JP2016502371A - 映像撮影装置 - Google Patents

Abstract

本発明は、映像撮影装置に関し、イメージセンサーと、イメージセンサーの一側に配置されてイメージセンサーを冷却させる冷却装置と、冷却装置の一側に配置されてイメージセンサー及び冷却装置を移動させる移動装置とを含むことを特徴とする。【選択図】 図１

Description

本発明は、映像撮影装置に関し、より詳細には、高解像度を得ることができ、イメージセンサーのノイズを減少させ得る映像撮影装置に関する。

一般に、映像撮影装置は、被写体を撮影する装置である。映像撮影装置は、各種検査機器、映像機器、通信機器などに適用され得る。例えば、映像撮影装置は、ディスプレイ検査機器、半導体検査機器、印刷回路基板検査機器、太陽光パネル検査機器などに適用され得る。映像撮影装置は、検査対象物を撮影し、検査機器は、撮影されたイメージを判読することによって検査対象物の不良有無を検査する。

本発明の背景技術は、大韓民国公開特許公報第２００６―００４５５６５号（２００６．０５．１７公開、発明の名称：カメラモジュールのレンズバレル組立装備及びこれを用いた組立方法）に開示されている。

大韓民国公開特許公報第２００６―００４５５６５号

従来の映像撮影装置は、イメージセンサーが固定された状態で被写体を撮影するので、映像撮影装置のイメージセンサーが有している解像度以上にイメージを得ることが困難であり得る。また、イメージセンサーの発熱によってノイズが発生するので、少ないノイズが要求される製品の場合、イメージ品質が低下し得る。したがって、これを改善する必要性がある。

本発明は、前記のような問題を改善するためになされたものであって、本発明の目的は、イメージセンサーが有している解像度以上のイメージを得ることができ、イメージセンサーのノイズを減少させ得る映像撮影装置を提供することにある。

本発明の一側面に係る映像撮影装置は、イメージセンサー；前記イメージセンサーの一側に配置されて前記イメージセンサーを冷却させる冷却装置；及び前記冷却装置の一側に配置されて前記イメージセンサー及び前記冷却装置を移動させる移動装置；を含むことを特徴とする。

本発明の一側面において、前記冷却装置は、冷却部及び発熱部を含む熱電モジュールであって、前記冷却部は前記イメージセンサーの一側に配置される。

本発明の一側面において、前記冷却部は、前記イメージセンサーに接触して前記イメージセンサーを冷却させる。

本発明の一側面において、前記発熱部の一側に配置されて前記発熱部を冷却させる熱放出部をさらに含む。

本発明の一側面において、前記熱放出部はヒートパイプである。

本発明の一側面において、前記移動装置は、前記熱電モジュールの一側に配置されるカップラー；及び前記カップラーに結合されて前記カップラーを移動させる駆動部；を含む。

本発明の一側面において、前記駆動部は、前記イメージセンサーを１／ｎピクセル単位で移動させる（ここで、ｎは、一つのピクセル長さを１としたとき、イメージセンサーが一つのピクセル長さだけ移動するために要する移動回数を意味する。）。

本発明の他の側面に係る映像撮影装置は、第１のハウジング；前記第１のハウジングの内部に収容されるイメージセンサー；前記イメージセンサーの一側に配置され、前記イメージセンサーを冷却させる冷却装置；前記第１のハウジングに接触する第２のハウジング；及び前記第２のハウジングの内部に配置され、前記第１のハウジングに連結されて前記第１のハウジングを移動させる移動装置；を含む。

本発明の他の側面において、前記冷却装置は、冷却部及び発熱部を含む熱電モジュールであって、前記冷却部は前記イメージセンサーの一側に配置される。

本発明の他の側面において、前記冷却部は、前記イメージセンサーに接触して前記イメージセンサーを冷却させ、前記発熱部は前記第１のハウジングに接触する。

本発明の他の側面に係る映像撮影装置は、前記第２のハウジングに配置されて前記発熱部を冷却させる熱放出部をさらに含む。

本発明の他の側面において、前記熱放出部はヒートパイプである。

本発明の他の側面において、前記移動装置は、前記第１のハウジングに連結されるカップラー；及び前記第２のハウジングの内部に配置され、前記カップラーに結合されて前記カップラーを移動させる駆動部；を含む。

