KR20230162557A

KR20230162557A - 카메라 모듈의 제조를 위한 이미지 센서에 대한 렌즈 모듈의 수동 정렬

Info

Publication number: KR20230162557A
Application number: KR1020230064915A
Authority: KR
Inventors: 잉 산 추이; 곽 유엔 체웅; 헤이 람 창; 만 와이 찬; 포 람 아우
Original assignee: 에이에스엠피티 싱가포르 피티이. 엘티디.
Priority date: 2022-05-20
Filing date: 2023-05-19
Publication date: 2023-11-28
Also published as: CN117092775A; US20230400297A1

Abstract

카메라 모듈 제조를 위한 이미지 센서에 대한 렌즈 모듈의 수동 정렬
카메라 모듈은 이미지 센서에 렌즈 모듈을 부착하여 제조된다. 렌즈 모듈은 복수의 곡률 중심들을 갖는 적어도 하나의 렌즈 요소를 포함한다. 이미지 센서의 이미징 축의 기울기 각도를 결정하고, 렌즈 모듈에 포함된 적어도 하나의 렌즈 요소의 다중 곡률 중심들의 위치들을 식별하기 위해 광학 디바이스를 사용하여 렌즈 모듈의 광축의 기울기 각도도 결정한다. 렌즈 모듈과 이미지 센서 중 적어도 하나를 조정하여 이미징 축과 광축이 정렬된 후, 렌즈 모듈을 이미지 센서에 고정 부착하여 카메라 모듈을 형성한다.

Description

카메라 모듈의 제조를 위한 이미지 센서에 대한 렌즈 모듈의 수동 정렬{PASSIVE ALIGNMENT OF LENS MODULE RELATIVE TO AN IMAGE SENSOR FOR MANUFACTURING A CAMERA MODULE}

본 발명은 특히 카메라 모듈의 조립 및 생산 중에 이미지 센서에 대한 렌즈 모듈의 정렬에 관한 것이다.

능동 정렬은 일반적으로 렌즈 모듈과 이미지 센서를 포함하는 카메라 모듈을 조립하는 동안 이미지 센서에 대해 렌즈 모듈을 정렬하는 데 사용된다. 능동 정렬 동안, 이미지 센서는 렌즈 모듈을 통해 수신된 대상 테스트 차트의 이미지를 검사한다. 능동 정렬 공정을 구현하면, 이미지 센서가 회로 기판에 전기적으로 연결되고 이미지 캡처가 시작된다. 그런 다음 이미지 센서는 여러 테스트 거리에서 렌즈 모듈을 통해 대상 테스트 차트를 검사할 수 있다. 능동 정렬의 단점은 정렬을 위해 이미지 그래버(image grabber)가 필요하고 이미지 그래버는 일반적으로 이미지 센서에 따라 다르므로, 서로 다른 이미지 센서에 서로 다른 이미지 그래버가 필요하다.

한편, 수동 정렬은 기판에 대한 본드 헤드의 배향을 조정함으로써 기울기 공차 내에서 렌즈 하우징 및 기판(이미지 센서가 본딩되는 기판)의 기울기를 제어하는 데에도 사용될 수 있다. 수동 정렬 공정에서는, 이미지 센서에 의한 이미지 캡처에 테스트 차트가 필요하지 않으며 이미지 그래버가 필요하지 않다.

현재의 수동 정렬 방식은 렌즈 하우징과 기판 사이의 기울기만 조정한다는 단점이 있다. 이는 이미지 센서 자체와 렌즈 모듈 자체의 렌즈 요소 사이의 실제 기울기 오프셋을 고려하지 않기 때문에 정확하지 않을 수 있다.

각각의 이미지 센서와 렌즈 모듈의 기울기는 다를 수 있지만, 전술한 수동 정렬 접근 방식은 이러한 잠재적 오정렬 원인을 보상하지 않고 렌즈 모듈을 이미지 센서에 결합한다. 따라서 부정확한 정렬로 인해 조립된 카메라 모듈의 광학적 성능이 저하되는 문제가 있다.

도 1a는 복수의 렌즈(14)가 배열된 렌즈 하우징(12)을 포함하는 렌즈 모듈(10)의 개략적인 측면도이다. 기판(16)에 대한 본드 헤드의 레벨링에만 의존하여, 렌즈 하우징(12)은 이미지 센서(18)가 위치하고 본딩되는 기판(16) 상에 부착되었다. 렌즈(14)의 조합은 렌즈 하우징(12)의 개구가 기판(16)의 상단 표면과 같은 높이로 놓이더라도 기판(16)에 수직하지 않은 광축(20)을 갖는다. 한편, 이미지 센서(18)는 이미지 센서(18)의 상단 표면에 실질적으로 수직인 이미징 축(22)을 가진다.

도 1a에 도시된 바와 같이, 렌즈 모듈(10)의 광축(20)은 기판(16)의 상단 표면에 대해 수직하지 않기 때문에, 광축(20)은 이미지 센서(18)의 이미징 축(22)과 정렬되지 않아, 렌즈 모듈(10)과 이미지 센서(18)를 포함하는 카메라 모듈에서 이미지 열화가 발생한다. 이를 극복하기 위해, 렌즈 모듈(10)의 렌즈 하우징(12)은 도 1b에 도시된 바와 같이, 상기 광축(20)을 이미징 축(22)과 정렬시키기 위해 기판(16)에 대해 기울어질 필요가 있을 것이다. 렌즈 하우징(12)은 조립된 최종 카메라 모듈에서 최상의 이미지 품질을 달성하기 위해 광축(20)과 이미징 축(22)이 동일한 기울기 각도 및 방향을 갖는 이러한 기울어진 배향으로 이미지 센서(18)에 부착되어야 한다.

