KR102093692B1 - Focus-fixing apparatus of camera with image sensor, and camera with the focus-fixing apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 이미지 센서를 구비하는 카메라의 초점 고정 장치 및 이를 구비하는 카메라에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 이미지 센서를 구비하는 카메라에 있어서 카메라의 온도 변화에 따른 초점이 변화되지 않도록 하는 초점 고정 장치 및 그러한 초점 고정 장치를 구비하는 카메라에 관한 것이다.The present invention relates to a focus fixing device for a camera having an image sensor and a camera having the same, and more particularly, for a camera having an image sensor, a focus fixing device that prevents a focus from changing according to a change in temperature of the camera and It relates to a camera having such a focus lock.
영상과 관련된 많은 응용분야에서는 고해상도 영상을 필요로 하며, 영상을 획득하는 영상촬영장치는 각종 검사기기, 영상기기, 통신기기 등에 적용될 수 있다. 예를 들어, 항공사진이나 위성사진들은 지형의 형태를 세밀하게 나타내기 위해, 의료분야에서는 정확한 진단을 위해 고해상도 영상이 필요하며, 군사적 목적과 관련된 분야에서도 목표의 인식을 위해 고해상도 영상이 필요하다.In many application fields related to images, high-resolution images are required, and image photographing apparatuses for acquiring images can be applied to various inspection devices, imaging devices, and communication devices. For example, aerial photographs or satellite images require high-resolution images for accurate diagnosis in the medical field, and high-resolution images for recognition of targets in fields related to military purposes.
특히 최근 들어서는 더 작고 정밀한 측정을 위해 고해상도 카메라가 개발되어 사용되고 있으며 또한 이 카메라의 성능을 극대화하여 사용하기 위해 이에 맞는 렌즈의 개발도 더욱 정교해지고 있다. 카메라와 렌즈는 측정하고자 하는 물체에 최적으로 초점을 맞춘 상태로 사용하게 되는데, 카메라의 특성상 작동 시간이 지남에 따라 일종의 이미지 센서들인 CCD(Charge-Coupled Device) 또는 CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor) 센서 및 전자부품의 온도가 상승하게 된다. 또는 카메라가 설치되어 있는 곳의 온도가 냉난방장치의 온도조절능력에 따라 변하기도 하고, 때로는 계절에 따라 변하는 경우도 있다.In particular, in recent years, high-resolution cameras have been developed and used for smaller and more precise measurements, and further development of lenses suitable for use to maximize the performance of these cameras is becoming more sophisticated. Cameras and lenses are used with an optimal focus on the object to be measured. Due to the nature of the camera, a type of image sensors (Charge-Coupled Device) or CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor) sensor and The temperature of the electronic component rises. Alternatively, the temperature at which the camera is installed may change depending on the temperature control ability of the air conditioning system, and sometimes it may change depending on the season.
이와 같은 카메라 내부 또는 외부적인 온도변화로 인해, 센서가 체결되어 있는 기구부품의 물리적인 위치도 미세하게 변화하면서 초기에 맞춘 초점이 달라지게 되고, 이에 따라 최적의 초점을 벗어나 원하는 영상을 촬영하지 못하는 문제점이 발생하게 되는 문제점이 있었다.Due to the temperature change inside or outside the camera, the physical focus of the mechanical parts to which the sensor is fastened is also slightly changed, and the initial focus is changed. Therefore, it is impossible to shoot the desired image beyond the optimal focus. There was a problem that a problem occurred.
본 발명은 이와 같은 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로서, 카메라의 온도가 올라가더라도 처음에 맞추어 놓은 초점거리가 유지될 수 있도록 하는 카메라의 초점 고정 장치를 제공하되, 특히, 초점이 변하더라도 초점을 자동으로 맞추는 렌즈를 사용할 수 없는 경우에, 기구적인 구조만으로도 온도변화에 따른 초점의 변화가 생기지 않도록 하는 초점 고정 장치를 제안하는데 그 목적이 있다.The present invention was devised to solve this problem, and provides a focusing device for a camera to maintain a focal length initially set even when the temperature of the camera rises. In particular, focus is automatically adjusted even when the focus changes. It is an object of the present invention to propose a focus fixing device that prevents a change in focus due to a change in temperature even with a mechanical structure when a lens that can be used as a lens cannot be used.
