KR101609850B1 - 광원을 이용한 렌즈 광축조정시스템 및 광축조정방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 렌즈의 중심 광축과 이미지센서의 광학적 중심을 일치시키는 광축조정시스템 및 광축조정방법을 개시(introduce)한다. 상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 렌즈 광축조정시스템은, 광원, 복수의 렌즈가 병렬로 배열된 렌즈모듈을 거치하는 조정장치 및 상기 광원으로부터 방출되어 상기 렌즈모듈을 통과한 광패턴을 수집하고, 상기 광패턴을 이용하여 상기 렌즈모듈의 중심 광축을 연산하는 광패턴수집장치를 포함하며, 상기 조정장치는 이미지센서가 장착된 인쇄회로기판을 상기 렌즈모듈에 부착한 후, 상기 렌즈모듈의 중심 광축 정보를 이용하여 상기 렌즈의 중심 광축과 상기 이미지센서의 광학적 중심을 일치시키는 작업을 수행한다.

Description

광원을 이용한 렌즈 광축조정시스템 및 광축조정방법 {Light source indused system and method for adjusting lens optical axis}

본 발명은 광축조정시스템에 관한 것으로, 특히, 광축을 조정하고자 하는 렌즈모듈에 일정한 빛을 투과시킨 후 생성되는 광 패턴을 이용하여 렌즈모듈의 중심 광축과 이미지센서의 광학적 중심을 일치시키는 광원을 이용한 렌즈 광축조정시스템 및 광축조정방법에 관한 것이다.

이미지센서(image sensor)는 크게 렌즈(lens) 및 이미지센서회로(image sensor circuit)를 구비하며, 렌즈를 통해 빛의 형태로 입사되는 영상신호(image signal)를 이미지센서회로에서 이에 대응되는 전기신호(electric signal)로 변환한다. 이미지센서회로는 빛을 수신하는 광다이오드(photo diode)와 광다이오드에서 생성되는 전하들(charges)을 이에 대응하는 전기신호로 변환하는 복수의 트랜지스터로 구성된 변환회로(conversion circuit)로 이루어진다.

이미지센서의 외부로부터 이미지센서로 입사되는 영상신호를 전기신호로 변환한 후 변환된 영상신호의 균일한 해상력 및 정확한 왜곡 보정기술을 적용하기 위해서는, 먼저 렌즈의 중심 광축과 이미지센서의 광학적 중심(optical center)가 일치하여야 한다.

본 발명에서 해결하고자 하는 기술적 과제는, 렌즈의 중심 광축과 이미지센서의 광학적 중심을 일치시키는 광축조정시스템을 제공하는 것에 있다.

본 발명이 해결하고자 하는 다른 기술적 과제는, 렌즈의 중심 광축과 이미지센서의 광학적 중심을 일치시키는 광축조정방법을 제공하는 것에 있다.

상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 렌즈 광축조정시스템은, 광원, 복수의 렌즈가 병렬로 배열된 렌즈모듈을 거치하는 조정장치 및 상기 광원으로부터 방출되어 상기 렌즈모듈을 통과한 광패턴을 수집하고, 상기 광패턴을 이용하여 상기 렌즈모듈의 중심 광축을 연산하는 광패턴수집장치를 포함하며, 상기 조정장치는 이미지센서가 장착된 인쇄회로기판을 상기 렌즈모듈에 부착한 후, 상기 렌즈모듈의 중심 광축 정보를 이용하여 상기 렌즈의 중심 광축과 상기 이미지센서의 광학적 중심을 일치시키는 작업을 수행한다.