기존의 수동 정렬 방식보다 더 정확한 비용 효율적인 수동 정렬 방식을 도입하는 것이 유리할 것이다.

따라서 본 발명의 목적은 렌즈 모듈에 대해 이미지 센서를 수동적으로 정렬하기 위한 개선된 장치 및 방법을 제공하는 것이며, 이는 전술한 종래 기술의 단점 중 적어도 일부를 피하는 것이다.

본 발명의 제1 측면에 따르면, 복수의 곡률 중심들을 갖는 적어도 하나의 렌즈 요소를 포함하는 렌즈 모듈을 이미지 센서에 부착하여 카메라 모듈을 제조하는 방법이 제공되고, 상기 방법은: 상기 이미지 센서의 이미징 축의 기울기 각도를 결정하는 단계; 상기 렌즈 모듈에 포함된 상기 적어도 하나의 렌즈 요소의 다중 곡률 중심들의 위치들을 식별하기 위해 광학 디바이스를 이용하여 상기 렌즈 모듈의 광축의 기울기 각도를 결정하는 단계; 상기 이미징 축과 상기 광축이 정렬되도록 상기 렌즈 모듈 및 상기 이미지 센서 중 적어도 하나를 조정하는 단계; 및 그 후 상기 이미지 센서에 대해 상기 렌즈 모듈을 고정식으로 부착하는 단계를 포함한다.

본 발명의 제2 측면에 따르면, 복수의 곡률 중심들을 갖는 적어도 하나의 렌즈 요소를 포함하는 렌즈 모듈을 이미지 센서에 부착하여 카메라 모듈을 제조하는 장치가 제공되고, 상기 장치는: 상기 이미지 센서의 이미징 축의 기울기 각도를 결정하는 디바이스; 상기 렌즈 모듈에 포함된 상기 적어도 하나의 렌즈 요소의 다중 곡률 중심들의 위치들을 식별하여 상기 렌즈 모듈의 광축의 기울기 각도를 결정하는 광학 디바이스; 상기 이미징 축과 상기 광축이 정렬되도록 상기 이미지 센서에 대해 상기 렌즈 모듈을 조정하도록 작동하는 기울기 가능한 본드 헤드; 및 상기 정렬 후에 상기 이미지 센서에 대해 상기 렌즈 모듈을 고정식으로 부착하도록 작동하는 고정 기구를 포함한다.

이하, 본 발명의 특정 바람직한 실시예를 도시하는 첨부 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세하게 설명하는 것이 편리할 것이다. 도면 및 관련 설명의 특수성은 청구범위에 의해 정의된 본 발명의 광범위한 식별의 일반성을 대체하는 것으로 이해되어서는 안 된다.

본 발명에 따른 이미지 센서에 대한 렌즈 모듈의 수동 정렬을 위한 예시적인 공정이 이제 첨부된 도면을 참조하여 설명될 것이다.
도 1a 및 도 1b는 이미지 센서에 대해 오정렬된 렌즈 모듈의 개략적인 측면도를 제공하고, 렌즈 모듈이 이미지 센서와 정렬되도록 렌즈 하우징을 기울일 필요성을 도시한다.
도 2a 및 도 2b는 본 발명의 일 실시예에서 구현될 수 있는 기울기 가능한 본드 헤드의 개략적인 측면도를 도시한다.
도 3a 및 도 3b는 도 2a의 방향 A를 따라 본, 도 2a의 기울기 가능한 본드 헤드의 개략적인 측면도를 제공한다.
도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 렌즈 모듈 위치 정렬 및 조정 장치의 개요이다.
도 5는 도 4에 도시된 장치의 교정을 위해 사용될 수 있는 예시적인 교정 지그를 도시한다.
도 6a 및 도 6b는 각각 기울기 조정 전후의 본드 헤드를 도시한다.
도 7a 및 도 7b는 도 5를 참조하여 설명된 교정 지그를 이용하는 본드 헤드의 제1 다운-룩 자동 시준기의 기울기 조정을 도시한다.
도 8a 및 도 8b는 교정 지그를 사용하여 제2 다운-룩 자동 시준기의 배향을 조정하는 것을 나타낸다.
도 9는 교정 지그를 이용하여 업-룩 자동 시준기의 배향을 조정하는 것을 나타낸 것이다.
도 10a 및 도 10b는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 이미지 센서에 대한 렌즈 모듈의 기울기 측정 및 조정을 도시한다.
도 11은 렌즈 모듈을 정렬된 위치에 고정하기 위해 에폭시 접착제를 경화시킨 후 기판에 렌즈 모듈을 부착한 것을 도시한다.
도 12는 업-룩 자동 시준기에 의해 렌즈 모듈의 기울기 측정이 수행되는 본 발명의 변형예이다.
도 13은 렌즈 모듈의 기울기 측정이 업-룩 및 다운-룩 자동 시준기에 의해 동시에 수행되는 본 발명의 또 다른 변형이다.
도 14a 및 도 14b는 렌즈 모듈의 기울기 정도를 측정하기 위해 고정된 집속 렌즈를 갖는 자동 시준기가 사용되는 본 발명의 추가 변형을 도시한다.

