KR102467134B1

KR102467134B1 - 렌즈 모듈에 대한 이미지 센서 정렬

Info

Publication number: KR102467134B1
Application number: KR1020200044334A
Authority: KR
Inventors: 만 립 리; 판 룩 레이; 포 람 오
Original assignee: 에이에스엠피티 싱가포르 피티이. 엘티디.
Priority date: 2019-04-12
Filing date: 2020-04-10
Publication date: 2022-11-16
Also published as: US11070709B2; CN111818327A; KR20200120552A; US20200329181A1; CN111818327B

Abstract

렌즈 모듈에 대한 이미지 센서 정렬
렌즈 모듈에 대해 이미지 센서를 정렬하는 방법이 제공되며, 이러한 방법은: 상기 렌즈 모듈에서의 제 1 광 경로를 따라 테스트 이미지를 수신하고 상기 렌즈 모듈에서의 제 1 광 경로를 가로지르는 제 2 광 경로를 따라 상기 테스트 이미지를 투영하는 단계; 상기 테스트 이미지를 상기 제 2 광학 경로를 따라 상기 이미지 센서 상에 투영하도록 상기 이미지 센서에 대해 상기 렌즈 모듈의 방향을 조작하는 단계; 상기 이미지 센서에 대해 상기 렌즈 모듈을 정렬하기 위해 상기 이미지 센서에 대한 상기 렌즈 모듈의 수정된 방향을 결정하도록 상기 제 2 광 경로를 따라 상기 이미지 센서에 의해 수신된 테스트 이미지를 사용하는 단계; 및 그 후 상기 정렬된 렌즈 모듈을 상기 이미지 센서에 고정하는 단계를 포함한다.

Description

렌즈 모듈에 대한 이미지 센서 정렬{ALIGNING AN IMAGE SENSOR RELATIVE TO A LENS MODULE}

본 발명은 렌즈 모듈에 대한 이미지 센서 정렬 방법 및 렌즈 모듈에 대한 이미지 센서 정렬 장치에 관한 것이다.

이미징 모듈들은 일반적으로 이미징 기능을 제공하기 위해 모바일 폰, 태블릿 및 노트북 컴퓨터들과 같은 휴대용 소비자 디바이스들에 사용된다. 기술의 향상으로 인해, 이들 모바일 디바이스들에는 고품질 이미징 모듈들이 사용되고 있다. 따라서, 그러한 이미징 모듈에서 렌즈 모듈과 이미지 센서 사이의 정렬은 이미지 캡처 동안 더 나은 이미지 품질을 달성하기 위해 매우 중요해졌다.

휴대용 소비자 디바이스 용의 카메라에서 확인되는 바와 같이, 이미징 모듈의 조립 동안 최상의 이미지 품질을 달성하기 위해 렌즈 모듈(20)의 초점 렌즈와 이미지 센서를 정렬할 필요가 있다. 통상적으로, 정렬 프로세스는 광 경로의 방향 및 이미지 센서의 배열에 관한 특정 가정들을 갖는 장치를 수반한다. 그러한 장치는 일부 이미징 모듈들을 정렬하기에 적합하지 않을 수 있다.

이들 이미징 모듈들을 정렬하기에 적합한 장치를 제공하는 것이 유익할 것이다.

따라서, 본 발명의 목적은 전술한 종래 기술의 문제점들 중 적어도 일부를 극복하는 기술을 제공하고자 하는 것이다.

본 발명의 제 1 양태에 따라, 렌즈 모듈에 대해 이미지 센서를 정렬하는 방법이 제공되며, 이러한 방법은: 상기 렌즈 모듈에서의 제 1 광 경로를 따라 테스트 이미지를 수신하고 상기 렌즈 모듈에서의 제 1 광 경로를 가로지르는 제 2 광 경로를 따라 상기 테스트 이미지를 투영하는 단계; 상기 테스트 이미지를 상기 제 2 광학 경로를 따라 상기 이미지 센서 상에 투영하도록 상기 이미지 센서에 대해 상기 렌즈 모듈의 방향(orientation)을 조작하는 단계; 상기 이미지 센서에 대해 상기 렌즈 모듈을 정렬하기 위해 상기 이미지 센서에 대한 상기 렌즈 모듈의 수정된 방향을 결정하도록 상기 제 2 광 경로를 따라 상기 이미지 센서에 의해 수신된 테스트 이미지를 사용하는 단계; 및 그 후 상기 정렬된 렌즈 모듈을 상기 이미지 센서에 고정하는 단계를 포함한다.

제 1 양태는 일부 렌즈 모듈들과 정렬하는 이미지 센서들에 따른 문제점이 일부 렌즈 모듈들에서의 광 경로가 그러한 정렬을 수행하는 것을 어렵게 할 수 있다는 인식에 있다. 그에 따라서, 한 방법이 제공된다. 상기 방법은 이미지 센서가 렌즈 모듈에 고정될 수 있도록 상기 렌즈 모듈에 대해 이미지 센서를 정렬하는 것일 수 있다. 상기 방법은 렌즈 모듈에서 테스트 이미지를 수신하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 테스트 이미지는 제 1 광 경로를 통해 상기 렌즈 모듈 상에 투영될 수 있다. 상기 렌즈 모듈은 제 2 광학 경로를 통해 테스트 이미지를 투영할 수 있다. 상기 제 1 및 제 2 광 경로들은 서로 간에 가로지르거나 빗각이 될 수 있다. 상기 방법은 상기 테스트 이미지를 상기 제 2 광학 경로를 통해 상기 이미지 센서 상에 투영하기 위해 상기 이미지 센서에 대한 상기 렌즈 모듈의 방향 또는 위치를 조작하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 방법은 상기 렌즈 모듈을 상기 이미지 센서와 정렬시키는 상기 이미지 센서에 대한 상기 렌즈 모듈의 수정된 또는 조정된 방향을 결정, 확립 또는 계산하기 위해 상기 제 2 광 경로를 통해 상기 이미지 센서에 의해 수신된 테스트 이미지를 사용하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 방법은 상기 수정된 방향으로 상기 렌즈 모듈을 상기 이미지 센서에 고정 또는 연결하는 단계를 포함할 수 있다. 이러한 방식으로, 상기 테스트 이미지는 상기 렌즈 모듈에 대해 정확한 방향으로 제공되고, 상기 이미지 센서에 대한 상기 렌즈 모듈의 방향은 상기 렌즈 모듈과 상기 이미지 센서가 함께 고정되었을 때 상기 렌즈 모듈과 상기 이미지 센서 사이의 정확한 방향을 결정하는 데 사용될 수 있는 테스트 이미지를 생성하기 위해 조작된다.