상기 다른 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 렌즈 광축조정방법은, 청구항 제4항에 기재된 광원을 이용한 렌즈 광축조정시스템을 이용하여 렌즈모듈의 중심 광축과 이미지센서의 광학적 중심을 조정하며, 복수의 렌즈가 병렬로 배열된 렌즈모듈에 일정한 광원을 투사하고, 상기 렌즈모듈을 통과한 빛이 형성하는 광패턴을 이용하여 상기 렌즈모듈의 중심 광축을 연산하는 렌즈의 광축 검출단계, 연산된 상기 렌즈모듈의 중심 광축을 이용하여 상기 렌즈모듈에 장착되는 이미지센서의 광학적 중심을 일치시키는 렌즈와 이미지센서의 정렬단계 및 상기 렌즈모듈에 일정한 광원을 투사하고, 상기 렌즈모듈을 통과한 빛을 상기 이미지센서로 수신한 후 상기 렌즈모듈과 상기 이미지센서의 정렬을 검증하는 정렬추가검증단계를 포함한다.

본 발명에 따른 광원을 이용한 렌즈 광축조정시스템 및 광축조정방법은 렌즈모듈의 중심 광축을 종래의 광축 측정 시스템에 비해 직관적이고 일관적인 검출능력이 향상되며, 검출시 발생하던 불량률도 최소한으로 할 수 있는 장점이 있다.

도 1은 렌즈 내부의 구성체를 통과한 빛의 난반사를 나타낸다.
도 2는 렌즈 내부의 구성체를 통과한 빛의 세기를 나타낸다.
도 3은 렌즈를 통과한 빛이 투영된 광 패턴을 나타낸다.
도 4는 렌즈모듈의 구성을 나타낸다.
도 5는 렌즈모듈에 입사되는 광선의 진행경로를 나타낸다.
도 6은 렌즈홀더가 장착된 렌즈모듈에 입사되는 광선의 진행경로를 나타낸다.
도 7은 렌즈모듈에 입사된 광선이 스크린 또는 광원 측정장치에 투영되는 것을 나타낸다.
도 8은 이미지센서가 장착된 인쇄회로기판을 렌즈홀더가 장착된 렌즈모듈에 부착한 후 렌즈의 광축을 조정하는 과정을 설명한다.
도 9는 렌즈의 중심 광축과 이미지센서의 광학적 중심에 대한 미세한 조정이 완료된 후의 추가 검증과정을 설명한다.
도 10은 본 발명에 따른 광축조정방법을 나타낸다.

본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 예시적인 실시 예를 설명하는 첨부 도면 및 첨부 도면에 기재된 내용을 참조하여야만 한다.

이하 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명함으로써, 본 발명을 상세히 설명한다. 각 도면에 제시된 동일한 참조부호는 동일한 부재를 나타낸다.

본 발명은 렌즈를 통과하는 빛을 활용하여 렌즈의 중심축을 검출하는 것으로, 렌즈를 통과한 빛의 광량이나 빛이 스크린에 투영된 광 패턴을 이용하는 것이다. 즉, 투영된 광 패턴을 광량의 차이를 근거로 중심과 외곽을 구분하여 렌즈의 중심축을 찾거나, 동심원 형태를 가지는 광 패턴들의 공통 중심을 검출하여 렌즈의 중심축을 찾는 것이다.

광학계를 구성하는 렌즈 모듈(lens module)은 하나의 렌즈 만을 사용하는 것이 아니라 복수의 렌즈를 병렬로 배열하여 사용하는 것이 일반적이지만, 이하에서는 이해의 편의를 위해 병렬로 연결된 볼록렌즈의 수와 오목렌즈의 수를 고정하지는 않고 설명한다.

도 1은 렌즈 내부의 구성체를 통과한 빛의 난반사를 나타낸다.

도 2는 렌즈 내부의 구성체를 통과한 빛의 세기를 나타낸다.

도 3은 렌즈를 통과한 빛이 투영된 광 패턴을 나타낸다.

도 1을 참조하면, 왼쪽으로부터 입사되는 광원이 2개의 렌즈를 균일하게 통과할 때 렌즈의 중심축을 기준으로 외곽으로 갈 수록 내부 난반사가 일어나 광원세기의 효율이 떨어지게 되고, 결과적으로 도 2에 도시된 것과 같이 광원 세기의 효율이 좋은 중심축을 중심으로 외부로 갈 수록 점차 약하게 투영되므로, 광축은 빛의 세기가 가장 큰 곳이 될 것이다.