도 2a 및 도 2b는 본 발명의 일 실시예에서 구현될 수 있는 기울기 가능한 본드 헤드(24)의 개략적인 측면도를 제공한다. 본드 헤드(24)는 6축 본드 헤드와 같은 프로그래밍 가능한 다축 본드 헤드이다. 본드 헤드(24)는 본드 헤드(24)의 중앙 영역을 따라 본드 헤드(24)를 통해 연장되는 중공 통로(26)를 갖는다. 콜릿 또는 그리퍼 형태일 수 있는 픽업 도구(38)는 전자 디바이스와 같은 물체를 픽업 및 이송하기 위한 본드 헤드(24)의 하단부에 위치된다. 픽업 도구(38)는 바람직하게는 360°로 회전 가능하고 픽업 도구(38)가 Z축에 대해 유지하고 있는 전자 디바이스의 각도 배향을 조정하기 위해 회전하도록 동작하는 회전 모터(36) 상에 추가로 장착되거나 부착된다. 중공 통로(26)의 존재로 인해, 중공 통로(26)를 통해 본드 헤드(24)의 상부로부터 콜릿(38)에 의해 유지되는 물체를 관찰하는 것이 가능하다.

본드 헤드(24)는 본드 헤드(24)가 도 2b에 도시된 바와 같이 Y축에 대해 다양한 각도로 기울어지게 하는 틸팅 마운트(28) 상에 설치된다. 전동식 편심 캠(30)이 본드 헤드(24)와 접촉하고, 틸팅 프리로드(32)와 협력하여 편심 캠(30)의 회전이 Y축 피봇점(34)을 중심으로 본드 헤드(24)를 기울게 한다. Y축 피봇점(34)에 대한 본드 헤드의 기울기 정도는 따라서 프로그래밍 가능하다. 도 2b에서, 편심 캠(30)의 회전은 본드 헤드(24)를 시계 반대 방향으로 기울게 한다.

도 3a 및 도 3b는 도 2a의 방향 A를 따라 본 도 2a의 기울기 가능한 본드 헤드(24)의 개략적인 측면도를 제공한다. 본드 헤드(24)는 전동식 편심 캠(42) 및 틸팅 프리로드(44)의 또 다른 세트를 더 포함하는 추가 틸팅 마운트(40)에 설치된다. 제2 편심 캠(42)의 회전은 도 3b에 도시된 바와 같이 X-축 피봇점(46)에 대한 본드 헤드(24)의 기울기를 야기한다. 다시, X-축 피봇점(46)에 대한 본드 헤드(24)의 기울기 정도는 프로그래밍 가능하다. 전술한 배열은 본드 헤드(24)가 3개의 직교 축(X, Y 및 Z축)에 대해 고정된 물체를 회전시키는 것을 허용하며, 즉 X 및 Y축 모두에 대해 물체를 기울이고 물체를 Z축을 중심으로 회전하게 한다.

도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 렌즈 모듈(10) 위치 정렬 및 조정 장치의 개요이다. 장치는 일반적으로 다운-룩 카메라(48), 제1 다운-룩 자동 시준기(50)(레이저를 포함함), 제2 다운-룩 자동 시준기(레이저를 포함할 필요가 없음) 및 본딩될 렌즈 모듈(10)의 위치 정렬을 위해 사용되는 업-룩 광학 시스템(58)을 포함한다. 다운-룩 카메라(48) 및 제1 다운-룩 자동 시준기(50)는 제1 세트의 Y축 모션 가이드 레일(52) 상에 이동 가능하게 장착된다. 본드 헤드(24)는 제2 세트의 Y축 모션 가이드 레일(68), Z축 모션 가이드 레일(60)에 장착되는 Z축 가이드 레일 마운트(62) 및 X축 모션 가이드 레일(64)에 장착되는 X축 가이드 레일 마운트(66) 상에 이동 가능하게 장착되고, 이러한 조합으로 본드 헤드(24)가 X, Y 및 Z 축의 다양한 위치에 이동될 수 있다. 또한 자동 시준기(54)가 상이한 시야 깊이에서 위치를 검사할 수 있도록 제2 다운-룩 자동 시준기(54)에 결합되는 이동식 집속 렌즈(56)가 도시되어 있다.

도 5는 도 4에 도시된 장치의 교정에 사용될 수 있는 예시적인 교정 지그(70)를 도시한다. 교정 지그(70)는 지그 하우징(72)을 갖는다. 평탄면을 갖는 투명판(74) 및 곡면을 갖는 볼록 렌즈를 통합한 지그 렌즈(76)는 지그 하우징(72)에 직렬로 배열된다. 지그 렌즈(76)는 투명판(74)의 평면을 정상적으로 통과하는 지그 렌즈 광축(78)을 갖는다.

도 6a 및 도 6b는 각각 기울기 조정 전후의 본드 헤드(24)를 도시한다. 본드 헤드(24)의 기울기 조정은 본드 헤드(24)와 기판(16)의 수평 프로파일이 동일하거나 평행하도록 수행된다. 이것은 기울기가 없고 본드 헤드가 기판(16)에 대해 완전히 수직일 때 편심 캠(30, 42)의 중립 위치를 정의할 것이다. 도 6a에서, 본드 헤드(24)는 수평인 기판 평면(80)을 갖는 기판(16) 위의 위치로 이동되었다. 대응하게, 픽업 도구(38)의 개구는 기판 평면(80)에 대해 초기에 기울어진 본드 헤드 평면(82)을 한정한다. 도 6b에 도시된 바와 같이, 본드 헤드 평면(82)이 기판 평면(80)에 실질적으로 평행할 때까지 먼저 기울어진 본드 헤드(24)를 조정하는 것이 필요하다.

