KR200232838Y1

KR200232838Y1 - 광저역필터특성을가진이미지센싱모듈

Info

Publication number: KR200232838Y1
Application number: KR2019980020330U
Authority: KR
Inventors: 박원희; 최무길; 함형석
Original assignee: 박원희; 주식회사 세키노스코리아
Priority date: 1998-10-23
Filing date: 1998-10-23
Publication date: 2001-08-07
Also published as: KR20000008580U

Abstract

본 고안은 이미지 센싱모듈에 관한 것으로서, 특히 반도체 기판 상에 매트릭스 상으로 배열된 복수의 수광소자들을 포함하는 컬러 이미지 센싱소자; 상기 컬러 이미지 센싱소자의 수광면을 제외한 나머지를 패키징하기 위하여 뚜껑이 없는 상자형 패키지; 상기 패키징된 이미지 센싱소자의 수광면을 보호하기 위해 상기 패키지의 뚜껑 위치에 부착되는 투명 보호커버를 포함하는 이미지 센싱모듈에 있어서, 상기 투명 보호커버는 서로 마주보는 두 개의 표면을 가지며, 상기 두면 중 하나의 면에는 제 1 방향으로 줄무늬 형상의 요철이 형성되고 다른 하나의 면에는 상기 제 1 방향과는 직각방향으로 줄무늬 형상의 요철이 형성되는 회절격자구조를 가지도록 사출성형에 의해 제조된 투명 플라스틱으로 된 것이다.

따라서, 본 고안에서는 CCD형 고체촬상소자의 보호커버를 플라스틱으로 사출성형에 의해 대량생산할 수 있어서 코스트를 다운시킬 수 있고 이미지 픽업소자의 소형 경량화를 달성할 수 있다.

Description

광저역필터 특성을 가진 이미지 센싱모듈{IMAGE SENSING MODULE WITH AN OPTICAL LOW PASS FILTER}

본 고안은 이미지 센싱 모듈에 관한 것으로서, 특히 CCD형 고체촬상소자에 있어서, 고체촬상소자의 투명 보호커버를 사출성형에 의해 회절격자가 형성된 투명 플라스틱으로 구성함으로써 대량생산에 의한 코스트를 다운시킬 수 있는 이미지 센싱모듈에 관한 것이다.

일반적으로 이미지 픽업장치는 광학렌즈계와 저역필터와, 이미지 센싱모듈, 예컨대 CCD형 고체촬상소자로 구성된다. CCD형 고체촬상소자는 반도체 기판에 매트릭스 형상으로 수광소자들이 배치되고 각 수광소자들은 서로 격리되어 불연속적으로 구성되어 있다. 따라서, 이러한 이미지 센싱모듈을 통하여 이미지를 촬상하게 되면 공간적 간섭으로 인하여 줄무늬와 같은 노이즈가 생기게 된다. 이 현상을 모아레(색간섭)라 부르며 복조신호의 방해신호 대 색부반송파신호의 비를 모아레의 양으로 정의하고 있다. 각 인접 수광소자의 피치보다도 적은 주기의 고주파 성분을 포함하고 있으면 이 고주파 성분이 계속 검출되어서 공간주파수신호를 발생하게 된다.

따라서, 도 1에 도시한 바와 같이 광학렌즈계(10)와이미지 센싱모듈(14)의 사이에 이들 공간주파수신호를 경감시키고자 광저역필터(12)를 설치한다. 광저역필터로는 수정판의 복굴절성질을 이용한 것과 회절격자를 사용한 것이 있다. 한국특허공고 제 97-3470호에는 이들 광저역필터에 대한 구체적인 설명을 개시하고 있다.

한국특허공고 97-3470호에서는 종래의 광학렌즈계와 이미지 센싱모듈 사이의저역필터를 개재한 구성은 저역필터가 차지하는 공간적 확보로 인하여 소형 경향화가 곤란하고 부품수의 증가로 조립공수 증가 등의 문제점을 지적하고 이미지 센싱모듈의 투명유리기판에 회절격자를 구성함으로써 별도의 광저역필터를 제거한 기술을 개시하고 있다.