렌즈를 통과한 빛이 광축을 중심으로 세기가 감소한다는 점을 이용하면 광축을 용이하게 감지할 수 있는데, 일반적인 광측정장치를 이용하면 투영된 빛의 세기를 감지할 수 있으며, 감지된 빛의 세기의 분포로부터 광축을 결정할 수 있을 것이다.

다른 한편으로는 도 3에 도시한 바와 같이 투영된 광 패턴을 바탕으로 중심점을 찾을 수 있다.

도 4는 렌즈모듈의 구성을 나타낸다.

도 4의 왼쪽에는 렌즈모듈의 정면도가 그리고 오른쪽에는 렌즈모듈의 중심부분(A-A')에서의 단면도가 각각 도시되어 있다. 도 4를 참조하면, 렌즈모듈(400)은 모두 4개의 렌즈(렌즈1 ~ 렌즈4)를 포함하고 있는데, 4개의 렌즈(렌즈1 ~ 렌즈4)가 병렬로 배치되어 있는 구성은 설명의 편의를 위해 가정한 것이고, 본 발명의 권리범위가 이 범위에 한정된다는 것은 아니다. 부재번호 401은 렌즈 중심축의 위치를 지시한다.

도 5는 렌즈모듈에 입사되는 광선의 진행경로를 나타낸다.

도 5를 참조하면, 광원(500)이 렌즈모듈(400)에 빛을 방출하고, 방출된 빛이 4개의 렌즈들이 병렬로 배열된 렌즈모듈(400)을 통과하면서 렌즈모듈(400)을 구성하는 4개의 렌즈들의 광학적 특성에 따라 굴절되는 형태를 알 수 있다.

도 6은 렌즈홀더가 장착된 렌즈모듈에 입사되는 광선의 진행경로를 나타낸다.

도 6을 참조하면, 광원(500)이 렌즈홀더(600)가 장착된 렌즈모듈(400)에 빛을 방출하고, 방출된 빛이 렌즈홀더(600) 및 렌즈모듈(400)을 통과하면서 렌즈모듈(400)을 구성하는 렌즈들의 광학적 특성에 따라 굴절되는 형태를 알 수 있다.

도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이, 렌즈모듈(400)에만 빛을 투과시키면서 렌즈들의 중심축을 검증할 수도 있지만, 렌즈모듈(400)에 렌즈홀더(600)를 더 장착시킨 후 렌즈들의 중심축을 검증할 수도 있다.

도 7은 렌즈모듈에 입사된 광선이 스크린 또는 광원 측정장치에 투영되는 것을 나타낸다.

도 7을 참조하면, 광원(500)으로부터 빛이 렌즈모듈(400)의 오른쪽으로부터 입사될 때, 렌즈모듈(400)의 중심은 물론 가장자리로 입사되는 빛의 경로를 알 수 있다. 부재번호 700은 렌즈모듈(400)을 통과한 빛이 형성하는 광패턴을 수집하는 장치를 대표하며, 예를 들면 스크린 또는 광측정장치가 사용될 수 있다. 렌즈들을 통과한 빛은 스크린(700) 또는 광측정장치(700)에 상이 맺히게 되고, 그 모양은 렌즈의 모양에 대응되는 원형의 상을 얻을 수 있다. 렌즈의 중심축으로 입사되는 빛은 굴절되지 않고 그대로 통과하므로 광량의 세기가 크지만, 가장자리로 입사되는 빛은 굴절되어 광량의 세기가 감소되며, 따라서 동심원의 패턴을 형성하게 된다. 본 발명에서는 광원(500)으로 고휘도의 발광다이오드를 사용할 것을 제안한다.

