DE69118497T2 - Kamerakopf für eine Festkörper-Bildaufnahme-Einrichtung und Verfahren zur Herstellung - Google Patents
Kamerakopf für eine Festkörper-Bildaufnahme-Einrichtung und Verfahren zur HerstellungInfo
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Description
- Diese Erfindung bezieht sich auf einen Kamerakopf für ein Festkörperbildaufnahmegerät, der einen Festkörperbildaufnahmechip verwendet, und bezieht sich ferner auf ein Verfahren zum Herstellen eines solchen Kamerakopfes.
- Im allgemeinen weist ein Festkörperbildaufnahmegerät eine Linse, einen Kamerakopfbereich und eine Kamerasteuerungseinheit auf.
- Der Kamerakopfbereich weist ein optisches Filter, ein Festkörperbildaufnahmeelement, eine Schaltungsplatte und eine Fassung auf. Diese Teile sind in einem Chassis enthalten oder untergebracht. Das Festkörperbildaufnahmeelement ist durch Versiegeln eines Festkörperbildaufnahmechips (Festkörperbildaufnahmehalbleiterbauelement) zwischen einer optischen Glasplatte und einer Keramikpackung gebildet. Das Festkörper bildaufnahmeelement ist größer im Vergleich zu dem Festkörperbildaufnahmechip wegen des Vorhandenseins von mit dem Festkörperbildaufnahmechip verbundenen Teilen. Daher ist das Problem aufgetreten, daß, obwohl der Festkörperbildaufnahmechip für sich klein ist, die Größe des Kamerakopfbereichs nicht reduziert werden kann. Im Fall der Verwendung eines Halbleiterbildaufnahmeelements mit dem in einer Keramikpackung versiegelten Halbleiterbildaufnahmechip von 1/3 Zoll (8,5 mm) muß der Kamerakopf tatsächlich eine Größe haben, die zumindest gleich der diagonalen Länge des Festkörperbildaufnahmechips plus etwa 3 mm ist. Berücksichtigt man ferner die Schaltungsplatte (auf der das Festkörperbildaufnahmeelement zu montieren ist) und die Fassung, an der die Schaltungsplatte zu montieren ist, muß der Kamerakopf eine Größe gleich der diagonalen Länge des Festkörperbildaufnahmechips plus ungefähr 7, mm haben. Daher ist der Außendurchmesser des Kamerakopfes, wenn der Festkörperbildaufnahmechip von 1/3 Zoll (8,5 mm) verwendet wird, etwa 3/5 Zoll (15 mm). Es ist schwierig, den Kamerakopf in einen engen Bereich, etwa das Innere eines Rohres oder das Innere einer Präzisionsmaschine, einzusetzen.
- Da der Festkörperbildaufnahmechip ferner leicht durch Staub und Feuchtigkeit beeinträchtigt werden kann, muß er durch die Keramikpackung und die optische Glasplatte versiegelt werden. Daher wird das Führen von Signalen zu und von dem Festkörperbildaufnahmechip durch externe Anschlußstifte ausgeführt. Dies erfordert eine weitere Platte zum Halten dieser externen Anschlußstifte.
- Desweiteren offenbart das US-Patent US-A-4 918 521 in Fig. 10 einen Kamerakopf mit einem Chassis mit einem ersten offenen Ende und einer in dem Chassis untergebrachten Bildaufnahmeeinheit, wobei die Bildaufnahmeeinheit aufweist: einen Festkörperbildaufnahmechip aufgebaut mit einem Festkörperbildaufnahmehalbleiterbauelement; eine erste Elektrikplatte, die eine benachbart dem Festkörperbildaufnahmechip angeordnete Chipverbindungsplatte ist und eine darauf angebrachte elektrische Schaltung aufweist; ein Verbindungselement zur externen elektrischen Verbindung; mit Elektroden des Festkörperbildaufnahmechips verbundenen Leitungen; ein eine Lichtaufnahmeoberfläche des Festkörperbildaufnahmechips zu der Seite des ersten offenen Endes hin versiegelndes Schutzelement, das eine optische Glasplatte oder ein optisches Filter ist. Dieser bekannte Kamerakopf weist nur eine senkrecht zu dem Festkörperbildaufnahmebauelement angeordnete Elektrikplatte mit einem darauf angebrachten Aufnahmeelement für ein Verbindungselement auf. Die Leitungen sind mit der Elektrikplatte an der der elektrischen Schaltung entgegengesetzten Seite verbunden. Ferner weist dieser Kamerakopf nur ein offenes Ende zu der Seite hin auf, wo das Objektivsystem angebracht ist.
