KR910001500B1 - 렌즈 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

렌즈

제1도는, 본 발명의 렌즈를 표시한 단면도.

제2도는, 제1도의 렌즈를 사용하여 구성한 광학계의 장치를 표시한 단면도.

제3도는, 종래예를 설명하기 위한 단면도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 렌즈본체 2 : 렌즈부

3 : 볼록면 4 : 오목면

5 : 플랜지부 6 : 플랜지부(5)의 보호부

9 : 조리개본체 12 : 조리개부착부재

17 : CCD본체

본 발명은 비데오 카메라등에 사용되는 초소형의 고체촬상소자에 사용하기에 가장 적합한 렌즈를 제공하는 것이다.

종래에는 가정용 비데오테이프 레코오더의 보급에 따라서 광학계에 고체촬상 소자를 이용한 비디오 카메라의 보급이 눈부실 정도이고, 그 기록방식에서는 1/2인치 사이즈의 자기테이프를 이용한 방식이나, 8mm사이즈의 자기테이프를 이응하는 방식등 여러 종류가 제안되고 있다.

이와 같은 비데오 카메라에 탑재되는 고체촬상소자는, 종래의 촬상관에 대하여 소형, 경량, 긴수명, 저소비전력등의 잇점을 가지고 있고, 그 중에서도 CCD(Charge Coupled Device : 전하결합디바이스)형 고체촬상 장치는, 구조나 구성이 간단하며, 신호축적 기능과 자기주사(Self-Scanning) 기능을 가지고 있으므로, 상기한 비데오 카메라에 사용되는 고체촬상 소자의 주류로 되여있다.

그래서, 상기한 CCD를 사용하여 영상 신호를 꺼내는 데에는, 제3도에 표시하는 바와 같이 광학렌즈를 이용하여 CCD의 수광면에 상을 맺히게 할 필요가 있다.

제3도에 있어서, (31)은 광학렌즈, (32)는 CCD본체, (33)은 CCD의 수광면, (34)는 CCD본체(32)의 투명 캡 (Cap)이다. 광학렌즈(31)는 CCD본체(32)의 전면에 CCD의 수광면(33)으로부터 광학렌즈(31) 고유의 촛점거리에 대략 동등한 거리만큼 떨어진 위치에 설치되며, 피사체까지의 거리에 따라서 광학렌즈(31)의 위치를 약간 조정하는 것에 의하여, CCD의 수광면(33) 표면에 핀트가 일치한 피사체의 영상을 맺는다.

그리고, 비풀어짐이 적은 정확한 화상을 얻기 위하여도 광학렌즈(31)로부터 CCD의 수광면(33)까지의 거리는 CCD의 수광면(33)의 대각선 크기로 동등한 거리에 설정하는 것이 보통이다. 따라서, 종래의 2/3인치 사이즈의 CCD에른 촛점거리가 17mm 전후의 광학렌즈(31)을, 사용하고, 1/2인치 사이즈의 CCD에는 촛점거리가 13mm전후의 광학렌즈(31)을 사용하고 있었다.

광학렌즈(31)의 촛점거리는 렌즈 표면의 곡율로 결정됨으로 촛점거리를 짧게할 수록 광학렌즈(31)의 형상은 구체에 가까워진다. 또한, 제3도와 같은 광학계는 특개소 59-104552호 공보에 기재되여 있다.

한편, 최근의 초경량, 초박형, 초소형화에 따라서 비데오 카메라에도 한층 더 소형 · 경량화와 저코스트화가 요구된다. 그러나, 상기한 2/3인치 또는 1/2인치 사이즈의 CCD는 소자수가 수 10만개로 VLSI종류의 집적도를 가지며, 칩사이즈가 5 내지 10mm로 크기 때문에, 종래의 CCD를 이용하면 광학계의 저코스트화가 곤란한 결점이 있었다.

본 발명은 이와 같은 결점을 해결하기 위하여, 수광면의 크기가 약 2mm의 초소형 CCD를 개발하게 이르렀다. 칩 사이즈를 작게하면, 단위 웨이퍼 당의 칩수량이 증대하고, 원료에 대한 제품의 비율이 향상함으로 대폭적인 코스트 인하가 가능하게 되었다.

또, 저코스트화를 달성하려면, 피사체의 거리에 따라서 핀트를 맞추는 기능을 조립해 넣는 것 보다는 광학렌즈(31)의 위치를 고정할 수 있는 고정촛점 방식을 채용한 쪽이 유리한 것이다.