이와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 이미지 센서를 구비하는 카메라의 초점 고정 장치는, 카메라 후면부의 커버 하우징(cover housing); 일단이 카메라 전면부의 렌즈를 둘러싸는 렌즈 하우징(lens housing)과 연결되고, 타단이 상기 커버 하우징에 연결되어 고정된 카메라 하우징(camera housing); 상기 카메라 내부에, 상기 커버 하우징과 일정 거리 이격된 위치에 설치되는 회로부; 상기 회로부를 구성하는 일 소자로서, 상기 렌즈의 중심선이 회로부를 지나는 지점을 중심으로 하여 상기 회로부에 구비되는 이미지 센서; 및, 일단이 상기 회로부와 연결되고, 타단이 상기 커버 하우징과 연결된 커넥터(connector)를 포함하고, 상기 카메라의 온도가 상승 또는 하강하여 상기 카메라를 구성하는 기구물이 팽창 또는 수축하더라도 상기 카메라의 초점이 변하지 않도록, 전방 방향으로 팽창하는 기구물들의 총 팽창량 및, 후방 방향으로 팽창하는 기구물들의 총 팽창량이 동일한 양이 되도록 하여 상기 이미지 센서의 위치가 상기 렌즈로부터 일정한 거리를 유지하도록 하며, 상기 카메라 하우징의 길이가 L1, 상기 커넥터의 길이가 L2, 회로부 PCB 기판의 두께가 L3, 상기 카메라 하우징의 열팽창계수가 α1, 상기 커넥터의 열팽창계수가 α2, 회로부 PCB 기판의 두께 방향으로의 열팽창계수가 α3, 인 경우, L1 x α1 = (L2 x α2) + (L3 x α3)의 관계를 만족하도록 구성된다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 이미지 센서를 구비하는 카메라의 초점 고정 장치는, 카메라 후면부의 커버 하우징(cover housing); 일단이 카메라 전면부의 렌즈를 둘러싸는 렌즈 하우징(lens housing)과 연결되고, 타단이 상기 커버 하우징에 연결되어 고정된 카메라 하우징(camera housing); 상기 카메라 내부에, 상기 커버 하우징과 일정 거리 이격된 위치에 설치되는 회로부; 상기 회로부를 구성하는 일 소자로서, 상기 렌즈의 중심선이 회로부를 지나는 지점을 중심으로 하여 상기 회로부에 구비되는 이미지 센서; 및, 일단이 상기 회로부와 연결되고, 타단이 상기 커버 하우징과 연결된 커넥터(connector) 를 포함하고, 상기 카메라의 온도가 상승 또는 하강하여 상기 카메라를 구성하는 기구물이 팽창 또는 수축하더라도 상기 카메라의 초점이 변하지 않도록, 전방 방향으로 팽창하는 기구물들의 총 팽창량 및, 후방 방향으로 팽창하는 기구물들의 총 팽창량이 동일한 양이 되도록 하여 상기 이미지 센서의 위치가 상기 렌즈로부터 일정한 거리를 유지하도록 하며, 상기 카메라 하우징이 L1의 길이 방향을 따라 서로 다른 재질의 n(n≥1)개의 소재로 나누어져 구성되어져 있을 때, 각 소재의 길이가 L11, L12, ..., L1n(L11+L12+ ... +L1n=L1)이고, 각 소재의 열팽창계수가 α11, α12, ..., α1n이며, 상기 커넥터가 L2의 길이 방향을 따라 서로 다른 재질의 m(m≥1)개의 소재로 나누어져 구성되어져 있을 때, 각 소재의 길이가 L21, L22, ..., L2m(L21+L22+ ... +L2m=L2)이고, 각 소재의 열팽창계수가 α21, α22, ..., α2m이며, 상기 회로부가 두께 방향을 따라 서로 다른 재질의 k(k≥1)개의 PCB 기판층으로 나누어져 구성되어져 있을 때, 각 기판층의 두께가 L31, L32, ..., L3k(L31+L32+ ... +L3k=L3)이고, 각 소재의 열팽창계수가 α31, α32, ..., α3k인 경우, L11 x α11 + L12 x α12 + ... + L1n x α1n = (L21 x α21 + L22 x α22 + ... + L2m x α2m) + (L31 x α31 + L32 x α32 + ... + L3k x α3k)의 관계를 만족하도록 구성된다.
상기 이미지 센서는, 렌즈의 최후면과 초점거리 만큼 이격되도록 설치될 수 있다.
상기 커버 하우징은, 상기 카메라 하우징과 별도의 부품으로 구성될 수 있다.
상기 커버 하우징은, 상기 카메라 하우징과 일체형으로 구성될 수 있다.
본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 상기 초점 고정 장치 중 하나를 포함하는 카메라가 제공된다.In order to achieve the above object, a focus fixing device of a camera having an image sensor according to the present invention includes: a cover housing on a rear surface of a camera; A camera housing having one end connected to a lens housing surrounding the lens of the front of the camera, and the other end connected to and fixed to the cover housing; A circuit unit installed in the camera at a position spaced apart from the cover housing; As an element constituting the circuit portion, an image sensor provided in the circuit portion around a point where the center line of the lens passes through the circuit portion; And, one end is connected to the circuit portion, the other end includes a connector (connector) connected to the cover housing, the temperature of the camera rises or falls, even if the equipment constituting the camera expands or contracts the focus of the camera In order not to change, the total amount of expansion of the devices expanding in the forward direction and the total amount of expansion of the devices expanding in the rear direction are the same amount so that the position of the image sensor is maintained at a certain distance from the lens, and the The length L 1 , the length of the connector L 2 , the thickness of the circuit board PCB board L 3 , the thermal expansion coefficient of the camera housing α 1 , the thermal expansion coefficient of the connector α 2 , the thermal expansion in the thickness direction of the circuit board PCB board When the coefficient is α 3 , L 1 x α 1 = (L 2 x α 2 ) + (L 3 x α 3 ).