- Man vergleiche ferner die GB-A-2 156 179, die gleichfalls einen Endoskopkamerakopf mit einem Elektrikbord und nur einem offenen Ende offenbart, wobei das Elektrikbord und der Bildaufnahmechip parallel zueinander in der axialen Richtung des Chassis angeordnet sind.
- Es ist eine Aufgabe dieser Erfindung, einen Kamerakopf für ein Festkörperbildaufnahmegerät anzugeben, der einen der diagonalen Länge eines Festkörperbildaufnahmechips näheren Außendurchmesser hat. Es ist eine weitere Aufgabe, die Herstellung, Montage und Demontage des Kamerakopfes zu erleichtern.
- Nach der vorliegenden Erfindung ist hierzu ein Kamerakopf, wie oben beschrieben, vorgesehen, wobei die Bildaufnahmeeinheit ferner eine zweite Elektrikplatte aufweist, die eine Verbindungselementplatte mit dem darauf angebrachten Verbindungselement ist, wobei das Verbindungselement aus äußeren Leitungsstiften gebildet ist; die Leitungen ferner mit Außenrandkanten der Elektrikplatten verbunden sind; die Elektrikplatten gegenseitig mittels der Leitungen und/oder mittels Verbindungssstiften verbunden sind; die Elektrikplatten und der Festkörperbildaufnahmechip parallel zueinander in einer axialen Richtung des Chassis angeordnet sind und das Chassis ein dem ersten offenen Ende entgegengesetztes zweites offenes Ende aufweist.
- Ferner wird nach dieser Erfindung ein Verfahren zum Herstellen eines Kamerakopfes für ein Festkörperbildaufnahmegerät angegeben, mit den Schritten: Verbinden von Außenleitungen jeweils mit Elektroden eines Festkörperbildaufnahmechips über Innenleitungen, der mit einem Festkörperbildaufnahmehalbleiterbauelement aufgebaut ist; Befestigen eines Schutzelements auf einer Lichtaufnahmeoberfläche des Festkörperbildaufnahmechips, wobei das Schutzelement eine optische Glasplatte oder ein optisches Filter ist;
- Anordnen von Elektrikplatten, nämlich einer Chipverbindungsplatte und einer Verbindungselementplatte, in einer parallel ausgerichteten Art an der seiner Lichtaufnahmeoberfläche entgegengesetzten Seite eines Festkörperbildaufnahmechips, wobei die Chipsverbindungsplatte eine darauf angebrachte elektrische Schaltung aufweist und die Verbindungselementplatte ein darauf angebrachtes und aus äußeren Leitungsstiften gebildetes Verbindungselement aufweist;
- Biegen der Außenleitung zum In-Kontakt-Bringen mit jeweils an Außenrandkanten zumindest einer der Elektrikplatten vorgesehenen Elektroden und Verbinden der Außenleitungen mit den Elektroden der Elektrikplatte(n), um eine Bildaufnahmeeinheit zu bilden, und Einsetzen der Bildaufnahmeeinheit in ein Chassis mit entgegengesetzten offenen Enden.
- Fig. 1 ist eine perspektivische Explosionsansicht eines Festkörperbildaufnahmegeräts, das einen Kamerakopf entsprechend einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung verwendet;
- Fig. 2 ist eine Querschnittsansicht des in Fig. 1 gezeigten Kamerakopfes;
- Fig. 3A bis 3D sind ein Verfahren zum Herstellen einer Bildaufnahmeeinheit zeigende Ansichten;
- Fig. 4 ist eine Querschnittsansicht eines konventionellen Kamerakopfes.