本発明の他の側面において、前記駆動部は、前記イメージセンサーを１／ｎピクセル単位で移動させる（ここで、ｎは、一つのピクセル長さを１としたとき、イメージセンサーが一つのピクセル長さだけ移動するために要する移動回数を意味する。）。

本発明の他の側面に係る映像撮影装置は、前記第２のハウジングに接触して前記第２のハウジングを冷却させるヒートシンクをさらに含む。

本発明によると、ピクセルアレイを移動させながらイメージを撮影すると同時に、イメージセンサーを冷却させ得るので、高解像度を得ることができ、イメージセンサーのノイズを減少させることができる。

本発明の一実施例に係る映像撮影装置を示した断面図である。 図１の映像撮影装置の被写体イメージとピクセルアレイを示した構成図である。 図１の映像撮影装置の撮影方法を示した構成図である。

以下、添付の各図面を参照して本発明に係る映像撮影装置の一実施例を説明する。映像撮影装置を説明する過程で図面に示した各線の太さや構成要素のサイズなどは、説明の明瞭性と便宜上、誇張して図示する場合がある。また、後述する各用語は、本発明での機能を考慮して定義された用語であって、これは、使用者及び運用者の意図または慣例によって変わり得る。そのため、これら用語は、本明細書全般にわたった内容に基づいて解釈すべきものである。

図１は、本発明の一実施例に係る映像撮影装置を示した断面図である。

図１を参照すると、本発明の一実施例に係る映像撮影装置は、イメージセンサー１２０、冷却装置１３０及び移動装置１５０を含む。

イメージセンサー１２０は、印刷回路基板（図示せず）に実装される。このとき、イメージセンサー１２０は、印刷回路基板の一面に付着した形態で実装されてもよい。また、印刷回路基板に開口部が形成された場合、イメージセンサー１２０は、開口部の周り部に載置される形態で実装されてもよい。このように、イメージセンサー１２０は、印刷回路基板に多様な形態で実装可能である。

イメージセンサー１２０の回路配線と印刷回路基板の回路配線は、互いに連結される。印刷回路基板は、映像撮影装置の制御部（図示せず）に連結される。イメージセンサー１２０で撮影されたイメージに関する情報は、印刷回路基板を介して制御部に伝送される。

冷却装置１３０は、イメージセンサー１２０の一側（図１を基準にして下側）に配置されてイメージセンサー１２０を冷却させる。このような冷却装置１３０は、イメージセンサー１２０を冷却させ得る限り、多様な形態のものを適用可能である。以下では、多様な形態のうち一つの実施例を挙げて冷却装置１３０を説明する。

冷却装置１３０は、冷却部１３１及び発熱部１３３を含むペルチェ素子（Peltier）などの熱電モジュール（Thermoelectric Module）であってもよい。熱電モジュールは、互いに異なる二つの素子の両端に直流電圧を印加すると、電流の方向に沿って熱電モジュールの一側が冷却され、熱電モジュールの他側は発熱する。このように熱電モジュールを適用する場合、必要な部位のみを選択的に冷却させ得るという長所がある。本実施例では、熱電モジュールの一側（図１を基準にして上側）を冷却部１３１と定義し、熱電モジュールの他側（図１を基準にして下側）を発熱部１３３と定義する。

熱電モジュールの冷却部１３１は、イメージセンサー１２０の一側に配置され、イメージセンサー１２０の発熱時にイメージセンサー１２０を冷却させる。冷却部１３１は、イメージセンサー１２０に直接接触してもよく、熱伝導性媒体を媒介にしてイメージセンサー１２０に間接的に接触してもよい。ここで、熱伝導性媒体は、熱伝導性に優れた金属材質または合金材質であってもよく、グリース（Ｇｒｅａｓｅ）などの熱伝導性流体であってもよい。このように冷却部１３１がイメージセンサー１２０に接触するというときは、直接的接触と間接的接触を含んだ意味で用いる。

