KR200416116Y1

KR200416116Y1 - 카메라모듈의 포커싱 장치

Info

Publication number: KR200416116Y1
Application number: KR2020060005470U
Authority: KR
Inventors: 윤영곤; 최유화; 허성욱
Original assignee: 주식회사 지엔오
Priority date: 2006-02-28
Filing date: 2006-02-28
Publication date: 2006-05-11

Abstract

이미지 센서에 대한 렌즈계의 상대적인 거리를 조정하여 렌즈의 초점거리를 맞추어 제품을 출시하는 데 사용되는 카메라모듈의 오토 포커싱 장치가 개시된다. 상기 장치는 간격을 두고 2 곳 이상에 배치되고 검사하기 위한 카메라모듈이 장착되어 검사를 위한 이미지를 촬영할 수 있도록 해주는 모듈장착부, 상기 모듈장착부에 장착된 카메라모듈에 검사를 위한 촬영 이미지를 제공하기 위한 촬영이미지 제공수단, 상기 촬영이미지 제공수단을 상기 2곳 이상에 배치된 카메라모듈 검사부로 교대로 이동시키기 위한 촬영이미지 이동수단 및 상기 카메라모듈의 배럴을 회동시키기 위한 배럴회동수단을 포함하는 구성을 가지며, 릴레이 렌즈들(relay lens) 적용으로 포커싱 장치의 소형화 제작이 가능하고, 기존 수동 포커싱 방식에 비하여 육안 판단의 기준에 따른 부정확성과 작업자 간 편차 문제 해결이 가능하고, 한 사람이 동시에 2개의 모듈을 로딩하여 검사하거나 또는 완성 공정의 풀(full) 자동화로 생산 인력 절감과 생산성 향상이 가능한 효과를 제공한다.

초점, 포커싱, 포커스, 카메라, 카메라모듈, 렌즈

Description

카메라모듈의 포커싱 장치{Apparatus for focusing of a camera module}

도 1은 본 고안에 따른 카메라모듈 오토 포커싱 장치의 사시도,

도 2는 도 1의 촬영이미지 제공수단을 타측으로 이동시킨 상태의 평면도,

도 3은 도 2 장치의 구성을 나타낸 측단면도,

도 4는 배럴회동수단을 설명하기 위한 단면도,

도 5는 촬영이미지 제공수단의 구성을 설명하기 위한 도면,

도 6은 카메라모듈에서 촬영한 모아레를 나타낸 도면,

도 7은 본 고안의 장치에서 60cm 차트값 편차와 마이크로 차트 센터값 편차를 나타낸 그래프,

도 8은 백라이트에 설치되는 광원의 배치 상태를 나타낸 도면이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

10 : 카메라모듈 100 : 포커싱 장치

110 : 모듈장착부 130 : 촬영이미지 제공수단

131 : 포커싱차트 132, 133, 134 : 제 1 ~ 제 3렌즈

135 : 가상이미지 차트 136 : 백라이트

137 : 광원 140 : 촬영이미지 이동수단

148 : 선회암 160 : 배럴회동수단

170 : 분석수단

본 고안은 카메라모듈의 포커싱(focusing)장치에 관한 것으로, 특히 이미지 센서에 대한 렌즈계의 상대적인 거리를 조정하여 렌즈의 초점거리를 맞추어 제품을 출시하는 데 사용되는 카메라모듈의 오토 포커싱 장치에 관한 것이다.

카메라모듈은 렌즈를 통해 입사된 빛을 이미지화하여 저장하는 예컨대 CCD 또는 CMOS 등의 촬상소자로 구성되어, 이동 통신 단말기의 케이스 또는 별도의 외장 케이스에 설치된다. 이와 같은 카메라모듈은 주문회사의 요구에 따라 제작 후 출하 전에 초점이 조정되어 에폭시 등의 수지에 의해 고정된 상태로 출하된다.

카메라모듈의 포커싱을 조정하는데 있어서, 아직 기업에서는 작업자가 육안으로 화질의 선명도를 보고 초점을 맞추게 된다. 이는 작업자에 따른 결과의 편차가 많고 또한 단순 반복적인 공정으로 품질의 산포도가 크게 된다. 또한 모바일용이기 때문에 그 크기가 사람의 손으로 하기에는 상대적으로 매우 작아 작업성이 용이하지 않다. 또한 카메라모듈의 해상도가 증가함에 따라 초점을 맞추기 위한 대상 물체의 거리도 길어지게 되므로 포커싱 차트도 길어지게 되어 그 설비도 많은 공간을 차지하게 된다. 포커싱 후에도 렌즈를 고정시키기 위해 접착제를 바르는 디스펜싱(dispensing) 과 큐어링(curing)하는 별도의 공정을 진행하는 관계로 그 생산 라인은 많은 공간을 차지하게 된다.

그리고 100만 화소급 이상에서는 포커싱 하기 위해 대상 물체를 약 1m 정도의 거리에 위치시키고 그 만한 대상 피사체와 조명 장치가 필요하게 되어 공간이 많이 필요하게 된다.

특히, 중국, 일본, 대만 및 한국 등에서는 포커싱 처리를 일반적으로 사람의 육안으로 모아레가 생기는 기준으로 포커싱 하는 방식을 주로 많이 사용하고 일부 바 챠트(Bar chart)를 적용하여 흑백의 차이를 계산하여 콘트라스트(contrast)를 수치화 하여 그 값이 최대가 되는 점을 포커스 기준으로 적용하고 있다. 그 이후에 렌즈에 접착제를 바르고 큐어링(curing)하는 것이 일반적인 방법이다.