중심동심원(701)으로부터 외곽의 동심원(706) 방향으로 갈수록 광량의 세기가 감소하게 되며, 중심동심원(701)으로부터 외곽으로 가면서 붉은색(701), 보라색(702), 파란색(703), 녹색(704), 시안(705) 및 회색(706)의 동심원이 형성된다.

도 7을 참조하면, 각각의 색을 띄는 동심원들은 뚜렸한 경계를 가지고 있기 때문에, 광원 측정장치는 물론 시각적으로도 구분이 가능하다. 도 7에는 자세하게 구별되지는 않지만, 실제의 패턴을 살펴보면, 중심 부분에 있는 동심원의 경계가 주변에 있는 동심원의 경계에 비해 선명하다.

스크린 또는 렌즈의 위치 즉 거리 및 각도를 다변화하여 여러 각도에서 형성시킨 광 패턴들을 얻고, 광 패턴들의 경계의 선명도(sharpness)를 검증함으로써 보다 정확한 검증을 수행할 수 있을 것이다.

중심동심원(701)의 광량의 세기가 가장 크므로 광측정장치(700)는 중심동심원(701)의 위치를 파악할 수 있으며, 중심동심원(701)의 중심이 바로 광축이 될 것이다. 복수의 동심원들은 공통의 중심을 가지고 있으며 복수의 동심원들의 경계는 광측정장치(700)를 이용하여 확인할 수 있으므로, 내장한 프로세서를 이용하여 광측정장치(700)에서 중심 축을 연산할 수도 있다. 또한 광측정장치(700)로부터 생성된 복수의 동심원에 대한 정보를 이용하여 별도의 프로세서(미도시)를 이용하여 복수의 동심원들의 공통 중심을 연산하여 렌즈의 광축을 연산할 수 있다.

렌즈모듈에 입사된 광선이 스크린 또는 광원 측정장치에 투영된 영상을 저장한 후, 저장된 정보를 토대로 하여 렌즈의 중심 광축을 연산하여 얻은 후에는 렌즈의 중심 광축과 이미지센서의 광학적 중심과 일치시키는 작업을 아래와 같은 과정을 거쳐 수행한다.

도 7을 참조하면, 광패턴을 수집하는 광패턴수집장치(700)와 렌즈모듈(400) 사이에는 일반공기가 차지하고 있지만, 보다 정확한 조정을 위해 물이나 기타 다른 매질을 활용하는 것도 가능하다.

도 8은 이미지센서가 장착된 인쇄회로기판을 렌즈홀더가 장착된 렌즈모듈에 부착한 후 렌즈의 광축을 조정하는 과정을 설명한다.

도 8을 참조하면, 렌즈모듈에 입사된 광선이 스크린 또는 광원 측정장치에 투영된 영상을 기초로 렌즈의 중심 광축과 이미지센서의 광학적 중심을 일치시킨다. 이미지센서의 광학적 중심은 사전에 일정한 검증과정을 거쳐 그 좌표를 인식할 수 있으며 렌즈의 중심 광축은 상술한 과정을 거쳐 알고 있으므로, 이들을 정렬하는 과정은 특별히 설명하지 않더라도 구현하는데 문제가 발생하지 않을 것이다. 이때, 일치시키는 과정은 실제로는 미세한 조정으로 이루어진다.

도 7 및 도 8에는 자세하게 도시되지 않았지만, 실제로 이미지센서가 장착된 인쇄회로기판이 부착된 렌즈모듈을 거치하여, 렌즈모듈의 중심 광축과 이미지센서의 광학적 중심을 일치시키는 조정장치가 있다. 조정장치는 이 분야의 통상의 기술자라면 상기의 설명으로부터 다양한 형태로 구현이 가능하며, 본 발명의 핵심은 렌즈모듈의 중심 광축과 이미지센서의 광학적 중심을 일치시키기 위해 광원을 사용한다는 것이므로, 조정장치에 대한 설명이 없다고 하더라도 본 발명이 미완성인 것은 아니다.