그러나, 상기 공고발명에서는 투명유리기판을 사용하기 때문에 회절격자를 유리기판에 형성하기 위하여 감광성수지를 코딩하고 공지된 패터닝 기술을 사용하여 스크라이빙하여 형성하고 있다. 이와 같은 제조기술은 유리기판에 감광성수지를 도포하고 마스크를 통한 노광 및 현상공정을 거쳐서 격자를 패터닝하고 패턴된 감광성 수지를 식각저지마스크로 사용하여 유리기판을 식각하는 공정을 거치게 되므로 공정이 매우 복잡하고 세척 및 화학적 처리에 의해 제조장비의 설치 공간 등의 확보가 요구된다. 또한, 화학적 처리에 의한 환경오염물질의 배출 등의 문제가 있다.

본 고안은 목적은 이와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 저렴하고 대량생산이 가능한 사출성형에 의해 회절격자가 형성된 플라스틱 보호커버를 가진 이미지 센싱모듈을 제공하는 데 있다.

도 1은 종래의 렌즈계와 이미지 센싱모듈 사이에 광저역필터를 가진 이미지 픽업장치의 구성을 나타낸 도면.

도 2는 본 고안에 의한 광저역필터를 가진 이미지 센싱모듈을 포함한 이미지 픽업장치의 구성을 나타낸 도면.

도 3은 본 고안에 의한 광저역필터 특성을 가진 이미지 센싱모듈의 보호커버의 사시도.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

10, 20 : 렌즈계 12 ; 광저역필터

14, 31 ; 이미지 센싱모듈 21 : 경통

22 ; 덮개 23, 25, 27, 28 : 렌즈

24, 26 ; 스페이서 30 ; 이미지 센싱장치

32 ; 프린트 배선기판 33 ; 커버

31a : 이미지 센싱소자 31b : 패키지

31c : 광저역필터가 형성된 보호커버

상기한 본 고안의 목적을 달성하기 위하여 본 고안의 장치는 반도체 기판 상에 매트릭스 상으로 배열된 복수의 수광소자들을 포함하는 컬러 이미지 센싱소자; 상기 컬러 이미지 센싱소자의 수광면을 제외한 나머지를 패키징하기 위한 뚜껑이없는 상자형 패키지; 상기 패키징된 이미지 센싱소자의 수광면을 보호하기 위해 상기 패키지의 뚜껑 위치에 부착되는 투명 보호커버를 포함하는 이미지 센싱모듈에 있어서, 상기 투명 보호커버는 서로 마주보는 두 개의 표면을 가지며, 상기 두면 중 하나의 면에는 제 1 방향으로 줄무늬 형상의 요철이 형성되고 다른 하나의 면에는 상기 제 1 방향과는 직각방향으로 줄무늬 형상의 요철이 형성되는 회절격자구조를 가지도록 사출성형에 의해 제조된 투명 플라스틱으로 된 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여, 본 고안의 일 실시예를 통해 본 고안을 보다 상세하게 설명하고자 한다.

도 2는 본 고안에 의한 이미지 픽업장치의 구성을 나타낸다. 도 2에서 20은 렌즈계, 30는 이미지 센싱장치이다. 렌즈계(20)는 경통(21)내에 덮개(22), 제 1 렌즈(23), 제 1 스패이서(24), 제 2 렌즈(25), 제 2 스페이서(26), 제 3 렌즈(27), 제 4 렌즈(28)를 포함한다. 제 1 렌즈(23)는 피사체측에 볼록면을 가진 음의 메니스커스(meniscus)형 렌즈이고, 제 2 및 제 3 렌즈(25, 27)는 양측에 볼록면을 가진 양의 콘벡스(convex)형 렌즈이고 상기 제 4 렌즈(28)는 음의 메니스커스형 렌즈이다. 제 1 렌즈(23)는 플라스틱 재료, 예컨대 폴리메틸 메타크릴레이트를 사출성형하여 제조된다. 제 1 및 제 2 렌즈(23, 25)에 의해 발생되는 색수차는 제 3 및 제 4 렌즈(27, 28)에 의해 보정된다.