イメージセンサー１２０が冷却装置１３０によって冷却されるので、イメージセンサー１２０での暗電流ノイズ（Dark Current Noise）を減少させることができる。暗電流ノイズは、イメージセンサー１２０に入射される光が全くなかったとしても、イメージセンサー１２０の発熱によって発生する熱電子が作り出す信号値である。暗電流ノイズは、イメージセンサー１２０のダイナミックレンジ（Dynamic Range）を減少させ、映像撮影装置の性能を低下させる。ダイナミックレンジは、イメージにおいて最も明るい場所と最も暗い場所の比率を示すものであって、暗い領域と明るい領域を一つのイメージに同時に含ませ得る性能を示す指数である。

イメージセンサー１２０と冷却装置１３０は、第１のハウジング１１０の内部に配置される。第１のハウジング１１０の内部には、イメージセンサー１２０と冷却装置１３０が収容されるように収容空間１１３が形成される。このとき、冷却装置１３０の冷却部１３１は、イメージセンサー１２０に接触するように配置される。

また、冷却装置１３０の発熱部１３３は、第１のハウジング１１０の底面に直接接触してもよく、熱伝導性媒体を媒介にして間接的に接触してもよい。発熱部１３３が第１のハウジング１１０と接触するというときは、直接的接触と間接的接触を含んだ意味で用いる。

第１のハウジング１１０は、発熱部１３３の熱エネルギーを放出できるように熱伝導性材質で形成され得る。このとき、第１のハウジング１１０は、全体的に熱伝導性材質で形成されてもよく、一部分のみが熱伝導性材質で形成されてもよい。このように第１のハウジング１１０が熱伝導性材質で形成されるので、発熱部１３３からの熱放出面積を増加させる。また、発熱部１３３からの熱放出性能が向上すると共に、冷却部１３１の冷却性能も向上する。さらに、イメージセンサー１２０で発生した熱は、冷却部１３１に伝達された後、再び発熱部１３３を介して外部に放出されるので、発熱部１３３からの熱放出性能の向上は、冷却部１３１の冷却性能を向上させると共に、イメージセンサー１２０に対する冷却効率も向上させる。

第１のハウジング１１０には、光が入射され得るようにガラス板１１５が固定・設置される。ガラス板１１５は、外部の異物が第１のハウジング１１０の内部空間に流入することを防止するので、異物によってイメージセンサー１２０が汚染することを防止する。

移動装置１５０は、冷却装置１３０の一側（図１を基準にして下側）に配置される。移動装置１５０は、イメージセンサー１２０及び冷却装置１３０を移動させる。本実施例において、移動装置１５０は、第１のハウジング１１０を移動させることによって、第１のハウジング１１０の内部に装着されるイメージセンサー１２０及び冷却装置１３０を移動させる。移動装置１５０は、カップラー１５１及び駆動部１５３を含む。

カップラー１５１は、駆動部１５３の駆動力を冷却装置１３０及びイメージセンサー１２０に伝達させる媒介体である。カップラー１５１は、第１のハウジング１１０の一側に連結される。このとき、カップラー１５１の一面と第１のハウジング１１０の一面は、接着剤や締結部材によって結合され得る。

駆動部１５３は、カップラー１５１に結合され、駆動力を通じてカップラー１５１を移動させる。このとき、駆動部１５３は、第１のハウジング１１０を１／ｎピクセル単位で移動させることによって、イメージセンサー１２０を１／ｎピクセル単位で非常に微細に移動させることができる。これによって、イメージセンサー１２０は、Ｘ軸とＹ軸方向に１／ｎピクセル間隔で移動しながらイメージを撮影し、このように撮影された多数のイメージをソフトウェアを通じて組み合わせ、一つの最終イメージを出力することができる。