일 실시예에서, 상기 제 1 광 경로에 대한 상기 제 2 광 경로의 방향은 상기 렌즈 모듈에 포함된 적어도 하나의 광학 요소에 의한 반사에 기인한다. 따라서, 상기 광 경로들의 방향에서의 변화는 상기 렌즈 모듈의 광학 요소에 의해 제공된 반사 표면에 의해 야기될 수 있다.

일 실시예에서, 상기 제 1 광 경로는 상기 이미지 센서의 수신 표면에 평행하고, 상기 제 2 광 경로는 상기 이미지 센서의 수신 표면을 가로지른다. 따라서, 상기 제 1 광 경로는 상기 이미지 센서의 표면에 평행하게 진행될 수 있다. 상기 제 2 광 경로는 상기 이미지 센서의 수신 표면 상으로 가로지르거나 또는 입사될 수 있다.

일 실시예에서, 상기 제 1 및 제 2 광 경로들은 수직이다.

일 실시예에서, 상기 제 1 광 경로는 수평이고 상기 제 2 광 경로는 수직이다. 따라서, 상기 제 1 광 경로는 상기 이미지 센서가 지향하게 되는(orientated) 평면과 일치하도록 수평면으로 연장될 수 있고, 상기 제 2 광 경로는 수직면으로 연장될 수 있다.

일 실시예에서, 상기 조작 단계는 상기 렌즈 모듈과 상기 이미지 센서 중 적어도 하나를 다른 것에 대해 이동시키는 단계를 포함한다. 따라서, 상기 렌즈 모듈 및/또는 상기 이미지 센서는 서로에 대해 이동될 수 있다.

일 실시예에서, 상기 조작 단계는 상기 렌즈 모듈과 상기 이미지 센서 중 적어도 하나를 그리퍼(gripper)로 파지하는 단계, 및 상기 그리퍼를 작동시켜 상기 렌즈 모듈과 상기 이미지 센서 중 적어도 하나를 다른 것에 대해 이동시키는 단계를 포함한다. 따라서, 상기 렌즈 모듈 및/또는 상기 이미지 센서는 그리퍼에 의해 유지될 수 있고, 상기 그리퍼는 상기 렌즈 모듈 및/또는 상기 이미지 센서를 서로에 대해 이동시키도록 제어될 수 있다.

일 실시예에서, 상기 조작 단계는 광학 요소를 상기 렌즈 모듈에 포함된 다른 광학 요소에 대해 이동시키는 단계를 포함한다. 따라서, 상기 렌즈 모듈 내의 광학 요소는 다른 광학 요소에 대해 이동될 수 있다.

일 실시예에서, 상기 조작 단계는 상기 이미지 센서에 대해 광학 요소를 이동시키는 단계를 포함한다. 따라서, 상기 렌즈 모듈 내의 광학 요소는 상기 이미지 센서에 대해 이동될 수 있다.

일 실시예에서, 상기 조작 단계는 상기 광학 요소를 상기 렌즈 모듈에 포함된 다른 광학 요소에 대해 이동시키기 위해 광학 요소 엑츄에이터들을 구동하도록 신호들을 제공하는 단계를 포함한다. 따라서, 상기 광학 요소를 상기 렌즈 모듈 내의 다른 광학 요소에 대해 이동시키는 광학 요소 엑츄에이터들을 작동시키는 신호들이 제공될 수 있다.

일 실시예에서, 상기 조작 단계는 상기 광학 요소를 상기 이미지 센서에 대해 이동시키기 위해 광학 요소 엑츄에이터를 구동하도록 신호들을 제공하는 단계를 포함한다.

따라서, 상기 광학 요소를 상기 이미지 센서에 대해 이동시키는 광학 요소 엑츄에이터들을 작동시키는 신호들이 제공될 수 있다.

일 실시예에서, 상기 광학 요소 액츄에이터들은 광학 이미지 안정화를 제공하기 위해 상기 렌즈 모듈에 의해 사용 중에 작동 가능하다. 따라서, 상기 광학 요소 액츄에이터들은 광학 이미지 안정화를 제공하기 위해 상기 광학 요소를 작동시킬 수 있다.

일 실시예에서, 상기 신호들을 제공하는 단계는 포고 핀 인터페이스(pogo pin interface)를 렌즈 모듈에 연결하는 단계를 포함하고, 여기서 상기 신호들은 상기 포고 핀 인터페이스를 통해 제공된다. 따라서, 전기 인터페이스가 상기 그리퍼 상에 제공될 수 있고, 상기 그리퍼는 상기 렌즈 모듈 상에서 전기 인터페이스와 연결되고 이를 통해 신호들이 상기 광학 요소 엑츄에이터들을 구동하도록 제공된다.

일 실시예에서, 상기 광학 요소는 미러와 프리즘 중 적어도 하나를 포함한다. 따라서, 상기 광학 요소는 미러 및/또는 프리즘을 포함할 수 있다.

일 실시예에서, 상기 렌즈 모듈은 이미징 줌 렌즈를 더 포함하고, 상기 조작 단계는 상기 이미징 줌 렌즈가 최소 이미징 줌을 제공하도록 위치된 상태에서 발생한다. 따라서, 상기 렌즈 모듈의 이미징 줌 렌즈는 조작 동안 최소량의 줌을 제공하도록 위치될 수 있다.