According to another aspect of the present invention, a focus fixing device of a camera including an image sensor includes: a cover housing on a rear surface of a camera; A camera housing having one end connected to a lens housing surrounding the lens of the front of the camera, and the other end connected to and fixed to the cover housing; A circuit unit installed in the camera at a position spaced apart from the cover housing; As an element constituting the circuit portion, an image sensor provided in the circuit portion around a point where the center line of the lens passes through the circuit portion; And, one end is connected to the circuit portion, the other end includes a connector (connector) connected to the cover housing, the temperature of the camera rises or falls, the camera constituting the camera expands or contracts even if the focus of the camera In order not to change, the total amount of expansion of the devices expanding in the forward direction and the total amount of expansion of the devices expanding in the rear direction are the same amount so that the position of the image sensor is maintained at a certain distance from the lens, and the camera housing When it is composed of n (n≥1) materials of different materials along the length direction of L 1, the length of each material is L 11 , L 12 , ..., L 1n (L 11 + L 12 + ... + L 1n = L 1 ), and the coefficient of thermal expansion of each material is α 11 , α 12 , ..., α 1n , and the connector is m (m) of different materials along the length direction of L 2 . ≥1) When divided, the length of each material is L 21 , L 22 , ..., L 2m (L 21 + L 22 + ... + L 2m = L 2 ), and the coefficient of thermal expansion of each material is α 21 , α 22 , ..., α 2m , and when the circuit section is composed of k (k≥1) PCB substrate layers of different materials along the thickness direction, the thickness of each substrate layer is L 31 , L 32 , ..., L 3k (L 31 + L 32 + ... + L 3k = L 3 ), and the coefficient of thermal expansion of each material is α 31 , α 32 , ..., α 3k , L 11 x α 11 + L 12 x α 12 + ... + L 1n x α 1n = (L 21 x α 21 + L 22 x α 22 + ... + L 2m x α 2m ) + (L 31 x α 31 + L 32 x α 32 + ... + L 3k x α 3k ).
The image sensor may be installed to be spaced apart from the focal length by the rearmost surface of the lens.
The cover housing may be configured as a separate component from the camera housing.
The cover housing may be integrally formed with the camera housing.
According to another aspect of the present invention, a camera including one of the focus locks is provided.
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본 발명에 의하면, 카메라의 온도가 올라가더라도 처음에 맞추어 놓은 초점거리가 유지될 수 있도록 하는 카메라의 초점 고정 장치를 제공하되, 특히, 초점이 변하더라도 초점을 자동으로 맞추는 렌즈를 사용할 수 없는 경우에, 기구적인 구조만으로도 온도변화에 따른 초점의 변화가 생기지 않도록 하는 초점 고정 장치를 제안하는 효과가 있다.According to the present invention, although the temperature of the camera is raised, a focus lock of the camera is provided so that the focal length set at the beginning can be maintained. In particular, even when the focus changes, when a lens that automatically focuses cannot be used , It has the effect of suggesting a focus fixing device that prevents a change in focus due to temperature change even with a mechanical structure.
도 1은 이미지 센서를 구비하는 종래 카메라의 구조를 측면의 단면도로써 나타내는 도면.
도 2는 이미지 센서를 구비하는 종래 카메라에서 온도 변화가 발생한 경우의 초점거리 변화를 나타내는 도면.
도 3은 본 발명에 따른 초점 고정 장치를 구비하는 카메라의 구조를 측면의 단면도로써 나타내는 도면.1 is a view showing a structure of a conventional camera having an image sensor as a sectional side view.
2 is a view showing a change in the focal length when a temperature change occurs in a conventional camera equipped with an image sensor.
3 is a view showing a structure of a camera having a focus fixing device according to the present invention as a cross-sectional side view.
이하 첨부된 도면을 참조로 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. Prior to this, the terms or words used in the present specification and claims should not be construed as being limited to ordinary or lexical meanings, and the inventor appropriately explains the concept of terms to explain his or her invention in the best way. Based on the principle that it can be defined, it should be interpreted as meanings and concepts consistent with the technical spirit of the present invention. Therefore, the embodiments shown in the embodiments and the drawings described in this specification are only the most preferred embodiments of the present invention and do not represent all of the technical spirit of the present invention, and at the time of this application, various alternatives are possible. It should be understood that there may be equivalents and variations.
도 1은 이미지 센서를 구비하는 종래 카메라의 구조를 측면의 단면도로써 나타내는 도면이고, 도 2는 이미지 센서를 구비하는 종래 카메라에서 온도 변화가 발생한 경우의 초점거리 변화를 나타내는 도면이다.1 is a view showing a structure of a conventional camera having an image sensor as a cross-sectional side view, and FIG. 2 is a view showing a change in a focal length when a temperature change occurs in a conventional camera having an image sensor.
이미지 센서(111)는, 렌즈(10)의 중심선이 회로부(110)를 지나는 지점을 중심으로 하여 회로부(110)에 구비되는, 회로부(110)의 일 소자이다.The
도 1 내지 도 3에서, 왼쪽을 카메라의 전면, 오른쪽을 카메라의 후면으로 표현하기로 한다. 렌즈와 카메라 센서와의 간격을 초점거리라고 하며, 도 1에서 L0로 나타내어져 있다. 각각의 렌즈는 서로 다른 초점거리 값을 가지고 있다. 일반적으로 카메라의 초점을 맞출 때에는 렌즈를 조절하여 최적의 초점을 맞추고 이후에 기구적으로 초점이 바뀌지 않도록 고정하여 사용하게 된다.1 to 3, the left side is represented by the front of the camera and the right side by the rear of the camera. The distance between the lens and the camera sensor is called a focal length, and is indicated by L 0 in FIG. 1. Each lens has a different focal length value. In general, when focusing the camera, the lens is adjusted to achieve the optimal focus, and thereafter, it is fixed and used so that the focus does not change mechanically.
도 1을 참조하면, 이미지 센서(111)는 빛의 신호를 전기신호로 변환하는 센서이며, 일 실시예로서 CCD(Charge-Coupled Device) 또는 CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor) 센서 등이 사용될 수 있다.Referring to FIG. 1, the
도 1의 종래 이미지 센서를 구비하는 카메라의 구조는 다음과 같다.The structure of the camera having the conventional image sensor of FIG. 1 is as follows.
