KR20110075055A

KR20110075055A - 카메라모듈

Info

Publication number: KR20110075055A
Application number: KR1020090118865A
Authority: KR
Inventors: 김한식
Original assignee: 김한식
Priority date: 2009-12-03
Filing date: 2009-12-03
Publication date: 2011-07-06

Abstract

본 발명은 전반사 프리즘 원리를 사용한 렌즈로서 더 정확하게는 웨이퍼 렌즈의 측면의 둘레에 연마 수단으로 연마 전반사 프리즘 수단을 구비하여 측면의 빛을 받아들여 전 반사시켜 정면과 측면의 빛을 모아 이미지 센서에 전달하여 영상을 구현하는 촬영 각도를 200도 이상의 각도를 가지는 카메라 모듈을 가지는 것으로 해서 캡슐 내시경 로봇의 사각지대가 전혀 발생하지 않도록 하는 것이다.

렌즈, 카메라 모듈, 캡슐 내시경 로봇

Description

카메라모듈{a camera module}

본 발명은 캡슐 내시경 로봇에 사용할 수 있는 카메라 모듈로 종래의 카메라 모듈은 전방을 촬영할 수 굴곡이 심한 소장, 위, 대장과 같은 소화기관에서 사각지대가 너무 많아 촬영하는데 신뢰성이 전혀 없다. 내시경검사는 단 한곳도 소홀이 할 수 없는 생명과 직결되는 부분인데도 무심하게 종래 카메라 모듈로 그냥 한 번 훑고 지나가버려 사실상 판독할 수 없는 사각 지대가 너무 많아 자칫 어느 개인한 데는 치명적인 일이 될 수가 있는 것이다.

종래 캡슐 내시경 로봇은 카메라모듈, 송수신변환모듈, 전원장치, 등을 구비한 지름 11mm, 길이 25mm내외의 크기의 캡슐형 내시경 로봇이다. 구강을 통해 삼키면 소화기능의 연동 운동에 따라 8시간에서 10시간가량의 시간에 전 소화기관을 지나면 1초당 2장 정도 사진을 찍어 송출한다. 그러나 캡슐 내시경 로봇의 자세 제어 장치가 없기 때문에 각 소화기관의 넓이에 따라 자세가 제 각각 이어서 어떤 구간은 사진이 반복적으로 찍히고 어떤 구간은 그냥 지나가 버리기 일쑤이며, 어떤 구간은 소화기간이 주름이 많아 주름 사이에는 전혀 카메라에 잡히지 않는 사각지대이다. 이러한데도 일부 병원에서 내시경 검사 장치로 실행을 하고 있는 위험한 시 술을 하고 있어 자칫 그 결과를 맹신하는 환자는 위험해 질 수 있는 것이다.

본 발명에서 해결하고자 하는 과제는 하나의 렌즈에서 전방을 찍을 수 있으면서도 측면을 완벽히 영상화하여 소화기관의 주름과 주름 사이도 촬영을 할 수 있도록 하는 캡슐 내시경 로봇에 사용할 수 있는 카메라 모듈을 만드는 것이다.

본 발명에서는 웨이퍼 렌즈 주위의 둘레에 전반사를 할 수 있는 프리즘 원리의 전반사 프리즘을 연마가공으로 연마하여 측면에서 들어오는 빛을 상단부의 반 사부로 보내어 전방의 빛과 같이 투과시켜 이미지 센서에 전달하여 영상화하는 것으로 그 촬영 각도를 200도 이상으로 하는 것이다.

본 발명의 측면의 빛을 수집하여 전방의 빛과 같이 투과시켜 이미지화하여 촬영되는 카메라모듈은 촬영각도가 200도 이상의 각도를 실현하여 전방과 측면, 측면 후방까지 촬영할 수 있는 카메라 모듈로서 캡슐 내시경 로봇의 사각지대가 발생하지 않는 큰 효과를 가져 믿을 수 있는 내시경 검사를 할 수 있는 수단이 된다.