일 실시예에서, 상기 테스트 이미지는 적어도 하나의 고유한 이미지 포지셔닝 피처(unique image positioning feature)를 포함한다. 따라서, 시각적으로 고유한 피처 또는 패턴이 상기 테스트 이미지 상에 제공될 수 있다.

일 실시예에서, 상기 테스트 이미지는 상기 고유한 이미지 포지셔닝 피처와는 다른 복수의 포지셔닝 피처들을 포함한다. 따라서, 상기 이미지 센서에 대한 상기 렌즈 모듈의 포지셔닝을 돕는 상이한 포지셔닝 피처들이 제공될 수 있다.

일 실시예에서, 상기 고유한 이미지 포지셔닝 피처는 상기 테스트 이미지 내에 중앙에 위치되고, 상기 복수의 포지셔닝 피처들은 상기 고유한 이미지 포지셔닝 피처 주위에 위치된다. 따라서, 상기 고유한 이미지 포지셔닝 피처는 상기 테스트 이미지의 중앙 부분을 향해 위치될 수 있다.

일 실시예에서, 상기 고유한 이미지 포지셔닝 피처는 중앙의 대조 영역(central contrasting area)을 포함한다.

일 실시예에서, 상기 방법은 상기 이미지 센서 상에 투영된 고유한 이미지 포지셔닝 피처의 위치를 결정하는 단계를 더 포함하고, 상기 조작 단계는 상기 고유한 이미지 포지셔닝 피처를 상기 이미지 센서 상의 포지셔닝 위치에 위치시키기 위해 상기 렌즈 모듈과 상기 이미지 센서 중 적어도 하나를 이동시키는 단계를 포함한다. 따라서, 상기 이미지 센서 상의 상기 고유한 이미지 포지셔닝 피처의 위치가 확립될 수 있고, 상기 렌즈 모듈 및/또는 상기 이미지 센서는 상기 이미지 센서 상의 원하는 포지셔닝 위치에 그 고유한 이미지 포지셔닝 피처를 재배치하도록 이동될 수 있다.

일 실시예에서, 상기 방법은 상기 이미지 센서 상의 상기 고유한 이미지 포지셔닝 피처의 위치를 결정할 때 상기 렌즈 모듈의 이미징 줌 렌즈를 무한 초점 위치로 설정하는 단계를 포함한다.

일 실시예에서, 상기 방법은 상기 렌즈 모듈의 이미징 줌 렌즈를 증가된 줌 위치로 설정하는 단계, 상기 이미지 센서 상의 상기 고유한 이미지 포지셔닝 피처의 위치를 반복적으로 결정하는 단계; 및 상기 이미지 센서 상의 포지셔닝 위치에 상기 고유한 이미지 포지셔닝 피처를 위치시키도록 상기 렌즈 모듈과 상기 이미지 센서 중 적어도 하나를 이동시키는 단계를 포함한다. 상기 줌을 증가시킴으로써, 상기 고유한 이미지 포지셔닝 피처의 위치는 상기 이미지 센서 상에 보다 정확하게 위치될 수 있다.

일 실시예에서, 테스트 이미지 생성기가 제 1 광 경로를 따라 상기 테스트 이미지를 투영하도록 지향하게 된다(orientated).

일 실시예에서, 상기 테스트 이미지 생성기는 먼저 이미지를 경로 체인저(path changer)로 투영하고, 이어서 상기 경로 체인저가 상기 제 1 광 경로를 따라 상기 테스트 이미지를 투영하도록 배열된다.

일 실시예에서, 상기 경로 체인저는 미러와 프리즘 중 적어도 하나를 포함한다.

일 실시예에서, 상기 테스트 이미지 생성기는 무한 물체 거리(infinite object distance)로 상기 테스트 이미지를 투영하도록 구성된 렌즈들을 포함한다.

본 발명의 제 2 양태에 따라, 상기 제 1 양태의 방법 및 그 실시예들을 수행하도록 구성된 장치들이 제공된다.

이들 및 다른 특징들, 양태들 및 장점들은 상세한 설명 부분, 첨부된 청구 범위 및 첨부 도면들과 관련하여 더 잘 이해될 것이다.

본 발명의 실시예들은 이제 첨부 도면들을 참조하여 단지 예로서 설명될 것이다.

도 1a 및 도 1b는 광학적으로 정렬될 필요가 있는 렌즈 모듈 및 이미지 센서를 포함하는 소위 "폴딩된 카메라" 배열을 도시한 도면이다.
도 2a 및 도 2b는 일 실시예에 따른 정렬 장치의 구성요소들을 도시하는 개략도이다.
도 3은 일 실시예에 따른 정렬 장치의 구성요소들을 도시하는 개략도이다.
도 4a 내지 도 4c는 초기 정렬 동작을 도시한 도면이다.
도 5a 내지 도 5d는 초기 정렬 및 고정 동작의 추가 단계들을 도시한다.
도 6a 내지 도 6f는 일 실시예에 따른 정렬 장치의 구성요소들을 도시한다.
도 7 내지 도 9는 다양한 실시예들에 따른 상이한 테스트 투영 배열들을 도시한다.
도 10은 일 실시예에 따른 주요 정렬 단계들을 도시한 흐름도이다.
도면에서, 유사한 부분들은 유사한 참조 번호로 표시된다.

본 발명의 실시예들을 더 상세하게 논의하기 전에, 먼저 개요가 설명될 것이다. 실시예들은 렌즈 어셈블리 및 이미지 센서를 광학적으로 정렬하기 위해 렌즈 어셈블리 및 이미지 센서를 조정된 위치에 함께 고정시키기 전에 이미지 센서에 대한 렌즈 어셈블리의 위치를 조정하도록 테스트 이미지를 사용하는 배열을 제공한다. 특히, 테스트 이미지는 제 1 광 경로를 따라 렌즈 어셈블리에 제공되며, 렌즈 어셈블리는 테스트 이미지의 광 경로를 변경하여 테스트 이미지를 이미지 센서 상에 투영한다. 전형적으로, 테스트 이미지의 광 경로를 변경하는 렌즈 모듈의 광학 요소 또는 구성요소는 테스트 이미지를 이미지 센서 상에 정확하게 투영하도록 재지향하게 되고(reoriented), 그 테스트 이미지는 조정된 위치를 확립하여 그에 따라 렌즈 어셈블리 및 이미지 센서를 함께 고정하는 데 사용된다.