ここで、ｎは、一つのピクセル長さを１としたとき、イメージセンサー１２０が一つのピクセル長さだけ移動するために要する移動回数を意味する。例えば、駆動部１５３は、図３に示したように、イメージセンサー１２０を０．５ピクセル単位で移動させることができる。イメージセンサー１２０は、移動しながらイメージを撮影し、制御部では、イメージを組み合わせ、組み合わされたイメージを出力するので、出力された最終イメージの解像度を向上させることができる。これについては、以下で詳細に説明する。

駆動部１５３は、カップラー１５１を２軸方向に沿って移動させる。例えば、駆動部１５３は、カップラー１５１をＸ軸とＹ軸方向に移動させることができる。したがって、イメージセンサー１２０は、Ｘ軸とＹ軸方向に１／ｎピクセル単位で移動し得る。

駆動部１５３は、カップラー１５１に連結される多数の圧電素子（Piezoelectric Element）を含んでもよい。圧電素子に電圧を印加すると、圧電素子の変形によってカップラー１５１及びイメージセンサー１２０が移動する。

駆動部１５３は、４つのパネルが積層され、一つのパネルが圧電素子によって動く構造を有してもよい。駆動部１５３は、イメージセンサー１２０を移動させられる限り、多様な構造で形成可能である。このような駆動部１５３は、イメージセンサー１２０を極めて微細に移動させるナノステージ（Nano-stage）である。

本実施例において、映像撮影装置は、冷却装置１３０の発熱部１３３に連結されて発熱部１３３を冷却させる熱放出部１６０をさらに含む。熱放出部１６０は、発熱部１３３に直接接触してもよく、熱伝導性媒体を媒介にして間接的に接触してもよい。熱放出部１６０は、パイプ胴体（図示せず）の内部に熱伝導性流体が流動するヒートパイプであってもよい。ヒートパイプは、熱伝導性流体の流動によって熱交換されるので、発熱部１３３の熱エネルギーを迅速に放出させる。このように発熱部１３３とこれを冷却させる冷却ユニットとの距離が遠いか、その中間に障害物がある場合にヒートパイプを使用すると、放熱部１３３と冷却ユニットとの温度差を最小限度に維持した状態で内部の熱を外部に放出できるようになる。したがって、発熱部１３３からの熱放出性能が向上すると共に冷却部１３１の冷却性能も向上し、さらに、冷却部１３１の冷却性能が向上すると共にイメージセンサー１２０の冷却効率も向上する。

熱放出部１６０は、第２のハウジング１４０に配置され、第２のハウジング１４０に「―」形態、「Ｌ」形態などの多様な形態に形成されてもよい。

第２のハウジング１４０は、第１のハウジング１１０の一面に接触する。第２のハウジング１４０の一面は、第１のハウジング１１０の一面が円滑にスライディングされるように滑らかに形成され得る。第２のハウジング１４０の一面には、第１のハウジング１１０が円滑に滑り、熱交換効率が向上するようにグリースが介在し得る。

第２のハウジング１４０の内部空間１４３には移動装置１５０が配置される。このとき、第２のハウジング１４０には、カップラー１５１が挿入され得るように開口部１４５が形成される。開口部１４５は、カップラー１５１が駆動部１５３によって動けるようにカップラー１５１より大きく形成される。

第２のハウジング１４０は、熱放出部１６０の熱エネルギーを外部に放出できるように熱伝導性材質で形成される。このとき、第２のハウジング１４０は、全体的に熱伝導性材質で形成されてもよく、一部分のみが熱伝導性材質で形成されてもよい。したがって、発熱部１３３は、第１のハウジング１１０を介して第２のハウジング１４０と連結されるので、発熱部１３３の放熱面積は第２のハウジング１４０によってさらに増加する。これによって、イメージセンサー１２０の冷却性能もさらに向上する。

本実施例において、映像撮影装置は、第２のハウジング１４０に接触して第２のハウジング１４０を冷却させるヒートシンク１７０をさらに含んでもよい。ヒートシンク１７０は、第２のハウジング１４０に接触する熱交換フィン１７１と、熱交換フィン１７１に空気を流動させるファン１７３とを含む。熱交換フィン１７１によって熱の放出面積は増大し、ファン１７３によって強制対流が進められるので、熱の放出はより効果的に行われる。熱交換フィン１７１は、多様な形態に形成され得る。このようにヒートシンク１７０が第２のハウジング１４０の放熱性能を向上させるので、イメージセンサー１２０の冷却性能はさらに向上する。

