KR20210139159A

KR20210139159A - 다수의 렌즈 요소를 정렬하기 위한 시스템 및 방법

Info

Publication number: KR20210139159A
Application number: KR1020210058424A
Authority: KR
Inventors: 포 람 오; 리안챙 양; 춘 팅 탕; 판 레욱 라이; 치 피우 웡
Original assignee: 에이에스엠 테크놀러지 싱가포르 피티이 엘티디
Priority date: 2020-05-13
Filing date: 2021-05-06
Publication date: 2021-11-22
Also published as: JP7273890B2; JP2021179609A; CN113671634A; US11460713B2; US20210356758A1

Abstract

렌즈 조립체는 그 렌즈 요소들의 정렬 동안, 적어도 하나의 렌즈 요소를 포함하는 제1 렌즈 모듈 및 적어도 하나의 다른 렌즈 요소를 포함하는 제2 렌즈 모듈로 분리된다. 거친 정렬은 제1 렌즈 모듈 내의 적어도 하나의 렌즈 요소의 광축을 제2 렌즈 모듈 내의 적어도 하나의 렌즈 요소의 광축과 정렬하는 것에 의해 수행된다. 정밀 정렬을 수행하기 위해, 이미지 센서는 제1 및 제2 렌즈 모듈들이 테스트 차트와 이미지 센서 사이에 위치되는 동안 테스트 차트를 본다. 이미지 품질 지수들은, 이미지 품질 지수들이 최적화되는 모듈들 사이의 상대 정렬로 제1 렌즈 모듈이 제2 렌즈 모듈에 고정되기 전에, 제1 및 제2 렌즈 모듈들 사이의 상이한 상대 정렬로 테스트 차트의 이미지 센서로부터 획득된다.

Description

다수의 렌즈 요소를 정렬하기 위한 시스템 및 방법{SYSTEM AND METHOD FOR ALIGNING MULTIPLE LENS ELEMENTS}

본 발명은 렌즈 조립체가 이미지 센서에 결합될 때 광학 시스템에서 최적화된 이미지 품질을 획득하기 위해 렌즈 조립체의 다수의 렌즈 요소의 정렬에 관한 것이다.

스마트 폰 및 휴대용 개인 디바이스에서 볼 수 있는 것과 같은 카메라 모듈들을 위한 광학 시스템의 조립에서, 카메라 모듈의 광학 성능 또는 이미징 품질은 그 광학 구성 요소들의 정확한 정렬에 크게 의존한다. 이러한 것들은 렌즈 조립체와 이미지 센서 칩 사이의 정렬뿐만 아니라, 렌즈 조립체에 포함된 렌즈 요소들 사이의 정확한 정렬을 포함한다.

앞서 언급한 광학 구성 요소들의 정렬 동안, 카메라 모듈 능동 정렬(AA, Active Alignment) 프로세스는 렌즈 조립체를 이미지 센서 칩에 최적으로 정렬하기 위해 사용된다. 이러한 프로세스 동안, 이미지 센서는 "카메라 모듈을 형성하기 위해 렌즈 모듈과 이미지 센서를 조립하기 위한 장치, 및 조립 방법"이라는 명칭의 미국 특허 제9,009,952호에 설명된 바와 같이 렌즈 조립체를 통해 테스트 차트의 이미지를 캡처하기 위해 전기적으로 작동된다. 적어도 이미지 센서의 중앙 및 주변 영역에서 획득된 최적화된 이미지 품질을 가지는 카메라 모듈을 생산하기 위해, 6-축 모션 시스템은 이미지 센서 칩이 렌즈 조립체의 이미징 평면과 정확하게 정렬되는 것을 보장하기 위해 렌즈 조립체 또는 이미지 센서 칩을 홀딩하도록 이용될 수 있다.

추가적으로, 렌즈 조립체 자체로부터 발생하는 이미지 품질의 저하를 방지하기 위해, 각각의 렌즈 요소는 정확하게 디자인되고 제작되는 것이 필요하며, 각각의 렌즈 요소의 조립 공차는 정밀하게 제어되는 것이 필요하다. 종래의 렌즈 조립체에서, 렌즈 조립체에 포함된 개별 렌즈 요소는 렌즈 홀더에 하나씩 장착된다. 장착 프로세스 동안 각각의 렌즈 요소를 견고하게 고정하기 위해, 서로에 대한 렌즈 요소의 배향을 유지하기 위해 상이한 연동 디자인(inter-locking design)이 요구된다. 그러나, 렌즈 요소들의 수가 증가할 때, 조립 공차 요구 사항이 더욱 엄격해지고, 이러한 디자인에서 조립 오류는 제어하는 것이 더 어려워진다. 한편, 종래의 렌즈 요소의 장착 및 조립 동안, 각각의 렌즈 요소에서 발생하는 장착 정확도 및 제조 불완전성과 같은 요인으로 일어나는 누적된 조립 오류로 인해, 렌즈 조립체 전체의 광학 성능을 관리하는 것이 가능하지 않다. 그러므로, 렌즈 조립체들의 제조시에 최종 수율 손실은 각각의 렌즈 조립체에 포함된 렌즈 요소의 수가 증가할 때 증가하는 경향이 있다.