카메라 어셈블리

도 1a 및 도 1b는 광학적으로 정렬될 필요가 있는 렌즈 모듈(10) 및 이미지 센서(20)를 포함하는 소위 "폴딩된 카메라(folded camera)" 배열을 도시한 도면이다. 이러한 폴딩된 디지털 카메라 모듈들은 모바일 폰에서 점점 더 대중화되고 있으며; 그 복잡한 광 경로 구조 및 광학 이미지 안정화(OIS) 시스템으로 인해, 종래의 정렬 장치를 사용하여 이러한 종류의 폴딩된 카메라에 대해 능동 정렬 프로세스를 실행할 수 없다. 특히, 종래의 정렬 장치는 (폴딩 요소 또는 프리즘에 의해 제공되는) 제 2 광 경로가 이제 제 1 광학 축에 수직이 됨에 따라 폴딩된 카메라 디바이스를 취급할 수 없으며; 따라서 제 1 광 경로를 수직 방향으로 유지할 때 이미지 센서는 수직(즉, 수평이 아님)이 될 것이다. 이미지 센서가 수평면에 위치되지 않으면 렌즈 모듈과 이미지 센서를 수정된 기울기 상태로 정렬한 후 렌즈 위치를 고정하도록 접착제 분사(glue dispensing)를 수행하는 것이 매우 어려워지게 될 것이다.

폴딩된 카메라는 일반적으로 두 개의 중요한 부분들을 포함한다: 즉, 상이한 물체 거리들에서 초점을 맞추도록 망원 렌즈 어셈블리(40)를 상하로 이동시키는 자동 초점(AF) 모듈; 및 사진을 촬영하는 동안 이미지를 안정화시키기 위해 폴딩된 카메라의 내장 프리즘(30)(또는 미러)에 대해 기울기 이동(tilting movement)을 제공하는 광학 이미지 안정화(OIS) 모듈을 포함한다.

폴딩된 카메라 능동 정렬(AA) 프로세스 동안, 망원 렌즈 어셈블리(40)는 이미지 센서(20)가 테스트 차트의 4 개의 코너들에서 동시에 날카로운 초점을 얻을 수 있도록 최상의 초점면을 찾아서 이미지 센서(20)에 부착되어야 한다.

렌즈 모듈(10)은 프리즘(30)(사용중인 카메라에 대한 자동 이미지 안정화를 제공) 및 망원 렌즈 어셈블리(40)(사용중인 카메라에 대한 광학 줌을 제공)를 포함한다. 렌즈 모듈(10)은 포고 핀 커넥터(50)를 포함한다. 포고 핀 커넥터(50)는 온보드 액츄에이터(미도시)를 사용하여 프리즘(30) 및 망원 렌즈 어셈블리(40)의 물리적 포지셔닝을 제어하는 신호들을 수신한다. 즉, 프리즘(30)과 망원 렌즈 어셈블리(40)의 위치 및/또는 방향을 변경하는 신호들이 제공될 수 있다. 일반적으로, 프리즘(30)은 다수의 자유도(multiple degrees of freedom)에 대해 회전 가능하고, 망원 렌즈 어셈블리(40)는 적어도 Z 축을 따라 변위 가능하다. 이미지 센서(20)는 이미지 센서(20)로 그리고 이미지 센서(20)로부터 신호들을 전달하는 가요성 인쇄 회로 기판(60)과 결합된다.

도 1b에서 알 수 있는 바와 같이, 프리즘(30)의 반사 주 표면(70) 상으로 X 축을 따라 투영되는 이미지는 X 축에 직교하는 Y 축을 따라 망원 렌즈 어셈블리(40)를 통해 이미지 센서(20) 상으로 반사된다. 이 예에서, 이미지 센서(20)는 수평으로 놓여있고, 따라서 렌즈 모듈(10)로부터 수직으로 투영된 이미지를 수신하도록 지향하게 된다. 프리즘(30)은 수신된 것에 90°에서 이미지를 반사시키도록 배열된다. 따라서, X 축을 따라 수신된 이미지는 이미지 센서(20)의 수신 표면과 평행하다.

정렬 장치 개요

도 2a 및 도 2b는 일 실시예에 따른 정렬 장치의 구성요소들을 도시하는 개략도이다.

이미지 센서(20)는 6 자유도를 갖는 이미지 센서 유닛 유지 어셈블리(90)에 장착된다. 이러한 것은 X, Y 및 Z 축들을 중심으로 센서(20)의 회전뿐만 아니라 X, Y 및 Z 축들을 따라 이미지 센서(20)의 변위를 제공한다.

렌즈 모듈(10)의 일측을 파지하기 위해 변위 가능한 제 1 그리퍼(100) 및 렌즈 모듈(10)의 대향 측을 파지하기 위해 변위 가능한 제 2 그리퍼(110)를 포함하는 렌즈 그리퍼 어셈블리(130)가 제공된다. 제 2 그리퍼(110)에는 포고 핀 커넥터(50)와 결합하는 포고 핀들(120)의 세트가 제공된다. 도 2b에 도시된 바와 같이, 이미지 센서 유닛 유지 어셈블리(90)는 이미지 센서(20)를 재배치하도록 작동 가능하고, 렌즈 그리퍼 어셈블리(130)는 프리즘(30)과 망원 렌즈 어셈블리(40)의 포지셔닝을 제어하는 신호들을 제공한다.