이미지 센싱장치(30)는 이미지 센싱모듈(31), 프린트배선기판(32), 커버(33)를 포함한다. 이미지 센싱모듈(31)은 프린트배선기판(32)에 연결단자들이 장착되어 외부회로와 전기적으로 연결된다. 커버(33)는 중앙에 렌즈계의 경통이 나사식으로결합되는 결합통(33a)를 포함하고 프린트기판(32)에 나사식으로 결합되어 이미지 센싱모듈(31)을 덮어서 보호한다.

이미지 센싱모듈(31)은 반도체 기판 상에 매트릭스 상으로 배열된 복수의 수광소자들을 포함하는 컬러 이미지 센싱소자(31a); 상기 컬러 이미지 센싱소자의 수광면을 제외한 나머지를 패키징하기 위하여 뚜껑이 없는 상자형 패키지(31b), 상자형 패키지(31b)의 뚜껑 위치에 부착되는 보호커버(31c)를 포함한다.

보호커버(31c)는 도 3에 도시한 바와 같이, 서로 마주보는 두 개의 표면(41, 42)을 가지며, 상기 두면 중 하나의 면(41)에는 제 1 방향으로 줄무늬 형상의 요철(43)이 형성되고 다른 하나의 면(42)에는 상기 제 1 방향과는 직각방향으로 줄무늬 형상의 요철(44)이 형성되는 회절격자구조를 가지도록 사출성형에 의해 제조된 투명 플라스틱으로 구성된다. 요철(43, 44)구조는 그 단면이 삼각파 또는 태형파 등으로 형성된다.

즉, 보호커버(31c)의 전면(41)과 후면(42)에 각각 형성된 줄무늬 요철(43, 44)가 합쳐져서 격자모양의 회절격자를 이루게 된다.

비디오 카메라 등의 렌즈계는 인코피레소트 결상계로서 취급되므로, 도3에 나타낸 광학적 로우 패스 필터의 전달함수H(fx, fy)는 투과율의 자기상관의 형태가 된다.

H(fx, fy) = p★p(λLfx, λLfy)···(1)

= p(λLfx, λLfy)★p(λLfx, λLfy)

여기서 p(λLfx, λLfy)는 λLp(fx, fy)

= λLp(x, y)

따라서 H(fx, fy) = λLp(x, y)★λLp(x, y)

여기서 ★는 자기상관이론(Autocorrelation theorem)의 자기상관전달함수를 나타내며(저자-“Joseph W. GOODMAN”, 출판사 - “Mc Graw-Hill”의 “Introduction to FOURIER OPTICS”9쪽 및 155쪽 참조), p는 분광방사속(分光放射束)으로, 단위시간당 방사 또는 전달되는 물리적 에너지의 방사량을 나타내는 방사속(放射束)의 단위 파장폭당 방사속을 나타내는 것이고, λLp(x, y)는 광학적 로우 패스 필터의 투과율, λ는 파장, L은 렌즈계를 매개로 하였을 때의 필터면에서 상면까지의 광학적 환산거리이다.

p(x, y)의 값은 제작상 가능한 것을채용한다.플라스틱을 절삭 혹은 사출성형하여 위상형 회절격자를 만들려고 하면, 삼각파 혹은 태형(사라리꼴)파가 용이하다고 생각된다. 어느 쪽도 일 방향만으로 주기성을 가진다면, 전달함수는 다음과 같은 형태가 된다.