도 1은 연동 렌즈 홀더(100)에 조립된 복수의 렌즈 요소를 포함하는 종래의 렌즈 조립체의 단면도이다. AA 동안, 연동 렌즈 홀더(100)에 장착된 렌즈 요소는 센서 보드(102)에 위치된 기능적 이미지 센서(104)에 대해 정렬된다. 정렬 후에, 연동 렌즈 홀더(100)는 이상적으로 정렬된 배향으로 센서 보드(102)에 부착되며, 여기서, 기능적 이미지 센서(104)의 광축은 기능적 이미지 센서(104)가 복수의 렌즈 요소에 의해 부여되는 이미징 평면과 정확하게 정렬되는 것을 보장하기 위해 렌즈 조립체의 광축과 일치된다. 그러나, 복수의 렌즈 요소(106, 108, 110, 112, 114)는 상이하게 배향된 광축들을 개별적으로 포함할 수 있으며, 그 결과, 렌즈 조립체의 전체 광축(116)은 기능적 이미지 센서(104)의 광축으로부터 과도하게 벗어나, 기능적 이미지 센서(104)의 광축과 렌즈 요소들의 전체 광축(116)을 정확하게 정렬하는 것을 어렵거나 불가능하게 할 수 있다. 이러한 점에서, 렌즈 조립체와 기능적 이미지 센서(104)의 광축들 사이의 정렬은 연동 렌즈 홀더(100)를 센서 보드(102)에 부착하려고할 때 과도한 편차를 방지하기 위해, 전체 광축(116)이 기능적 이미지 센서(104)의 예상되는 광축과 사전 정렬되면 더욱 정확하게 될 수 있었다.

그러므로, 렌즈 조립체의 원하는 전체 광축(116)을 달성하기 위해 렌즈 조립체에 포함된 다수의 렌즈 요소를 사전 정렬하기 위한 시스템 및 방법을 고안하는 것이 유리할 것이다. 이렇게 하여, 렌즈 조립체에 대한 기능적 이미지 센서(104)의 정렬이 보장되어, 결과적인 제품에서 최적의 이미지 품질을 획득할 수 있다.

따라서, 본 발명의 목적은 렌즈 조립체에 포함된 다수의 렌즈 요소를 정렬하기 위한 방법을 제공하는 것이다.

따라서, 본 발명은 렌즈 조립체에 포함된 다수의 렌즈 요소를 정렬하기 위한 방법을 제공하며, 방법은 적어도 하나의 렌즈 요소를 포함하는 제1 렌즈 모듈 및 적어도 하나의 다른 렌즈 요소를 포함하는 제2 렌즈 모듈로 렌즈 조립체를 분리하는 단계; 제1 렌즈 모듈에 포함된 적어도 하나의 렌즈 요소의 광축을 제2 렌즈 모듈에 포함된 적어도 하나의 렌즈 요소의 광축과 정렬하는 것에 의해 제1 및 제2 렌즈 모듈들 사이의 거친 정렬(coarse alignment)을 수행하는 단계; 제1 및 제2 렌즈 모듈들이 테스트 차트와 이미지 센서 사이에 위치되는 동안 이미지 센서로 테스트 차트를 보는 단계; 제1 및 제2 렌즈 모듈들 사이의 상이한 상대 정렬로 테스트 차트의 이미지 센서로부터 이미지 품질 지수들을 획득하는 것에 의해 제1 및 제2 렌즈 모듈들 사이의 정밀 정렬(fine alignment)을 수행하는 단계; 및 그 후, 이미지 품질 지수들이 최적화되는 모듈들 사이의 상대 정렬로 제1 렌즈 모듈을 제2 렌즈 모듈에 고정하는 단계를 포함한다.

본 발명의 특정 바람직한 실시예를 예시하는 첨부 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세히 설명하는 것이 이후에 편리할 것이다. 도면 및 관련 설명의 특수성은 청구범위에 의해 한정된 바와 같은 본 발명의 광범위한 식별의 일반성을 대체하는 것으로서 이해되어서는 안된다.

본 발명에 따라서 렌즈 요소를 정렬하기 위한 예시적인 프로세스가 첨부된 도면을 참조하여 설명될 것이다.
도 1은 연동 렌즈 홀더에 조립된 복수의 렌즈 요소를 포함하는 종래의 렌즈 조립체의 단면도이며;
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 정렬 프로세스를 구현하기 위해 그 렌즈 요소 중 하나가 연동 렌즈 홀더로부터 제거된 렌즈 조립체의 단면도이며;
도 3a는 연동 렌즈 홀더에 포함된 적어도 하나의 렌즈 요소의 구면(spherical surface)들을 측정하는 광학 검출기의 사시도이며, 도 3b는 분리된 렌즈 요소의 구면들을 측정하는 광학 검출기의 사시도이며;
도 4a는 연동 렌즈 홀더에 포함된 렌즈 요소의 측정된 구형 프로파일을 도시하며, 도 4b는 분리된 렌즈 요소의 측정된 구형 프로파일을 도시하며;
도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 정렬 프로세스를 수행하기 위해 사용될 수 있는 렌즈 정렬 장치의 레이아웃을 도시하며;
도 6은 예시적인 정렬 프로세스를 도시하는 흐름도이며;
도 7은 연동 렌즈 홀더 상에 접착제를 분배하는 접착제 디스펜서를 도시하며;
도 8은 정렬된 위치에서 연동 렌즈 홀더에 고정되는 분리된 렌즈 요소를 도시한다.