도 7a 및 도 7b는 도 5를 참조하여 설명된 교정 지그(70)를 이용하는 제1 다운-룩 자동 시준기(50)의 기울기 조정을 도시한다. 본드 헤드(24)는 픽업 도구(38)로 교정 지그(70)를 픽업하도록 작동되어, 본드 헤드 평면(82)은 교정 지그(70)의 투명판(74)의 상단 표면과 동일 평면에 있게 한다. 이어서 본드 헤드(24)는 제1 다운-룩 자동 시준기(50)가 중공 통로(26)를 통해서 투명판(74)을 방해받지 않게 관찰할 수 있도록 제1 다운-룩 자동 시준기(50) 아래에 위치된다.

도 7a에서, 제1 다운-룩 자동 시준기(50)로부터의 입사 레이저 빔(84)은 투명판(74)을 향해 지향된다. [투명판(78)의 상부 표면에 수직하는] 지그 렌즈 광축(78)은 입사 레이저 빔(84)과 정렬되지 않기 때문에, 반사된 레이저 빔(86)은 지그 렌즈 광축(78)에 대한 오프셋에서 수신될 것이다. 기울기 측정 신호(92)는 제1 다운-룩 자동 시준기 처리 유닛(88)으로 전송되고, 기울기 측정 결과(90)는 반사된 레이저 빔(86)이 제1 다운-룩 자동 시준기(50)에 의해 수신되는 각도에 기초하여 결정된다. 따라서 제1 다운-룩 자동 시준기(50)는 반사된 레이저 빔(86)이 기울기 측정 결과(90)의 기울기 좌표의 중심으로부터 오프셋되는 정도를 참조함으로써, 지그 렌즈 광축(78)을 반사된 레이저 빔(86)과 정렬하는데 필요한 조정 각도를 결정할 수 있다.

도 7b에서는, 제1 다운-룩 자동 시준기(50)의 배향을 조정하여 입사 레이저빔이 반사된 레이저빔(86)과 일치 정렬되도록 한다. 따라서, 제1 다운-룩 자동 시준기(50)에 대한 기울기 조정은 입사 레이저 빔(84)이 투명판(74)의 평탄면에 대해 수직으로 또는 법선으로 지향되고, 따라서 기판 평면(80)에 대해 지향되도록 지금 완료된다.

도 8a 및 도 8b는 교정 지그(70)를 사용하여 제2 다운-룩 자동 시준기(54)의 배향을 조정하는 것을 도시한다. 이전의 조정 후에, 지그 렌즈 광축(78)은 이제 본드 헤드(24)의 수직축과 정렬된다. 도 8a에서, 교정 지그(70)는 본드 헤드(24)에 의해 제2 다운-룩 자동 시준기(54) 아래의 위치로 이동된다. 제2 다운-룩 자동 시준기(54)의 제2 다운-룩 자동 시준기 관찰 축(94)은 지그 렌즈 광축(78)과 정렬되지 않은 것으로 도시된다.

제2 다운-룩 자동 시준기(54)에는, 지그 렌즈(76)의 지그 렌즈 상부 표면(96) 및 지그 렌즈 하부 표면(98)에 기초하여 제2 다운-룩 자동 시준기(54)의 정렬을 위해 사용될 수 있는 교정 지그(70) 상의 다수의 지점이 있다. 지그 렌즈 상부 표면(96)은 대응하는 지그 렌즈 상부 표면 곡률 중심(100)을 갖는 반면, 지그 렌즈 하부 표면(98)은 대응하는 지그 렌즈 하부 표면 곡률 중심(102)을 갖는다. 제2 다운-룩 자동 시준기(54)에 결합된 이동식 집속 렌즈(56)는 지그 렌즈 상부 표면 곡률 중심(100) 및 지그 렌즈 하부 표면 곡률 중심(102) 모두로부터 나오는 광선(104)을 제2 다운-룩 자동 시준기(54)에 개별적으로 초점을 맞추는 데 사용되고, 제2 다운-룩 자동 시준기 관찰 축(94)에 대한 각 곡률 중심(100, 102)의 위치는 그에 의해 측정된다.

정렬 동안, 이동식 집속 렌즈(56)는 지그 렌즈 하부 표면 곡률 중심(102)으로부터 나오는 광선(104)이 제2 다운-룩 자동 시준기(54) 상으로 집속되도록 제1 위치로 이동한다. 기울기 측정 신호(108)는 제2 다운-룩 자동 시준기 처리 유닛(106)으로 전송되고, 제2 다운-룩 자동 시준기 관찰 축(94)에 대한 지그 렌즈 하부 표면 곡률 중심(102)의 위치 오프셋에 기초하여 기울기 측정 결과(110)가 결정된다. 이동식 집속 렌즈(56)는 그 다음 지그 렌즈 상부 표면 곡률 중심(100)에서 나오는 광선(104)이 제2 다운-룩 자동 시준기(54)에 집속되도록 제2 위치로 이동한다. 또 다른 기울기 측정 신호(108)가 제2 다운-룩 자동 시준기 처리 유닛(106)으로 전송되고, 추가 기울기 측정 결과(110)는 제2 다운-룩 자동 시준기 관찰 축(94)에 대한 지그 렌즈 상부 표면 곡률 중심(100)의 위치 오프셋에 기초하여 결정된다. 지그 렌즈 상부 및 하부 표면 곡률 중심(100, 102)을 통과하는 공칭 직선에 기초하여, 지그 렌즈 광축(78)에 대한 제2 다운-룩 자동 시준기 관찰 축(94)의 기울기가 처리 및 계산될 수 있다. 따라서 제2 다운-룩 자동 시준기(54)는 제2 다운-룩 자동 시준기 관찰 축(94)을 지그 렌즈 광축(78)(볼록 렌즈의 곡면의 곡률 중심으로 표현됨)과 정렬하는 데 필요한 제2 다운-룩 자동 시준기(54)에 대한 각도 조정을 결정할 수 있다.