- Nach Fig. 1 weist ein Festkörperbildaufnahmegerät eine Linse 1, einen Kamerakopfbereich 2 und eine Kamerasteuerungseinheit 3 auf. Der Kamerakopfbereich 2 weist ein optisches Filter 21 zum Abfangen aller Strahlen außer sichtbarer Strahlen bzw. Licht, eine Bildaufnahmeeinheit 22 und eine Versiegelungsplatte 23 auf. Wie in Fig. 2 gezeigt, ist die Bildaufnahmeeinheit 22 in einem Chassis 24 mit einer Hohlzylinderform untergebracht. Die entgegengesetzten Enden des Chassis 24 sind von dem optischen Filter 21 bzw. der Versiegelungsplatte 23 verschlossen. Die Bildaufnahmeeinheit 22 ist durch Schichten 25 eines Klebstoffs in das Chassis 24 eingesiegelt.
- Wenn ein durch die Linse 1 durchtretendes Bild von der Bildaufnahmeeinheit 22 aufgenommen wird, wird das Videosignal verstärkt und über einen Stecker 4 und ein Kabel 5 der Kamerasteuerungseinheit 3 zugeführt. Das Bild wird auf einem mit der Kamerasteuerungseinheit 3 verbundenen Monitor angezeigt.
- Wie in Fig. 2 und den Figuren 3A bis 3D gezeigt, weist die Bildaufnahmeeinheit 22 einen Festkörperbildaufnahmechip (Festkörperbildaufnahmehalbleiterbauelement) 221 und ein Schaltungsmodul 222 auf. Außenleitungen 221m sind jeweils über Innenleitungen 2215 mit Elektroden des Festkörperbildaufnahmechips 221 verbunden. Eine optische Glasplatte 224 ist an der Lichtaufnahmeoberfläche des Festkörperbildaufnahmechips 221 durch eine Klebstoffschicht 223 einer lichtdurchlässigen Sorte befestigt. Das Schaltungsmodul 222 ist durch eine Klebstoffschicht 225 an einer seiner Lichtaufnahmeoberfläche entgegengesetzten Oberfläche des Festkörperbildaufnahmechips 221 befestigt.
- Das Schaltungsmodul 222 weist eine Chipverbindungsplatte 226, eine Schaltungsplatte 227 mit einer Schaltung zum Ansteuern des Festkörperbildaufnahmechips 221 und einer Schaltung zum Verstärken des Videosignals aus dem Festkörperbildaufnahmechip 221 und eine Verbindungselementplatte 228 auf. Zwischen diesen Platten werden Signale über Verbindungsstifte 229 geführt, und zwischen dem Festkörperbildaufnahmechip 221 und jeder dieser Platten werden Signale über die Außenleitungen 221m und Seitenelektroden 226e, 227e und 228e der Platten geführt. An der Verbindungselementplatte 228 sind externe Leitungsstifte 228p angebracht und dazu ausgelegt, mit dem Stecker 4 verbunden zu werden, um die Signale an die Kamerasteuerungseinheit 3 zu schicken.
- Das Verfahren zur Herstellung der Bildaufnahmeeinheit 22 des Kamerakopfes nach der vorliegenden Erfindung wird nun anhand der Figuren 3A bis 3D beschrieben. Dieses Herstellungsverfahren weist die folgenden fünf Schritte (1) bis (v) auf.
- Die Innenleitungen 221s werden jeweils mit den Elektroden des Festkörperbildaufnahmechips 221 verbunden, und die Außenleitungen 221m werden jeweils mit den Innenleitungen 221s verbunden.
- Die optische Glasplatte 224 wird mit dem Klebstoff 223 mit der Lichtaufnahmeoberfläche des Festkörperbildaufnahmechips 221 verbunden, um die Lichtaufnahmeoberfläche zu schützen.
- Die Chipverbindungsplatte 226, die Schaltungsplatte 227 und die Verbindungselementplatte 228 sind auf solche Weise angeordnet, daß ihre Seitenelektroden 226e, 227e und 228e aufeinander ausgerichtet sind, und diese drei Platten werden miteinander ausgerichtet. Sie werden durch die Verbindungsstifte 229 miteinander verbunden, um das Schaltungsmodul 222 herzustellen. Eine seiner Lichtaufnahmeoberfläche gegenüberliegende Oberfläche des Festkörperbildaufnahmechips 221 wird mit dem Klebstoff 225 mit der Chipverbindungsplatte 226 verbunden.