도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 정렬 프로세스를 구현하기 위해 그 렌즈 요소(26)들 중 하나가 연동 렌즈 홀더(10)로부터 제거된 렌즈 조립체의 단면도이다. 예시된 실시예에서 전체 렌즈 조립체는 5개의 렌즈 요소(16, 18, 20, 22, 24)를 포함한다. 이들 렌즈 요소들 중 4개(16, 18, 20, 22)는 연동 렌즈 홀더(10)에 조립되며, 연동 렌즈 홀더(10)는, 기능적 이미지 센서(104)가 렌즈 조립체에서 결합된 렌즈 요소(16, 18, 20, 22, 24)들과 정렬된 후에 기능적 이미지 센서(104)가 위치되는 센서 보드에 부착되도록 구성된다.

도 2에 도시된 바와 같이, 이러한 실시예에서, 렌즈 조립체에 포함된 렌즈 요소(24)들 중 하나는 연동 렌즈 홀더(10)로부터 분리되고, 대신 별개의 렌즈 모듈을 형성하기 위해 별개의 분리된 렌즈 홀더(26) 상에 조립된다. 이러한 것은 분리된 렌즈 요소(24)가 다른 렌즈 모듈에서의 복수의 다른 렌즈 요소(16, 18, 20, 22)에 대해 사전 정렬될 수 있도록 하여서, 렌즈 조립체의 전체 광축(28)이 기능적 이미지 센서(104)의 예상된 광축과 가능한 사전 정렬된다. 일반적으로, 최종 제품의 기능적 이미지 센서가 장착되는 센서 보드에 전체 렌즈 조립체가 궁극적으로 장착되기 때문에, 전체 광축(28)은 이러한 기능적 이미지 센서(104)의 이미지 평면에 실질적으로 직각이어야 한다. 이러한 것은 조립된 최종 카메라 모듈 제품에서 렌즈 요소와 함께 사용될 렌즈 조립체와 기능적 이미지 센서 사이의 보다 정확한 정렬을 보장하는 것을 도울 것이다.

높은 생산성으로 렌즈 조립체의 렌즈 요소(16, 18, 20, 22) 사이의 이러한 정렬을 달성하기 위해, 먼저 렌즈 요소 사이의 거친 정렬이 수행되어야 한다. 거친 정렬은 분리된 렌즈 요소(24)의 광축을 렌즈 조립체에서의 나머지 렌즈 요소의 광축과 신속하게 정렬하는 목적을 위한 것이며, 렌즈 요소들의 다수의 표면의 광학적 검출에 의해 수행될 수 있다. 이러한 거친 정렬은 또한 최종 카메라 모듈 제품에 있는 기능적 이미지 센서의 예상 이미지 평면에 실질적으로 직각도록 광축들을 배향시켜야 한다. 그러나, 이러한 거친 정렬은 각각의 광축의 거친 정렬을 달성하기 위해 사용되지만, 그 자체로는 충분히 정확하지 않으며, 정밀 정렬은 더욱 높은 정확도로 정렬을 수행하기 위해 추후에 구현되어야 한다.

거친 정렬 프로세스에 대해, 도 3a는 연동 렌즈 홀더(10)에 포함된 적어도 하나의 렌즈 요소의 구면을 측정하기 위해 사용되는 광학 검출기(30)의 사시도이다. 이러한 경우에, 연동 렌즈 홀더(10)가 4개의 별개의 렌즈 요소(16, 18, 20, 22)를 포함함에 따라서, 생산성 향상을 위해, 측정은 연동 렌즈 홀더(10)의 상부 단부에 위치된 렌즈 요소(22)에 대해서만 수행된다. 이러한 측정은 렌즈 요소(22)의 양쪽 측면에 있는 표면의 구형 프로파일을 측정하는 것을 포함한다. 그러므로, 광학 검출기(30)는 직접 대면하는 렌즈 요소(22)의 측면의 구형 프로파일을 검사 및 측정할 수 있을 뿐만 아니라, 또한 렌즈 요소(22)의 반대편 측면을 검사하기 위해 렌즈 요소(22)를 "관찰"할 수 있는 3차원 스캐너 또는 레이저 레벨링 센서의 형태일 수 있다.

