KR20180038056A

KR20180038056A - 광학 모듈과 지지판이 장착된 장치

Info

Publication number: KR20180038056A
Application number: KR1020187008504A
Authority: KR
Inventors: 게르하르트 뮐러
Original assignee: 콘티 테믹 마이크로일렉트로닉 게엠베하
Priority date: 2010-04-01
Filing date: 2010-12-18
Publication date: 2018-04-13
Also published as: CN103119510A; JP2013524702A; DE112010004616A5; KR101984632B1; EP2553525A1; CN103119510B; KR20130024910A; JP5913284B2; US9025061B2; US20130016273A1; WO2011120480A1

Abstract

본 발명은 대물렌즈와 같은 광학 모듈(2), 기판(4), 촬영 부(6) 및 지지판 (5)으로 구성된 광학장치(1)에 관한 것으로서, 이때 지지판(5)의 한 면에는 광학 모듈(2)과 촬영 부재(6)가 배치되어 있고 지지판(5)의 다른 면에는 기판(4)이 배치되어 있으며, 촬영 부재(6)와 기판(4)은 지지판(5)에 있는 하나 또는 그 이상의 틈새 (9)를 통해 접속된다. 특수한 모델에서는 영상 부재(6)가 지지판(5)에 있는 하나의 틈새(9)에 배치되어 기판(4)과 직접 결합되어 있다.

Description

광학 모듈과 지지판이 장착된 장치 {DEVICE COMPRISING AN OPTICAL MODULE AND SUPPORT PLATE}

본 발명은 광학장치에 관한 것으로서 이 장치는 광학 모듈과 지지판으로 구성된 바, 이 지지판에는 촬영 부재가 배치되어 있다.

대물렌즈와 같은 광학 모듈을 대물렌즈 홀더나 카메라 하우징과 같은 지지 케이스와 결합하기 위해 다양한 결합 기술이 사용된다. 이때 카메라의 우수성은 결정적으로 광학 모듈과 지지 케이스 사이의 결합 우수성에 의해 좌우되며, 이러한 우수성은 무엇보다도 카메라 본래의 공차와 시공 공차에서 비롯된다. 그 외에도 방향 및 위치 공차가, 특히 지지 케이스 내에 있는 대물렌즈의 롤각, 요각 및 피치각 등이 카메라의 기능에 상당한 영향을 끼친다. 또한 결합 기술과는 별도로, 일반적으로 말해서 광학 모듈은 지지 케이스에 대하여 상당히 우수하고 오랫동안 안정적으로 정렬되어야 한다.

촬영 부재 위에 위치한 대물렌즈의 위치를 조정하기 위해 대물렌즈 홀더를 플렉스 회로 기판과 같은 기판과 결합하는 구조를 흔히 사용한다. 그리고 이 기판에 이미지 칩(영상 표시기: imager)과 같은 촬영 부재가 배치되어 있는 바, 이 기판 자체는 지지판에 고정되어 있다. 이때 촬영 부재는 보통 기판에 납땜으로 고정되어 있다. 또는 촬영 부재를 칩 온 보드(Chip-on-Board) 기술로 기판에 직접 접착하고 본드를 통해 접속되도록 하기도 한다.

위에서 기술한 광학장치에는, 촬영 부재 위에 위치한 광학 모듈의 위치 조정의 경우, 접착제가 경화될 때 수축하여 광학장치가 초점을 맞추는데 직접 영향을 끼친다는 단점이 있다. 촬영 부재/기판/지지판의 구조에는, 즉 촬영 부재를 기판 위에 배치하고 그 기판을 지지판 위에 배치한 구조에는 기판이 예컨대 공차, 온도 거동, 노후화에 영향을 끼치며 광학 장치가 초점을 맞추는데도 영향을 끼친다는 단점이 있는 바, 왜냐하면 광학 모듈 또는 대물렌즈가 대물렌즈 홀더를 통해 기판과 직접 결합되어 있기 때문이다. 그 외 에도 대물렌즈 홀더와 같은 부재를 이미 알려진 장치에서와 같이 플렉스 회로 기판과 같은 기판에 직접 접착하는 것은 어렵다.