최근 휴대폰용 카메라모듈의 시장이 브이지에이(VGA)급에서 화소 수가 1.3메가, 2메가급의 제품이 속속 등장하고 있는 시점에서 작업자의 육안검사에 의존하는 기존의 카메라모듈의 초점검사공정은 생산성, 제품의 품질면에서 많은 문제점이 있다.

본 고안의 목적은 메가급 이상의 다양한 휴대폰용 카메라모듈의 변화에도 유연성 있게 대처할 수 있는 오토 포커싱 장치를 제공하는 데 있다.

본 고안의 다른 목적은 개인 휴대 단말기에 사용되는 소형의 카메라모듈의 오토 포커싱 작업에 따른 생산성을 향상시킬 수 있는 오토 포커싱 장치를 제공하는 데 있다.

본 고안의 또 다른 목적은 메가픽셀 이상의 고화소의 카메라모듈의 검사에도 장치의 소형화가 가능한 오포토커싱 장치를 제공하는 데 있다.

본 고안의 또 다른 목적은 카메라모듈의 양산 현장에 실제 적용할 수 있는 오토 포커싱 장치를 제공하는 데 있다.

본 고안에 따른 포커싱 장치는 이미지 센서, 상기 이미지 센서의 전방에 배치되는 복수의 렌즈들 및 상기 렌즈들을 수용하여 지지하여주고 상기 렌즈들 사이의 거리를 조정할 수 있도록 하는 배럴들을 구비하는 카메라모듈의 포커싱 장치에 있어서, 간격을 두고 2 곳 이상에 배치되고 검사하기 위한 카메라모듈이 장착되어 검사를 위한 이미지를 촬영할 수 있도록 해주는 모듈장착부, 상기 모듈장착부에 장착된 카메라모듈에 검사를 위한 촬영 이미지를 제공하기 위한 촬영이미지 제공수단, 상기 촬영이미지 제공수단을 상기 2곳 이상에 배치된 카메라모듈 검사부로 교대로 이동시키기 위한 촬영이미지 이동수단 및 상기 카메라모듈의 배럴을 회동시키기 위한 배럴회동수단을 포함하는 구성을 가진다.

상기 카메라모듈 포커싱 장치는 상기 카메라모듈과 연결되고 상기 카메라모듈에서 촬영한 데이터를 수신하고 분석하여 상기 카메라모듈의 최적포커싱 상태를 판단하여 포커싱신호를 발생하는 촬영데이터 분석수단을 더 포함하고,

상기 배럴회동수단은 상기 촬영데이터 분석수단에서 발생하는 최적포커싱신호에 따라 동작을 멈추는 것을 특징으로 한다.

상기 촬영이미지 제공수단은 포커싱차트, 상기 모듈장착부에 장착된 상기 카메라모듈과 상기 포커싱차트 사이에 배치되고 상기 포커싱차트의 가상차트의 이미지를 생성하여 상기 카메라모듈로 제공하는 가상이미지 렌즈들, 상기 포커싱차트로 빛을 조사하는 백라이트 및 상기 포커싱차트, 가상이미지 렌즈들, 백라이트를 수용하여 지지하는 케이스를 구비하여 구성된다.

상기 가상이미지 렌즈들은 상기 모듈장착부에 장착된 카메라모듈에 이웃하여 배치되는 제 1렌즈, 상기 차트에 이웃하여 배치되는 제 3렌즈 및 상기 제 1렌즈와 제 3렌즈 사이에 배치되고 상기 제 3렌즈와의 거리에 따라 상기 제 1렌즈와 상기 가상차트의 거리가 달라지도록 하는 제 2렌즈를 구비하여 구성된다.

상기 촬영이미지 이동수단은 상기 2이상의 모듈장착부에 같은 거리에 있는 위치에 제자리 회동 가능케 설치된 회전축, 상기 회전축을 지지하는 회전축 지지부, 상기 회전축을 회동시키기 위한 회전축 구동수단 및 상기 회전축에 설치되어 상기 회전축의 회동에 따라 선회되며 상기 촬영이미지 제공수단을 지지하는 선회암을 포함하여 구성된다.

상기 촬영이미지 이동수단은 상기 선회암의 일단에 설치된 수직부, 상기 촬영이미지 제공수단을 지지하고 상기 수직부에 승강 가능케 설치된 승강부 및 상기 승강부를 상기 수직부를 따라 이동시키기 위한 승강부이동수단을 더 포함하는 것이 바람직하다.

상기 배럴회동수단은 상기 촬영이미지 제공수단에 회동 가능케 설치되고 상기 모듈장착부 상에서 상기 카메라모듈의 배럴과 접촉되는 홀더, 상기 촬영이미지 제공수단에 회동 가능케 설치되고 상기 홀더와 연결된 풀리 및 상기 촬영이미지 이동수단에 설치된 모터 및 상기 모터의 회전동력을 상기 풀리로 전달하는 동력전달수단을 구비하여 구성된 것이 좋다.

상기 촬영데이터 분석수단은 상기 카메라모듈에서 촬영된 데이터의 패턴의 선명도를 공간주파수로 변환하여 주파수 대비 해상력을 적분하는 방식으로 수치화하는 공간주파수에 대한 응답성을 나타내는 에스에프알(SFR, spatial frequency response)을 적용하여 분석하는 것이 바람직하다.