以下では、前記のように構成された本発明に係る映像撮影装置の作動について説明し、イメージセンサーが０．５ピクセル単位で動く場合を一例にして説明する。

図２は、図１の映像撮影装置の被写体イメージとピクセルアレイを示した構成図で、図３は、図１の映像撮影装置の撮影方法を示した構成図である。

図２及び図３を参照すると、被写体のイメージ１０は、ピクセルアレイ２０に投影される。移動装置１５０は、映像撮影装置がピクセルアレイ２０を移動させながらイメージを撮影できるようにする。これについては、以下で詳細に説明する。

移動装置１５０の駆動により、イメージセンサー１２０はＸ軸方向（図３を基準にして右側方向）に０．５ピクセルだけ移動する。イメージセンサー１２０は、その位置で被写体のイメージ（図３でＡが記載されたイメージ、最も上側のイメージ）を撮影する。撮影された第１の出力イメージ３０は保存部（図示せず）に保存される。

移動装置１５０の駆動により、イメージセンサー１２０は対角線方向に移動する。このとき、イメージセンサー１２０は、Ｘ軸方向に０．５ピクセルだけ移動し、Ｙ軸方向に０．５ピクセルだけ移動することによって、結果的に、対角線方向（図３を基準にして左下側方向）に移動する。イメージセンサー１２０は、その位置で被写体のイメージ（図３でＢが記載されたイメージ、上側から２番目のイメージ）を撮影する。撮影された第２の出力イメージ３１は保存部に保存される。

移動装置１５０の駆動により、イメージセンサー１２０はＸ軸方向（図３を基準にして右側方向）に０．５ピクセルだけ移動する。イメージセンサー１２０は、その位置で被写体のイメージ（図３でＣが記載されたイメージ、上側から３番目のイメージ）を撮影する。撮影された第３の出力イメージ３２は保存部に保存される。

移動装置１５０の駆動により、イメージセンサー１２０は対角線方向に移動する。このとき、イメージセンサー１２０は、Ｘ軸方向に０．５ピクセルだけ移動し、Ｙ軸方向に０．５ピクセルだけ移動することによって、結果的に、対角線方向（図３を基準にして左上側方向）に移動する。イメージセンサー１２０は、その位置で被写体のイメージ（図３でＤが記載されたイメージ、上側から４番目のイメージ）を撮影する。撮影された第４の出力イメージ３３は保存部に保存される。

制御部は、第１の出力イメージ〜第４の出力イメージ３０、３１、３２、３３を全て組み合わせて最終イメージ４０を出力する。最終イメージ４０は、４つの出力イメージ３０、３１、３２、３３が一つに組み合わされた最終イメージであって、１つの出力イメージのみからなる最終イメージ５０に比べて解像度が向上する。したがって、映像撮影装置の解像度を向上させることができる。

一方、映像撮影装置が映像を撮影する間イメージセンサー１２０が発熱し得る。このとき、冷却部１３１は、イメージセンサー１２０を冷却するので、イメージセンサー１２０から熱電子が放出されることを最小化することができる。したがって、イメージセンサー１２０で暗電流ノイズが発生することを抑制できるので、映像撮影装置の解像度を向上させることができる。

発熱部１３３は、第１のハウジング１１０及び第２のハウジング１４０に直・間接的に連結されるので、発熱部１３３の放熱面積は増加する。また、発熱部１３３は、熱放出部１６０によって放熱され得る。このように、第１のハウジング１１０、第２のハウジング１４０及び熱放出部１６０は発熱部１３３の放熱性能を向上させるので、冷却装置１３０での冷却部１３１の性能も向上する。これを通じて、第１のハウジング１１０、第２のハウジング１４０及び熱放出部１６０は、結果的にイメージセンサー１２０の冷却性能も向上させ得るので、イメージセンサー１２０から熱電子が放出されることを最小化することができる。