따라서, 제2 다운-룩 자동 시준기(54)는 각각의 곡률 중심(100, 102)으로 표현되는 지그 렌즈 광축(78)에 대해 제2 다운-룩 자동 시준기 관찰 축(94)을 기울임으로써 지그 렌즈(76)의 렌즈 표면의 곡률 중심(100, 102)과 정렬될 수 있다.

도 9는 교정 지그(70)를 사용하여 업-룩 자동 시준기(112)의 배향을 조정하는 것을 나타낸다. 이 단계는 업-룩 자동 시준기(112)가 주기 시간을 줄이기 위해 구현되고 그러한 교정이 업-룩 자동 시준기(112) 및 제2 다운-룩 자동 시준기(54)의 광축을 정렬하고자 하는 경우에만 필요하다. 이동식 집속 렌즈(114)는 지그 렌즈 상부 표면 곡률 중심(100) 및 지그 렌즈 하부 표면 곡률 중심(102) 모두로부터 나오는 광선(118)을 업-룩 자동 시준기(112) 상으로 개별적으로 집속하기 위한 업-룩 자동 시준기(112)에 결합되고, 및 업-룩 자동 시준기 관찰 축(116)에 대한 각각의 곡률 중심(100, 102)의 위치가 그에 의해 측정된다.

정렬 동안, 이동식 집속 렌즈(114)는 지그 렌즈 하부 표면 곡률 중심(102)으로부터 나오는 광선(118)이 업-룩 자동 시준기(112) 상으로 집속되도록 제1 위치로 이동한다. 기울기 측정 신호(120)는 업-룩 자동 시준기 처리 유닛(122)으로 전송되고, 기울기 측정 결과(124)는 업-룩 자동 시준기 관찰 축(116)에 대한 지그 렌즈 하부 표면 곡률 중심(102)의 위치 오프셋에 기초하여 결정된다. 이동식 집속 렌즈(114)는 그 다음 지그 렌즈 상부 표면 곡률 중심(100)에서 나오는 광선(118)이 업-룩 자동 시준기(112)에 집속되도록 제 2 위치로 이동한다. 또 다른 기울기 측정 신호(120)는 업-룩 자동 시준기 처리 유닛(122)으로 전송되고, 추가 기울기 측정 결과(124)는 업-룩 자동 시준기 관찰 축(116)에 대한 지그 렌즈 상부 표면 곡률 중심(100)의 위치 오프셋을 기준으로 결정된다. 지그 렌즈 상부 표면 및 하부 표면 곡률 중심(100, 102)을 통과하는 직선의 배향을 식별함으로써, 지그 렌즈 광축(78)에 대한 업-룩 자동 시준기 관찰 축(116)의 기울기 각도가 처리 및 계산될 수 있다. 따라서 업-룩 자동 시준기(112)는 업-룩 자동 시준기 관찰 축(116)을 지그 렌즈 광축(78)과 정렬하는 데 필요한 업-룩 자동 시준기(112)에 대한 각도 조정을 결정할 수 있다.

도 10a 및 도 10b는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 이미지 센서(18)에 대한 렌즈 모듈(10)의 기울기 측정 및 조정을 도시한다. 본드 헤드(24)는 먼저 픽업 도구(38)로 렌즈 모듈(10)을 픽업하고, 픽업 도구(38)를 렌즈 모듈(10)의 위치를 검출하기 위해 업-룩 광학 시스템(58) 위의 위치로 이동시키고, 렌즈 모듈(10)을 제2 다운-룩 자동 시준기(54) 바로 아래에 위치시킨다. 이 위치에서, 제2 다운-룩 자동 시준기(54)는 중공 통로(26)를 통해 렌즈 모듈(10) 및 그 안에 포함된 렌즈(14)를 관찰할 수 있다.

제2 다운-룩 자동 시준기(54)는 그 다음 제2 다운-룩 자동 시준기 처리 유닛(106)을 이용하여 렌즈 하우징(12)에 포함된 렌즈(14)의 다수의 곡률 중심들(126a-d)의 위치를 찾고, 이동식 집속 렌즈(56)를 사용하여 각각의 곡률 중심들(126a-d)로부터 나오는 광선(104)을 제2 다운-룩 자동 시준기(54) 상으로 집속한다. 그 다음, 제2 다운-룩 자동 시준기 관찰 축(94)에 대한 곡률 중심들(126a-d)의 위치가 측정된다. 제2 다운-룩 자동 시준기 처리 유닛(106)은 2개 이상의 중심들(126a-d)을 통과하는 직선을 식별함으로써 렌즈 모듈(10)의 렌즈 모듈(10)의 렌즈 모듈 광축(128)의 기울기 정도 또는 기울기 각도를 결정하기 위해 본드 헤드(24)에 피드백(134)을 제공한다.