따라서, 이러한 실시예에서, 상단 렌즈 요소(22)의 광축만이 측정되고, 연동 렌즈 홀더(10) 상에 장착된 렌즈 조립체에서의 나머지 렌즈 요소(16, 18, 20)들은 무시된다. 상단 렌즈 요소(22)와 연동 렌즈 홀더(10)에서의 나머지 렌즈 요소 사이에 잔류 정렬 오류가 있는 경우에, 프로세스에서 추후에 채택되는 정밀 정렬은 여전히 최종 능동 정렬 프로세스에서 이미징 품질을 최적화하는 역할을 할 것이다. 그럼에도 불구하고, 원하고 사이클 시간이 문제가 되지 않으면, 광학 검출기(30)가 연동 렌즈 홀더(10)에 포함된 다른 렌즈 요소(16, 18, 20)들의 각각의 구형 프로파일을 또한 측정하기 위해 상단 렌즈 요소(22) 너머를 보는 것이 가능하다.

연동 렌즈 홀더(10)에 포함된 상단 렌즈 요소(22)의 표면을 측정하는 것 외에, 도 3b는 분리된 렌즈 요소(24)의 구면들을 측정하기 위해 사용되는 광학 검출기(30)의 사시도이다. 광학 검출기(30)는 광학 검출기(30)를 향한 분리된 렌즈 요소(24)의 제1 표면의 구형 프로파일을 검사하고 측정하기 위해 분리된 렌즈 요소(24)의 한쪽 측면 위치되며, 광학 검출기(30)는 또한 제1 표면을 통해, 제1 표면 반대편의 분리된 렌즈 요소(24)의 제2 표면의 구형 프로파일을 검사하고 측정하도록 작동한다. 그러므로, 분리된 렌즈 요소(24)의 구면들의 양쪽 측면은 유사하게 측정된다.

도 4a는 연동 렌즈 홀더(10)에 포함된 상단 렌즈 요소(22)의 측정된 구형 프로파일을 도시한다. 상단 렌즈 요소(22)의 제1 측면의 제1 구형 프로파일(S1) 및 제2 측면의 제2 구형 프로파일(S2)이 획득된다. 제1 구형 프로파일(S1)에 기초하여, 제1 구형 프로파일(S1)로부터 계산된 제1 구체 중심(C1)이 획득된다. 유사하게, 제2 구형 프로파일(S2)에 기초하여, 제2 구형 프로파일(S2)로부터 계산된 제2 구체 중심(C2)이 추가로 획득된다. 그러므로, 상단 렌즈 요소(22)의 근사 광축(32)은 C1 및 C2를 통과하는 라인인 것으로 결정된다.

도 4b는 분리된 렌즈 홀더(26)에 조립된 분리된 렌즈 요소(24)의 측정된 구형 프로파일을 도시한다. 분리된 렌즈 요소(24)의 제1 측면의 제1 구형 프로파일(S1) 및 제2 측면의 제2 구형 프로파일(S2)이 획득된다. 제1 구형 프로파일(S1)에 기초하여, 제1 구형 프로파일(S1)로부터 계산된 제1 구형 중심(C1)이 도출된다. 유사하게, 제2 구형 프로파일(S2)에 기초하여 제2 구형 프로파일(S2)로부터 계산된 제2 구형 중심(C2)이 또한 도출된다. 그러므로, 분리된 렌즈 요소(24)의 근사 광축(34)은 C1 및 C2를 통과하는 라인인 것으로 결정된다. 거친 정렬의 목적을 위해, 상단 렌즈 요소(22)의 광축(32)이 분리된 렌즈 요소(24)의 광축(34)과 동축으로 배열되어야 하여서, 광축(32, 34)들은 동축으로 정렬된다.

추가적으로, 거친 정렬 프로세스 동안, 각각의 렌즈 모듈의 광축(32, 34)은 시스템에 의해 부여되는 데이터에 또한 이상적으로 정렬되어야 한다. 이러한 것에 기초하여, 2개의 렌즈 모듈뿐만 아니라 전체 광축(28) 사이의 상대적인 광학 시프트는 AA를 수행하기 위해 이미지 센서의 원하는 이미징 평면과 일치되도록 조정된다.

그러므로, 거친 검색 시스템은 각각의 렌즈 표면의 곡률을 측정하고, 이에 의해 각각의 렌즈 표면의 구형 중심을 결정하기 위해 광학적 접근 방식을 이용한다. 각각의 렌즈 요소(22, 24) 상의 두 렌즈 표면의 구형 중심(C1, C2)에 기초하여, 각각의 렌즈 요소(22, 24)의 광축(32, 34)이 결정될 수 있다.

도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 정렬 프로세스를 수행하기 위해 사용될 수 있는 렌즈 정렬 장치(38)의 레이아웃을 도시한다. 렌즈 정렬 장치(38)는 렌즈 조립체를 위한 최상의 전체적인 렌즈 이미징 품질을 달성하기 위해 2개의 렌즈 모듈을 신속하게 정렬하기 위한 해결책을 제공한다.

도시된 렌즈 정렬 장치(38)에서, 12-축 핸들링 시스템은 제1 및 제2 렌즈 모듈을 홀딩하고 조작하며, 각각의 렌즈 모듈을 6-자유도(DoF)로 조정할 수 있다(즉, 각각의 렌즈 모듈은 X, Y, Z 및 회전 방향으로 조정 가능하다). 요약하면, 거친 검색 시스템은 먼저 대략 미크론 수준의 정확도와 수 분각(arcminute)의 틸트 또는 회전 시프트로 제1 및 제2 모듈의 광축(32, 34)들에서 탈중심 시프트(decentering shif)를 측정한다. 측정 피드백으로부터, 핸들링 시스템은 6 DoF에서 각각의 렌즈 모듈을 대략적으로 정렬할 수 있다.