카메라 하우징(camera housing)(120)은 전면부에서 렌즈(10)를 둘러싸는 렌즈 하우징(lens housing)(20)과 연결되고, 후면부에서 커버 하우징(cover housing)(140)과 연결되어 고정된다. 이미지 센서(111)는, 변환된 전기신호를 처리하기 위한 회로부(110)의 일 소자로 구성되어 있으며, 렌즈(10)의 최후면과 초점거리(L0) 만큼 이격되어 있고, 이때 회로부(110)와 카메라 하우징(120)은 커넥터(connector)(130)로 연결되어 있다. 카메라는 인터페이스(미도시)를 통해 PC와 연결되고, 촬영하고자 하는 물체를 보면서 최적의 영상을 갖는 초점을 찾는다. 점선으로 도시한 박스(11) 내의 선들은 렌즈를 통과한 빛(12)을 나타낸다.The
장시간 연속으로 사용하는 검사용 카메라는 시간이 지나면서 CCD 또는 CMOS 센서나 다른 전자부품의 온도가 상승하게 되면서 내부의 발열로 인해 카메라의 온도가 올라가게 된다. 또는 카메라가 설치되어 있는 곳의 온도가 냉난방장치의 온도조절능력에 따라 변하기도 하고, 때로는 계절에 따라 변하는 경우도 있는데 이와 같은 주위 온도에 따라 카메라의 온도도 영향을 받게 된다.In the inspection camera used continuously for a long time, the temperature of the CCD or CMOS sensor or other electronic components increases over time, and the temperature of the camera increases due to internal heat generation. Or, the temperature of the place where the camera is installed varies depending on the temperature control ability of the air conditioning system, and sometimes it changes depending on the season. The temperature of the camera is also affected by the ambient temperature.
이와 같은 카메라 내부 또는 외부적인 온도변화로 인해, 카메라를 구성하는 기구물이 열에 의해 팽창하면서, 이미지 센서(111)의 위치가 변하게 된다.Due to the temperature change inside or outside the camera, the position of the
커넥터(130)의 재질을 M2로 하고, 카메라 하우징(120)의 재질을 M1으로 서로 다르게 한다고 해도 같은 방향으로 팽창하게 된다.The material of the
도 1과 같은 종래 카메라 구조의 경우, 이와 같이 온도가 상승하면 카메라 하우징(120)과 커넥터(connector)(130)가 모두 같은 방향, 즉, 후면 방향으로 팽창하게 되는데, 이로써 도 2에 도시된 바와 같이 △L0 만큼의 변형이 발생하게 된다. 이로 인해 처음에 맞추어 놓은 초점이 틀어지면서 영상의 화질이 나쁘게 변하게 되는 문제점이 있게 된다. 카메라가 상승된 온도는 설치된 주위의 환경에 영향을 받기 때문에 다양한 사용환경에서 각각의 △L0는 다른 값을 가지게 되는데, 특히, 측정하고자 하는 대상물이 매우 얇고 정밀한 부품인 경우, 위와 같이 온도에 따라 초점이 변경되면 원하는 수준의 영상을 얻지 못하기 때문에 이로 인해 제품의 합불 판정이나 불량 분석을 하지 못하게 되는 심각한 문제가 발생한다.In the case of the conventional camera structure as shown in FIG. 1, when the temperature rises as described above, both the
온도 변화에 따라 길이 L0값은 △L0=L0 x α x △t 만큼 변하게 된다. 여기서 α는 물체의 열팽창계수이며, △t는 초점을 맞출 때부터 카메라가 상승(또는 하강)한 온도변화이다.As the temperature changes, the length L 0 value changes by ΔL 0 = L 0 x α x △ t. Where α is the coefficient of thermal expansion of the object, and △ t is the temperature change that the camera has risen (or decreased) from when it focused.
예를 들어, 알미늄 재질(α=24x10-6), L0=30mm 길이, 20도 온도 변화의 경우,For example, aluminum material (α = 24x10 -6 ), L 0 = 30mm length, for a 20 degree temperature change,
△L0 = 30 x (24x10-6) x 20 = 0.014mm△ L 0 = 30 x (24x10 -6 ) x 20 = 0.014mm
즉, △L0=14μm의 길이 변화가 생기는데, 점점 더 측정하고자 하는 두께가 얇아지고 있고, 특히 1μm 이하의 두께까지 측정하고자 하는 경우, 이 변화량(△L0)은 매우 심각한 수준이 되기 때문에 이런 변화량(△L0)을 줄여야 하는 것은 매우 중요한 문제이다.In other words, △ L 0 = 14μm length change occurs, and the thickness to be measured is getting thinner. Especially, when measuring to a thickness of 1μm or less, this change amount (△ L 0 ) is very serious. It is very important to reduce the amount of change (△ L 0 ).
이와 같은 문제를 해결하기 위해 카메라의 바깥쪽에 팬(fan)을 부착하여 바람을 불어주기도 하고, 특별한 경우 카메라를 물로 냉각할 수 있는 구조로 만들기도 한다. 그러나 팬을 사용할 경우 진동으로 인한 문제가 발생하거나, 공중의 먼지를 여러 곳으로 분산시키는 역효과도 있으며, 결정적으로는 카메라의 온도상승분 만큼 온도를 떨어뜨리지 못한다. 물로 냉각하는 경우 구조가 매우 복잡해지고 누수나 물의 온도 제어 등에 매우 어려움이 있어서 사용하는 것이 매우 어렵고 비용이 상승하는 문제가 있다.To solve this problem, a fan is attached to the outside of the camera to blow the wind, and in special cases, the camera can be cooled with water. However, if a fan is used, a problem due to vibration may occur, or there is an adverse effect of dispersing dust in the air to various places, and, conclusively, the temperature cannot be reduced by the temperature increase of the camera. When cooling with water, the structure is very complicated, and there is a problem in that it is very difficult to use and the cost is high because water leakage or water temperature control is very difficult.