동시에, 제1 다운-룩 자동 시준기(50)는 이미지 센서(18)의 상단 표면에 입사 레이저 빔(84)을 조사하고, 이미지 센서(18)의 상단 표면에 수직인 것으로 가정되는 이미지 센서(18)의 이미징 축(22)의 기울기 각도를 결정하기 위해 이미지 센서(18)의 상단 표면으로부터 반사된 레이저 빔(86)을 수신한다. 피드백(132)은 본드 헤드(24)에도 제공된다. 제1 다운-룩 자동 시준기(50)가 이 실시예에서 이미지 센서(18)의 기울기 측정을 위해 사용되고 있지만, 다른 유형의 센서도 이 목적을 위해 사용될 수 있음을 이해해야 한다. 일례는 거리 측정 디바이스의 레이저 변위 센서로서, 이미지 센서(18)의 표면에 있는 여러 지점 사이의 거리를 측정하기 위해 이미지 센서(18)의 여러 지점에 입사 레이저를 거리 측정 디바이스로 조사하여 이미지 센서(18)가 놓여 있는 평면을 찾는다. 다른 예로는 공초점 색채 센서와 간섭계가 있다.

이미지 센서(18)의 상단 표면에 대한 이미징 축(22)의 기울기 각도를 기준으로, 렌즈 모듈 광축(128)의 기울기 각도는 편심 캠(30, 42)을 구동하여 변화될 수 있어, 렌즈 모듈 광축(128)이 이미지 센서(18)의 이미징 축(22)에 평행하고 각 축(128, 22)이 도 10b에 도시된 바와 같이 정렬되도록 본드 헤드(24)를 기울임으로써 광학 모듈(10)의 기울기 각도를 조정한다.

도 11은 기판(16) 상의 렌즈 모듈(10)의 부착을 도시한다. 부착 전에, 렌즈 모듈 광축(128)은 이미 이미지 센서(18)의 기울기 각도와 평행하도록 정렬되어 있다. 에폭시 접착제가 기판(16)에 도포되고 렌즈 모듈(10)은 본드 헤드(24)에 의해 하강하여 기판(16) 상에 분배된 에폭시 접착제와 접촉한다. 본드 헤드(24)에 장착된 자외선 모듈(130)은 에폭시 접착제를 순간적으로 경화시켜 기판(16) 상의 이미지 센서(18)에 대한 정렬 위치에서 렌즈 모듈(10)을 고정시키기 위해 자외선(136)을 생성하여 에폭시 접착제를 스냅 경화하도록 작동 가능하다. 자외선 에너지와는 별개로, 열과 같은 다른 형태의 에너지원이 에폭시 접착제를 스냅 경화시키는 데 사용될 수 있다.

도 12는 렌즈 모듈(10)의 기울기 측정이 업-룩 자동 시준기(112)에 의해 수행되는 본 발명의 변형예이다. 본 실시예에서, 렌즈 모듈(10)은 렌즈 모듈(10)의 제1 측 상의 본드 헤드에 의해 지지되고, 업-룩 자동 시준기(112)는 렌즈 모듈(10)의 제1 측과 반대인 제2 측을 관찰하도록 위치된다. 이 접근법은 중공 통로(26)를 갖지 않는 본드 헤드(24)에 특히 유용하다. 이 변형에서, 본드 헤드(24)에 의해 유지되는 렌즈 모듈(10)은 업-룩 자동 시준기(112) 위에 위치된다. 이 위치에서, 제2 다운-룩 자동 시준기(54) 대신 업-룩 자동 시준기(112)가 사용되어, 렌즈 하우징(12)에 수용된 렌즈(14)의 곡률 중심(126a-d)의 위치를 찾고, 이동식 집속 렌즈(114)를 이용하여 각각의 곡률 중심(126a-d) 상으로 광빔(104)을 집속한다. 업-룩 자동 시준기 처리 유닛(122)은 렌즈 모듈(10)의 렌즈 모듈 광축(128)의 요구되는 기울기를 결정하기 위해 본드 헤드(24)에 피드백을 제공할 것이다. 검출되는 렌즈 모듈 광축(128)의 기울기 각도에 기초하여, 본드 헤드(24)는 렌즈 모듈 광축(128)이 이미지 센서(18)의 이미징 축(22)과 정렬되도록 대응하는 정도로 기울어질 수 있다.

도 13은 렌즈 모듈(10)의 기울기 측정이 업-룩 자동 시준기(112)와 제2 다운-룩 자동 시준기(54)에 의해 동시에 수행되는 본 발명의 다른 변형예이다. 이 접근법에서, 제2 다운-룩 자동 시준기(54)와 업-룩 자동 시준기(112)는 렌즈 모듈(10)의 반대측에 위치한다. 업-룩 자동 시준기(112)는 렌즈 하우징(12)에 포함된 렌즈(14)의 일부 곡률 중심(126a-d)을 탐색할 것이고, 제2 다운-룩 자동 시준기(54)는 나머지 렌즈의 곡률 중심을 동시에 탐색할 것이다. 따라서, 모든 렌즈(14)의 곡률 중심(126a-d)을 찾는 데 필요한 시간은 이동식 집속 렌즈(56, 114)가 이 작업 동안 더 적은 횟수로 이동될 필요가 있기 때문에 감소될 것이다. 걸리는 시간이 잠재적으로 절반으로 줄어들 수 있으므로, 시스템 처리량이 증가한다.