본 고안에 따른 포커싱 장치는 포커싱차트, 검사하기 위한 상기 카메라모듈과 상기 포커싱차트 사이에 배치되고 상기 포커싱차트의 가상차트의 이미지를 생성하여 상기 카메라모듈로 제공하는 가상이미지 렌즈들, 상기 포커싱차트로 빛을 조사하는 백라이트 및 상기 포커싱차트, 가상이미지 렌즈들, 백라이트를 수용하여 지지하는 케이스를 구비하여 구성된 촬영이미지 제공수단을 포함하는 구성을 가질 수 있다.

이 경우, 상기 가상이미지 렌즈들은 상기 카메라모듈에 이웃하여 배치되는 제 1렌즈, 상기 차트에 이웃하여 배치되는 제 3렌즈 및 상기 제 1렌즈와 제 3렌즈 사이에 배치되고 상기 제 3렌즈와의 거리에 따라 상기 제 1렌즈와 상기 가상차트의 거리가 달라지도록 하는 제 2렌즈를 구비하여 구성된 것이 바람직하고,

상기 백라이트는 복수의 광원이 상기 가상이미지렌즈들의 중심에서 동일 반경의 원주를 따라 간격을 두고 배치된 것이 바람직하다.

상기와 같은 구성을 갖는 본 고안은 포커싱 기준을 기존에 적용하고 있는 단순 콘트라스트(Contrast)를 수치화 하는 방법을 배제하고 대상 패턴(pattern)의 선명도를 공간 주파수로 변환 하여 주파수대비 해상력을 적분하는 방식으로 수치화 하여 센서의 편차에 영향이 큰 기존 방법보다는 수치의 객관성이 높아 포커싱 후 재검사가 필요 없게 되고 그 기준설정도 수치 하나만 지정할 수 있게 하여 평가결과의 단순화를 이룰 수가 있다.

그리고 100만 화소급 이상에서는 포커싱하기 위해 대상 물체를 약 1m 정도 위치시키고 그 만한 대상 피사체와 조명 장치가 필요하게 되어 공간이 많이 필요하게 된다. 이를 위해 그 피사체를 축소시키고 그 축소된 피사체를 확대해서 볼 수 있게 하는 적응적 렌즈들(Adaptive Lens), 즉 릴레이 렌즈들(Relay Lens)을 적용하고 마지막으로 포커싱 후 디스펜싱(dispensing) 혹은 가접착 그리고 반출검사(Outgoing)를 한 공정에서 처리할 수 있는 기회를 제공하여 공간과 공정을 최적화 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 고안의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다.

도 1은 본 고안에 따른 카메라모듈 오토 포커싱 장치의 사시도, 도 2는 도 1의 촬영이미지 제공수단을 타측으로 이동시킨 상태의 평면도, 도 3은 도 2 장치의 구성을 나타낸 측단면도이다.

도 1 ~ 도 3에 나타낸 본 고안에 따른 카메라모듈의 포커싱 장치(100)는 카메라모듈의 포커스를 최적으로 조정할 수 있도록 하기 위한 것이다. 카메라모듈은 이미지 센서와 상기 이미지 센서의 전방에 배치되는 복수의 렌즈들 및 상기 렌즈들을 수용하여 지지하여주고 상기 렌즈들 사이의 거리를 조정할 수 있도록 하는 배럴들을 구비하는 구성을 가지는 데, 이와 관련된 카메라 모듈의 예는 실용신안등록 제 0384369호(출원번호 20-2005-0004696호), “줌과 포커싱 기능을 갖는 렌즈 광학 구조” 등에 자세히 개시되어 있다.

도시된 바와 같이 본 고안에 따른 포커싱 장치(100)는 검사하기 위한 카메라모듈(10)을 정확한 위치에 장착할 수 있도록 해주는 모듈장착부(110)를 구비한다. 이 모듈장착부(110)는 베이스(120) 상에 간격을 두고 2 곳 이상에 배치되어 있다. 이 모듈장착부(110)에는 검사하기 위한 카메라모듈이 정확한 위치에 정확한 자세로 장착될 수 있도록 장착홈(112)이 구비되어 있으며, 한 쌍의 위치조정핸들(114)을 통해 x방향과 y방향으로 위치를 이동시킬 수 있도록 되어 있다.

본 고안에 따른 포커싱 장치(100)는 모듈장착부(110)에 장착되는 카메라모듈(10)에 검사를 위한 촬영 이미지를 제공하기 위한 촬영이미지 제공수단(130)을 구비한다. 이 촬영이미지 제공수단(130)은 본 고안의 일 특징을 이루는 부분으로 이에 대해서는 뒤에서 도면을 참조하여 더 자세히 설명한다. 이 촬영이미지 제공수단(130)은 촬영이미지 이동수단(140)에 의해 좌우로 반복적으로 선회되면서 2곳의 모듈장착부(110)로 교대로 배치되면서 촬영이미지를 제공하는 역할을 한다.