이하 본 발명의 구성 및 실시예를 첨부된 도면에 따라서 상세히 설명하면 다음과 같다. 본인인 본 출원 전에 카메라 모듈을 출원한바 있으며 본 출원 건과 비슷한 부분이 있는바 심사 때 참고 해 주시기를 바라며 전 출원 건에 대한 출원번호를 본 출원서에 공개한다. 전 출원 건은 "출원번호 : 10∼2009∼0117837, 출원일 : 2009년 12월 1일, 명칭 : 카메라 모듈" 이 있는바 참고하여 줄 것을 바란다. 도 1, 도 2에서 본 발명의 카메라 모듈의 전반사렌즈(10b)는 다음과 같다. 전반사렌즈(10b)는 전방과 측면에서 빛을 받아 내부에서 초점을 만들고 다시 확산 시킨 다음 후방에서 이미지 센서로 내보내게 된다. 보통 렌즈는 빛의 초점을 렌즈 밖에서 매치게 되는데 전반사렌즈(10b)는 내부에서 초점을 갖는 것이 특징이며 그 구성은 다음과 같다. 상단부에 웨이퍼렌즈부(11)와 하단부로 렌즈고정부(14b)일체로 구비되는바 그 중간부의 측면에 측면광입사부(17a)가 성형, 또는 연마, 또는 성형 후 연마 가공수단으로 처리되어 상기 구성의 세부적인 구성은 이렇다. 웨이퍼렌즈부(11)는 전방의 빛을 모으는 광입사부(11a)가 그 내부에 촛점(19)을 중심으로 구 형태의 모양을 갖추고 있으며 광입사부(11a)는 그 내부의 촛점(19)을 중심으로 입사되는 각이 약 50도의 각을 갖는다. 본 발명에서 48도로 도시하여 보였다. 그 외부로 반사코팅부(12)를 구비하는데 그 각은 약 110도를 갖게 되며 상기에 언급한 48도, 110도는 근사치를 표시한 각도 치수이며 반드시 결정된 치수가 아님을 밝혀두며, 그보다 작거나 큰 모든 각도의 치수를 만들 수 있다. 약 110도의 치수에서 광입사부(11a)의 치수를 뺀 나머지 광입사부(11a)의 외부둘레를 반사코팅부(12)로 코팅 처리하여 내부에서 빠져나가려는 빛을 모두 촛점(19)으로 반사시킨다. 웨이퍼렌즈부(11)는 약 촛점(19)을 기준으로 약 110도 되는 부위에서 그 둘레의 지름을 결정하여 그 지름을 갖게 되며 그 중심부위에 촛점(19)이 맺는 부위의 외부 둘레에 측면광입사부(17a)가 구비되며, 외부에서 들어오는 빛을 반사코팅부(12)부 전반사 시킬 수 있도록 한다. 즉 들어온 빛을 정확히 90도 꺾여 반사코팅부(12)로 반사할 수 있도록 입사되는 빛에 대한 45도 각으로 프리즘반사코팅부(16b)는 구비된다. 프리즘반사코팅부(16b)는 성형, 연마와 같은 가공수단으로 정밀하게 구비되며 보다 빛을 반사하기 쉽도록 반사 코팅을 하는 것이 바람직하다. 여유구성부(17b), 여유구성부(17c)는 프리즘반사코팅부(16b)를 성형, 연마작업을 할 때보다 순조로운 작업을 실수 없이할 수 있도록 하기 위한 여유 공간을 준 것으로 반드시 필요한 부분은 아니지만 그 부분이 있어 프리즘반사코팅부(16b)를 구비함에 있어 매우 용이하기 때문에 구비하는 것이 보다 바람직하다. 여유구성부(17c)의 하단부로는 웨이퍼렌즈부(11)의 지름보다 더 큰 지름으로 구비되어 렌즈고정부(14b)가 구비되며 렌즈고정부(14b)의 제일 하단부에는 광투과부(11e)가 구비되는바 광입사부(11a), 측면광입사부(17a)에서 들어온 빛이 촛점(19)에서 상이 바뀐 다음 광투과부(11e)로 빠져나가게 된다. 