도 14a 및 도 14b는 고정 초점 렌즈가 있는 제2 다운-룩 자동 시준기(54)가 렌즈 모듈(10)의 기울기 정도를 측정하기 위해 사용되는 본 발명의 또 다른 변형예이다. 제2 다운-룩 자동 시준기(54)에 결합된 이동식 집속 렌즈(56) 없이, 본드 헤드(24)는 수직으로 이동 가능하도록 구성되어, 본드 헤드(24)가 제2 다운-룩 자동 시준기(54)로부터 상이한 거리에 재배치될 수 있다. 이러한 방식으로, 제2 다운-룩 자동 시준기(54)는 본드 헤드(24) 및 렌즈 모듈(10)을 수직축을 따라 운반하는 위치에 개별적으로 재배치함으로써 렌즈 하우징(12)에 포함된 렌즈(14)의 각각의 곡률 중심(126a-d)에 집속될 수 있다. 렌즈 모듈 광축(128)의 기울기 각도를 결정한 후, 렌즈 모듈 광축(128)이 이미지 센서(18)의 이미징 축(22)과 정렬되도록 본드 헤드(24)를 기울임으로써 렌즈 모듈 광축(128)의 기울기 각도를 변경할 수 있다. 대안적으로, 본드 헤드(24)를 이동시키는 대신에 수직축을 따라 이동할 수 있는 제2 다운-룩 자동 시준기(54)를 구현하는 것이 가능할 수 있다.

본 발명의 기술된 실시예에 따른 수동 정렬 시스템은 이미지 센서(18)와 렌즈 모듈(10)의 기울기를 측정할 수 있고, 그 다음 프로그램 가능한 다축 본드 헤드(24)를 사용하여 이미지 센서(18) 및 렌즈 모듈(10) 사이의 상대적인 기울기를 능동적으로 보상할 수 있다는 것을 이해해야 한다. 이것은 이러한 상대적 기울기를 보상하지 않는 전통적인 수동 정렬 공정에 비해 더 높은 본딩 정확도를 달성한다.

종래 기술 접근법과 비교하여 정밀도를 더 증가시키기 위해, 그러한 보상 및 정렬 전에 이미지 센서(18), 렌즈 모듈(10) 및 본드 헤드(24) 사이의 상대적 기울기를 교정하고 상관시키는 방법이 개발되었다. 수동 정렬은 능동 정렬과 달리, 센서 그래버, 릴레이 렌즈, 테스트 차트가 필요하지 않기 때문에, 상이한 렌즈 모듈과 이미지 센서의 다양한 조합으로 구성된 상이한 유형의 카메라 패키지 정렬에 사용할 수 있는 범용적인 방법이 가능하다.

외부 장치에 대한 필요성이 줄어들어 이 접근 방식은 기존의 능동 정렬에 비해 비용 효율적이다. 또한 능동 정렬에 비해 더 빠른 기울기 측정 및 교정 공정도 가능하다. 특히, 렌즈 모듈(10)의 기울기 측정을 보다 빠르게 수행할 수 있다. 예컨대, 렌즈 모듈(10)의 기울기를 계산하기 위해 두 개의 측정 지점만이 사용되며, 이를 위해 단일 다운-룩 자동 시준기(54)가 사용될 수 있다.

설명된 실시예는 본드 헤드(24)에 의해 유지되고 조작되는 렌즈 모듈(10)을 도시하지만, 적절한 수정으로 이미지 센서(18)가 대신에 본드 헤드(24)에 의해 유지되고 조작될 수 있음이 예상될 수 있다. 그렇게 할 때, 이미지 센서(18)는 이미징 축(22)을 렌즈 모듈 광축(128)과 정렬하기 위해 본드 헤드(24)에 의해 조정될 것이다.

본 명세서에 기술된 본 발명은 구체적으로 기술된 것 이외의 변경, 수정 및/또는 추가가 가능하며, 본 발명은 상기 설명의 사상 및 범위 내에 속하는 이러한 모든 변경, 수정 및/또는 추가를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