- Jede Außenleitung 221m wird über ungefähr 90º bis zu einem Punkt nahe dem Chip 221 gebogen und mit den Seitenelektroden 226e, 227e und 228e der Tafeln 226, 227 und 228 verlötet, um zwischen den Tafeln elektrische Verbindungen herzustellen, wodurch die Bildaufnahmeeinheit 22 gebildet wird.
- Die Bildaufnahmeeinheit 22 wird in das Chassis 24 eingesetzt, und die optische Glasplatte 224 wird an ihrem Außenrand mit einem Klebstoff 230 an dem Chassis 24 befestigt. Darauffolgend wird das optische Filter 21 in das Chassis 24 durch ein offenes Ende davon eingesetzt, und in den Zwischenraum zwischen dem optischen Filter 21 und dem Chassis 24 wird der Klebstoff 25 eingefüllt. Ferner wird die Versiegelungsplatte 23 in das andere offene Ende des Chassis 24 eingesetzt, und der Klebstoff 25 wird in den Zwischenraum zwischen der Versiegelungsplatte 23 und dem Chassis 24 eingefüllt. Mit der obigen Prozedur ist der Zusammenbau des Kamerakopfes vollendet.
- Wie oben beschrieben werden bei diesem Ausführungsbeispiel die Elektroden des Festkörperbildaufnahmechips direkt über die Außenleitungen mit den Innenleitungen mit den Elektroden der Chipverbindungsplatte, der Schaltungsplatte, der Verbindungselementplatte verbunden.
- Andererseits sind bei einem konventionellen Kamerakopf, wie in Fig. 4 gezeigt, ein optisches Filter 121, ein Festkörperbildaufnahmeelement 122, eine Schaltungsplatte 1222 und eine Fassung 123 in einem Chassis 124 untergebracht. Das Festkörperbildaufnahmeelement 122 weist einen zwischen einer Keramikpackung 1223 und einer optischen Glasplatte 1224 eingesiegelten Festkörperbildaufnahmechip 1221 auf. Anschlußstifte 122p des Festkörperbildaufnahmeelements 122 sind mit einem Arm der Schaltungsplatte 1222 verlötet, und Verbindungsstifte 123p der Fassung 123 sind mit dem anderen Arm der Schaltungsplatte 1222 verlötet.
- Wie daraus zu ersehen ist, ist es bei diesem Ausführungsbeispiel der Erfindung möglich, die Anzahl der damit verbundenen Teile zu reduzieren, die bisher zum Zuführen der Signale aus dem Festkörperbildaufnahmechip zu der Schaltungsplatte und den externen Leitungsstiften erforderlich waren. Zusätzlich sind bei diesem Ausführungsbeispiel der Erfindung die entgegengesetzten offenen Enden des äußeren Chassis durch das optische Filter bzw. die Feuchtigkeitsabschirmungsplatte (Versiegelungsplatte) verschlossen, und der Zwischenraum zwischen dem Chassis und jedem dieser beiden Teile ist mit dem Klebstoff verfüllt, um dadurch die inneren Teile zu versiegeln. Mit dieser Anordnung können die in dem Chassis enthaltenen Teile (einschließlich der elektrischen Schaltungsplatte) versiegelt werden, und daher kann die Stabilität und Zuverlässigkeit der Schaltung verbessert werden. Bei diesem Ausführungsbeispiel der Erfindung beträgt ferner der Außendurchmesser des Kamerakopfes, in dem Fall, daß der Festkörperbildaufnahmechip mit 1/3 Zoll (8,5 mm) verwendet wird, ungefähr 10 mm und ist daher ungefähr 5 mm kleiner als der konventionelle Kamerakopf.
- Obwohl bei dem obigen Ausführungsbeispiel die Lichtaufnahmeoberfläche des Festkörperbildaufnahmechips mit der optischen Glasplatte geschützt wird, kann anstelle dieser optischen Glasplatte ein optisches Filter verwendet werden, in welchem Fall das optische Filter durch eine optische Glasplatte ersetzt werden kann.
- Anstelle der Versiegelungsplatte kann ein Klebstoff mit einer Versiegelungswirkung zum Versiegeln des offenen Endes des Chassis verwendet werden, in welchem Fall der Klebstoff auf das gesamte offene Ende des äußeren Chassis mit Ausnahme der externen Leitungsstifte 228p aufgebracht wird.