고정촛점 방식은, 작은 지름으로 촛점거리의 짧은 광학렌즈(31)의 조리개를 좁혀서 사용하는 것에 의하여 실현할 수 있고, 촛점 깊이 정도가 깊으므로 무한대로부터 가장 가까운 거리까지 동시에 핀트를 맞추는 것이 가능한 것이다. 그러나, 수광면의 크기가 약 2mm의 CCD를 사용하여서 광학계를 구성하기 위하여는 그 크기와 촛점거리를 대략 동등한 길이로 할 필요가 있으므로, 2 내지 4mm 촛점거리를 가지는 광학렌즈(31)를 사용하지 않으면 않된다.

그러면, 광학렌즈(31)의 지름을 2 내지 4mm, 광학렌즈(31)의 CCD의 수광면(33)에 대향하는 면을 대략 구면으로 형성할 필요가 있으며, 이와 같은 초소형의 광학렌즈(31)은 저렴한 플라스틱 렌즈로는 현재까지 대량 생산한 일이 없으므로 기술적으로 곤란한 결점이 있었다.

유리 렌즈를 사용하면 가능하나, 코스트가 높으며 복수매의 렌즈를 사용하여도 가능하나, 소형화에 반하여 코스트가 높아지게 된다. 또, 초소형이기 때문에 렌즈의 취급이 곤란하며, 렌즈의 성형시 및 광학계의 조립시에 있어서의 작업성에 지장을 가져오는 결점이 있었다.

더구나, 구면이 돌출하여 있기 때문에, 렌즈 표면에 흠이 생기기 쉽고, 취급성을 한층 곤란하게 하는 결점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 결점에 감안하여 된 것으로, 적어도 일면에 대략 구면에 가까운 볼록면(3)을 가지는 렌즈에 있어서, 볼록면(3)을 포위하도록 볼록면(3)보다 높은 플랜지부(5)를 설치하는 것에 의하여, 저렴하며, 작업성 · 취급성이 우수한 촛점거리가 극히 짧은 렌즈를 제공하기 위한 구조로서, 본 발명은 볼록면(3)을 포위하도록 볼록면(3)보다 높은 플랜지부(5)를 설치하였으므로, 렌즈본체(1)을 볼록면(3)을 아래에 놓아도 렌즈 표면에 흠이 생기지 않는다.

또, 극히 작게 설계한 렌즈부(2)를 플랜지부(5)가 일체로 유지함으로서, 전체의 칫수를 취급하는 것이 용이하게 되는 크기로 형성할 수 있도록 하는 것으로서, 이를 첨부도면에 의하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

제1도는, 본 발명에 의한 광학렌즈의 형상을 표시한 단면도이며, (1)은 렌즈본체(2)는 볼록면(3)과 오목면(4)를 가지는 렌즈부, (5)는 볼록면(3)보다 높게되도록 형성한 보호부(6)을 가지는 플랜지부이다.

렌즈본체(1)은 플라스틱을 원료로하여서 금형 일체성형으로 제조한다.

렌즈부(2)의 칫수는 끝부분(7)으로부터 끝부분(7)까지의 지름이 약 2.78mm, 볼록면(3)의 꼭대기부분으로부터 오목 곡면(4)까지의 두께가 약 1.52mm의 칫수로 설계함과 동시에, 볼록면(3)은 반지름(R1)이 약 1.52mm의 구면, 오목면은 반지름(R2)가 대략 8.8mm의 비구면 또는 구면으로 되게 설계한다.

또, 오목면(4)의 중심선은 볼록면(3)의 중심선과 일치하도록 형성하고 있으며, 상기한 바와 같은 칫수로 설계하는 것으로 오목면(4) 표면과 중심선(8)과의 교점이 볼록면(3)의 대략 중심에 위치하도록 형성하고 있다.

이와 같이 형성하면, 렌즈부(2)의 촛점거리를 3.5 내지 3.8mm와 극히 작은 값으로 설계할 수 있다. 플랜지부(5)는 렌즈부(2) 둘레끝으로부터 중심선(8)에 대하여서 수직으로 연장함과 동시에, 플랜지부(5) 둘래끝에서 볼록면(3)측에 절곡하며, 중심선(8)에 대하여 평행으로 연장하는 보호부(6)을 형성한다.