도 3에서 알 수 있는 바와 같이, 장치는 3 개의 주요 부분들, 즉 릴레이 렌즈(150), 렌즈 그리퍼 어셈블리(130) 및 이미지 센서 유닛 유지 어셈블리(90)를 포함한다. 테스트 차트 이미지를 릴레이 렌즈(150)(테스트 이미지의 초점 길이를 무한대로 설정)를 통해 그리고 릴레이 프리즘(160) 상으로 투영하는 테스트 차트(140)가 제공된다. 릴레이 프리즘(160)은 수신된 이미지를 반사하는 반사 주 표면(reflecting major surface)(170)을 갖는다. 특히, 테스트 이미지의 광 경로는 렌즈 모듈(10)에 의해 수신되도록 90°를 통해 반사된다. 다시 말해, 테스트 이미지는 릴레이 렌즈(150)를 통해 Z 축을 따라 릴레이 프리즘(160) 상에 투영되고, 릴레이 프리즘은 테스트 이미지를 X 축을 따라 프리즘(30) 상에 투영한다.

그러므로, 추가의 릴레이 프리즘(160)(프리즘 미러)이 릴레이 렌즈(150) 아래에 추가되고, 따라서 폴딩된 카메라 제 1 광 경로가 수평 방향으로 유지될 수 있으며, 이미지 센서(20)는 수평면 상에 있게 될 수 있다(이는 이미지 센서(20)의 표면 상에 접착제를 분사 및 유지하는 것을 용이하게 한다).

또한, 6 자유도를 갖는 이미지 센서 유닛 유지 어셈블리(90) 상에 액추에이터를 추가함으로써 폴딩된 카메라에 대한 정렬 프로세스를 수행하기 위해 최대 12 자유도를 제공한다. 이러한 것은, 렌즈 그리퍼 어셈블리(130) 자체에 어떠한 기울기 이동이 있게 되면 폴딩된 카메라 프리즘(30)도 역시 기울어질 것이기 때문에 렌즈 그리퍼 어셈블리(130)가 렌즈 모듈 기울기 상태를 수정하기 위해 사용되는 경우 제 2 광 경로에 필요하게 되는 추가의 변경들을 피하게 된다.

정렬 동작

도 4a에서 알 수 있는 바와 같이, 망원 렌즈 어셈블리(40)를 (필요한 경우) 최소 광학 줌을 제공하는 위치로 변위시키기 위한 신호들이 제공된다. 이미지 센서(20)에 의해 제공된 초기 이미지가 검사되고, 이미지 센서(20) 상의 중앙 정렬 피처(180)의 위치가 결정된다. 이 예에서, 중앙 정렬 피처(180)는 위치 P1에 있도록 결정된다.

도 4b에 도시된 바와 같이, 변환(P)을 적용함으로써 중앙 정렬 피처(180)의 위치를 이미지 센서(20) 상의 현재 투영된 위치(P1)로부터 위치 P2로 조정하기 위해 프리즘(30)의 포지셔닝을 변경하는 신호들이 제공된다.

따라서, 도 4c에 도시된 바와 같이, 중앙 정렬 피처(180)는 이미지 센서(20)의 중앙에 위치하게 된다.

선택적인 추가 단계로서, 이미징 줌을 증가시키기 위한 신호들이 망원 렌즈 어셈블리(40)에 제공될 수 있으며, 필요한 경우, 중앙 정렬 피처(180)의 위치가 재점검되고 위치 P2로 재정렬될 수 있다.

다음으로, 도 5a에 도시된 바와 같이, (필요한 경우) 망원 렌즈 어셈블리(40)를 최소량의 줌을 갖는 위치로 복원하기 위한 신호들이 제공되고, 이미지 센서 유닛 유지 어셈블리(90)가 Z 축을 따라 이동되어, 그 내용이 본 명세서에 참고로 포함되어 있는 "액티브 렌즈 정렬 시스템"이라는 제목의 US 10,187,636 B2에 개시된 바와 같은 기술에 따라, 스캔 곡선들(scan curves)을 획득하고, 렌즈 모듈(10)과 이미지 센서(20) 사이의 상대 기울기(정렬 수정)를 결정하게 된다.

도 5b에 도시된 바와 같이, 결정된 기울기는 이미지 센서 유닛 유지 어셈블리(90)에 적용되고, 이후 초점 스코어(focusing score)가 점검된다. 초점 스코어가 만족한 것으로 가정하면, 도 5c에 도시된 바와 같이, 이미지 센서 유닛 유지 어셈블리는 접착제 분사 스테이션으로 변위되고, 여기에서 접착제 디스펜서(190)가 접착제(200)를 이미지 센서(20) 상에 분사한다.

도 5d에 도시된 바와 같이, 이미지 센서 유닛 유지 어셈블리(90)는 렌즈 모듈(10) 아래 위치로 복귀하고, 결정된 기울기(정렬 수정)를 적용하고, Z 방향으로 이동시켜 이미지 센서(20)를 렌즈 모듈(10)에 대해 결정된 방향으로 위치시킨다. 그 후, 초점 스코어가 재점검되고, 상기 재점검이 정렬이 정확하다는 것을 확인한다고 가정하면, 이후 UV 접착제(200)가 큐어링된다(cured). 이러한 것은 광학 정렬을 달성하기 위해 이미지 센서(20)를 렌즈 모듈(10)에 대해 정확한 방향으로 고정시킨다.

다른 실시예들에서, 정확한 정렬이 결정된 후 분사 스테이션으로 이동할 필요를 피하기 위해, 상기 기울기를 결정하기 전에 접착제(200)가 적용될 수 있다는 것을 이해할 것이다.

또한, 렌즈 그리퍼 어셈블리(130)에는 또한 또는 대안적으로, 이미지 센서(20)에 대해 렌즈 모듈(10)을 이동시키기 위해 6 자유도 이동 능력이 제공될 수 있음을 이해할 것이다.

