沿预定参考光路对齐光学部件的制作方法

1.本发明涉及一种用于将光学图像稳定器(ois)模块和图像传感器模块等光学部件相互对齐的方法。


背景技术：

2.成像模块通常用于移动电话、平板电脑和笔记本电脑等便携式消费设备中，以提供成像功能。由于技术的进步，这些便携式设备使用的成像模块质量也在不断提高。因此，将这些成像模块的光学模块和图像传感器模块精确对齐对于在图像捕捉时达到更高的图像质量变得非常重要。
3.在成像模块，例如便携式消费设备的相机中的成像模块的组装过程中，需要将图像传感器模块的图像传感器与提供图像稳定等功能的光学模块对齐，以获得最佳质量的图像。通常，所述对齐过程涉及一种设备，该设备中须对光路的方位以及图像传感器和光学模块的布置进行特定假设。对于某些成像模块而言，这种设备可能不适合对齐，并导致对齐误差。
4.提供一种适于对齐这些成像模块的设备会比较有益。


技术实现要素：

5.因此，本发明的目的是提供一种克服现有技术的至少一些上述问题的技术。
6.本发明的第一方面，提供了一种用于将光学模块与包含至少一个图像传感器的图像传感器模块对齐的方法，所述方法包括：通过参考光学元件沿第一参考光路接收测试图像，并通过所述参考光学元件沿第二参考光路反射所述测试图像；调控所述图像传感器模块的对齐方位以将所述第二参考光路上的所述测试图像接收至所述图像传感器，并利用所述图像传感器接收的所述测试图像确定所述图像传感器模块相对于所述参考光学元件的校准后对齐方位，从而实现所述图像传感器模块与所述参考光学元件的光学对齐；将所述参考光学元件替换为待贴附到所述图像传感器模块上的所述光学模块，以便通过所述光学模块沿所述第一参考光路接收所述测试图像，并通过光学模块沿第二光路反射所述测试图像；调控所述光学模块的方位，以使所述第二光路与所述第二参考光路重叠，从而实现所述光学模块与所述图像传感器模块的光学对齐；以及将所述光学模块固定到所述图像传感器模块上。
7.根据所述第一方面，将光学模块与图像传感器模块对齐存在以下问题：图像传感器模块和光学模块可能都需要独立对齐，且光学模块和图像传感器模块的物理布置可能会使执行这种对齐变得困难。据此，提供了一种方法。该方法可用于将光学模块相对于图像传感器模块对齐。所述图像传感器模块可以包含至少一个图像传感器。所述方法可以包括通过参考光学元件接收测试图像或在参考光学元件处接收测试图像。所述测试图像可能会沿第一参考光路被接收。所述方法可以包括：通过所述参考光学元件沿第二参考光路反射或投射所述测试图像。所述方法可以包括：调控或调整所述图像传感器模块的对齐方位，以便
将所述测试图像沿所述第二参考光路接受至所述图像传感器。所述方法可以包括：利用所述图像传感器接收到的所述测试图像确定所述图像传感器模块相对于所述参考光学元件的校准对齐方位，从而实现所述图像传感器模块与所述参考光学元件的光学对齐。所述方法可以包括：将所述参考光学元件替换或替代为待固定到所述图像传感器模块上的所述光学模块。所述光学模块可以沿所述第一参考光路接收所述测试图像，还可以沿第二光路反射或投射所述测试图像。所述方法可以包括：调控或调整所述光学模块的方位，以使所述第二光路与所述第二参考光路重叠或对齐，从而实现所述光学模块与所述图像传感器模块的光学对齐。所述方法可以包括：将所述光学模块固定到所述图像传感器模块上。这样，首先利用所述参考光学元件校准所述图像传感器模块的对齐方位，使所述图像传感器模块与所述第二参考光路对齐；然后，用所述光学模块替代所述参考光学元件；接着，调整所述光学模块的方位，使其在被固定到所述图像传感器模块之前沿第二参考光路进行反射或投射。该方法确保了所述图像传感器模块和所述光学模块在被固定前都是光学对齐的。
8.所述第二参考光路相对于所述第一参考光路的方位可以取决于所述参考光学元件的参考可选元件反射面的反射。因此，由于所述参考光学元件的几何形状，所述第二参考光路的方位可以相对于所述第一参考光路来固定。
9.所述第一光路可以大致水平，而所述第二光路可以大致垂直。这使得所述光学模块可以叠加到所述图像传感器模块上。
10.所述方法可以包括：使用测试图像生成器生成所述测试图像，其中，所述测试图像生成器包括用于以无限物距投射所述测试图像的透镜。