前記のように、映像撮影装置がピクセルアレイ２０を移動させながらイメージを撮影すると同時に、イメージセンサー１２０を冷却させるので、ピクセルアレイ２０の移動とイメージセンサー１２０の冷却によって映像撮影装置の解像力を向上させることができる。

本発明は、図面に示した実施例を参考にして説明したが、これは例示的なものに過ぎなく、当該技術分野で通常の知識を有する者であれば、これから多様な変形及び均等な他の実施例が可能であることを理解するだろう。

したがって、本発明の真の技術的保護範囲は、特許請求の範囲によって定めるべきであろう。

Claims (15)

1. イメージセンサー；
   前記イメージセンサーの一側に配置されて前記イメージセンサーを冷却させる冷却装置；及び
   前記冷却装置の一側に配置されて前記イメージセンサー及び前記冷却装置を移動させる移動装置；を含むことを特徴とする映像撮影装置。
2. 前記冷却装置は、冷却部及び発熱部を含む熱電モジュールであって、前記冷却部は、前記イメージセンサーの一側に配置されることを特徴とする、請求項１に記載の映像撮影装置。
3. 前記冷却部は、前記イメージセンサーに接触して前記イメージセンサーを冷却させることを特徴とする、請求項２に記載の映像撮影装置。
4. 前記発熱部の一側に配置されて前記発熱部を冷却させる熱放出部をさらに含むことを特徴とする、請求項２に記載の映像撮影装置。
5. 前記熱放出部はヒートパイプであることを特徴とする、請求項４に記載の映像撮影装置。
6. 前記移動装置は、
   前記熱電モジュールの一側に配置されるカップラー；及び
   前記カップラーに結合されて前記カップラーを移動させる駆動部；を含むことを特徴とする、請求項２に記載の映像撮影装置。
7. 前記駆動部は、前記イメージセンサーを１／ｎピクセル単位で移動させることを特徴とする、請求項６に記載の映像撮影装置。
   （ここで、ｎは、一つのピクセル長さを１としたとき、イメージセンサーが一つのピクセル長さだけ移動するために要する移動回数を意味する。）
8. 第１のハウジング；
   前記第１のハウジングの内部に収容されるイメージセンサー；
   前記イメージセンサーの一側に配置されて前記イメージセンサーを冷却させる冷却装置；
   前記第１のハウジングに接触する第２のハウジング；及び
   前記第２ハウジングの内部に配置され、前記第１のハウジングに連結されて前記第１のハウジングを移動させる移動装置；を含むことを特徴とする映像撮影装置。
9. 前記冷却装置は、冷却部及び発熱部を含む熱電モジュールであって、前記冷却部は、前記イメージセンサーの一側に配置されることを特徴とする、請求項８に記載の映像撮影装置。
10. 前記冷却部は、前記イメージセンサーに接触して前記イメージセンサーを冷却させ、
    前記発熱部は、前記第１のハウジングに接触することを特徴とする、請求項９に記載の映像撮影装置。
11. 前記第２のハウジングに配置されて前記発熱部を冷却させる熱放出部をさらに含むことを特徴とする、請求項１０に記載の映像撮影装置。
12. 前記熱放出部はヒートパイプであることを特徴とする、請求項１１に記載の映像撮影装置。
13. 前記移動装置は、
    前記第１のハウジングに連結されるカップラー；及び
    前記第２のハウジングの内部に配置され、前記カップラーに結合されて前記カップラーを移動させる駆動部；を含むことを特徴とする、請求項８に記載の映像撮影装置。
14. 前記駆動部は、前記イメージセンサーを１／ｎピクセル単位で移動させることを特徴とする、請求項１３に記載の映像撮影装置。
    （ここで、ｎは、一つのピクセル長さを１としたとき、イメージセンサーが一つのピクセル長さだけ移動するために要する移動回数を意味する。）
15. 前記第２のハウジングに接触して前記第２ハウジングを冷却させるヒートシンクをさらに含むことを特徴とする、請求項８に記載の映像撮影装置。

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