도 3은 본 발명에 따른 초점 고정 장치(200)를 구비하는 카메라의 구조를 측면의 단면도로써 나타내는 도면이다.3 is a view showing a structure of a camera having a
도 1 및 도 2의 구조와의 차별점은, 이미지 센서(211)가 포함된 회로부(210)가 커넥터에 의해 카메라 하우징(220)과 연결된 것이 아니라, 커넥터(230)에 의해 후면의 커버 하우징(240)에 연결되어 고정된다는 것이다. 즉, 커넥터(230)는 일단이 회로부(210)에, 그리고 타단이 커버 하우징(240)에 연결되어 있다.The difference from the structure of FIGS. 1 and 2 is that the
이 경우 커넥터(230)가 고정되는 커버 하우징(240)은, 카메라 하우징(220)과 별도의 부품일 수도 있고, 또는 커버 하우징(240)과 카메라 하우징(220)이 일체형으로 구성될 수도 있다. 카메라는 인터페이스(미도시)를 통해 PC와 연결되고, 촬영하고자 하는 물체를 보면서 최적의 영상을 갖는 초점을 찾는다.In this case, the
도 3의 경우에도 역시 시간이 지나면서 CCD 또는 CMOS 센서나 다른 전자부품의 온도가 상승하게 되면서 내부의 발열로 인해 카메라의 온도가 올라가게 된다. 또는 카메라가 설치되어 있는 곳의 온도가 냉난방장치의 온도조절능력에 따라 변하기도 하고, 때로는 계절에 따라 변하는 경우도 있는데 이와 같은 주위 온도에 따라 카메라의 온도도 영향을 받게 된다. In the case of FIG. 3 as well, the temperature of the CCD or CMOS sensor or other electronic component increases over time, and the temperature of the camera increases due to internal heat generation. Or, the temperature of the place where the camera is installed varies depending on the temperature control ability of the air conditioning system, and sometimes it changes depending on the season.
이와 같은 카메라 내부 또는 외부적인 온도변화로 인해, 카메라 기구물이 열에 의해 팽창하게 된다.Due to the temperature change inside or outside the camera, the camera mechanism expands due to heat.
이 경우, 카메라 하우징(220) 길이 L1은 △L1만큼 렌즈로부터 멀어지는 방향으로 팽창하고, 커넥터(230)의 길이 L2는 △L2 만큼 렌즈와 가까와지는 방향으로 팽창한다.In this case, the length L 1 of the
길이 L1과 L2는 다르고, 이에 따라 카메라 하우징(220)의 재질 M1과 커넥터(230)의 재질 M2도 다르게 해야 한다. 이는 카메라 하우징(220)의 열팽창계수 α1과 커넥터(230)의 열팽창계수 α2가 서로 달라야 한다는 것이다. 결론적으로, 서로 반대방향으로 팽창하는 카메라 하우징(220)과 커넥터(230)에 대하여, 카메라 하우징(220)의 팽창량과 커넥터(230)의 팽창량을 같게 하면, 렌즈(10)의 최후면과 이미지 센서(211)까지의 거리, 즉, 초점거리의 변화는 없게 된다. 이를 수학식으로 표현하면 이하와 같다.The length L 1 and L 2 are different, so that the material of the material M 1 and the
[수학식 1][Equation 1]
카메라 하우징(220)의 M1 재질의 팽창량 = L1 x α1 x △tExpansion amount of M 1 material of the
[수학식 2][Equation 2]
커넥터(230)의 M2 재질의 팽창량 = L2 x α2 x △tExpansion amount of M2 material of
즉, 이로부터 다음을 만족해야 한다.That is, the following must be satisfied.
[수학식 3][Equation 3]
L1 x α1 x △t = L2 x α2 x △tL 1 x α 1 x △ t = L 2 x α 2 x △ t
이로부터, 만족해야 하는 최종 조건식은 이하 수학식 4와 같다.From this, the final conditional expression to be satisfied is as in Equation 4 below.
[수학식 4][Equation 4]
L1/L2 = α2/α1 L 1 / L 2 = α 2 / α 1
수학식 4에 의하면, 더 짧은 길이의 부품은 열팽창계수가 더 큰 값을 가져야 함을 알 수 있다.According to Equation 4, it can be seen that the shorter the length of the component, the higher the coefficient of thermal expansion.
정리하면, 카메라 내부의, 본 발명의 초점 고정 장치(200)의 설계시에 위의 식을 만족할 수 있는 열팽창계수를 가진 2가지 재질을 선택하고, 또한 각각의 재질에 맞게 카메라 하우징(220) 및 커넥터(230) 각각의 길이 L1과 L2를 결정하면 되는 것이다. 이렇게 재질과 길이를 정하게 되면, 카메라의 온도가 상승 또는 하강하여 카메라를 구성하는 기구물이 팽창 또는 수축하더라도 카메라 하우징(220)과 커넥터(230)가 서로 반대방향으로 동일한 양으로 팽창하게 됨으로써 이미지 센서(211)의 위치가 렌즈(10)로부터 일정한 거리를 유지하게 되어, 카메라의 초점이 변하지 않게 된다.In summary, when designing the
나아가, 본 발명은 카메라 온도가 상온 이하로 내려가더라도 역시 동일한 효과를 얻을 수 있다.Furthermore, the present invention can obtain the same effect even if the camera temperature falls below room temperature.