도 5내지 도 8의 과정을 거치면 일차적으로는 렌즈의 중심 광축과 이미지센서의 광학적 중심은 일치되었다고 볼 수 있다. 그러나, 후술하는 과정을 별도로 수행함으로써, 광축조정에 대한 추가 확인이 가능할 것이다.

도 9는 렌즈의 중심 광축과 이미지센서의 광학적 중심에 대한 미세한 조정이 완료된 후의 추가 검증과정을 설명한다.

도 9를 참조하면, 추가 검증과정은 도 5 내지 도 7에서의 광원의 위치와는 반대로, 광원을 렌즈모듈의 왼쪽에서 병렬로 배열된 렌즈들 방향으로 방출하고, 렌즈들을 통과한 빛이 이미지센서에 투영되는 영상을 이용하여 렌즈 광축조정의 상태를 검증한다.

도 9에 도시된 방식의 검증결과, 렌즈의 광축 조정이 잘못되었다고 판단하면 도 5내지 도 8에 도시된 과정을 반복한 후, 다시 도 9의 과정을 수행하도록 하며, 검증결과 광축조정이 만족할 만하다고 판단되면 검증과정을 종료한다.

도 7은 렌즈모듈의 중심 광축을 연산하는 과정을 설명하고 있으며, 도 9는 렌즈모듈의 중심 광축과 이미지센서의 광학적 중심이 일치하였나는 확인하는 과정을 설명한다. 도 7 및 도 8에 도시된 경우 렌즈모듈과 광원의 위치는 서로 반대가 된다. 즉, 도 7을 참조하면 렌즈모듈의 중심 광축을 연산하기 위해서 완제품 상태의 렌즈모듈이 빛을 수신하는 방향의 반대방향 즉 실제로는 이미지센서가 부착되는 방향에 광원을 위치시킨다. 그러나 도 9를 참조하면, 렌즈모듈의 중심 광축과 이미지센서의 광학적 중심이 일치하였나는 확인하기 위해서는, 완제품 상태의 렌즈모듈이 빛을 수신하는 방향에 두어 광원으로부터 방사되어 렌즈모듈을 통과한 빛을 이미지센서를 통해 수신할 수 있도록 한다.

상술한 광축조정방법을 정리하면 아래와 같다.

도 10은 본 발명에 따른 광축조정방법을 나타낸다.

도 10을 참조하면, 광축조정방법(1000)은, 렌즈의 광축 검출단계(1100), 렌즈와 이미지센서의 정렬단계(1200) 및 정렬추가검증단계(1300)를 포함한다.

렌즈의 광축 검출단계(1100)에서는 렌즈모듈(400) 또는 렌즈홀더(600)가 장착된 렌즈모듈(400)에 투과된 빛이 생성하는 광 패턴을 이용하여 렌즈의 중심 광축을 검출한다.

렌즈와 이미지센서의 정렬단계(1200)에서는 검출된 렌즈의 중심 광축과 미리 확인된 이미지센서의 광학적 중심을 일치시킨다.

정렬추가검증단계(1300)에서는 렌즈와 이미지센서가 정렬된 후, 렌즈를 통과하여 이미지센서에 형성된 광패턴을 이용하여 렌즈와 이미지센서의 정렬의 정확성을 최종확인한다.

렌즈에 투사되는 빛은 하나의 파장 성분만을 가지는 단색광을 사용하는 것도 가능하지만, 복수의 파장 성분이 혼합된 다색광을 사용하는 것도 가능하다. 일단 광패턴이 형성된 후에는 광패턴을 이용하여 렌즈의 중심 광축을 연산하는 알고리즘은 다양하게 구현할 수 있으나, 상술한 것 이외의 어떠한 알고리즘도 상기의 내용을 바탕으로 쉽게 구현할 수 있으므로, 본 발명의 권리범위에 속하게 될 것이다.