그 외에도 촬영 부재 위에 위치한 광학 모듈을 정렬하고 결합하는, 또 다른 알려진 장치의 단점은 한편으로는 개별 구성품을 많이 장착하기 때문에 카메라의 구조가 복잡해지는 경우가 많고, 다른 한편으로는 생산해야 할 부품이 복잡하여 생산비가 증가한다는 점이다.

따라서 본 발명의 과제는 기본적으로 되도록 낮은 생산비와 조정 비용으로 촬영 부재 위에 위치한 광학 부재의 위치를 조정하며 온도 거동과 노후화와 같은 영향 요소와 공차에 대해 되도록 견고하고, 결합되는 구성품을 되도록 적게 사용하는 것이다.

본 발명의 기본적인 발상은 촬영 부재를 지지판에 직접 배치하고 기판을 지지판 아래에 부착하는 것이다. 이렇게 함으로써 촬영 부재/지지판/기판 구조는 촬영 부재가 지지판에 직접 안착하게 되어 현재의 기술 수준에서 알려진 장치에 비해 여러 가지 다양한 장점을 갖게 된다. 촬영 부재를 기판에 직접 장착하면, 특히 기판이 금속판의 형태를 띨 때, 열 결합 또는 열 배출이 우수해진다. 광학 모듈과 촬영 부재를 지지판의 어느 한 면에 배치하고 기판을 지지판의 다른 면에 배치하면 여러 구성품이 서로 분리되는 장점이 있다.

이는 특히 기판과 같은 수동 부품과 저항과 같이 기판에 조립되어 있는 기타 다른 수동 부품을 특수한 공정을 거쳐, 예컨대 접착 공정 및/또는 납땜 공정을 거쳐 지지판에 부착해야 하는 부품과 분리하는 것과 관계가 있다. 이러한 분리는 예를 들어 촬영 부재의 각 능동 부품과 수동 부품이 오염되는 것을 방지하는데 그 목적이 있다. 그러므로 본 발명에서는 먼저 수동 부품을 기판에 장착하고 촬영 부재를 그 후의 공정 단계에서 지지판에 부착하는 방법을 선호한다. 그 외에도 기판의 노후화나 온도 거동과 같은 위에서 기술한 영향력이 광학 장치의 초점 맞추기에 더 이상 아무런 영향을 끼치지 않는다. 본 발명에서는 광학 모듈, 특히 대물렌즈를 지지판에 직접 접착할 수 있으므로, 그로 인해 기존의 광학장치와 비교하여 대물렌즈 홀더라는 구성품을 생략할 수 있습니다. 또한 기판의 소재도 접착에 필요한 요건과 광학 모듈 케이스의 팽창계수에 맞추어 선택할 수 있다는 장점이 있다. 본 발명에 따른 한 모델에서는 촬영 부재가 지지판의 틈새에 배치되어 기판에 조립되어 있다. 이 모델의 본질적인 장점은 이 모델도 촬영 부재/지지판/기판의 구조를 가지면서 광학 모듈을 지지판에 직접 연결할 수 있다는 점이다.

본 발명에 따른 광학장치는 광학 모듈, 촬영 부재, 기판 및 지지판으로 구성된다. 본 발명에 따른 광학장치에는 촬영 부재와 기판 사이에 전기 접속부도 있다.

이때 지지판은 한 면에는 촬영 부재를, 그리고 다른 면에는 기판을 배치하는 형태를 갖는 것이 바람직하다.

광학 모듈에는 렌즈가 최소한 한 개 있고 이 모듈이 지지판과 연결되어 있는 것이 바람직한 바, 이때 광학 모듈은 촬영 부재가 배치되어 있는 지지판의 면에 있으면서 이 부재위에 위치한다. 지지판과 광학 모듈을 결합할 때 접착 연결을 사용하는 것이 바람직하다.