11.所述方法可以包括：记录所述图像传感器模块的所述校准对齐方位，以便后续使用。这使得所述图像传感器在需要时被重新定向到所述校准对齐方位。
12.所述方法可以包括：在所述测试图像经路径变换器的反射面反射之后沿着第一光路投射所述测试图像。
13.所述方法可以包括：将所述参考光学元件的方位校准到校准参考方位，其中，所述参考光学元件处于所述校准参考方位时，参考光学元件反射面平行于所述路径变换器的反射面。
14.所述方法可以包括：将所述参考光学元件的方位校准到校准参考方位，其中，所述参考光学元件处于所述校准参考方位时，参考光学元件反射面的一边平行于所述路径变换器的反射面的一边。
15.所述参考光学元件可以包括底座处具有安装面的安装件，并且所述校准可以包括调控所述参考光学元件直到所述安装面被水平定向的步骤。这为正确定位所述参考光学元件提供了一种简便的途径。
16.沿所述水平平面调控所述安装面可以将所述参考光学元件的反射面定向到平行于所述路径变换器的反射面的方向。
17.所述调控参考光学元件的步骤可以包括：通过光学模块夹持器夹持所述参考光学元件，并致动所述光学模块夹持器以相对于水平平面重新定向所述参考光学元件。
18.所述方法可以包括：记录所述参考光学元件的所述校准参考方位，以便后续使用。这使得所述参考光学元件在需要时被重新定向到所述校准参考方位。
19.所述方法可以包括：通过在致动所述光学模块夹持器之前激活至少一个电机，将
所述光学模块的反射面定向到初始位置。
20.所述方法可以包括：在致动所述光学模块夹持器之前，将所述光学模块相对于所述图像传感器模块沿所述第二光路定位到固定位置。
21.所述调控图像传感器模块的对齐定向的步骤可以包括：通过图像传感器模块站接收所述图像传感器模块，并致动所述图像传感器模块站以相对于所述参考光学元件重新定向所述图像传感器模块。因此，移动所述图像传感器模块站会引起所述图像传感器模块的相应移动。
22.所述方法可以包括：致动所述图像传感器模块站以将所述图像传感器模块的表面定向到水平方向，以便对所述图像传感器模块涂敷胶水。
23.所述方法可以包括：将置于所述图像传感器模块站上的所述图像传感器模块移动到所述固定位置，并在将所述光学模块粘贴到已经涂敷有胶水的所述图像传感器之前，致动所述图像传感器模块站以在所述光学模块处于所述校准对齐方位时将所述图像传感器模块定向到所述校准对齐方位。
24.所述将参考光学元件替换为待固定到所述图像传感器模块上的所述光学模块的步骤可以包括：平移所述公共支撑件，以使所述光学模块以所述校准参考方位定位在所述参考光学元件的位置。
25.所述参考光学元件和所述光学模块可以与所述光学模块夹持器的公共支撑件相耦合，并且所述将参考光学元件替换为待固定到所述图像传感器模块上的所述光学模块的步骤包括：平移所述公共支撑件以使所述光学模块定位到所述参考光学元件的位置。
26.所述调控光学模块的方位的步骤可以包括：致动所述光学模块夹持器以相对于所述图像传感器模块重新定向所述光学模块，并利用所述图像传感器接收的所述测试图像来确定所述光学模块相对于所述图像传感器模块的校准方位，从而实现所述光学模块与所述图像传感器模块的光学对齐。
27.所述参考光学元件和所述光学模块内的光学元件可以包括反射镜和棱镜中的至少一个。
28.所述图像传感器模块可以包括成像变焦透镜，并且当所述图像传感器接收所述测试图像时，在所述成像变焦透镜设置为无限聚焦位置的情况下，可以执行所述调控步骤。
29.所述测试图像可以包括至少一个唯一图像定位特征。
30.所述测试图像可以包括与所述唯一图像定位特征不同的多个定位特征。
31.所述唯一图像定位特征可以位于测试图像的中心，并且所述多个定位特征围绕所述唯一图像定位特征进行定位。
32.所述唯一图像定位特征可以包括中心对比区域。
33.所述使用测试图像的步骤可以包括：确定投射到所述图像传感器上的所述唯一图像定位特征的位置，并且所述调控可以包括：调控所述方位以将所述唯一图像定位特征定位到所述图像传感器上的定位位置处。
34.定位所述光学模块包括：在致动所述光学模块夹持器之前，将所述光学模块相对于所述图像传感器模块间隔涂胶距离沿所述第二光路定位到固定位置。
35.所述方法可以包括：记录所述光学模块的所述校准方位，以便后续使用。
36.将所述光学模块固定到所述图像传感器模块上可以包括：在所述光学模块和所述