본 고안에 따른 포커싱 장치(100)는 촬영이미지 제공수단(130)을 상기 2곳 이상에 배치된 모듈장착부(110)로 교대로 이동시키기 위한 촬영이미지 이동수단(140)을 구비한다. 이 촬영이미지 이동수단(140)은 간격을 두고 배치된 모듈장착부(110)에서 같은 거리의 위치에 제자리 회동 가능케 설치된 회전축(142)과 이 회전축(142)을 지지하는 회전축 지지부(144)를 구비한다. 회전축(142)은 회전축 구동수단(146)에 의해 제자리 회동 가능케 구동되며, 회전축(142)에는 회전축(142)의 회동에 따라 선회되며 촬영이미지 제공수단(130)을 지지하는 선회암(148)을 구비하 여 구성된다. 회전축구동수단(146)으로는 유압실린더나 모터가 이용될 수 있다.

도시된 바와 같이 촬영이미지 이동수단(140)의 선회암(148)의 일단에는 수직부(150)가 설치되어 있다. 이 수직부(150)에는 촬영이미지 제공수단(130)을 지지하고 수직부(150)에 승강 가능케 설치된 승강부(152)가 설치되어 있다. 이 승강부(152)는 수직부(150)를 따라 승강 이동시키기 위한 승강부이동수단(154)에 연결되어 있다.

본 고안에 따른 포커싱 장치(100)는 배럴회동수단(160)을 구비한다. 이 배럴회동수단(160)은 카메라모듈(10)의 배럴 등을 홀딩한 상태로 배럴을 회동시켜 배럴에 형성된 캠홈 등의 작용으로 렌즈들 간의 거리를 변화시켜 카메라모듈의 포커스를 조정할 수 있도록 한다.

본 고안에 따른 포커싱 장치(100)는 촬영데이터를 분석하여 카메라모듈의 포커스의 적정 여부를 판단하기 위한 촬영데이터 분석수단(170)을 구비한다. 이 촬영데이터 분석수단(170)은 모듈장착부(110)에 장착되는 카메라모듈(10)과 연결되어 카메라모듈(10)에서 촬영한 데이터를 수신하고 분석하여 카메라모듈의 최적포커싱 상태를 판단하여 포커싱신호를 발생하는 역할을 한다. 포커싱신호가 발생되면 배럴회동수단(160)은 동작을 멈추어 카메라 모듈의 배럴을 더 이상 회동시키지 않는다.

촬영한 데이터의 분석은 분석수단(170)에 설치된 프로그램에 의해 수행된다. 촬영데이터 분석수단(170)에 설치되는 프로그램은 다양한 방식이 적용될 수 있는 데, 바람직하기로는 카메라모듈에서 촬영된 데이터의 패턴의 선명도를 공간주파수 로 변환하여 주파수 대비 해상력을 적분하는 방식으로 수치화하는 공간주파수에 대한 응답성을 나타내는 에스에프알(SFR, spatial frequency response)을 적용하여 분석하는 것이 바람직하다. 이러한 촬영데이터 분석수단(170)의 프로그램은 검사하고자하는 카메라모듈의 종류와 그 회사의 특성에 따라 적절하게 프로그래밍하여 사용될 수 있다.

상기와 같은 분석수단으로는 위에서 설명한 바와 같은 프로그램이 설치된 피씨 등의 컴퓨터가 이용된다.

따라서 본 고안에 따른 카메라모듈 포커싱 장치(100)는 상기와 같은 촬영데이터 분석수단(170) 없이 또는 장치 본체와 분석수단을 별도의 주체가 분리하여 유통시킬 수 있다. 즉, 본 고안에 따른 카메라모듈 포커싱 장치(100)가 분석수단(170) 없이 유통될 수 있다.

도 4는 배럴회동수단을 설명하기 위한 단면도이다.

도시된 바와 같이 배럴회동수단(160)은 촬영이미지 제공수단(130)에 회동 가능케 설치된 홀더(162)를 구비한다. 이 홀더(162)는 모듈장착부(110) 상에서 카메라모듈(10)의 배럴과 접촉되어 배럴을 회동시킬 수 있도록 파지하는 역할을 한다. 배럴회동수단(160)은 촬영이미지 제공수단(130)에 회동 가능케 설치되고 홀더(162)와 연결된 풀리(164)를 구비한다. 이 풀리(164)는 베어링을 통해 제자리 회동 가능케 지지되어 있다. 그리고 배럴회동수단(160)은 촬영이미지 이동수단(140)에 설치된 모터(166)와 이 모터(166)의 회전동력을 풀리(164)로 전달하는 벨트, 체인 등의 동력전달수단(168)을 구비하여 구성되어 있다.

도 5는 촬영이미지 제공수단의 구성을 설명하기 위한 도면이다.

도시된 바와 같이 촬영이미지 제공수단(130)은 포커싱차트(131)를 구비한다. 이 포커싱차트(131)는 카메라모듈(10)이 모아레 이미지 촬영할 수 있도록 하기 위한 것이다.

포커싱차트(131)와 앞에서 설명한 모듈장착부(110)에 장착되는 카메라모듈(10)과의 사이에 가상이미지 렌즈(132, 133, 134)들이 배치된다. 이 가상이미지 렌즈(132, 133, 134)들은 본 고안의 일 특징을 이루는 부분으로, 상기 포커싱차트(131)의 가상이미지 차트(135)를 생성하여 카메라모듈(10)로 제공하기 위한 것이다.

가상이미지 렌즈(132, 133, 134)들은 모듈장착부(110)에 장착되는 카메라모듈(10)에 이웃하여 배치되는 제 1렌즈(132)와 포커싱차트(131)에 이웃하여 배치되는 제 3렌즈(134) 및 제 1렌즈(132)와 제 3렌즈(134) 사이에 배치되고 제 3렌즈(134)와의 거리에 따라 제 1렌즈(132)와 가상이미지 차트(135)의 거리가 달라지도록 하는 제 2렌즈(133)를 구비하여 구성된다.