지금까지의 설명에서, 이미지 센서(211)가 포함된 회로부(210) 두께의 열팽창은 상대적으로 작으므로 무시하고 계산했으나, 필요한 경우 이를 포함하여 계산할 수도 있다. 이 경우 다음과 같은 식으로 나타낼 수 있다.In the description so far, the thermal expansion of the thickness of the
[수학식 5][Equation 5]
L1 x α1 x △t = (L2 x α2 x △t) + (L3 x α3 x △t)L 1 x α 1 x △ t = (L 2 x α 2 x △ t) + (L 3 x α 3 x △ t)
여기서 L3 및 α3는 회로부(210)의 두께 및 열팽창계수이다.Here, L 3 and α 3 are the thickness of the
이로부터, 만족해야 하는 최종 조건식은 이하 수학식 6과 같다.From this, the final conditional expression to be satisfied is as in Equation 6 below.
[수학식 6][Equation 6]
L1 x α1 = (L2 x α2) + (L3 x α3)L 1 x α 1 = (L 2 x α 2 ) + (L 3 x α 3 )
따라서 수학식 6에 맞추어 카메라 하우징(220)의 길이와 열팽창계수, 커넥터(230)의 길이와 열팽창계수 및, 회로부(210) PCB 기판의 두께와 두께 방향으로의 열팽창계수를 정하면 된다.Therefore, according to Equation 6, the length and thermal expansion coefficient of the
나아가, 도 3과 같은 구조를 더욱 일반화하면, 카메라 하우징(220)이 L1의 길이 방향을 따라 서로 다른 재질의 n(n≥1)개의 소재로 나누어져 구성되어져 있을 수 있다. 이때 각 소재의 길이를 L11, L12, ..., L1n(L11+L12+ ... +L1n=L1)이라 하고, 각 소재의 열팽창계수를 α11, α12, ..., α1n이라 하자.Furthermore, when the structure as shown in FIG. 3 is further generalized, the
또한 커넥터(230) 역시 L2의 길이 방향을 따라 서로 다른 재질의 m(m≥1)개의 소재로 나누어져 구성되어져 있을 수 있다. 이때 각 소재의 길이를 L21, L22, ..., L2m(L21+L22+ ... +L2m=L2)이라 하고, 각 소재의 열팽창계수를 α21, α22, ..., α2m이라 하자.In addition, the
또한 회로부(210) 역시 두께 방향을 따라 서로 다른 재질의 k(k≥1)개의 PCB 기판층으로 나누어져 구성되어져 있을 수 있다. 이때 각 기판층의 두께를 L31, L32, ..., L3k(L31+L32+ ... +L3k=L3)이라 하고, 각 소재의 열팽창계수를 α31, α32, ..., α3k이라 하자.In addition, the
이 경우 다음과 같은 식으로 나타낼 수 있다. In this case, it can be expressed as follows.
[수학식 7][Equation 7]
L11 x α11 x △t + L12 x α12 x △t + ... + L1n x α1n x △t = (L21 x α21 x △t + L22 x α22 x △t + ... + L2m x α2m x △t) + (L31 x α31 x △t + L32 x α32 x △t + ... + L3k x α3k x △t)L 11 x α 11 x △ t + L 12 x α 12 x △ t + ... + L 1n x α 1n x △ t = (L 21 x α 21 x △ t + L 22 x α 22 x △ t + ... + L 2m x α 2m x △ t) + (L 31 x α 31 x △ t + L 32 x α 32 x △ t + ... + L 3k x α 3k x △ t)
이로부터, 만족해야 하는 최종 조건식은 이하 수학식 8과 같다.From this, the final conditional expression to be satisfied is as in Equation 8 below.
[수학식 8][Equation 8]
L11 x α11 + L12 x α12 + ... + L1n x α1n = (L21 x α21 + L22 x α22 + ... + L2m x α2m) + (L31 x α31 + L32 x α32 + ... + L3k x α3k)L 11 x α 11 + L 12 x α 12 + ... + L 1n x α 1n = (L 21 x α 21 + L 22 x α 22 + ... + L 2m x α 2m ) + (L 31 x α 31 + L 32 x α 32 + ... + L 3k x α 3k )
따라서 수학식 8에 맞추어 카메라 하우징(220)을 구성하는 각 소재들의 길이와 열팽창계수, 커넥터(230)를 구성하는 각 소재들의 길이와 열팽창계수 및, 회로부(210)를 구성하는 각 PCB 기판층의 두께와 두께 방향으로의 열팽창계수를 정하면 된다.Therefore, according to Equation 8, the length and the thermal expansion coefficient of each material constituting the
또한 수학식 8에서 회로부(210)의 PCB 기판의 두께의 팽창을 무시한다면 다음과 같이 표현됨은 자명하다.In addition, if the expansion of the thickness of the PCB of the
[수학식 9][Equation 9]
L11 x α11 + L12 x α12 + ... + L1n x α1n = L21 x α21 + L22 x α22 + ... + L2m x α2m L 11 x α 11 + L 12 x α 12 + ... + L 1n x α 1n = L 21 x α 21 + L 22 x α 22 + ... + L 2m x α 2m
이 경우는, 수학식 9에 맞추어 카메라 하우징(220)을 구성하는 각 소재들의 길이와 열팽창계수 및, 커넥터(230)를 구성하는 각 소재들의 길이와 열팽창계수를 정하면 된다.In this case, the length and thermal expansion coefficient of each material constituting the
아울러, 본 발명의 핵심적인 기술적 사상은, 카메라의 온도가 상승 또는 하강하여 카메라를 구성하는 기구물이 팽창 또는 수축하더라도 카메라의 초점이 변하지 않도록, 서로 반대방향으로 팽창하는 기구물들에 대하여, 양쪽 방향으로의 팽창량이 동일한 양이 되도록 함으로써, 이미지 센서의 위치가 렌즈로부터 일정한 거리를 유지하도록 한다는데 있다.In addition, the core technical idea of the present invention is to increase or decrease the temperature of the camera, so that even if the equipment constituting the camera expands or contracts, the focus of the camera does not change. By making the amount of expansion of the same amount, the position of the image sensor is to maintain a constant distance from the lens.