도 10은 주요 단계들을 보여주는 순서도이며, 다음과 같이 요약할 수 있다:

단계 S1에서, 렌즈 그리퍼 어셈블리(130)를 사용하여 (폴딩된 카메라) 렌즈 모듈(20)을 픽업하고, 포고 핀 커넥터 홀더(120)는 또한 이러한 픽업 프로세스 후에 렌즈 모듈(20) 상의 연결-IO 패드들(50)과 접촉할 것이다.

단계 S2에서, 렌즈 모듈(20) 내부의 AF 및 OIS 모듈 모두의 전원을 켠 다음, 망원 렌즈 어셈블리(40)를 릴레이 렌즈(150) 및 릴레이 프리즘(미러)(160) 아래의 타겟 본딩 위치로 이동시킨다.

단계 S3에서, 폴딩된 카메라 캡처된 이미지로부터 중앙 정렬 피처(180)를 점검한 다음, 프리즘(30) 방향을 릴레이 프리즘(160)과 평행하게 하기 위해 프리즘(30) 방향을 정렬하는 방법을 계산한다.

단계 S4에서, 이미지 센서(20)를 Z-방향으로 이동시켜 스캔 곡선들을 획득한 다음, 이미지 센서(20)와 망원 렌즈 어셈블리(40) 사이의 상대 기울기를 결정한다. 이미지 센서 유닛 홀더(90)에 의해 이미지 센서(20)의 기울기를 정렬한 후 초점 스코어를 점검한다.

단계 S5에서, 이미지 센서(20)를 분사 스테이션으로 이동시켜 이미지 센서(20) 상에 UV 접착제 분사를 수행한다.

단계 S6에서, 이미지 센서 유닛 홀더(90)를 정렬 위치로 다시 이동시키고 UV 접착제를 큐어링하여 이미지 센서(20)에 대해 망원 렌즈 어셈블리(40) 위치를 고정시킨다(초점 스코어는 되찾은 최상의 정렬 위치에서 재점검한 후 확인되는 것으로 가정).

정렬 장치 세부 사항

도 6a 내지 도 6f는 정렬 장치의 실시예를 보다 상세하게 도시한다. 특히, 도 6a 및 도 6b는 테스트 이미지를 Z 축을 따라 릴레이 프리즘(160')에 투영하여 X 축을 따라 렌즈 모듈(10) 상에 투영하기 위한 릴레이 렌즈 어셈블리(150')를 도시하며, 렌즈 모듈은 상기 이미지를 Z 축을 따라 이미지 센서 유닛 유지 어셈블리(90')에 의해 유지되는 이미지 센서(20) 상에 투영한다.

도 6c 및 도 6e에 도시된 바와 같이, 렌즈 모듈(10')은 제 1 그리퍼(100') 및 제 2 그리퍼(110')를 갖는 렌즈 그리퍼 어셈블리(130')에 의해 유지된다.

도 6d에 도시된 바와 같이, 릴레이 프리즘(160')은 릴레이 프리즘 홀더(165')에 의해 유지된다.

도 6c 및 도 6f에 도시된 바와 같이, 이미지 센서(20)는 이미지 센서 유닛 유지 어셈블리(90')에 의해 유지된다.

테스트 이미지 투영 - 대안 1

도 7은 테스트 차트(140)가 테스트 이미지를 X 축을 따라 프리즘 상으로 투영하기 위해 릴레이 렌즈(150")와 같이 X 축이 아닌 Z 축 상의 수직면을 따라 지향하게 된 배열을 도시한다. 이러한 배열에서, 릴레이 렌즈(150") 및 테스트 차트(140)는 폴딩된 카메라로부터 무한 물체 거리에 배치된 가상 수직 테스트 차트를 시뮬레이션한다.

테스트 이미지 투영 - 대안 2

도 8은 유사한 배열이지만, 릴레이 렌즈(150")를 생략하고 대신에 테스트 이미지가 프리즘(30) 상에 직접 투영되는 것을 도시한다. 따라서, 테스트 차트(140)는 프리즘 미러의 기능을 대체하기 위해 폴딩된 카메라의 테스트 물체로서 작용하도록 수직면 상에 배치된다.

테스트 이미지 투영 - 대안 3

도 9는 테스트 차트(140")를 통해 콜리메이터 렌즈(220) 상으로 투영하는 광원(210)에 의해 테스트 이미지가 생성되어 X 축을 따라 이미지 안정화 프리즘(30) 상에 투영되는 시준된 이미지를 제공하는 배열을 도시한다.

이러한 배열은 릴레이 렌즈 및 테스트 차트 구성을 대체하기 위해 수평 방향으로 배치된 콜리메이터(215)를 사용하고, 무한 거리에 배치된 물체를 시뮬레이션하기 위해 평행 광선을 제공한다. 콜리메이터(215) 내부의 테스트 차트(140")는 릴레이 렌즈와 함께 사용되는 테스트 차트(140)에 비해 크기가 훨씬 작을 것이다. 따라서, 테스트 차트(140)와 비교할 때 더 높은 이미지 해상도로 프린트되어야 한다. 그러나, 콜리메이터(215)는 릴레이 렌즈 배열과 비교할 때 일반적으로 제조 비용이 더 저렴하다.

따라서, 릴레이 렌즈(150) 아래에 설치된 여분의 릴레이 프리즘(160) 또는 미러를 사용함으로써, 광 경로가 수직 방향으로 전환되고, 부피가 큰 테스트 차트 어셈블리가 장치의 상부에 위치하여 그 점유 공간을 감소할 수 있음을 알 수 있다. 릴레이 렌즈와 테스트 차트 사이의 거리를 변경함으로써, 시뮬레이션 물체 거리가 테스트를 위한 다양한 거리 요건들에 용이하게 적응될 수 있다(테스트 차트는 세로 방향으로만 이동하면되므로, 장비 점유 공간이 여전히 일정하게 유지할 수 있음). 또한 AA 헤드와 이미지 센서 홀더 어셈블리 양쪽 모두에는 이제 6-축 모터 조정 기능이 통합되어 있으므로, 상기 장치는 그에 따라 카메라 렌즈 기울기 오류와 이미지 센서 기울기 오류 양쪽 모두에 응답하는 보상을 달성할 수 있으며, 이러한 것은 다양한 테스트 조건들에 맞도록 하는 본 장치의 유연성을 개선할 수 있다.