그리고 촬영이미지 제공수단(130)은 포커싱차트(131)로 빛을 조사하는 백라이트(136)를 구비한다.

촬영이미지 제공수단(130)은 위에서 설명한 포커싱차트(131), 가상이미지 렌즈(132, 133, 134)들, 백라이트(136)를 수용하여 지지하는 케이스를 더 구비하여야 함은 물론이다.

상기와 같은 촬영이미지 제공수단(130)은 제 2렌즈(133)와 제 3렌즈(134)의 거리를 조정하여 포커싱 장치(100)의 크기를 줄일 수 있도록 해주며, 검사하고자하는 카메라모듈의 사양에 따라, 고객의 요구에 따라 30cm, 60cm, 90cm, 90cm, 120cm 등 다양한 초점거리에 대한 평가를 가능하게 해준다.

내부의 제 2렌즈(133), 제 3렌즈(134)들의 조정에 의하여 약 60mm 이내의 포커싱차트(131)로 기존의 2m 이상의 평가차트를 대체할 수 있게 해주어 공정라인의 대폭적인 축소를 통하여 공간 효율을 크게 높이는 것과 동시에 생산성 향상에도 크게 기여할 수 있도록 해준다.

상기와 같은 본 고안에 따른 오토 포커싱 장치(100)에서는 카메라모듈(10)의 해상도에 따라 장비 내부의 포커싱 거리를 세팅 시킨 후(메가급 차트의 경우 약 35mm 고정 초점으로 가상거리 무한대의 초점조정이 이루어진다) 본 고안의 장치를 온(on)하여 카메라모듈(10)과 렌즈홀더(162)를 교착시켜 자동 또는 반자동으로 카메라모듈(10)의 노브나 배럴을 회동시켜 촬영되는 가상이미지 차트의 모아레를 확인하여 양품 또는 최적의 포커싱 상태로 판단할 수 있게 해준다. 만일 모아레가 선명하게 나타나지 않고 한 쪽이 무너지는 경우 불량으로 판단한다. 촬영이미지 데이터는 분석수단(170)의 SFR 프로그램으로 수행되는 것이 바람직하다.

도 6은 카메라모듈에서 촬영한 모아레를 나타낸 도면이고, 도 7은 본 고안의 장치에서 60cm 차트값 편차와 마이크로 차트 센터값 편차를 나타낸 그래프이다.

도 6에 나타낸 바와 같이 촬영된 모아레의 이미지가 선명하게 나타나는 경우 카메라모듈은 최적의 포커싱 상태로 조정된 상태로서, 테스트 오케이 상태를 나타낸 것이다.

도 7에서 수직 MTF값 비교 데이터를 보면 마이크로 차트 데이터 분석 시 카메라모듈과 헤더 보더(header board) 사이에 수평값 및 렌즈의 위치에 따라서 수직 MTF 값의 변동률이 심하게 나타나고 있지만 마이크로 차트 센터값 편차의 분산이 상대적으로 작게 나타남을 보여준다.

도 8에 나타낸 바와 같이 백라이트(136)는 복수의 광원(137)들이 가상이미지렌즈(132, 133, 134)들의 중심축선에서 동일 반경의 원주를 따라 간격을 두고 배치된 구성을 가진다. 이렇게 복수의 광원(137)들이 원주상으로 배열되어 있는 경우 포커싱차트(131)의 주변부에도 빛이 균일하게 조사되어 전체적으로 선명한 모아레 이미지를 촬영하는 데 도움이 된다.

도 1 ~ 도 8을 참조하여 본 고안에 따른 포커싱 과정을 설명하면 다음과 같다.

본 고안에 따른 포커싱 방법은 이미지 센서, 상기 이미지 센서의 전방에 배치되는 복수의 렌즈들 및 상기 렌즈들을 수용하여 지지하여주고 상기 렌즈들 사이의 거리를 조정할 수 있도록 하는 배럴들을 구비하는 카메라모듈의 포커스를 조정하여 출시할 수 있도록 해준다.

본 고안의 방법은 앞에서 설명한 포커싱 장치에서와 같이 검사하기 위한 카메라모듈(10)이 장착되어 검사를 위한 이미지를 촬영할 수 있도록 해주는 모듈장착부(110)를 간격을 두고 2 곳 이상에 배치하고, 앞에서 설명한 바와 같은 동일한 촬영이미지 제공수단(130)을 2곳의 또는 그 이상의 모듈장착부(110)에 교대로 제공하 면서 카메라모듈(10)이 포커싱차트(131)의 가상이미지 차트(135)를 교대로 촬영할 수 있도록 하고, 테스트가 끝난 카메라모듈(10)은 모듈장착부(110)에서 이탈시키고 검사하기 위한 새로운 카메라모듈(10)을 해당 모듈장착부(110)에 장착하는 과정으로 카메라모듈(10)의 포커싱을 수행한다.

더 구체적으로, 포커싱 과정은 촬영이미지 제공수단(130)이 배치된 모듈장착부(110)의 카메라모듈(10)의 배럴 또는 노브를 회전시켜 카메라모듈(10)의 포커스를 조절한다. 배럴 또는 노브가 회전되면 카메라모듈(10)의 렌즈가 이동되면서 그 초점이 조정된다.