图像传感器模块之间涂敷胶水。
37.所述方法可以包括：将所述图像传感器模块与图像传感器模块夹持器一起移动到胶水站，并在所述图像传感器模块的表面涂敷胶水，以将其固定到所述光学模块的表面。
38.本发明的第二方面提供一种设备，用于执行本发明第一方面所述的方法。
39.以上及其他特征、方面和优点可通过结合描述部分、所附权利要求书和附图得以更好的理解。
附图说明
40.现将结合附图对本发明的实施例仅以示例的方式进行描述，其中：
41.图1示出了根据一种实施例的光学对准设备的主要部件；
42.图2更为详细地示出了位于光学模块夹持器的底面上的光学模块夹持器的部件；
43.图3示出了用于校准参考光学元件的方位的示例性技术；
44.图4示出了使用查找相机对棱镜和参考光学元件进行成像以辅助对齐；
45.图5示出了将图像传感器模块定位到参考光学元件下方；
46.图6示出了将光学模块夹持器平移，从而用图像稳定器模块替换参考光学元件；
47.图7示出了将图像传感器模块沿z轴平移到图像稳定器模块下方的一个位置；
48.图8示出了将图像传感器模块移动至点胶站，以涂敷胶水；
49.图9示出了将图像传感器模块从点胶站移动到图像稳定器模块下方；
50.图10示出了一种将图像传感器模块对齐并固定到图像稳定器模块的示例性方法。
51.在附图中，相似的零件使用相似的附图标记。
具体实施方式
52.首先，在更加详细地描述实施例之前提供概述。本发明的一些实施例提供了一种技术，其中在将光学模块(例如，包含棱镜的图像稳定器模块)固定到图像传感器模块之前，将图像传感器模块和光学模块相互光学对齐。这样做的困难在于光学模块和图像传感器模块都包含可独立移动且影响光路的部件，这使得光学对准难以实现。因此，可靠地确定如何对光学模块和图像传感器模块进行定位，以便在两者之间提供正确的光学对齐十分困难。相应的，使用多步方法将这些部件进行顺序对齐。首先，采用参考光学元件沿参考光路投射测试图像。这种参考光路具有已知和期望的定向，并允许图像传感器模块正确定向，使其与参考光路对齐，图像传感器模块可沿该参考光路接收测试图像。这修复了图像传感器模块的光学对准。由于图像传感器模块的校准对齐方位是固定的，参考光学元件可以被移除，且待固定到图像传感器模块上的光学模块也已就位。图像传感器模块保持正确的对齐方位，这意味着可以调整光学模块的方位，从而使得测试图像再次沿参考光路被传感器模块接收。一旦发生这种情况，图像传感器模块和光学模块都被正确地导向，从而光学对准。然后，图像传感器模块和光学模块可以相互固定。
53.光学对准设备
54.图1示出了根据一种实施例的光学对准设备10。所述光学对准设备10包括中继透镜系统20，其传输的测试图像包括水平定向的测试图表30的图像，其中测试图像被投射到一个主透镜组件单元40和棱镜60的反射面50上。在本实施例中，所述中继透镜系统20用于
将测试图表30的图像最初大致垂直地投射到所述反射面50上，然后所述反射面50沿第一参考光路70投射该测试图像，在本实施例中，所述第一参考光路70被大致水平定向。
55.提供了一种可移动、可旋转的六自由度光学模块夹持器80。也就是说，所述光学模块夹持器80可以沿大致水平和垂直的平面以及垂直于这两个平面的平面移动和旋转。所述光学模块夹持器80包含一对夹持臂90、100，其用于保持参考光学元件110，在本实施例中，45
°
棱镜相对于夹持臂90、100处于固定的空间构型，具体如下所述。夹持臂90、100还以图像稳定器模块120的形式可释放地保持光学模块，该图像稳定器模块120容纳光学元件130(在本实施例中，光学元件130是棱镜)以及致动器(未示出)，所述致动器可操作为：响应于通过例如弹针式引脚140等电连接器提供的信号，将光学模块相对于图像稳定器模块120进行空间移动。
56.由图1可以看出，参考光学元件110的反射面150沿第一参考光路70接收测试图表30的图像，并沿垂直定向的第二参考光路160投射所述图像，下面将对第二参考光路160进行详细说明。