본 발명에서는 촬영 부재/지지판/기판의 구조(기판 위에 지지판, 지지판 위에 촬영 부재)가 바람직한 구조를 갖는다.

광학 모듈과 지지판을 결합할 때는 접착 연결 외에도 납땜 연결과 같은 다른 결합 기술을 사용할 수 있다.

광학 모듈이란 대물렌즈, 대물렌즈 홀더 및/또는 대물렌즈와 대물렌즈 홀더로 구성된 연결부를 의미한다.

본 발명에서는 플렉스 기판과 같은 기판의 소재가 전기적으로 절연된 소재이고, 그 소재에 부착된 전도성 연결부와 선택 사양으로서 장착할 수 있는 다른 전기식 및/또는 전자기계식 부품으로 구성되는 것을 선호한다.

촬영 부재란 촬영 칩 또는 CMOS 칩이나 CCD 칩과 같은 영상 표시기 칩을 의미한다. 지지판은 예를 들어 금속판이나 세라믹판일 수 있다. 지지판은, 예컨대 광학 모듈에서 대물렌즈가 대물렌즈 하우징과 동일한 소재로 제작된 경우, 광학 모듈과 동일한 소재로 제작하는 것이 좋다. 지지판의 소재가 금속판일 때의 또 다른 장점은 현재의 기술 수준에서 알려진 장치에 비해 본 발명에 따른 광학장치의 장기적 안정성이 높다는 점이다.

본 발명에서 선호하는 형태에서는 광학 모듈, 촬영 부재 및/또는 기판이 지지판과 직접 결합되어 있다. 결합할 때 예를 들어 접착 연결 및/또는 납땜 연결을 사용할 수 있다.

본 발명에 따른 모델 중 옵션 사양을 채택한 모델에서는 지지판에 최소한 하나의 틈새가 있다. 이 최소한 하나의 틈새는 지지판에서 링이나 사각형과 같은 형태를 띨 수 있으며, 촬영 부재 옆이나 그 둘레 및/또는 촬영 부재 아래에 위치하는 것이 바람직하다. 촬영 부재와 기판 사이의 전기적 접속은 특히 이 최소한 하나의 틈새를 통과하며 이루어진다. 이때 이 접속은 이 최소한 하나의 틈새를 통과하는 와이어 본드와 같은 본드를 통해 이루어지는 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 모델 중에는 옵션으로서 지지판에 틈새를 장착한 모델도 있는 바, 이 틈새는 촬영 부재의 맞은 편에 위치하고 선택적으로 그 일부가 촬영 부재의 아래에 위치하는 것이 바람직하다. 촬영 부재의 기판의 전기적 접속은 특히 이 두 틈새를 통해 이루어진다. 이때 이 접속은 이 두 틈새를 통과한 본드를 통해 이루어지는 것이 바람직하다.

본 발명이 선호하는 모델은 지지판에 촬영 부재의 형태를 띤 틈새가 하나 있는 모델이다. 이때 촬영 부재에 비해 어느 정도 큰 틈새를 사용할 수도 있다.

또 다른 모델에서는 영상 부재가 지지판의 틈새 위에 및/또는 틈새 안에 배치되도록 한다. 이때 촬영 부재와 기판의 접촉은 볼을 통해 이루어지는 것이 바람직하다. 이를 위해 촬영 부재가 예컨대 BGA 영상 표시기의 형태를 띨 수 있다. BGA란 볼 그리드 어레이(Ball Grid Array)의 약자이다. BGA 영상 표시기에는 부품 아랫면에 공 형태의 납땜 단자가 있다. 즉 BGA 영상 표시기로서 장착된 촬영 부재에서는 접속부가 납땜 볼로서 촬영 부재의 뒷면에 장착되어 있다. CMOS 칩이나 CCD 칩도 BGA 영상 표시기로서 장착될 수 있다.

촬영 부재와 기판 사이의 접속이 와이어 본드나 칩 본드와 같은 형태의 본드를 통해서도 이루어지게 할 수 있다.