다음으로, 골든 이미지 센서(golden image sensor)와 테스트 차트(test chart)를 포함하는 정밀 검색 시스템은 2개의 렌즈 모듈에 대한 이미징 품질 지수를 획득하기 위해 이용된다. 정밀 검색 시스템에서의 이미징 품질이 이미징 품질 피드백으로부터 2개의 렌즈 모듈의 서브 미크론 수준의 탈중심 시프트 및 초각(arcsecond) 수준의 틸트 시프트에 민감함에 따라서, 핸들링 시스템은 매우 미세한 정밀도로 2개의 렌즈 모듈을 정렬할 수 있다. 두 렌즈 모듈이 서로에 대한 최적의 정렬 위치를 달성한 후에, 접착제가 렌즈 모듈들의 연결 표면에 도포되고, 렌즈 모듈들은 서로 고정된다.

보다 상세하게, 렌즈 정렬 장치(38)는 연동 렌즈 홀더(10)를 파지하기 위한 제1 그리퍼(40)와, 분리된 렌즈 홀더(26)를 파지하기 위한 제2 그리퍼(42)를 가진다. 제1 및 제2 그리퍼(40, 42)들의 각각은 분리된 렌즈 홀더(26)에 조립된 분리된 렌즈 요소(24)와 연동 렌즈 홀더(10)에 조립된 다수의 렌즈를 정렬하기 위하여 6-자유도로 연동 렌즈 홀더(10) 및 분리된 렌즈 홀더(26)를 배향시킬 수 있다. 그러므로, 제1 및 제2 그리퍼(40, 42)들은 조합하여, 렌즈 정렬 장치(38)가 렌즈 요소(16, 18, 20, 22, 24)들을 12-자유도로 조작하고 정렬하는 것을 가능하게 한다.

제1 및 제2 그리퍼(40, 42)들는 그 각각의 움직임을 제어하기 위해 마스터 제어 시스템(46)에 작동 가능하게 연결된다. 거친 검색 시스템(48)은 서로 동축이 되도록 광축(32, 34)들을 조작하기 위해 마스터 제어 시스템(46)이 제1 및 제2 그리퍼(40, 42)들에 지시하도록 거친 검색 동안 상단 렌즈 요소(22)의 광축(32) 및 분리된 렌즈 요소(24)의 광축(34)에 데이터를 제공한다. 이를 위해, 광학 검출기(30)는 도 3a, 도 3b, 도 4a 및 도 4b에 대하여 설명된 바와 같이 상단 렌즈 요소(22) 및 분리된 렌즈 요소(24)의 구형 프로파일(S1, S2)들을 측정하기 위해 각각 제1 렌즈 모듈(연동 렌즈 홀더(10)에 포함된 렌즈 요소를 포함하는) 및 제2 렌즈 모듈(분리된 렌즈 홀더(26)을 포함하는) 위에 위치 가능하다.

정밀 정렬을 수행하기 위해, 마스터 제어 시스템(46)에 작동 가능하게 연결된 정밀 검색 이미징 시스템(50)이 또한 존재한다. 정밀 검색 이미징 시스템(50)은 제1 및 제2 렌즈 모듈들에 포함된 렌즈 요소(16, 18, 20, 22, 24)들을 통해 테스트 차트(44)를 보거나 관찰하도록 이용될 수 있는 이미지 센서(14)에 전기적으로 연결된다. 테스트 차트(44)는 분리된 렌즈 요소(24)로부터 테스트 차트(44)의 시야가 각도(θ)를 가지도록 배열된다.

정밀 정렬 과정에서, 정밀 검색 이미징 시스템(50)은 이미지 센서(14)에 의해 캡처된 이미지와 관련하여 다양한 품질 파라미터를 생성한다. 이러한 품질 파라미터들은 광학 전달 함수(OTF), 변조 전달 함수(MTF), 공간 주파수 응답(SFR), 콘트라스트 전달 함수(CTF), TV 라인, 또는 이미징 시스템의 해상도를 나타낼 수 있는 당업계에 알려진 임의의 다른 평가 방법을 포함할 수 있지만 이에 제한되지 않는다. 더욱이, 보다 정확한 품질 파라미터를 획득하기 위해, 사용되는 이미지 센서(14)는 바람직하게 골든 이미지 센서이어야 하며, 이는 공지되고 바람직하게 우수한 품질의 표준 센서이고, 정렬될 모든 렌즈 요소가 이에 대해 측정될 수 있는 기준점의 역할을 할 수 있다.