1)삼각파:

H=(ζ)(l-ζ)cos(πγζ)sin(πγζ)/(πγ)(0≤ζ≤1)···(2)

2)태형파:

H(ζ)=(1/2-ζ)(cos(2πγζ)+1)+sin(2πγζ)/(πγ)(0≤ζ≤1/2)

=(ζ-1/2)cos(πγ)-[sin(2πγ(ζ-1/2)-2sin(πγ)]/(2πγ)(1/2≤ ζ≤1)···(3)

단, ζ=fx/fc, fc=d(2γL), γ=2(n-1)δ/λ이다. fc는 상면상의 회절상의 주파수, ζ는 fc로 규격화 된 x방향의 공간주파수, γ는 정수리부와 저부의 위상차를 나타내고, n은 굴절률이다. H(ζ)는 삼각파, 태형파의 어느쪽도 우함수이고 또한 주기성이 있고, 다음의 관계식이 성립한다.

H(-ζ)=H(ζ), H(ζ+2)=H(ζ)···(4)

여기서 주목할 것은, 태형파의 광학적 로우 패스 필터에서는 ζθ=1/(2γ)가 되는 값이 0≤ζ≤1/2의 범위에 존재하면, 항상 H(ζ)=0이 성립한다는 것이다. 이때의 공간주파수는

fx=fθ=d/[8(n-1)δL]···(5)

가 되어 파장λ에 의하지 않는다. 이와같은 것이 일어나는 조건은 ζθ≤1/2에서

λ≤λ0, λ0=2(n-1)δ···(6)

이다. 즉, 태형파 광학적 로우 패스 필터는, (6)식에서 주어지는 λ0이하의 파장역으로, 전달함수H(ζ)를 0으로 하는 주파수fθ를 일정하게 할 수 있다. 이것은, 파장에 의하여 특성이 변화하지 않는 광학적 로우 패스 필터를 얻을 수 있는 것을 의미한다.

광학적 로우 패스 필터의 설계는 다음과 같다.

먼저, 설계를 위한 파라메타가 되는 설계파장과 광학적 환산장치를 설명하고, 다음으로 설계순서를 나타낸다.

파장λ가 (6)식에서 나타낸 값, 즉

λ=λ0=2(n-1)δ ···(6)

가 될 때, 삼각파 혹은 태형파의 정수리부와 저부의 위상차가 1/2파장이 된다. 이 파장λ0을 설계파장이라고 부르기로 한다. 전술한 바와 같이, 태형파 광학적 로우 패스 필터의 경우, 설계파장 λ0 이하의 파장역에서 전달함수의 파장의존성을 없게 할 수 있다. 따라서, 설계파장 λ0을 크게 잡으면, 전달함수의 파장의존성을 적게 할 수 있다. 그 반면(5), (6)의 식에서 알 수 있는 바와 같이, 전달함수를 0으로 하는 공간주파수 f0이 일정하면, λ0이 커지면 회절격자의 피치 d가 커지고, 광학적 로우 패스 필터의 회절작용이 약해진다. 삼각파나 태형파의 광학적 로우 패스 필터를 비디오 카메라 등에 사용하는 경우, 설계파장은 사용파장대의 파장과 같은 정도로 하는 것이 바람직하다.

필터면이 상면에서 등가적으로 어느 정도 떨어져 있는가를 구할 필요가 있다. 이 거리를 광학적 환산거리라고 한다. 광학적 환산거리는 다음의 계산에 의하여 구할 수 있다.

(광학적 환산거리)=(필터의 상과 상면의 거리)/(근축횡배율)

렌즈계의 초점거리를 F, 필터면에서 렌즈계의 전측주평면까지의 거리를 G, 렌즈계의 후측주평면에서 상면까지의 거리를 S라고 하면 광학적 환산거리 L은 다음 식 7과 같이 계산된다.

L=S+G-S0/F···(7)

또한, 광학적 로우 패스 필터와 상면의 사이에 렌즈계가 없는 경우는 F=∞로 하면 된다.

