이미지 센서의 중심을 정렬하는 단계를 추가로 포함하며, 상기 디퓨저 배경광은 광원으로부터 광을 고르게 분배하는 광 디퓨저 상에서 만들어지는, 렌즈 모듈과 이미지 센서의 조립 방법.
  20. 제 15 항에 있어서, 상기 렌즈 모듈은 렌즈와, 렌즈 홀더를 포함하며, 상기 렌즈 모듈은 상기 렌즈 홀더와 상기 이미지 센서 모두에 대하여 상기 렌즈를 상대 회전시키도록 동작하는 턴 헤드에 의해 지지되며, 상기 방법은, 상기 이미지 센서와 상기 렌즈의 능동적 정렬 단계를 추가로 포함하며, 상기 능동적 정렬 단계는,
    상기 이미지 센서에 대해 상기 렌즈의 다양한 각도 변위들에 있는 상기 이미지 센서를 사용하여 시험 차트의 다수의 이미지들을 얻는 단계;
    그 선명도에 대하여 상기 시험 차트의 다수의 이미지들을 분석하는 단계; 및
    상기 렌즈가 상기 렌즈 홀더와 상기 이미지 센서에 대해 특정 각도 변위에 배열될 때까지 상기 렌즈를 움직이도록 상기 턴 헤드를 회전시키는 단계를 포함하며, 상기 렌즈 홀더와 상기 이미지 센서에 대한 상기 렌즈의 특정 각도 변위는 분석된 상기 다수의 이미지들의 선명도에 기초하는, 렌즈 모듈과 이미지 센서의 조립 방법.
  21. 제 1 항에 있어서, 상기 위치 선정 시스템은 상기 렌즈 모듈 및 상기 이미지 센서가 배열된 축을 따라서 상기 이미지 센서에 대해 복수의 위치에서 상기 렌즈 모듈을 위치시키도록 작동가능하며, 상기 이미지 센서는 상기 축을 따라서 상기 복수의 위치의 각각에서 상기 시험 차트의 상기 관심 영역 중의 각각의 하나의 이미지를 얻도록 작동가능한, 렌즈 모듈과 이미지 센서의 조립 장치.
  22. 제 15 항에 있어서, 상기 렌즈 모듈 및 상기 이미지 센서가 배열된 축을 따라서 상기 이미지 센서에 대해 복수의 위치에서 상기 렌즈 모듈을 위치시키는 단계를 추가로 포함하며, 상기 이미지 센서가 상기 시험 차트를 이미지하는 단계는 상기 이미지 센서가 상기 축을 따라서 상기 복수의 위치의 각각에서 상기 시험 차트의 상기 관심 영역 중의 각각의 하나의 이미지를 얻는 단계를 포함하는 렌즈 모듈과 이미지 센서의 조립 방법.
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