특히, 정밀 검색 이미징 시스템(50)은 테스트 차트(44)를 향해 또는 이로부터 멀어지기 위해 단일 축을 따라서 이동하도록 구성된 위치 결정 테이블(45)을 가진다. 이미지 센서(14)는 위치 결정 테이블(45)에 위치된다. 도 5에서, 이러한 것은 센서 보드(12)의 수직 단일 축 운동으로 표현된다. 정밀 검색 이미징 시스템(50)에 의한 이미지 센서(14)의 초점을 통한 스캐닝으로부터, 복수의 이미징 품질 곡선(예를 들어, MTF, SFR 또는 상대적 조명 곡선 등)은 테스트 차트(44)의 이미지와 관련하여 획득될 수 있다. 이러한 이미징 품질 곡선을 기초하여, 특정 렌즈 이미징 품질 지수(예를 들어, 피크 MTF, 이미징 평면 틸트, 렌즈 필드 곡률 경사, 시상 및 접선 MTF) 피크 분리 등)가 도출될 수 있다.

일반적으로 각각의 렌즈 요소의 디자인은 제1 및 제2 렌즈 모듈들과 관련된 탈중심, 틸트 및 갭 시프트에 기초한 이미징 품질 변화의 특정 광학 모델을 가진다. 그러므로, 전술한 광학 모델로부터, 제1 및 제2 렌즈 모듈들 사이의 작은 시프트조차도 계산될 수 있고, 렌즈 모듈들은 서로에 대해 추가로 정렬될 수 있다.

도 6은 예시적인 정렬 프로세스를 나타내는 흐름도이다. 단계 60에서, 제1 및 제2 그리퍼(40, 42)들을 포함하는 핸들링 시스템은 연동 렌즈 홀더(10)에 조립된 렌즈 요소(16, 18, 20, 22)들을 포함하는 제1 렌즈 모듈, 및 제2 렌즈 모듈, 이 경우에 분리된 렌즈 홀더(26)에 조립된 분리된 렌즈 요소(24)를 홀딩한다. 단계 62에서, 광학 검출기(30)는 전술한 바와 같은 거친 정렬 프로세스 동안 상단 렌즈 요소(22) 및 분리된 렌즈 요소(24)의 광축(32, 34)들을 측정한다.

단계 64에서, 광축(32, 34)들이 사전 결정된 사양 내에서 축 방향으로 정렬되지 않으면, 단계 66에서, 핸들링 시스템은 정렬이 다시 점검되기 전에 요소들의 광축을 더욱 잘 정렬하기 위해 렌즈 요소(22, 24)들을 추가로 조정한다. 거친 정렬이 사전 결정된 사양 내에 있다는 것이 결정되면, 단계 68에서, 핸들링 시스템은 정밀 검색을 수행하는 과정에서 렌즈 이미징 품질 지수를 측정한다. 렌즈 이미징 품질 지수는 위에서 설명한 바와 같이 이미지 센서(14)에 의해 캡처된 품질 파라미터 중 하나 이상을 포함할 수 있다.

단계 70에서, 제1 및 제2 그리퍼(40, 42)들은 획득된 렌즈 이미징 품질 지수에 기초하여 렌즈 요소(22, 24)들을 서로에 대해 이동시키고 조정한다. 단계 72에서, 렌즈 요소(22, 24)들 사이의 인터-시프트(inter-shift)가 이미지 품질을 사전 결정된 품질 요구 사항 내에 있게 하는지의 여부가 결정된다. 그렇지 않으면, 단계 74에서, 핸들링 시스템은, 렌즈 요소(22, 24)들 사이의 인터-시프트가 이미지 품질을 사전 결정된 품질 요구 사항 내에 있게 하는지를 다시 점검하기 전에 렌즈 요소(22, 24)들을 서로에 대해 더욱 정밀하게 정렬할 것이다.

단계 76에서, 원하는 이미지 품질이 획득되면, 아교와 같은 접착제가 제1 및 제2 렌즈 모듈들 사이에 분배된다. 렌즈 모듈이 단계들 78, 30에서 경화에 의해 서로에 대해 고정된 후에 조립이 완료된다(단계 80).

도 7은 연동 렌즈 홀더(10) 상에 접착제(92)를 분배하는 접착제 디스펜서(90)를 도시한다. 접착제(92)는 자외선 활성화 접착제일 수 있다. 도 8에서, 분리된 렌즈 홀더(26)에 조립된 분리된 렌즈 요소(24)는 분리된 렌즈 홀더(26)를 접착제(92) 위에 배치하는 것에 의해 다른 렌즈 요소(16, 18, 20, 22)들에 고정된다. 접착제(92)가 자외선 활성화 접착제이면, 분리된 렌즈 홀더(26)와 연동 렌즈 홀더(10) 사이의 접착제는 자외선 조명 시스템(94)을 사용하여 접착제(92)를 경화시키는 것에 의해 응고된다(정렬된 위치에 있는 분리된 렌즈 요소(24)와 함께).