Claims

복수의 곡률 중심들을 갖는 적어도 하나의 렌즈 요소를 포함하는 렌즈 모듈을 이미지 센서에 부착하여 카메라 모듈을 제조하는 방법으로서, 상기 방법은:
상기 이미지 센서의 이미징 축의 기울기 각도를 결정하는 단계;
상기 렌즈 모듈에 포함된 상기 적어도 하나의 렌즈 요소의 다중 곡률 중심들의 위치들을 식별하기 위해 광학 디바이스를 이용하여 상기 렌즈 모듈의 광축의 기울기 각도를 결정하는 단계;
상기 이미징 축과 상기 광축이 정렬되도록 상기 렌즈 모듈 및 상기 이미지 센서 중 적어도 하나를 조정하는 단계; 및 그 후
상기 이미지 센서에 대해 상기 렌즈 모듈을 고정식으로 부착하는 단계를 포함하는, 제조 방법.
제1항에 있어서,
상기 렌즈 모듈 또는 이미지 센서는 상기 광축 또는 상기 이미징 축의 기울기 각도가 결정될 때 기울기 가능한 본드 헤드에 의해 유지되고, 그리고 상기 렌즈 모듈과 상기 이미지 센서 중 적어도 하나를 조정하는 단계는, 상기 이미징 축과 상기 광축이 정렬되도록 상기 본드 헤드를 기울이는 단계를 더 포함하는, 제조 방법.
제2항에 있어서,
상기 본드 헤드는 3개의 직교 회전축들 주위로 상기 렌즈 모듈을 기울이도록 작동하는 프로그래밍 가능한 다축 본드 헤드인, 제조 방법.
제2항에 있어서,
상기 본드 헤드는 편심 캠 및 상기 본드 헤드를 회전축 주위로 기울이기 위해 상기 본드 헤드에 결합된 틸팅 프리로드(tilting preload)를 포함하는, 제조 방법.
제2항에 있어서,
상기 본드 헤드는 상기 본드 헤드를 통해 연장되는 중공 통로를 갖고, 상기 다중 곡률 중심들의 위치들을 식별하는 단계는 상기 중공 통로를 통해 상기 광학 디바이스로써 상기 본드 헤드에 의해 유지되는 렌즈 모듈의 적어도 하나의 렌즈 요소를 관찰하는 단계를 포함하는, 제조 방법.
제2항에 있어서,
상기 광학 디바이스가 각각의 곡률 중심에 개별적으로 초점을 맞추도록 상기 광학 디바이스로부터 상이한 거리들에 상기 본드 헤드를 재배치하기 위해 상기 광학 디바이스에 대해 상기 본드 헤드를 이동시키는 단계를 더 포함하는, 제조 방법.
제1항에 있어서,
상기 이미징 축의 기울기 각도를 결정하는 단계는 상기 이미지 센서의 상단 표면에서 반사되는 입사 레이저를 조사하여 수행되는, 제조 방법.
제7항에 있어서,
상기 입사 레이저는 거리 측정 디바이스로부터 상기 이미지 센서의 상단 표면의 복수의 지점들에 조사되어, 상기 거리 측정 디바이스가 상기 이미지 센서 및 상기 거리 측정 디바이스 상의 다중 지점들 사이의 거리들을 측정할 수 있게 하는, 제조 방법.
제8항에 있어서,
상기 이미징 축의 기울기 각도를 결정하기 이전에, 적어도 평탄면을 갖는 투명판을 포함하는 교정 지그(calibration jig)를 이용하여 상기 거리 측정 디바이스를 교정하는, 제조 방법.
제9항에 있어서,
상기 레이저 빔이 상기 평탄면에 수직으로 입사될 때까지 상기 거리 측정 디바이스를 조정하는 단계를 더 포함하는, 제조 방법.
제1항에 있어서,
상기 광학 디바이스는 자동 시준기(autocollimator)를 포함하는, 제조 방법.
제11항에 있어서,
상기 자동 시준기에 결합된 이동식 집속 렌즈를 이용하여 상기 각각의 곡률중심에서 나오는 광선들을 상기 자동 시준기에 순차적으로 집속하는 단계를 더 포함하는, 제조 방법.
제11항에 있어서,
상기 렌즈 모듈은 상기 렌즈 모듈의 제1 측에 지지되고, 상기 자동 시준기는 상기 제1 측과 반대되는 상기 렌즈 모듈의 제2 측을 관찰하도록 위치하는, 제조 방법.
제11항에 있어서,
상기 광축의 기울기 각도를 결정하기 이전에, 적어도 곡면들을 갖는 볼록 렌즈를 포함하는 교정 지그를 이용하여 상기 자동 시준기를 교정하는, 제조 방법.
제14항에 있어서,
상기 자동 시준기의 관찰 축이 상기 볼록 렌즈의 곡면들의 다중 곡률 중심들과 정렬될 때까지 상기 자동 시준기를 조정하는 단계를 더 포함하는, 제조 방법.
제14항에 있어서,
상기 교정 지그는 평탄면을 갖는 투명판을 더 포함하고, 상기 투명판과 상기 볼록 렌즈는 상기 교정 지그 상에 직렬로 배열되는, 제조 방법.
제1항에 있어서,
상기 광학 디바이스는 제1 자동 시준기와 제2 자동 시준기를 포함하고, 상기 제1 자동 시준기와 제2 자동 시준기는 상기 렌즈 모듈의 반대측에 위치하는, 제조 방법.
제1항에 있어서,
상기 광축의 기울기 각도는 상기 다중 곡률 중심들을 통과하는 직선을 식별하여 결정되는 단계를 더 포함하는, 제조 방법.
제1항에 있어서,
상기 이미징 축과 상기 광축을 정렬시키는 상기 조정은 상기 이미지 센서를 상기 렌즈 모듈로부터 이격시킨 상태에서 상기 광축을 상기 이미징 축과 평행하게 조정하여 수행되는, 제조 방법.
복수의 곡률 중심들을 갖는 적어도 하나의 렌즈 요소를 포함하는 렌즈 모듈을 이미지 센서에 부착하여 카메라 모듈을 제조하는 장치에 있어서, 상기 장치는:
상기 이미지 센서의 이미징 축의 기울기 각도를 결정하는 디바이스;
상기 렌즈 모듈에 포함된 상기 적어도 하나의 렌즈 요소의 다중 곡률 중심들의 위치들을 식별하여 상기 렌즈 모듈의 광축의 기울기 각도를 결정하는 광학 디바이스;
상기 이미징 축과 상기 광축이 정렬되도록 상기 이미지 센서에 대해 상기 렌즈 모듈을 조정하도록 작동하는 기울기 가능한 본드 헤드; 및
상기 정렬 후에 상기 이미지 센서에 대해 상기 렌즈 모듈을 고정식으로 부착하도록 작동하는 고정 기구를 포함하는, 제조 장치.