촛점(19)에서 확산하는 빛이 광투과부(11e)로 빠져나갈 때 이미 상이 커져 있기 때문에 제일 좋은 방법은 이미지 센서를 향해 직진으로 나가는 것이 제일 좋으나 카메라 모듈을 만들 때 주변상황에 맞게 광투과부(11e)를 오목형, 볼록 형, 평형 중에 골라 설계하여 빛의 굴절을 조절하여 사용할 수 있으며, 본 발명에서는 광투과부(11e)의 오목형의 중심 초점으로 빛이 꺾여 촛점(19)에서 확산하던 빛이 다시 광투과부(11e)의 초점의 사이에 이미지 센서에 도달되게 구비하였다. 그러한 구성은 카메라 모듈의 크기와 이미지센서의 크기 모양에 따라 변화를 줄 수 있게 하여 자유로운 설계를 할 수 있다. 따라서 본 발명의 광투과부(11e)는 평형, 볼록 형, 오목형 등을 선택적으로 사용할 수 있음을 밝혀둔다. 도 2에서 측면광입사부(17a)로 들어온 빛은 프리즘반사코팅부(16b)에 전 반사되어 반사코팅부(12)로 90도 꺾여 반사되고 다시 반사코팅부(12)에서 촛점(19)으로 반사되어 모였다가 광투과부(11e)로 상이 바뀌어 빠져나가게 된다. 도 3에서 광입사부(11a)로 입사된 정방의 빛은 촛점(19)으로 모여 상이 바뀌면서 광투과부(11e)로 빠져나가게 된다. 도 4에서 볼 수 있듯이 전반사렌즈(10b)의 구성에서 광입사부(11a)와, 측면광입사부(17a)에서 들어온 빛은 반사코팅부(12)의 안쪽에서 경계를 이루어 촛점(19)으로 모였다가 광투과부(11e)로 빠져 나가면서 이미지센서에 촬상 되게 된다. 도 5에서 전반사렌즈(10b)를 내부에 고정하는 렌즈배럴(20)은 투명 소재의 PC안경알 소재나 광학 유리로 만들어야 하며, 적어도 측면광입사부(17a)가 위치하는 측면광입사부(25)는 빛이 굴절이나 반사되지 않고 투과될 수 있도록 투명으로 하며 정밀한 연마는 물론이고 반사 방지 코팅도 병행되어야 한다. 렌즈배럴(20)의 렌즈배럴상단부(21)의 방향으로 마련된 전방턱(26)에는 전방을 비추는 LED조명장치(26a)를 렌즈개구부(22)를 중심으로 다수 배열시켜 구비하고 측면턱(27)에는 측면을 비추는 LED조명장치(27a)를 다수 배열해 구비하여 측면광입사부(25)에 많은 빛이 들어올 수 있도록 필요한 조명을 갖춘다. 측면광입사부(25)의 하단부에는 수나사(23)가 구비되어 렌즈배럴상단부(21)를 돌려주면 전반사렌즈(10b)가 전체적으로 돌아가며 수나사(23)으로 조절될 수 있다. 하우징(50)의 상단부에 배럴결함부(51)의 개구부(52)에는 암나사(54)가 구비되어 전반사렌즈(10)가 조립된 렌즈배럴(20)의 수나사(23)를 돌려 조립할 수 있다. 하우징(50)의 내부에는 내부공간부(53)가 마련되어 빛에 대한 간섭이 없으며 그 하단부로 기판(60), 이미지센서(55)등이 조립되어 구비되어 촛점(19)에서 상이 바뀐 빛이 다시 퍼지면서 IR 필터(57)를 거쳐 적외선을 걸러내고 이미지센서(55)에 비치게 되어 영상 신호를 만들어낸다. 도 8에서 보는 바와 같이 본 발명의 카메라 모듈은 전방 약 50도와 측면을 완전히 영상화할 수 있기 때문에 결과적으로 약 220도가 넘는 촬영 각도를 가지게 되어 주름이 많은 소화기관의 각 부를 정확하게 측면에서 촬영할 수 있다. 도시된 66도 각은 본 카메라 모듈이 정지해 있을 때에는 사각지대가 분명하지만 본 카메라 모듈이 전방을 향하여 전진하면 곳 측면광입사부(17a)로 모두 촬영되기 때문에 결과적으로 사각 지대는 없는 것이며 소화기관(a)의 굴곡을 측면에서 촬영하기 때문에 완전하게 주름 사이까지 촬영이 된다.