- Obwohl bei dem obigen Ausführungsbeispiel an der Chipverbindungsplatte 226, der Schaltungsplatte 227 bzw. der Verbindungselementplatte 228 die Seitenelektroden vorgesehen sind, können diese Seitenelektroden weggelassen werden, indem die Signale durch die Verbindungsstifte 229 übertragen werden.
- Bei jeder der obigen Modifikationen, werden ähnliche Wirkungen wie bei dem obigen Ausführungsbeispiel erzielt.
- Wie aus dem obigen Ausführungsbeispiel klar ist, sind die Elektroden des Festkörperbildaufnahmechips durch die Außenleitungen mit den Innenleitungen direkt mit den Seitenelektroden der Schaltungsplatte verbunden. Daher sind weder eine Keramikpackung 1223 noch irgendein Komponententeil 1222 zum Befestigen der Keramikpakkung erforderlich. Ferner sind die entgegengesetzten offenen Enden des Chassis mit dem optischen Filter bzw. der Versiegelungsplatte verschlossen, und der Zwischenraum zwischen dem Chassis und jedem dieser beiden Teile ist mit dem Klebstoff verfüllt, um das Innere des Chassis zu versiegeln. Mit dieser Anordnung können nicht nur der Festkörperbildaufnahmechip, sondern auch die Platten einschließlich der elektrischen Schaltungsteile versiegelt werden, und daher wird die Stabilität und Zuverlässigkeit der Schaltung vorteilhafterweise verbessert.
- Ferner werden bei dem Herstellungsverfahren nach der vorliegenden Erfindung die Außenleitungen gebogen, nachdem die sehr schwachen Elektroden des Festkörperbildaufnahmechips durch die optische Glasplatte verstärkt sind, und daher werden Herstellungsfehler, etwa die Abtrennung der Elektrode, vorteilhafterweise vermindert. Ferner werden die Elektroden der Platten zuerst aneinander ausgerichtet, und dann wird in diesem Zustand die Verdrahtung der sehr dünnen Außenleitungen vorgenommen. Daher können die Außenleitungen mit den Seitenelektroden dieser Platten vorteilhafterweise verbunden werden, ohne irgendeine zu große Kraft auf die Außenleitungen auszuüben.
- Mit dem obigen Aufbau ist der Vorteil verbunden, daß der Außendurchmesser des Kamerakopfes auf eine der diagonalen Länge des Festkörperbildaufnahmechips nahe, kleine Größe reduziert werden kann. Dies bietet den Vorteil, daß ein Bild aus einem engen Bereich, etwa aus dem Inneren eines Rohres und dem Inneren einer Präzisionsmaschine, aufgenommen werden kann, was bisher nicht möglich war.
Claims (11)
1. Kamerakopf (2) mit einem Chassis (24) mit einem ersten
offenen Ende und einer in dem Chassis untergebrachten
Bildaufnahmeeinheit (22), wobei die Bildaufnahmeeinheit aufweist:
einen Festkörperbildaufnahmechip (221) mit einem
Festkörperbildaufnahmehalbleiterbauelement;
eine erste Elektrikplatte, die eine benachbart dem
Festkörperbildaufnahmechip angeordnete Chipverbindungsplatte
(226) ist und eine darauf angebrachte elektrische Schaltung
aufweist;
ein Verbindungselement (228p) zur externen
elektrischen Verbindung;
mit Elektroden des Festkörperbildaufnahmechips
verbundene Leitungen (221m, 221s);
ein eine Lichtaufnahmeoberfläche des
Festkörperbildaufnahmechips zu der Seite des ersten offenen Endes hin
versiegelndes Schutzelement (224), das eine optische
Glasplatte oder ein optisches Filter ist;
wobei die Bildaufnahmeeinheit ferner eine zweite
Elektrikplatte aufweist, die eine Verbindungselementplatte (228)
mit dem darauf angebrachten Verbindungselement ist, wobei das
Verbindungselement aus äußeren Leitungsstiften (228p) gebildet
ist;
die Leitungen ferner mit Außenrandkanten der
Elektrikplatten verbunden sind;
die Elektrikplatten gegenseitig mittels der Leitungen
und/oder mittels Verbindungsstiften (229) verbunden sind;
die Elektrikplatten und der Festkörperbildaufnahmechip
parallel zueinander in einer axialen Richtung des Chassis
angeordnet sind und
das Chassis ein dem ersten offenen Ende
entgegengesetztes zweites offenes Ende aufweist.