본 발명이 선호하는 형태는 광학 모듈 및/또는 지지판 및/또는 기판이 축대칭의 형태를 갖는 것이다.

본 발명에서 선호하는 모델 중에는 지지판이 벽이 얇고 접시 모양을 한 철판으로 되어있고, 그 철판의 테두리 부분은 높게 구부린 형태가 있다. 지지판에 물결 모양의 돌출부가 최소한 하나 있는 것이 바람직하다. 이 물결 모양의 돌출부는 지지판의 접시 바닥의 측면에 있고, 그 측면에 촬영 부재가 있도록 하는 것이 바람직하다. 이 돌출부는 예를 들어 원이나 고리 형태로 촬영 부재를 둘러싼다. 이렇게 함으로써 촬영 부재 둘레에 내부공간이 형성되고, 그 안에는 기밀하기 위한 실링 컴파운드가 들어 있다.

또 다른 장점 및 선택할 수 있는 형태를 다음의 설명과 도면을 통해 기술하겠다. 모델 예시를 도면으로 간단히 도시하였으며, 아래의 설명에서 더 자세히 기술하겠다.
도 1에는 현재의 기술 수준에서 알려진 광학장치의 예가 도시되어 있다.
도 2는 현재의 기술 수준에서 알려진 또 다른 광학장치의 예이다.
도 3에서는 본 발명에 따른 광학장치가 도시되어 있다.
도 4에서는 본 발명에 따른 광학장치를 배치할 수 있는 지지판이 도시되어 있다.
도 5에는 본 발명에 따른 광학장치의 또 다른 예가 도시되어 있다.
도 6에는 본 발명에 따른 광학장치의 또 다른 예가 도시되어 있다.

도 1에는 현재의 기술 수준에서 알려진 광학장치(1)의 예가 도시되어 있다. 지지 케이스(12)(이 경우에는 대물렌즈 홀더)와 광학 모듈(2)(이 경우에는 대물렌즈) 사이에는 접착 비드(3)가 배치되어 있다. 대물렌즈 홀더(12)는 기판(4) 위에서 촬영 부재(6)와 결합되어 있으며, 이때 기판(4) 아래에는 지지판(5)이 그리고 기판(4) 위에는 촬영 부재(6)가 배치되어 있다. 도 1의 촬영 부재(6)는 볼(7)을 통해 기판(4)과 접속되는 접속부가 있는 영상 칩 또는 볼-그리드 패키지의 영상 칩이다. 여기서 볼-그리드 패키지란 영상 칩 어셈블리를 의미하며, 이 어셈블리에서는 어셈블리의 연결부가 칩의 아랫면에 있다. 이 연결부는 작은 땜납 볼(영어: ball)로서, 이 볼은 그리드(영어: grid) 안에서 서로 열과 행을 이루고 있다. 이 볼은 납땜로에서 용해되어 구리와 같은 기판의 소재와 결합된다. 이때 대물렌즈 홀더(12)는 기판(4)과 직접 결합되어 있다. 도 1에서 도시된 촬영 부재/기판/지지판 구조(기판(4) 위의 촬영 부재(6) 및 지지판(5) 위의 기판(4))의 단점은 기판(4)의 영향이, 예를 들어 공차, 온도 거동 및 노후화가 광학장치(1)의 초점 조절에 직접 영향을 끼친다는 점이다. 광학 모듈(2)에서는 여러 광학 부재(2.1)를, 특히 렌즈를 사용한다.

도 2는 현재의 기술 수준에서 알려진 또 다른 광학장치(1)의 예이다. 여기서 광학장치(1)의 구조는 도 1의 설명과 상당 부분 일치하지만, 도 2에서는 촬영 부재(6)가 기판(4)에 직접 접착되어 있고 촬영 부재(6)와 기판(4)은 본드(8)를 통해 접속된다. 또한 도 2의 촬영 부재(6)에는 커버 글라스(6.1)가 있다. 본 발명에 따르면 기판(4)에 다른 수동 구성품(13)을, 예를 들어 전기식 또는 전기기계식 어셈블리를 배치할 수 있다. 도 2에서는 예를 들어 저항을 또 다른 수동 구성품(13)으로서 기판(4)에 배치할 수 있다.