57.图像传感器模块170安装在图像传感器模块站180的固定位置。图像传感器模块站180也具有可移动和可旋转的六自由度。也就是说，所述光学模块夹持器80可以沿大致水平和垂直的平面以及垂直于这两个平面的平面移动和旋转。图像传感器模块170包含有图像传感器172(如图5所示)和用作成像变焦透镜的长焦镜头单元174(见图5)。长焦镜头单元174可相对于图像传感器172移位，从而对由图像传感器模块170接收的图像进行机械光学变焦。长焦镜头单元174相对于图像传感器172的光学对准按照us2020/0329181a1进行，其全部内容通过引用并入本文中。图像传感器模块170通过柔性印刷电路(fpc)185可操作地连接到图像传感器信号连接器板190。图像传感器模块170、fpc 185和图像传感器信号连接器板190作为单个部件加载到图像传感器模块站180上。图像传感器信号连接器板190用于接收和发送由图像传感器172成像的图像。图像传感器模块170具有长焦镜头单元自动聚焦电机连接器板200，其用于传输信号以控制图像传感器模块170内的长焦镜头单元174的操作。在使用图像传感器172接收测试图像时，可以将长焦镜头单元174的位置设置为无限聚焦位置。
58.图2更为详细地示出了光学模块夹持器80的部件。光学模块夹持器80由一侧翻转，以显示光学模块夹持器底面上的部件。特别地，可以看出，参考光学元件110通过安装件210安装在夹持臂100上。安装件210具有位于光学模块夹持器80底座的安装面220，用于校准参考光学元件110的方位。下文将进行更详细的说明。
59.校准参考光学元件
60.图3示出了用于校准参考光学元件110的方位的示例性技术。可以看出，当参考光学元件的反射面150与水平平面成45
°
角时，安装面220大致水平。这使得参考光学元件110能够定向到校准参考方位，以确保反射面150沿第一参考光路70水平接收测试图表30的图像，并沿第二参考光路160垂直投射所述测试图像。
61.通过使用位于水平面上的激光测量设备230将参考光学元件110定向到校准参考方位，该水平面设置在水平平面上，在安装面220上的不同位置进行距离测量。通常，需要进行三次或三次以上的测量，这些测量用于确定是否需要重新定向光学模块夹持器80以减少这些测量之间的差值。当激光测量设备230在安装面220上记录至少三次不同位置的匹配测
量时，安装面200将在水平平面内定向，确保反射面150处于正确的方位，与水平面成45
°
角，且平行于反射面50。值得注意的是，可以采用类似技术，通过从棱镜60的底座240处进行测量来校准中继透镜系统20的方位，以确保棱镜60的底座240在水平平面上定向。
62.如图4所示，可使用查找相机250对棱镜60和参考光学元件110的相向的边进行成像，以确保它们在空间上相互平行对齐。光学模块夹持器80可以被移动和/或重新定向，以确保棱镜60和参考光学元件110的相向的边在空间上相互平行对齐，并可通过激光测量设备230进行重复测量。这一过程可以重复进行，直到安装面220在水平平面内定向，棱镜60和参考光学元件110的相向的边在空间上相互平行对齐。在光学对准设备上记录光学元件夹持器80的最终位置和方位，作为校准参考方位。
63.因此，在该校准之后，测试图表30的图像可以通过主透镜组件单元40垂直投射，并沿第一参考光路70水平反射，在第一参考光路70上所述图像被参考光学元件110接收(该参考光学元件以校准参考方位正确定位和定向)，该参考光学元件110继而沿第二参考光路160垂直反射测试图像并将其反射到图像传感器模块170上。
64.校准图像传感器模块
65.如上所述，图像传感器模块170内的图像传感器172和长焦镜头单元174已经光学对齐。现在转到图10，在步骤1中，图像传感器模块170(连同fpc 185和图像传感器信号连接器板190)被加载到图像传感器模块站180上，并且图像稳定器模块120被加载到光学模块夹持器80中。如图5所示，图像传感器模块170由图像传感器模块站180定位在参考光学元件110下方。长焦镜头单元自动聚焦电机连接器板200用于为长焦镜头单元174的自动聚焦电机供电，图像传感器信号连接器板190用于为图像传感器172供电，弹针式引脚140用于为图像稳定器模块120的电机供电。由参考光学元件110投射的测试图像可以通过图像传感器172捕捉并在图像传感器信号连接器板190上进行传送。