카메라모듈(10)은 포커싱차트(131)의 이미지 즉, 가상이미지 차트(135)를 촬영하여 가상이미지의 촬영데이터를 생성하여 분석수단으로 인가한다.

그러면 분석수단(170)은 촬영된 이미지 데이터를 분석하여 최적의 포커싱 상태를 판단하여 최적포커싱신호를 발생한다. 여기서 최적이라 함은 분석된 결과가 미리 설정된 기준치를 만족하거나 미리 설정된 범위 내에 들어오는 경우를 말한다.

촬영한 데이터의 분석은 분석수단(170)에 설치된 프로그램에 의해 수행된다. 촬영데이터 분석수단(170)에 설치되는 프로그램은 다양한 방식이 적용될 수 있는 데, 바람직하기로는 카메라모듈에서 촬영된 데이터의 패턴의 선명도를 공간주파수로 변환하여 주파수 대비 해상력을 적분하는 방식으로 수치화하는 공간주파수에 대한 응답성을 나타내는 에스에프알(SFR, spatial frequency response)을 적용하여 분석하는 것이 바람직하다. 이러한 촬영데이터 분석수단(170)은 검사하고자하는 카메라모듈의 종류와 그 회사의 특성에 따라 적절하게 프로그래밍하여 사용될 수 있다.

분석결과 포커싱 상태가 만족되는 경우 이에 대응되는 최적포커싱신호를 발생하고, 포커스 조절을 중단하도록 한다.

일측의 모듈장착부(110)에서의 포커스 조절이 완료되면 촬영이미지 이동수단(140)의 회전축 구동수단(146)은 선회암(148)을 선회시켜 촬영이미지 제공수단(130)을 이웃한 다른 모듈장착부(110)로 이동시켜 그 모듈장착부(110)에 장착된 카메라모듈(10)의 포커싱을 수행 한다.

한편으로, 포커스 조정이 완료된 모듈장착부(110)에서는 장착된 카메라모듈(10)을 수동 또는 자동으로 이탈시키고 그 곳에 검사하기 위한 새로운 카메라모듈(10)을 장착한다.

포커스 조정이 완료되어 이탈된 카메라모듈(10)은 그 다음 공정의 스테이지에서 에폭시 수지 등으로 초점이 변동되지 않도록 배럴이 서로 고정되어 큐어링 과정을 거친 후 출하된다.

이상 설명한 본 고안에 따른 오토 포커싱 방법 및 장치는 약 2년여간의 개발기간 및 실험을 거친 릴레이 렌즈들(relay lens) 적용으로 기존 메가픽셀급 포커싱 라인을 대폭 축소하여 작업공간을 대폭 줄일 수 있어(약 50%이상 축소 예상) 단위면적당 생산량을 2배 이상 증대할 수 있도록 해준다.

특히 본 고안에 따른 포커싱 방법 및 장치는 듀얼 타입(dual type)으로 작업자의 작업효율을 극대화가 가능한 포커싱 조정 및 검사 방법 및 장치라고 할 수 있다. 그리고 공간주파수에 대한 응답성을 나타내는 에스에프알(SFR, spatial frequency response) 적용 S/W로 픽셀 수에 상관없이 해상도 기준을 정의함으로써 차트의 교환, 수정 없이 포커싱 및 해상도의 표준화로 개발 및 양산 효율의 향상을 기대할 수 있다.

그리고 카메라모듈의 화상에서 지정된 복수의 위치에 대해 분해능을 센서를 통해 고속으로 측정하고 수치적으로 해석할 수 있도록 함으로써, 카메라모듈 성능평가 지표로 인정되는 공간주파수 함수를 측정함과 동시에 화상의 질에 영향을 미치는 초점거리와 각종 수치들을 동시에 측정할 수 있도록 해준다.

본 고안의 장치는 사용방법도 간편하여 휴대폰용 카메라모듈을 소켓에 장착시키고 이를 인터페이스 보드(interface board)를 통하여 컨트롤 피씨로 전송한 ㄷ데이터를 이용해서 화상처리(image processing)를 하는 자동/반자동 설비로서, 기존의 작업자의 육안에 의한 카메라 포커싱의 경우 그 작업의 반복성과 신뢰성을 보장하기에는 일관성이 없고 다분히 주관적이기 쉬운 단점이 있었으나, 본 고안의 방법 및 장치는 포커싱 작업을 객관적이고 반복성 있게 하는 것을 가능하게 한다.

본 고안에 따른 오토 포커싱 방법 및 그 장치의 일 특징은 릴레이 렌즈를 사용하여 포커싱 차트(chart)의 허상을 측정함으로써 포커싱 거리별 해상도 평가가 가능하다는 점을 들 수 있다. 다시 말하여 고객의 다양한 요구에 따른 30cm, 60cm, 90cm, 120cm 또는 ∞ 등의 초점거리에 대한 평가가 가능한 것이다. 이는 릴레이 렌즈군의 조정을 통하여 대응 가능하다.

본 장비의 원리는 내부의 렌즈군의 조절에 의하여 약 60mm 이내의 차트가 기존의 2m 이상의 평가 차트를 대체할 수 있게 되어 공정라인의 대폭적인 축소를 통 하여 공간 효율성을 크게 높이는 것과 동시에 생산성 향상에도 크게 기여할 수 있다는 것이다.