결론적으로, 본 발명에 따른 정렬 방법은 렌즈 조립체를 구성하기 위해 결합된 제1 및 제2 렌즈 모듈들의 신속한 정렬을 위한 체계적인 방법을 제공한다. 이는 이중 경로 정렬 접근법을 구비하는 하드웨어 시스템과, 제1 렌즈 모듈 및 제2 렌즈 모듈을 서로에 대해 별개로 홀딩하고 조작하기 위해 2개의 6-축 모션 시스템을 포함하는 핸들링 시스템을 제공한다. 이중 경로 정렬 접근법은 거친 검색 프로세스와 그 후의 정밀 검색 프로세스를 조합하여, 2개의 렌즈 모듈의 상대 위치를 X, Y, Z 및 회전 방향으로 신속하게 정렬한다. 거친 검색 시스템은 서브밀리미터 수준으로부터 미크론 수준의 정확도까지 2개의 렌즈 모듈의 광축을 신속하게 측정하고 정렬한다. 정밀 검색 시스템은 테스트 차트, 및 골든 이미지 센서(14)를 포함하며, 골든 이미지 센서(14)는 획득된 이미징 품질 지수로부터의 폐쇄 루프 피드백과 함께, 렌즈 이미징 품질 측정을 위한 위치 결정 테이블에 설치된다. 그러므로, 정렬 정확도는 서브 미크론 수준의 정확도로 더욱 향상될 수 있다. 마지막으로, 접착제 도포 시스템은 각각의 렌즈 모듈의 연결 표면들 사이에 자외선 접착제 또는 자외선 열 접착제와 같은 접착제를 분배하도록 채택된다. 상기 접착제를 경화시키기 위해, 자외선 조명 시스템(94)이 렌즈 조립체의 구성을 완성하기 위해 2개의 렌즈 모듈의 연결 표면 상의 접착제를 경화시킨다.

전술한 본 발명의 실시예에 따른 방법은 수율 향상, 정확성 및 속도의 이점을 제공한다는 것이 이해되어야 한다.

수율 향상은 렌즈 시스템 디자인이 더욱 많은 수의 렌즈 요소를 가질 때 낮은 수율을 초래하는 전통적인 렌즈 조립 프로세스와 비교하여 달성 가능하다. 본 발명의 방법은 정확한 렌즈 이미징 품질 측정을 포함하는 AA 프로세스를 구현하는 것에 의해 수율을 상당히 향상시킬 수 있다.

골든 이미지 센서(14)로부터 획득된 이미징 품질이 제1 및 제2 렌즈 모듈들의 사소한 오정렬을 나타낼 수 있음에 따라서 정확도가 향상된다. 더욱이, 적어도 하나의 모션 축을 따라서 초점 관통 스캐닝(through-focus scanning) 접근법을 포함하는 렌즈 정렬 장치(38)의 12-축 핸들링 시스템은 제1 및 제2 렌즈 모듈들 사이의 임의의 오정렬을 조정하기 위해 고정밀 모션 및 충분한 DoF를 제공한다.

또한, 이중 경로 정렬 접근법은 제1 및 제2 렌즈 모듈들의 빠른 거친 정렬을 제공하며, 그 동안, 각각의 렌즈 요소의 광축이 측정되고 정렬된다. 각각의 렌즈 요소의 광축(32, 34)의 이러한 거친 검색은 하나의 이미지만이 캡처되는 것을 요구하고, 짧은 이미지 캡처 시간 프레임 내에서 효과적으로 완료될 수 있다. 거친 검색 시스템이 광축을 측정하기 위해 렌즈들의 회전 또는 스캐닝과 같은 추가 움직임이 요구하지 않기 때문에, 정렬의 이러한 부분은 다수의 렌즈 요소를 정렬하는데 채택된 전통적인 접근법보다 훨씬 신속하게 완료될 수 있는 한편, 정밀 검색은 그 후 정렬을 한층 더 정확하게 하기 위해 수행된다.

본 명세서에 설명된 발명은 구체적으로 설명된 것 이외의 변경, 변경 및/또는 추가에 민감하며, 본 발명은 상기 설명의 사상 및 범위 내에 놓이는 모든 이러한 변형, 변경 및/또는 추가를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