이상의 결론을 기초로 태형파의 경우를 예로 하여, 회절격자 광학적 로우 패스 필터의 설계순서를 나타낸다.

①촬영렌즈계의 배치에서 광학적 환산거리L을 구한다.

②촬상소자의 스펙(화소피치, 개구율등)에서 전달함수를 0으로 하는 주파수 fθ를 설정한다.

③설계파장λ0을 설정한다.

④(6)식의 관계에서 높이δ를 구한다.

⑤(5)식의 관계에서 피치d를 구한다.

⑥전달함수를 (3)식에 의하여 계산하고, 충분한 성능인지를 판단한다. 이 판단은 광학적 로우 패스 필터의 전달함수에 촬영렌즈, 촬상소자, 신호처리계의 전달함수를 곱하여 맞춘 촬영시스템전체의 전달함수를 계산하고, 행하는 것이다. 그 결과, 광학적 로우 패스 필터의 전달함수의 성능이 충분한 것이라면 설계가 완료하고, 그렇지 않으면 ②로 돌아가 주파수fθ의 설정을 다시하고 ②∼⑤의 순서를 반복한다.

이와 같이 설계과정이 완료되면 사출성형기의 금형을 제작하고 제작된 금형틀에 의해 플라스틱 경화성수지를 사출성형하여 이미지 센싱모듈의 보호커버를 제작한다. 보호커버의 플라스틱 재질은 폴리메틸 메타크릴레이트로 하는 것이 바람직하다. 또한, 플라스틱 열경화성 수지는 적외선을 차단하는 특징을 가진 것이 바람직하다.

제조된 보호커버는 플라스틱 열경화성 수지로 제질이므로 UV본딩방식에 의해 상자형 패키지에 접착하는 것이 가능하다. 이러한 접착공정은 CCD형 이미지 센싱모듈의 제조비용을 절감시킬 수 있다.

이상, 설명한 바와 같이 본 고안에서는 비디오 카메라의 이미지 픽업장치에 있어서, 이미지 센싱모듈의 보호커버를 플라스틱 사출성형에 의해 광학적 저역필터가 함께 형성된 구조를 가짐으로서, 종래의 별도의 광저역필터를 제거할 수 있어서, 대량생산이 가능하여 유리보호커버에 비해 코스트를 다운시킬 수 있고, 부품수를 줄일 수 있어서, 렌즈계와 이미지 센싱소자의 간격을 줄임으로서, 제품의 소형 경량화가 가능하다.

또한, 본 고안의 보호커버는 플라스틱 재질이므로 유리재질에 비해 경량이고 고온, 다습, 충격 등에 강하다.

상기에서는 본 고안의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 등록 청구의 범위에 기재된 본 고안의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위내에서 본 고안을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims

반도체 기판 상에 매트릭스 상으로 배열된 복수의 수광소자들을 포함하는 컬러 이미지 센싱소자; 상기 컬러 이미지 센싱소자의 수광면을 제외한 나머지를 패키징하기 위하여 뚜껑이 없는 상자형 패키지; 상기 패키징된 이미지 센싱소자의 수광면을 보호하기 위해 상기 패키지의 뚜껑 위치에 부착되는 투명 보호커버를 포함하는 이미지 센싱모듈에 있어서, 상기 투명 보호커버는

서로 마주보는 두 개의 표면을 가지며, 상기 두면 중 하나의 면에는 제 1 방향으로 줄무늬 형상의 요철이 형성되고 다른 하나의 면에는 상기 제 1 방향과는 직각방향으로 줄무늬 형상의 요철이 형성되는 회절격자구조를 가지도록 사출성형에 의해 제조된 투명 플라스틱으로 된 것을 특징으로 하는 이미지 센싱모듈.
제 1 항에 있어서, 상기 투명 플라스틱은 적외선을 차단하는 특성을 가진 것을 특징으로 하는 이미지 센싱모듈.