따라서 지금까지 예시적으로 설명한 카메라 내부의 초점 고정 장치(200) 구조에서, 카메라 온도 변화에 따라 초점 거리를 변하게 하는, 위에서 일일이 언급되지는 않은, 전방 방향으로의 팽창 기구물 및 후방 방향으로의 팽창 기구물 들이 세부적으로 다양하게 더 포함된다고 하더라도, 그와 같은 기구물들에 대하여, 전방 방향으로 팽창하는 기구물들의 총 팽창량 및, 후방 방향으로 팽창하는 기구물 들의 총 팽창량이 동일한 양이 되도록 하여 초점 거리가 변화하지 않도록 한다는 것은 결국 본 발명의 권리범위에 속하게 된다는 것은 자명한 것이라 할 수 있다.Therefore, in the structure of the
10: 렌즈
12: 렌즈를 통과한 빛
20: 렌즈 하우징(lens housing)
100: 종래 이미지 센서 구비 카메라 구조
110: 이미지 센서가 포함된 회로부
111: 이미지 센서
120: 카메라 하우징(camera housing)
130: 커넥터(connector)
140: 커버 하우징(cover housing)
200: 본 발명의 이미지 센서 구비 카메라의 초점 고정 장치
210: 이미지 센서가 포함된 회로부
211: 이미지 센서
220: 카메라 하우징(camera housing)
230: 커넥터(connector)
240: 커버 하우징(cover housing)10: lens
12: Light passing through the lens
20: lens housing
100: camera structure with a conventional image sensor
110: circuit part including the image sensor
111: Image sensor
120: camera housing
130: connector
140: cover housing
200: focus lock of the camera with the image sensor of the present invention
210: circuit part including an image sensor
211: image sensor
220: camera housing
230: connector
240: cover housing
Claims (9)
카메라 후면부의 커버 하우징(cover housing);
일단이 카메라 전면부의 렌즈를 둘러싸는 렌즈 하우징(lens housing)과 연결되고, 타단이 상기 커버 하우징에 연결되어 고정된 카메라 하우징(camera housing);
상기 카메라 내부에, 상기 커버 하우징과 일정 거리 이격된 위치에 설치되는 회로부;
상기 회로부를 구성하는 일 소자로서, 상기 렌즈의 중심선이 회로부를 지나는 지점을 중심으로 하여 상기 회로부에 구비되는 이미지 센서; 및,
일단이 상기 회로부와 연결되고, 타단이 상기 커버 하우징과 연결된 커넥터(connector)
를 포함하고,
상기 카메라의 온도가 상승 또는 하강하여 상기 카메라를 구성하는 기구물이 팽창 또는 수축하더라도 상기 카메라의 초점이 변하지 않도록, 전방 방향으로 팽창하는 기구물들의 총 팽창량 및, 후방 방향으로 팽창하는 기구물들의 총 팽창량이 동일한 양이 되도록 하여 상기 이미지 센서의 위치가 상기 렌즈로부터 일정한 거리를 유지하도록 하며,
상기 카메라 하우징의 길이가 L1, 상기 커넥터의 길이가 L2, 회로부 PCB 기판의 두께가 L3, 상기 카메라 하우징의 열팽창계수가 α1, 상기 커넥터의 열팽창계수가 α2, 회로부 PCB 기판의 두께 방향으로의 열팽창계수가 α3, 인 경우,
L1 x α1 = (L2 x α2) + (L3 x α3)
의 관계를 만족하도록 구성된,
이미지 센서를 구비하는 카메라의 초점 고정 장치.A focus lock for a camera having an image sensor,
A cover housing at the rear of the camera;
A camera housing having one end connected to a lens housing surrounding the lens of the front of the camera, and the other end connected to and fixed to the cover housing;
A circuit unit installed in the camera at a position spaced apart from the cover housing;
As an element constituting the circuit portion, an image sensor provided in the circuit portion around a point where the center line of the lens passes through the circuit portion; And,
One end is connected to the circuit part, the other end is connected to the cover housing (connector)
Including,
The total amount of expansion of the objects that expand in the forward direction and the total amount of expansion of the devices that expand in the rear direction, so that the focus of the camera does not change even if the equipment constituting the camera expands or contracts because the temperature of the camera rises or falls. To be the same amount so that the position of the image sensor maintains a constant distance from the lens,
The length of the camera housing is L 1 , the length of the connector is L 2 , the thickness of the circuit board PCB board is L 3 , the thermal expansion coefficient of the camera housing is α 1 , the thermal expansion coefficient of the connector is α 2 , the thickness of the circuit board PCB board If the coefficient of thermal expansion in the direction is α 3 ,
L 1 x α 1 = (L 2 x α 2 ) + (L 3 x α 3 )
Configured to satisfy the relationship of,
Focus lock for a camera with an image sensor.