66.返回图10，在步骤2中，根据这些捕捉到的图像，可以确定长焦镜头单元174的实际取景方向，如果存在任何误差并且测试图像没有正确地落在图像传感器172上(例如，测试图表中心图案没有正确地位于图像传感器中心像素处)，则可以通过移动和/或重新定向图像传感器模块站180来对图像传感器模块170的对齐方位进行适当的调整，以使图像传感器模块170与第二参考光路160正确对齐。图像传感器模块站180的位置和对齐定向作为图像传感器模块的正确对齐定向记录在光学对准设备上。
67.由于图像传感器模块170已经与第二参考光路160对齐，可以开始定向图像稳定器模块120并将其键合到图像传感器模块170上的过程。
68.对齐图像稳定器模块/图像传感器模块
69.在步骤3中，光学模块夹持器80沿x轴平移，同时将图像传感器模块170保持在校准对齐方位，如图6所示。如此，将图像稳定器模块120定位在参考光学元件110的位置。
70.接下来，如图7所示，图像传感器模块170由图像传感器模块站180沿z轴向上平移到图像稳定器模块120正下方的位置。图像传感器模块170和图像稳定器模块120保持分开的距离，从而图像稳定器模块120可以被轻微重新定向。
71.回到图10，在步骤4中，通过在弹针式引脚140上提供信号，图像稳定器模块120的电机被初始化并移动到所有电机通道上的初始位置。一旦光学元件130处于初始位置，由光学元件130投射到图像传感器模块170中的测试图表30的图像将由图像传感器172成像。通
过查看由经由图像传感器信号连接器板190提供的图像传感器172捕捉的测试图表30的图像，可以检查由光学元件130的未对齐而引起的在取景方向上的任何误差的适当补偿。如果由图像传感器172捕捉的图像与先前由参考光学元件110提供的图像之间存在任何差异，则可以得出以下结论：光学元件130在其最初的初始位置没有定向到精确匹配参考光学元件110的方位。因此，光学模块夹持器80需要重新定向光学元件130以通过适当的校准补偿该误差。该补偿过程可以重复进行，直到测试图表30的捕捉图像与来自参考光学元件110的捕捉图像匹配，这意味着参考光学元件110现已正确定向到可以沿第一参考光路70(水平)接收测试图表30的图像并沿第二参考光路160(垂直)反射测试图像30到图像传感器172的方向。
72.在将图像传感器模块170的对齐方位对准到图像稳定器模块120之后，图像传感器模块170沿z轴移动到距离图像稳定器模块120的底面适当分隔距离处，使得有足够的空间以涂敷用于将图像稳定器模块120固定到图像传感器模块170上的胶水。因此，间隙应足够大，使得在图像稳定器模块120和图像传感器模块170之间可以施用预定量的胶水。再次，将图像传感器模块170的图像传感器172提供的图像与图5中记录的图像进行比较，并调整光学模块夹持器80的方位，直到图像匹配。然后，记录光学模块夹持器80的方位。
73.对齐图像稳定器模块/图像传感器模块
74.在步骤5中，通过移动图像传感器模块站180将图像传感器模块170移动到点胶站185，如图8所示。通常，图像传感器模块站180被重新定向到其预校准位置，其中图像传感器模块170的顶面位于水平平面上，以便于点胶站185点胶。这是因为图像传感器模块170的顶面应合理平整(即，不倾斜且应位于大致水平的平面上)，以便在点胶过程中保持胶水均匀分布。
75.回到图10，在步骤6中，点胶后，将图像传感器模块站180移回图7所示位置并重新定向到步骤2记录的对齐方位，如图所示9。光学模块夹持器80保持步骤4记录的校准参考方位。然后，激活固化组件260对胶水进行固化。在本实施例中，所述胶水为紫外光可固化的紫外(uv)胶，因此固化组件260包含多个紫外光灯。一旦胶水固化，图像稳定器模块120即相对于图像传感器模块170固定在正确的位置和方位，且可以打开光学模块夹持器80。然后，可以从图像传感器模块站180中移除组合图像稳定器模块120/图像传感器模块170。
76.然后，可以返回到步骤1进行处理，其中新的图像传感器模块170位于图像传感器模块站180上，且新的图像稳定器模块120由光学模块夹持器80接收。然后，在从图像传感器模块站180移除组合单元(即，贴附到图像传感器模块170的图像稳定器模块120)之前，重复步骤2至6。
77.虽然已经参考某些实施例对本发明进行了相当详细的描述，但仍可能存在其他实施例。
78.因此，所附权利要求的精神和范围不应受限于本文所含实施例的描述。