이상에서는 본 발명에 대한 기술사상을 첨부 도면과 함께 서술하였지만 이는 본 발명의 바람직한 실시 예를 예시적으로 설명한 것이지 본 발명을 한정하는 것은 아니다. 또한 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 이라면 누구나 본 발명의 기술적 사상의 범주를 이탈하지 않는 범위 내에서 다양한 변형 및 모방 가능함은 명백한 사실이다.

400: 렌즈모듈 500: 광원
600: 렌즈홀더 700: 광패턴수집장치

Claims (9)

1. 삭제
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 삭제
6. 광원;
   복수의 렌즈가 병렬로 배열된 렌즈모듈을 거치하는 조정장치; 및
   상기 광원으로부터 방출되어 상기 렌즈모듈을 통과한 광패턴을 수집하고, 상기 광패턴을 이용하여 상기 렌즈모듈의 중심 광축을 연산하는 광패턴수집장치;를 포함하며,
   상기 조정장치는 이미지센서가 장착된 인쇄회로기판을 상기 렌즈모듈에 부착한 후, 상기 렌즈모듈의 중심 광축 정보를 이용하여 상기 렌즈의 중심 광축과 상기 이미지센서의 광학적 중심을 일치시키는 작업을 수행하며,
   상기 광패턴수집장치는 광측정장치이거나 상기 광패턴이 형성되는 스크린이고,
   상기 광측정장치는 상기 광패턴을 수집하며, 수집된 광패턴의 광량을 이용하여 상기 렌즈모듈의 중심 광축을 연산하고,
   상기 렌즈 광축조정시스템은 상기 스크린에 형성되는 광패턴의 광학적 특징으로부터 상기 렌즈모듈의 중심 광축을 연산하는 프로세서를 더 포함하며,
   상기 광측정장치 및 상기 조정장치 사이에는 공기 또는 굴절율이 공기와 다른 매질이 채워지는 것을 특징으로 하는 광원을 이용한 렌즈 광축조정시스템을 이용하여 렌즈모듈의 중심 광축과 이미지센서의 광학적 중심을 조정하는 광축조정방법에 있어서,
   복수의 렌즈가 병렬로 배열된 렌즈모듈에 일정한 광원을 투사하고, 상기 렌즈모듈을 통과한 빛이 형성하는 광패턴을 이용하여 상기 렌즈모듈의 중심 광축을 연산하는 렌즈의 광축 검출단계;
   연산된 상기 렌즈모듈의 중심 광축을 이용하여 상기 렌즈모듈에 장착되는 이미지센서의 광학적 중심을 일치시키는 렌즈와 이미지센서의 정렬단계; 및
   상기 렌즈모듈에 일정한 광원을 투사하고, 상기 렌즈모듈을 통과한 빛을 상기 이미지센서로 수신한 후 상기 렌즈모듈과 상기 이미지센서의 정렬을 검증하는 정렬추가검증단계;를 포함하며,
   상기 렌즈의 광축 검출단계에서는 완제품 상태의 렌즈모듈이 빛을 수신하는 방향의 반대방향에 상기 광원이 설치되고,
   상기 정렬추가검증단계에서는 완제품 상태의 렌즈모듈이 빛을 수신하는 방향에 상기 광원이 설치되는 것을 특징으로 하는 광축조정방법.
7. 제6항에 있어서, 상기 렌즈의 광축 검출단계에서는,
   상기 광패턴의 광량 또는 상기 광패턴의 광학적 특징 중 적어도 하나를 이용하여 상기 렌즈모듈의 중심 광축을 연산하는 것을 특징으로 하는 광축조정방법.
8. 제7항에 있어서, 상기 광원은,
   적어도 하나의 파장성분을 가지는 것을 특징으로 하는 광축조정방법.
9. 제8항에 있어서, 상기 렌즈의 광축 검출단계는,
   상기 렌즈모듈과 상기 광패턴수집장치의 거리 및 각도 중 적어도 하나를 다르게 하는 복수의 경우를 모두 고려하여 상기 렌즈모듈의 중심 광축을 연산하는 것을 특징으로 하는 광축조정방법.

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