또한, 본 장치는 소위 "트루-옵티컬(True-optical)" 정렬을 지원할 수 있는데(즉, 이미지 센서는 센서 홀더 기울기 수정 동작을 먼저 사용함으로써 테스트 차트 평면과 완벽하게 정렬/평행하게 되고; 렌즈 기울기 오류는 이후 AA 헤드 기울기 이동에 의해 보상됨) 반하여, 다른 통상적인 AA 장비는 일반적으로 소위 "샤임플러그 룰(Scheimpflug Rule)"또는 "힌지 룰(Hinge Rule)"을 사용함으로써 AA 헤드(예를 들어, 렌즈 기울기) 또는 센서 홀더 어셈블리(예를 들어, 센서 기울기)에서 6 자유도의 축 조정을 제공하는 것만이 가능할뿐이다. 이러한 룰들은 렌즈 기울기 오류 또는 센서 기울기 오류와 같은 두 개의 관리 파라미터들 중 단지 하나만을 수정함으로써 특정 기울기 카메라 초점 솔루션을 찾는 데 사용된다. 또한, 망원 렌즈 기울기 상태에 대해 MTF(Modulation Transfer Function)/SFR(Spatial Frequency Response) 스캔을 수행하기 전에 테스트 차트의 중앙 피처가 이미지 센서의 중심과 항상 정렬할 수 있는 것을 보장하기 위해 프리즘 미러의 방향을 정렬하도록 하는 OIS 제어 기능의 사용으로 인해, 폴딩된 카메라 내장 프리즘 미러의 "뷰 방향"에서의 변화가 최소화될 것이다. 중앙 피처 패턴은 통상적인 프로세스에 사용된 패턴과는 다르며, "검정/암색" 사각 피처 패턴 내부에 빈 사각형을 제공하면 중앙 피처 위치를 수정/정렬해야할 때 이 중앙 피처의 위치를 식별하는 것이 더욱 용이하게 된다.

본 발명은 특정 실시예들을 참조하여 상당히 상세하게 설명되었지만, 다른 실시예들도 가능하다.

그러므로, 첨부된 청구 범위의 사상 및 범위는 본 명세서에 포함된 실시예들의 설명으로 제한되지 않아야 한다.