본 고안에 따른 오토 포커싱 장치는 모듈의 해상도에 따라 장비 내부의 포커싱(focusing) 거리를 세팅 시킨 후(메가 차트(mega chart)의 경우 약 35mm 고정 초점으로 가상거리 무한대의 포커싱이 이루어진다.) 장비를 온 하여 카메라모듈과 렌즈홀더를 교착시켜 자동 또는 반자동으로 노브를 돌려 주기적인 물결무늬가 겹쳐져 생기는 간섭무늬(interference fringe)를 나타내는 모아레(moire)를 확인하여 양품 또는 최적 포커싱 완료로 판단할 수 있게 도와준다. 만일 모아레가 선명하게 나타나지 않고 어느 한 쪽이 무너지는 경우 불량으로 판단하며, 이는 출원인이 개발한 공간주파수에 대한 응답성을 나타내는 에스에프알(SFR, spatial frequency response) 프로그램에 의해 수행된다.

수직 MTF(modulation transfer function)값 비교 데이터를 보면 마이크로 카트 데이터(micro chart data) 분석 시 모듈(module)과 헤더 보드(header board) 사이에 수평값 및 렌즈의 위치에 따라서 수직 MTF 값의 변동률이 심하게 나타나고 있지만 마이크로 차트 센터값 편차의 분산이 상대적으로 작게 나타남을 알 수 있다.

이상의 설명에서 알 수 있는 바와 같이 본 고안에 따른 오토 포커싱 장치는 현재 1.3메가 센서의 경우 0.95m나 1.2m를 포커싱 기준거리로 정하고 있는 상황에서 조만간 2메가(mega)나 3메가(mega) 센서(sensor)의 적용이 필수적인 만큼 이를 통하지 않는 경우 약 5m이상의 원거리에서 포커싱을 해야 하기 때문에 기존 생산 공정라인에서 사용하고 있는 방식으로는 더 이상 수요자의 요구에 따른 제품의 생산 및 대응이 불가능할 수도 있는 우려를 완전히 제거할 수 있다는 것이다.

다시 말하여 릴레이 렌즈들(relay lens) 적용으로 카메라모듈 앞에 볼록 렌즈가 놓여지게 되며 이로 인해 가까이 있는 사물이 멀리 있는 것으로 보이게 되기 때문에 휴대폰용 카메라모듈 생산에 있어 포커싱 장치의 소형화 제작이 가능함은 말할 것도 없고 자동화에도 대응할 수 있는 기회를 제공하게 된다.

한편 본 고안을 적용함으로써 첫째, 기존 수동 포커싱 방식에 비하여 육안 판단의 기준에 따른 부정확성과 작업자 간 편차 문제 해결이 가능하고,

둘째, 지그 및 차트(chart), 라이트(light)의 편차에 의해 발생하는 측정 산포에 대하여 표준 샘플 시료 값(value)의 보정 세팅 프로그램(setting program)에 의한 산포 발생을 사전에 방지할 수 있으며, 한 사람이 동시에 2개의 모듈을 로딩하여 검사하거나 또는 완성 공정의 풀(full) 자동화로 생산 인력 절감과 생산성 향상이 가능한 효과를 기대할 수 있다.

본 고안의 예상되는 파급효과 및 활용방안을 더 설명하면 다음과 같다.

적응적 렌즈들(Adaptive Lens)을 적용함으로써 생산 공간을 획기적으로 줄일 수 있고 포커싱, 디스펜싱(dispensing), 큐어링(curing)공정이 한 공정에서 동시에 실시됨으로써 공정이 단순해져 라인공간의 축소도 획기적으로 줄어든다.

공간주파수에 대한 응답성을 나타내는 에스에프알(SFR, spatial frequency response) 적용으로 설계와 생산의 기준이 동일하여 생산 품질의 안정과 원인 규명 및 해석이 용이하여 개발과 생산이 효율성이 극대화 된다.

본 고안은 에스에프알 기능(SFR function)에 의한 포커스 알고리즘(focus algorithm)과 릴레이 렌즈들(relay lens)을 채용하여 카메라모듈의 자동 초점 검사 및 해상도 측정을 수행하고, 특히 조정부의 작동이 사전에 설정된 기준을 적용하여 카메라모듈의 자동 초점 검사 및 해상도 측정을 할 수 있도록 한다.

당사의 실험 결과에 따르면, 본 고안은 검사 스펙(spec, 해상도)변화에 따른 모듈 초점 조절 시 작업자의 육안에 의한 포커싱(focusing)을 자동화하여 설비의 신뢰성과 작업성을 제고할 수 있도록 해준다.

따라서 이를 이용하여 신뢰성 있는 고정밀도의 오토 포커싱(auto focusing)이 가능하다.

현재 연 1억 개 이상의 폰 카메라를 생산하고 있는 우리나라로서는 고해상도 카메라모듈과 줌 카메라모듈을 개발 및 생산하기 위해서 설계와 제작기술뿐만 아니라 포커싱 및 성능평가 기술도 필수적인 상황이다.