카메라 후면부의 커버 하우징(cover housing);
일단이 카메라 전면부의 렌즈를 둘러싸는 렌즈 하우징(lens housing)과 연결되고, 타단이 상기 커버 하우징에 연결되어 고정된 카메라 하우징(camera housing);
상기 카메라 내부에, 상기 커버 하우징과 일정 거리 이격된 위치에 설치되는 회로부;
상기 회로부를 구성하는 일 소자로서, 상기 렌즈의 중심선이 회로부를 지나는 지점을 중심으로 하여 상기 회로부에 구비되는 이미지 센서; 및,
일단이 상기 회로부와 연결되고, 타단이 상기 커버 하우징과 연결된 커넥터(connector)
를 포함하고,
상기 카메라의 온도가 상승 또는 하강하여 상기 카메라를 구성하는 기구물이 팽창 또는 수축하더라도 상기 카메라의 초점이 변하지 않도록, 전방 방향으로 팽창하는 기구물들의 총 팽창량 및, 후방 방향으로 팽창하는 기구물들의 총 팽창량이 동일한 양이 되도록 하여 상기 이미지 센서의 위치가 상기 렌즈로부터 일정한 거리를 유지하도록 하며,
상기 카메라 하우징이 L1의 길이 방향을 따라 서로 다른 재질의 n(n≥1)개의 소재로 나누어져 구성되어져 있을 때, 각 소재의 길이가 L11, L12, ..., L1n(L11+L12+ ... +L1n=L1)이고, 각 소재의 열팽창계수가 α11, α12, ..., α1n이며,
상기 커넥터가 L2의 길이 방향을 따라 서로 다른 재질의 m(m≥1)개의 소재로 나누어져 구성되어져 있을 때, 각 소재의 길이가 L21, L22, ..., L2m(L21+L22+ ... +L2m=L2)이고, 각 소재의 열팽창계수가 α21, α22, ..., α2m이며,
상기 회로부가 두께 방향을 따라 서로 다른 재질의 k(k≥1)개의 PCB 기판층으로 나누어져 구성되어져 있을 때, 각 기판층의 두께가 L31, L32, ..., L3k(L31+L32+ ... +L3k=L3)이고, 각 소재의 열팽창계수가 α31, α32, ..., α3k인 경우,
L11 x α11 + L12 x α12 + ... + L1n x α1n = (L21 x α21 + L22 x α22 + ... + L2m x α2m) + (L31 x α31 + L32 x α32 + ... + L3k x α3k)
의 관계를 만족하도록 구성된,
이미지 센서를 구비하는 카메라의 초점 고정 장치.A focus lock for a camera having an image sensor,
A cover housing at the rear of the camera;
A camera housing having one end connected to a lens housing surrounding the lens of the front of the camera, and the other end connected to and fixed to the cover housing;
A circuit unit installed in the camera at a position spaced apart from the cover housing;
As an element constituting the circuit portion, an image sensor provided in the circuit portion around a point where the center line of the lens passes through the circuit portion; And,
One end is connected to the circuit part, the other end is connected to the cover housing (connector)
Including,
The total amount of expansion of the objects that expand in the forward direction and the total amount of expansion of the devices that expand in the rear direction, so that the focus of the camera does not change even if the equipment constituting the camera expands or contracts because the temperature of the camera rises or falls. To be the same amount so that the position of the image sensor maintains a constant distance from the lens,
When the camera housing is divided into n (n≥1) materials of different materials along the length direction of L 1, the length of each material is L 11 , L 12 , ..., L 1n (L 11 + L 12 + ... + L 1n = L 1 ), and the coefficient of thermal expansion of each material is α 11 , α 12 , ..., α 1n ,
When the connector is divided into m (m≥1) materials of different materials along the length direction of L 2, the length of each material is L 21 , L 22 , ..., L 2 m (L 21 + L 22 + ... + L 2m = L 2 ), and the coefficient of thermal expansion of each material is α 21 , α 22 , ..., α 2m ,
When the circuit portion is composed of k (k≥1) PCB substrate layers of different materials along the thickness direction, the thickness of each substrate layer is L 31 , L 32 , ..., L 3k (L 31 + L 32 + ... + L 3k = L 3 ), and the coefficient of thermal expansion of each material is α 31 , α 32 , ..., α 3k ,
L 11 x α 11 + L 12 x α 12 + ... + L 1n x α 1n = (L 21 x α 21 + L 22 x α 22 + ... + L 2m x α 2m ) + (L 31 x α 31 + L 32 x α 32 + ... + L 3k x α 3k )
Configured to satisfy the relationship of,
Focus lock for a camera with an image sensor.
상기 이미지 센서는,
렌즈의 최후면과 초점거리 만큼 이격되도록 설치된 것
을 특징으로 하는 이미지 센서를 구비하는 카메라의 초점 고정 장치.The method according to claim 1 or claim 2,
The image sensor,
Installed to be separated by the focal length from the rearmost surface of the lens
Focus fixing device of the camera having an image sensor, characterized in that.
상기 커버 하우징은,
상기 카메라 하우징과 별도의 부품으로 구성되는 것
을 특징으로 하는 이미지 센서를 구비하는 카메라의 초점 고정 장치.The method according to claim 1 or claim 2,
The cover housing,
Consists of a separate part from the camera housing
Focus fixing device of the camera having an image sensor, characterized in that.
상기 커버 하우징은,
상기 카메라 하우징과 일체형으로 구성되는 것
을 특징으로 하는 이미지 센서를 구비하는 카메라의 초점 고정 장치.
The method according to claim 1 or claim 2,
The cover housing,
Being integral with the camera housing
Focus fixing device of the camera having an image sensor, characterized in that.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020190120835A KR102093692B1 (en) | 2019-09-30 | 2019-09-30 | Focus-fixing apparatus of camera with image sensor, and camera with the focus-fixing apparatus |
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2019
- 2019-09-30 KR KR1020190120835A patent/KR102093692B1/en active IP Right Grant
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Date | Code | Title | Description |
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GRNT | Written decision to grant |