2. Kamerakopf (2) nach Anspruch 1, bei dem die
Bildaufnahmeeinheit (22) ferner eine dritte Elektrikplatte aufweist,
die eine Schaltungsplatte (227) ist.
3. Kamerakopf (2) nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die
Bildaufnahmeeinheit (22) ferner aufweist:
ein erstes Versiegelungselement (21) zum Versiegeln
eines Endes des Chassis (24), das eine optische Glasplatte
oder ein optisches Filter ist, und
ein zweites Versiegelungselement (23) zum Versiegeln
des anderen Endes des Chassis.
4. Kamerakopf (2) nach Anspruch 3, bei dem das zweite
Versiegelungselement (23) die Form einer Platte aufweist.
5. Kamerakopf (2) nach Anspruch 3, bei dem das zweite
Versiegelungselement (23) ein Klebstoff ist.
6. Verfahren zum Herstellen eines Kamerakopfes (2) für
ein Festkörperbildaufnahmegerät (221), mit den Schritten:
Verbinden von Außenleitungen (221m) über
Innenleitungen (2215) jeweils mit Elektroden eines
Festkörperbildaufnahmechips (221), der mit einem
Festkörperbildaufnahmehalbleiterbauelement aufgebaut ist;
Befestigen eines Schutzelements (224) auf einer
Lichtaufnahmeoberfläche des Festkörperbildaufnahmechips, wobei das
Schutzelement eine optische Glasplatte oder ein optisches
Filter ist;
Anordnen von Elektrikplatten, nämlich einer
Chipverbindungsplatte (226) und einer Verbindungselementplatte (228),
in einer parallel ausgerichteten Art an der seiner
Lichtaufnahmeoberfläche entgegengesetzen Seite eines
Festkörperbildaufnahmechips, wobei die Chipverbindungsplatte eine darauf
angebrachte elektrische Schaltung aufweist und die Verbin
dungselementplatte ein darauf angebrachtes und aus äußeren
Leitungsstiften (228p) gebildetes Verbindungselement aufweist;
Biegen der Außenleitungen zum In-Kontakt-Bringen mit
jeweils an Außenrandkanten zumindest einer der Elektrikplatten
vorgesehenen Elektroden und Verbinden der Außenleitungen mit
den Elektroden der Elektrikplatte(n), um eine
Bildaufnahmeeinheit (221) zu bilden, und
Einsetzen der Bildaufnahmeeinheit in ein Chassis (24)
mit entgegengesetzten offenen Enden.
7. Verfahren zum Herstellen eines Kamerakopfes (2) für
ein Festkörperbildaufnahmegerät (221) nach Anspruch 6, bei dem
der Kamerakopf (2) ferner eine dritte Elektrikplatte aufweist,
die eine Schaltungsplatte (227) ist.
8. Verfahren zum Herstellen eines Kamerakopf es (2) nach
Anspruch 6 oder 7, ferner mit dem Schritt des Miteinander-
Verbindens der Elektrikplatten mittels Verbindungsstiften
(229).
9. Verfahren zum Herstellen eines Kamerakopfes (2) nach
Anspruch 6, 7 oder 8, ferner mit den Schritten:
Versiegeln des der Lichtaufnahmeoberfläche des
Festkörperbildaufnahmechips (221) benachbarten offenen Endes des
Chassis (24) mit einem ersten Versiegelungselement (21), das
eine optische Glasplatte oder ein optisches Filter ist, und
Versiegeln des anderen offenen Endes des Chassis mit
einem zweiten Versiegelungselement (23).
10. Verfahren zum Herstellen eines Kamerakopfes (2) nach
Anspruch 8, bei dem das zweite Versiegelungselement (23) die
Form einer Platte aufweist.
11. Verfahren zum Herstellen eines Kamerakopf es (2) nach
Anspruch 8, bei dem das zweite Versiegelungselement (23) ein
Klebstoff ist.
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