Claims

이미지 센서, 상기 이미지 센서의 전방에 배치되는 복수의 렌즈들 및 상기 렌즈들을 수용하여 지지하여주고 상기 렌즈들 사이의 거리를 조정할 수 있도록 하는 배럴들을 구비하는 카메라모듈의 포커싱 장치에 있어서,

간격을 두고 2 곳 이상에 배치되고 검사하기 위한 카메라모듈이 장착되어 검사를 위한 이미지를 촬영할 수 있도록 해주는 모듈장착부;

상기 모듈장착부에 장착된 카메라모듈에 검사를 위한 촬영 이미지를 제공하기 위한 촬영이미지 제공수단;

상기 촬영이미지 제공수단을 상기 2곳 이상에 배치된 카메라모듈 검사부로 교대로 이동시키기 위한 촬영이미지 이동수단; 및

상기 카메라모듈의 배럴을 회동시키기 위한 배럴회동수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 카메라모듈 포커싱 장치.
제 1항에 있어서, 상기 카메라모듈 포커싱 장치는 상기 카메라모듈과 연결되고 상기 카메라모듈에서 촬영한 데이터를 수신하고 분석하여 상기 카메라모듈의 최적포커싱 상태를 판단하여 포커싱신호를 발생하는 촬영데이터 분석수단을 더 포함하고,

상기 배럴회동수단은 상기 촬영데이터 분석수단에서 발생하는 최적포커싱신호에 따라 동작을 멈추는 것을 특징으로 하는 카메라모듈 포커싱 장치.
제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 촬영이미지 제공수단은 포커싱차트, 상기 모듈장착부에 장착된 상기 카메라모듈과 상기 포커싱차트 사이에 배치되고 상기 포커싱차트의 가상차트의 이미지를 생성하여 상기 카메라모듈로 제공하는 가상이미지 렌즈들, 상기 포커싱차트로 빛을 조사하는 백라이트 및 상기 포커싱차트, 가상이미지 렌즈들, 백라이트를 수용하여 지지하는 케이스를 구비하여 구성된 것을 특징으로 하는 카메라모듈 포커싱 장치.
제 3항에 있어서, 상기 가상이미지 렌즈들은 상기 모듈장착부에 장착된 카메라모듈에 이웃하여 배치되는 제 1렌즈, 상기 차트에 이웃하여 배치되는 제 3렌즈 및 상기 제 1렌즈와 제 3렌즈 사이에 배치되고 상기 제 3렌즈와의 거리에 따라 상기 제 1렌즈와 상기 가상차트의 거리가 달라지도록 하는 제 2렌즈를 구비하여 구성된 것을 특징으로 하는 카메라모듈 포커싱 장치.
제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 촬영이미지 이동수단은 상기 2이상의 모듈장착부에 같은 거리에 있는 위치에 제자리 회동 가능케 설치된 회전축, 상기 회전축을 지지하는 회전축 지지부, 상기 회전축을 회동시키기 위한 회전축 구동수단 및 상기 회전축에 설치되어 상기 회전축의 회동에 따라 선회되며 상기 촬영이미지 제공수단을 지지하는 선회암을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 카메라모듈 포커싱 장치.
제 5항에 있어서,

촬영이미지 이동수단은 상기 선회암의 일단에 설치된 수직부, 상기 촬영이미지 제공수단을 지지하고 상기 수직부에 승강 가능케 설치된 승강부 및 상기 승강부를 상기 수직부를 따라 이동시키기 위한 승강부이동수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 카메라모듈 포커싱 장치.
제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 배럴회동수단은 상기 촬영이미지 제공수단에 회동 가능케 설치되고 상기 모듈장착부 상에서 상기 카메라모듈의 배럴과 접촉되는 홀더, 상기 촬영이미지 제공수단에 회동 가능케 설치되고 상기 홀더와 연결된 풀리 및 상기 촬영이미지 이동수단에 설치된 모터 및 상기 모터의 회전동력을 상기 풀리로 전달하는 동력전달수단을 구비하여 구성된 것을 특징으로 하는 카메라모듈 포커싱 장치.
제 2항에 있어서, 상기 촬영데이터 분석수단은 상기 카메라모듈에서 촬영된 데이터의 패턴의 선명도를 공간주파수로 변환하여 주파수 대비 해상력을 적분하는 방식으로 수치화하는 공간주파수에 대한 응답성을 나타내는 에스에프알(SFR, spatial frequency response)을 적용하여 분석하는 것을 특징으로 하는 카메라 모듈 포커싱 장치.
포커싱차트, 검사하기 위한 상기 카메라모듈과 상기 포커싱차트 사이에 배치되고 상기 포커싱차트의 가상차트의 이미지를 생성하여 상기 카메라모듈로 제공하는 가상이미지 렌즈들, 상기 포커싱차트로 빛을 조사하는 백라이트 및 상기 포커싱차트, 가상이미지 렌즈들, 백라이트를 수용하여 지지하는 케이스를 구비하여 구성된 촬영이미지 제공수단을 포함하는 카메라모듈 포커싱 장치.
제 9항에 있어서, 상기 가상이미지 렌즈들은 상기 카메라모듈에 이웃하여 배치되는 제 1렌즈, 상기 차트에 이웃하여 배치되는 제 3렌즈 및 상기 제 1렌즈와 제 3렌즈 사이에 배치되고 상기 제 3렌즈와의 거리에 따라 상기 제 1렌즈와 상기 가상차트의 거리가 달라지도록 하는 제 2렌즈를 구비하여 구성된 것을 특징으로 하는 카메라모듈 포커싱 장치.
제 3항에 있어서, 상기 백라이트는 복수의 광원이 상기 가상이미지렌즈들의 중심에서 동일 반경의 원주를 따라 간격을 두고 배치된 것을 특징으로 하는 카메라 모듈 포커싱 장치.