도 3에서는 본 발명에 따른 광학장치(1)가 도시되어 있다. 이 경우 촬영 부재(6)가 지지판(5)에 직접 배치되어 이 지지판과 결합되어 있다. 하나 또는 여러 저항과 같은 하나 또는 여러 수동 구성품(13)이 있는 기판(4)은 지지판(5) 아래에 위치해 있다. 광학 모듈(2)은 촬영 부재(6) 위로 지지판(5)에 배치되어 있고 접착 연결부를 통해, 특히 접착 비드(3)에 의해 이 지지판과 결합되어 있는 바, 이를 통해 제작 공차 및/또는 조립 공차를 조절할 수 있다. 이렇게 함으로써 촬영 부재/지지판/기판 구조(지지판(5) 위의 촬영 부재(6)와 기판(4) 위의 지지판(5))의 장점이 나온다. 촬영 부재(6)와 기판(4)의 접속은 도 3에서 예컨대 지지판(5)의 두 틈새(9)를 관통하는 본드(8)에 의해 이루어진다. 여기서 틈새(9)는 촬영 부재(6)의 마주보는 측면에서 지지판(5)에 형성되어 있다.

또한 도 3의 예시 모델에서 본 발명의 근본적인 장점이 잘 드러나고 있는 바, 즉 광학 모듈(2)이, 여기서는 대물렌즈가 지지판(5)과 직접 결합되어 있다. 도 1과 도 2에서 도시한 현재의 기술 수준에서 알려진 모델에 비해 여기서는 대물렌즈 홀더(12)라는 추가 구성품이 장착된 복잡한 구조가 없다. 광학 모듈(2)에는 여러 광학 부재(2.1)가 있는 바, 광학 부재(2.1) 중 최소한 하나는 렌즈이다.

본 발명에서는 지지판(5), 기판(4), 촬영 부재(6), 수동 구성품(13) 및 광학 모듈(2)이 여러 개의 부품으로서도 형성될 수 있는 바, 즉 도 3과는 다른 형태를 가질 수 있다.

도 4에서는 본 발명에 따른 광학장치(1)를 배치할 수 있는 지지판(5)이 도시되어 있다. 이 경우 지지판(5)에 틈새(9)가 2개 있으며, 이 틈새를 통해 촬영 부재(6)와 기판(4)이 본드(8)를 통해 서로 접속된다. 본 발명에 따라 지지판(5) 아래에 배치할 수 있는 기판(4)은 도 4에 도시되어 있지 않다. 도 4의 촬영 부재(6)에는 특히 능동 구역(6.2)이 있다. 지지판(5), 촬영 부재(6) 및 틈새(9)는 본 발명에 따라 여러 부분으로 구성될 수 있는 바, 이는 도 4에 표시된 형태와는 다르다.

도 5에는 본 발명에 따른 광학장치(1)의 또 다른 예가 도시되어 있다. 여기서 광학장치(1)의 구조는 많은 부분에서 도 3에 대한 설명과 동일하다. 하지만 도 5에서는 지지판(5)에 있는 틈새(9)가 촬영 부재(6)의 아래에 있다. 촬영 부재(6), 이 경우에는 BGA 영상 표시기가 지지판(5)의 틈새(9) 안에서 기판(4)에 직접 배치되어 있다.