Claims

렌즈 모듈에 대해 이미지 센서를 정렬하는 방법으로서, 상기 렌즈 모듈은 제 1 광학 요소 및 제 2 광학 요소를 포함하고, 상기 제 1 광학 요소 및 상기 제 2 광학 요소는 서로에 대해 이동될 수 있는, 상기 방법에 있어서:
상기 렌즈 모듈을 그리퍼(gripper)로 파지하는 단계;
상기 그리퍼에 의해 상기 렌즈 모듈이 파지되는 동안, 상기 그리퍼 상에 제공되는 전기 인터페이스(electrical interface)를 상기 렌즈 모듈 상의 전기 인터페이스에 전기적으로 결합하는 단계로서, 상기 전기 인터페이스는 상기 제 1 광학 요소 및 상기 제 2 광학 요소에 연결되어 상기 제 2 광학 요소에 대해 상기 제 1 광학 요소가 이동될 수 있게 하거나, 상기 제 1 광학 요소에 대해 상기 제 2 광학 요소가 이동될 수 있게 하거나 또는 상기 제 1 광학 요소 및 상기 제 2 광학 요소가 서로에 대해 이동될 수 있게 하는 구동 신호들을 제공하는, 상기 그리퍼 상에 제공되는 전기 인터페이스를 상기 렌즈 모듈 상의 전기 인터페이스에 전기적으로 결합하는 단계;
상기 렌즈 모듈에서의 제 1 광 경로를 따라 테스트 이미지를 수신하고 상기 렌즈 모듈에서의 제 1 광 경로를 가로지르는 제 2 광 경로를 따라 상기 테스트 이미지를 투영하는 단계;
상기 테스트 이미지를 상기 제 2 광학 경로를 따라 상기 이미지 센서 상에 투영하도록 상기 이미지 센서에 대해 상기 렌즈 모듈의 방향을 조작하는 단계;
상기 제 2 광학 요소에 대해 상기 제 1 광학 요소를 이동시키기 위해, 상기 제 1 광학 요소에 대해 상기 제 2 광학 요소를 이동시키기 위해, 또는 상기 제 1 광학 요소 및 상기 제 2 광학 요소를 서로에 대해 이동시키기 위해 상기 전기 인터페이스를 통해 상기 렌즈 모듈로 상기 구동 신호들을 제공함으로써, 상기 이미지 센서의 중앙에 상기 테스트 이미지가 위치하도록 상기 제 2 광 경로를 조정하는 단계;
상기 이미지 센서에 대해 상기 렌즈 모듈을 정렬하기 위해 상기 이미지 센서에 대한 상기 렌즈 모듈의 수정된 방향을 결정하도록 상기 제 2 광 경로를 따라 상기 이미지 센서에 의해 수신된 테스트 이미지를 사용하는 단계; 및
그 후 상기 정렬된 렌즈 모듈을 상기 이미지 센서에 고정하는 단계를 포함하는, 렌즈 모듈에 대해 이미지 센서를 정렬하는 방법.
제 1 항에 있어서, 상기 제 1 광 경로에 대한 상기 제 2 광 경로의 방향은 상기 렌즈 모듈에 포함된 적어도 하나의 광학 요소에 의한 반사에 기인하는, 렌즈 모듈에 대해 이미지 센서를 정렬하는 방법.
제 1 항에 있어서, 상기 제 1 광 경로는 상기 이미지 센서의 수신 표면에 평행하고, 상기 제 2 광 경로는 상기 이미지 센서의 수신 표면을 가로지르는, 렌즈 모듈에 대해 이미지 센서를 정렬하는 방법.
제 1 항에 있어서, 상기 제 1 광 경로는 수평이고 상기 제 2 광 경로는 수직인, 렌즈 모듈에 대해 이미지 센서를 정렬하는 방법.
제 1 항에 있어서, 상기 조작하는 단계는 상기 렌즈 모듈과 상기 이미지 센서 중 적어도 하나를 상기 그리퍼(gripper)로 파지하는 단계 및 상기 그리퍼를 작동시켜 상기 렌즈 모듈과 상기 이미지 센서 중 적어도 하나를 다른 것에 대해 이동시키는 단계를 포함하는, 렌즈 모듈에 대해 이미지 센서를 정렬하는 방법.
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제 1 항에 있어서, 상기 조작하는 단계는 상기 제 1 광학 요소를 상기 렌즈 모듈에 포함된 상기 제 2 광학 요소에 대해 이동시키기 위해 광학 요소 엑츄에이터들을 구동하도록 신호들을 제공하는 단계를 포함하는, 렌즈 모듈에 대해 이미지 센서를 정렬하는 방법.
제 7 항에 있어서, 상기 광학 요소 액츄에이터들은 광학 이미지 안정화를 제공하기 위해 상기 렌즈 모듈에 의해 사용 중에 작동 가능한, 렌즈 모듈에 대해 이미지 센서를 정렬하는 방법.
제 7 항에 있어서, 상기 신호들을 제공하는 단계는 포고 핀 인터페이스(pogo pin interface)를 상기 렌즈 모듈에 연결하는 단계를 포함하고, 상기 신호들은 상기 포고 핀 인터페이스를 통해 제공되는, 렌즈 모듈에 대해 이미지 센서를 정렬하는 방법.
제 1 항에 있어서, 상기 광학 요소는 미러와 프리즘 중 적어도 하나를 포함하는, 렌즈 모듈에 대해 이미지 센서를 정렬하는 방법.
제 1 항에 있어서, 상기 렌즈 모듈은 이미징 줌 렌즈를 더 포함하고, 상기 조작하는 단계는 상기 이미징 줌 렌즈가 최소 이미징 줌을 제공하도록 위치된 상태에서 발생하는, 렌즈 모듈에 대해 이미지 센서를 정렬하는 방법.
제 1 항에 있어서, 상기 테스트 이미지는 적어도 하나의 고유한 이미지 포지셔닝 피처(unique image positioning feature)를 포함하는, 렌즈 모듈에 대해 이미지 센서를 정렬하는 방법.
제 12 항에 있어서, 상기 테스트 이미지는 상기 고유한 이미지 포지셔닝 피처와는 다른 복수의 포지셔닝 피처들을 포함하는, 렌즈 모듈에 대해 이미지 센서를 정렬하는 방법.
제 13 항에 있어서, 상기 고유한 이미지 포지셔닝 피처는 상기 테스트 이미지 내의 중앙에 위치되고, 상기 복수의 포지셔닝 피처들은 상기 고유한 이미지 포지셔닝 피처 주위에 위치되는, 렌즈 모듈에 대해 이미지 센서를 정렬하는 방법.
제 12 항에 있어서, 상기 고유한 이미지 포지셔닝 피처는 중앙의 대조 영역(central contrasting area)을 포함하는, 렌즈 모듈에 대해 이미지 센서를 정렬하는 방법.
제 12 항에 있어서, 상기 이미지 센서 상에 투영된 고유한 이미지 포지셔닝 피처의 위치를 결정하는 단계를 더 포함하고, 상기 조작하는 단계는 상기 고유한 이미지 포지셔닝 피처를 상기 이미지 센서 상의 포지셔닝 위치에 위치시키기 위해 상기 렌즈 모듈과 상기 이미지 센서 중 적어도 하나를 이동시키는 단계를 포함하는, 렌즈 모듈에 대해 이미지 센서를 정렬하는 방법.
제 12 항에 있어서, 상기 이미지 센서 상의 상기 고유한 이미지 포지셔닝 피처의 위치를 결정할 때 상기 렌즈 모듈의 이미징 줌 렌즈를 무한 초점 위치로 설정하는 단계를 포함하는, 렌즈 모듈에 대해 이미지 센서를 정렬하는 방법.
제 12 항에 있어서, 상기 렌즈 모듈의 이미징 줌 렌즈를 증가된 줌 위치로 설정하는 단계, 상기 이미지 센서 상의 상기 고유한 이미지 포지셔닝 피처의 위치를 반복적으로 결정하는 단계; 및 상기 이미지 센서 상의 포지셔닝 위치에 상기 고유한 이미지 포지셔닝 피처를 위치시키도록 상기 렌즈 모듈과 상기 이미지 센서 중 적어도 하나를 이동시키는 단계를 포함하는, 렌즈 모듈에 대해 이미지 센서를 정렬하는 방법.
제 1 항에 있어서, 상기 제 1 광 경로를 따라 상기 테스트 이미지를 투영하도록 지향하게 되는(orientated) 테스트 이미지 생성기를 포함하는, 렌즈 모듈에 대해 이미지 센서를 정렬하는 방법.
제 19 항에 있어서, 상기 테스트 이미지 생성기는 먼저 상기 이미지를 경로 체인저(path changer)로 투영하고, 이어서 상기 경로 체인저가 상기 제 1 광 경로를 따라 상기 테스트 이미지를 투영하도록 배열되는, 렌즈 모듈에 대해 이미지 센서를 정렬하는 방법.
제 20 항에 있어서, 상기 경로 체인저는 미러와 프리즘 중 적어도 하나를 포함하는, 렌즈 모듈에 대해 이미지 센서를 정렬하는 방법.
제 19 항에 있어서, 상기 테스트 이미지 생성기는 무한 물체 거리(infinite object distance)로 상기 테스트 이미지를 투영하도록 구성된 렌즈들을 포함하는, 렌즈 모듈에 대해 이미지 센서를 정렬하는 방법.