도 1은 전반사렌즈(10b)의 사시도.

도 2는 전반사렌즈(10b)의 단면 도에서 측면광입사부(17a)로 입사된 빛의 경로를 표시한 도면.

도 3은 전반사렌즈(10b)의 단면도에서 광입사부(11a)로 입사된 빛의 경로를 표시한 도면.

도 4는 도 2와 도 3의 빛의 경로를 같이 표시한 도면.

도 5는 본 발명의 카메라 모듈의 각 부 조립 사시도.

도 6은 도 5에서 조립된 카메라 모듈의 사시도.

도 7은 조립된 본 발명의 카메라 모듈의 단면도에서 이미지센서(55)에서 전해지는 빛의 경로 표시도.

도 8은 도 7에서 빛의 경로 표시와 광입사부(11a)의 각도, 측면광입사부(25)의 각도, 그리고 결과적으로 전체적인 이미지센서(55)에 입사되는 빛의 각도의 표시도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호설명>

전반사렌즈(10b) 웨이퍼렌즈부(11)

광입사부(11a) 광투과부(11e)

반사코팅부(12) 렌즈결합부(13)

렌즈결합부(13a) 렌즈구멍부(13b)

렌즈고정부(14b) 내부공간부(15)

프리즘반사코팅부(16b) 측면광입사부(17a)

여유구성부(17b) 여유구성부(17c)

렌즈하우징하단부(18) 촛점(19)

렌즈배럴(20) 렌즈배럴상단부(21)

렌즈개구부(22) 수나사(23)

측면광입사부(25) 전방턱(26)

LED조명장치(26a) 측면턱(27)

LED조명장치(27a) 내부공간부(29)

하우징(50) 배럴결함부(51)

개구부(52) 내부공간부(53)

암나사(54) 이미지센서(55)

IR필터(57) 기판(60)

단자(61) 와이어(62)

패드(63)

Claims

웨이퍼렌즈부(11)와 하단부로 렌즈고정부(14b)일체로 구비되며, 그 중간부의 측면에 측면광입사부(17a)가 구비되고, 웨이퍼렌즈부(11)는 전방의 빛을 모으는 광입사부(11a)가 그 내부에 촛점(19)을 중심으로 구 형태의 모양을 갖추고 있으며 광입사부(11a)는 그 내부의 촛점(19)을 중심으로 입사되는 각이 약 48도에서 50도 내외의 각으로 구비되며, 그 외부로 반사코팅부(12)가 구비되며, 반사코팅부(12)는 약 110도의 반사 각이 있으며, 약 110도의 치수에서 광입사부(11a)의 각을 뺀 나머지 광입사부(11a)의 외부둘레를 반사코팅부(12)로 코팅 처리하여 내부에서 빠져나가려는 빛을 모두 촛점(19)으로 반사시킨 것으로 한 카메라모듈.
웨이퍼렌즈부(11)는 약 촛점(19)을 기준으로 약 110도 되는 부위에서 그 둘레의 지름을 결정하여 그 지름을 갖게 되며 그 중심부위에 촛점(19)이 맺는 부위의 외부 둘레에 측면광입사부(17a)가 구비되며, 외부에서 들어오는 빛을 반사코팅부(12)부 전반사 되며, 들어온 빛을 정확히 90도 꺾여 반사코팅부(12)로 반사할 수 있도록 입사되는 빛에 대한 45도 각으로 프리즘반사코팅부(16b)는 구비된 카메라모듈.
여유구성부(17c)의 하단부로는 웨이퍼렌즈부(11)의 지름보다 더 큰 지름으로 구비되어 렌즈고정부(14b)가 구비되며 렌즈고정부(14b)의 제일 하단부에는 광투과부(11e)가 구비되는바 광입사부(11a), 측면광입사부(17a)에서 들어온 빛이 촛점(19)에서 상이 바뀐 다음 광투과부(11e)로 빠져나가게 되며, 촛점(19)에서 확산하는 빛이 광투과부(11e)로 빠져나갈 때 이미 상이 커져 있기 때문에 제일 좋은 방법은 이미지 센서를 향해 직진으로 나가는 것이 제일 좋으나 카메라 모듈을 만들 때 주변상황에 맞게 광투과부(11e)를 오목형, 볼록 형, 평형 중에 골라 설계하여 빛의 굴절을 조절하여 사용할 수 있으며, 광투과부(11e)의 오목형의 중심 초점으로 빛이 꺾여 촛점(19)에서 확산하던 빛이 다시 광투과부(11e)의 초점의 사이에 이미지 센서에 도달되게 구비된 카메라모듈.
제 3항에 있어서,, 광투과부(11e)는 평형, 볼록 형, 오목형 등으로 구성할 수 있는 카메라모듈.
측면광입사부(17a)로 들어온 빛은 프리즘반사코팅부(16b)에 전 반사되어 반사코팅부(12)로 90도 꺾여 반사되고 다시 반사코팅부(12)에서 촛점(19)으로 반사되어 모였다가 광투과부(11e)로 상이 바뀌어 빠져나가게되며, 광입사부(11a)로 입사된 정방의 빛은 촛점(19)으로 모여 상이 바뀌면서 광투과부(11e)로 빠져나가게 되는 카메라모듈.
전반사렌즈(10b)의 구성에서 광입사부(11a)와, 측면광입사부(17a)에서 들어온 빛은 반사코팅부(12)의 안쪽에서 경계를 이루어 촛점(19)으로 모였다가 광투과부(11e)로 빠져 나가면서 이미지센서에 촬상 되는 카메라모듈.