도 6에는 본 발명에 따른 광학장치(1)의 또 다른 예가 도시되어 있다. 여기서도 광학장치(1)의 구조가 도 3에 대한 설명과 상당 부분 일치하지만, 도 6에서는 지지판(5)이 특히 주물 또는 다이캐스팅 부품으로서 및 스탬핑 부품, 심부가공 부품 및/또는 철판의 프레스 부품으로서 제작될 수 있다. 여기서 지지판(5)은 벽이 얇은 접시 형태의 철판 부품이며, 이 지지판에는 물결 형태의 돌출부(10)가 있다. 물결 모양의 돌출부(10)는 여기서 촬영 부재(6) 둘레에 형성되어 있으며, 이로 인해 실링 컴파운드(11)가 들어 있는 내부 공간(14)이 형성된다. 또한 커버 글라스 (6.1)를 포함한 촬영 부재(6)는 지지판(5)의 틈새(9)를 통해 본드(8)에 의해 기판(4)과 연결되어 있다.

1 광학장치
2 광학 모듈
2.1 광학 부재
3 접착 비드
4 기판
5 지지판
6 촬영 부재
6.1 커버 글라스
6.2 능동 구역
7 볼
8 본드
9 틈새
10 물결 모양의 돌출부
11 실링 컴파운드
12 지지 케이스
13 수동 구성품
14 내부 공간

Claims

광학 모듈(2), 기판 (4) 및 촬영 부재 (6)로 구성되어 있고 촬영 부재(6)와 기판(4) 사이에 전기 접속부가 있는 광학 장치(1)에 있어서,
지지판(5)이 있으며, 지지판(5)의 한 면에는 광학 모듈(2)과 촬영 부재(6)가 배치되어 있고, 지지판(5)의 다른 면에서는 기판(4)이 배치되어 있는 것을 특징으로 하는,
광학 장치.
제 1 항에 있어서,
광학 모듈(2), 촬영 부재(6) 및/또는 기판(4)이 지지판(5)과 직접 결합되어 있는 것을 특징으로 하는,
광학 장치.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
지지판(5)에 틈새(9)가 최소한 하나 형성되어 있고 촬영 부재(6)와 기판(4)의 전기적 접속이 최소한 하나의 틈새(9)를 통과하여 본드 (8)에 의해 이루어지는 것을 특징으로 하는,
광학 장치.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
지지판(5)에 틈새(9)가 2개 있는 것을 특징으로 하는,
광학 장치.
제 4 항에 있어서,
지지판(5)에서 촬영 부재(6)의 마주보는 면에 틈새(9)가 2개 있는 것을 특징으로 하는,
광학 장치.
제 3 항 내지 제 5 항에 있어서,
촬영 부재(6)를 둘러싼 틈새(9)가 하나 또는 그 이상 있는 것을 특징으로 하는,
광학 장치.
제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
지지판(5)이 벽이 얇은 철판이고 물결 모양의 돌출부(16)가 있으며, 이때 물결 형태를 띤 최소한 하나의 돌출부(16)에 의해 실링 컴파운드(11)가 들어있는 내부 공간(14)이 형성되는 것을 특징으로 하는,
광학 장치.
광학 모듈(2), 기판(4) 및 촬영 부재(6)로 구성되어 있으며, 촬영 부재(6)와 기판(4) 사이에 전기 접속부가 있는, 광학 장치로서,
지지판(5)이 있으며, 지지판(5)의 한 면에는 광학 모듈(2)이, 지지판(5)의 다른 면에는 기판(4)이 있으며 기판(5)의 틈새(9)에 광학 모듈(2)이 배치되어 있는 것을 특징으로 하는,
광학 장치.
제 8 항에 있어서,
광학 모듈(2)과 기판(4)이 지지판(5)과 직접 결합되어 있는 것을 특징으로 하는,
광학 장치.
제 8 항 또는 제 9 항에 있어서,
촬영 부재(6)와 기판(4)의 접속이 볼(7)을 통해 이루어지는 것을 특징으로 하는,
광학 장치.
제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
광학 모듈(2), 지지판(5) 및/또는 기판 (4)이 축대칭의 형태를 띠고 있는 것을 특징으로 하는,
광학 장치.
제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
광학 모듈(2)과 지지판(5)이 접착 연결부(3)를 통해 결합되는 것을 특징으로 하는,
광학 장치.