Claims

렌즈 조립체에 포함된 다수의 렌즈 요소를 정렬하기 위한 방법으로서,
적어도 하나의 렌즈 요소를 포함하는 제1 렌즈 모듈 및 적어도 하나의 다른 렌즈 요소를 포함하는 제2 렌즈 모듈로 상기 렌즈 조립체를 분리하는 단계;
상기 제1 렌즈 모듈에 포함된 적어도 하나의 렌즈 요소의 광축을 상기 제2 렌즈 모듈에 포함된 적어도 하나의 렌즈 요소의 광축과 정렬하는 것에 의해 상기 제1 및 제2 렌즈 모듈들 사이의 거친 정렬을 수행하는 단계;
상기 제1 및 제2 렌즈 모듈들이 테스트 차트와 이미지 센서 사이에 위치되는 동안 상기 이미지 센서로 상기 테스트 차트를 보는 단계;
상기 제1 및 제2 렌즈 모듈들 사이의 상이한 상대 정렬로 상기 테스트 차트의 상기 이미지 센서로부터 이미지 품질 지수들을 획득하는 것에 의해 상기 제1 및 제2 렌즈 모듈들 사이의 정밀 정렬을 수행하는 단계; 및
그 후, 상기 이미지 품질 지수들이 최적화되는 상기 모듈들 사이의 상대 정렬로 상기 제1 렌즈 모듈을 상기 제2 렌즈 모듈에 고정하는 단계를 포함하는, 방법.
제1항에 있어서, 상기 제1 렌즈 모듈은 복수의 렌즈 요소를 포함하며, 상기 제2 렌즈 모듈은 단일 렌즈 요소를 포함하는, 방법.
제1항에 있어서, 상기 거친 정렬의 단계는 상기 제1 렌즈 모듈에 포함된 적어도 하나의 렌즈 요소와 상기 제2 렌즈 모듈에 포함된 적어도 하나의 렌즈 요소의 양쪽 측면 상의 표면들의 구형 프로파일을 광학 검출기로 측정하는 단계를 포함하는, 방법.
제3항에 있어서, 각각의 적어도 하나의 렌즈 요소에 대해,
상기 렌즈 요소의 제1 표면의 구형 프로파일로부터 제1 구형 중심을 계산하는 단계;
상기 제1 표면 반대편의 상기 렌즈 요소의 제2 표면의 구형 프로파일로부터 제2 구형 중심을 계산하는 단계; 및
상기 제1 및 제2 구형 중심들을 통과하는 라인으로부터 상기 렌즈 요소의 광축을 도출하는 단계를 추가로 포함하는, 방법.
제4항에 있어서, 상기 제1 및 제2 렌즈 모듈들의 적어도 하나의 렌즈의 광축을 정렬하는 단계는 상기 제1 및 제2 렌즈 모듈들의 렌즈 요소들의 제1 및 제2 구형 중심들을 통과하는 라인들을 동축으로 정렬하는 단계를 포함하는, 방법.
제3항에 있어서, 상기 광학 검출기는 3차원 센서 또는 레이저 레벨링 센서를 포함하는, 방법.
제3항에 있어서, 상기 광학 검출기는 상기 적어도 하나의 렌즈 요소의 한쪽 측면 상에 위치되고, 상기 광학 검출기를 향한 렌즈 요소의 제1 표면뿐만 아니라, 상기 제1 표면을 통해 상기 제1 표면 반대편의 상기 렌즈 요소의 제2 표면의 구형 프로파일을 검사하고 측정하도록 작동하는, 방법.
제1항에 있어서, 상기 거친 정렬 및 정밀 정렬을 수행하는 단계들은 제1 그리퍼로 상기 제1 렌즈 모듈을 파지하는 단계, 제2 그리퍼로 상기 제2 렌즈 모듈을 파지하는 단계, 및 상기 제1 및 제2 그리퍼들로 상기 제1 및 제2 렌즈 모듈들을 조작하는 동안 상기 이미지 센서로 상기 테스트 차트를 보는 단계를 추가로 포함하는, 방법.
제8항에 있어서, 상기 제1 및 제2 그리퍼들의 각각은 6-자유도로 상기 제1 또는 제2 렌즈 모듈을 조작하도록 구성되는, 방법.
제1항에 있어서, 상기 이미지 센서에 전기적으로 연결된 정밀 검색 이미징 시스템으로, 상기 제1 및 제2 렌즈 모듈들에 포함된 렌즈 요소들을 통해 상기 테스트 차트를 관찰하는 단계를 추가로 포함하는, 방법.
제10항에 있어서, 정밀 정렬의 과정 동안, 상기 정밀 검색 이미징 시스템은 상기 이미지 센서에 의해 캡처된 이미지들에 대해 다수의 품질 파라미터를 생성하는, 방법.
제11항에 있어서, 상기 품질 파라미터들은 광학 전달 함수, 변조 전달 함수, 공간 주파수 응답, 콘트라스트 전달 함수, 및 TV 라인으로 이루어진 그룹으로부터 선택되는, 방법.
제10항에 있어서, 단일 축을 따라서 이동하도록 구성된 위치 결정 테이블 상에 상기 이미지 센서를 위치시키는 단계, 및 상기 이미지 품질 지수들을 도출하기 위해 상기 단일 축을 따라서 상기 이미지 센서를 이동시키는 것에 의해 초점 관통 스캐닝(through-focus scanning)을 수행하는 단계를 추가로 포함하는, 방법.
제1항에 있어서, 상기 이미지 센서는 골든 이미지 센서인, 방법.
제1항에 있어서, 상기 제1 렌즈 모듈을 상기 제2 렌즈 모듈에 고정하는 단계는 상기 제1 및/또는 제2 렌즈 모듈 상에 자외선 활성화 접착제를 분배하는 단계, 상기 제1 및 제2 모듈들의 연결 표면을 서로 부착하는 단계, 및 자외선으로 상기 자외선 활성화 접착제를 경화시키는 단계를 추가로 포함하는, 방법.
제1항에 있어서, 최종 제품의 기능적 이미지 센서가 장착되는 센서 보드에 상기 제1 및 제2 렌즈 모듈들을 장착하는 단계를 추가로 포함하는, 방법.
제16항에 있어서, 상기 거친 정렬 단계는 상기 기능적 이미지 센서의 예상 이미지 평면에 실질적으로 직각이도록 상기 광축들을 배향시키는 단계를 추가로 포함하는, 방법.