그 보호부(6)는 볼록면(3)의 전둘레를 포위하도록 설치되고, 볼록면(3)보다 0.5mm 정도 높게되도록 형성한다. 이와 같이 하여 놓으면, 렌즈본체(1)을 볼록면(3)의 아래로 하여서 놓은 경우에도 보호부(6)이 볼록면(3) 표면을 보호함으로, 렌즈 표면이 손상되는 것을 방지할 수 있다.

오목면(4) 측에는, 오목면(4)가 오목하게 되여 있으므로 문제가 없는 것이다. 그리고, 플랜지부(5)의 가장 외주 칫수의 지름을 약 7.0mm로하며, 초소형의 렌즈부(2)를 그것보다 큰 바깥지름칫수를 가지는 플랜즈부(5)가 일체화로 유지하는 것에 의하여, 전체로서는 취급이 용이한 조립시의 작업성에 우수한 광학렌즈를 구성하고 있다.

또한, 보호부(6)의 외주면과 내주면에는 금형으로부터의 박리성을 고려하여서 테이퍼 형상의 면이 설치되어 있으며, 오목면(4) 축의 플랜지부(5) 끝부분에는 반지름이 약 0.3mm의 등근 모양을 가지게 하고 있다. 이하, 제1도와 같은 렌즈를 사용하여 구성한 광학계의 일실시예를 제2도를 사용하여 설명한다.

제2도에 있어서, (1)은 렌즈본체, (9)는 렌즈본체(1)을 부착하는 삽입부(10)과 렌즈의 조리개를 결정하는 관통공(11)을 구비하는 조리개(Iris) 본체, (12)는 조리개 본체(9)를 부착하기 위한 나사부(13)과, 그 자체를 나사(14)에 의하여 프린트기판(15)에 고정하기 위한 나사구멍(16)을 구비하는 조리개 부착부재, (17)은 프린트기판(15)에 납땜이 된 CCD 본체, (18)은 CCD본체(17)의 수광면, (19)는 CCD본체(17)의 투명 캡이다.

조리개 본체(9)의 삽입부(10)은 렌즈본체(1) 볼록면(3)이 곡 매몰하도록 지름이 약 7mm, 깊이가 약 1.7mm로 형성되며, 플랜지부(5)의 보호부(6)의 외주면이 삽입부(10)의 내주면과 끼워 맞춰지는 것에 의하여 렌즈본체(1)를 끼워 맞춰서 유지한다.

조리개 본체(9)의 관통공(11)은 고정 촛점 방식으로 하기위하여, 최종적으로 지름이 약 0.66mm의 크기로 좁혀지며, 그 중심선이 렌즈본체(1)의 중심선(8)과 일치하는 것 같은 위치에 뚫려있다.

조리개 본체(9)의 관통공(11)은 또 25°내지 30°의 사이를 확보하기 위하여 피사체에 향하여 약 50°의 각도로 서서히 넓혀서 형성하여 있으며, 테이퍼 형상은 아니며 중심선(8)에 대하여 평행인 면과수직인 면을 가지는 계단 형상으로 형성되어 있다.

계단형상으로 형성하는 것은 열린구멍부로부터 입사된 불필요한 광이 난반사하여 렌즈본체(1)에 도달하는것을 방지하기 위한 것이다.

조리개 부착부재(12)의 나사부(13)에는 내부지름이 약 10mm, 핏치 0.5mm 정도의 암나사(20)가 절단되어 있으며, 조리개 본체(9)의 외주에 설치한 숫나사(21)과 동시에 조리개 본체(9)를 조리개 부착부재(12)에 부착하는 역할을 완수한다.

조리개 부착부재(12)의 부착부(22)에는 지름이 2.6mm 정도의 나사구멍(16)이 설치되며, 나사(14)를 이용하여서 조리개 부착부재(12)가 CCD본체(17)를 덮으도록 프린트기판(15) 표면에 부착한다.

CCD 본체(17)은 통상의 반도체 칩 조립기술을 사용하여서 제조한 것으로, 그 내부에는 칩사이즈가 2.1×1.6mm의 CCD칩이 탑재되며, CCD수광면(18)의 상부 약 2.0mm의 위치에 광을 통과하는 안두께 0.77mm 정도의 투명 캡(19)가 설치되여 있다. 그럼으로, CCD본체(17)의 위에 설치한 렌즈부(2)의 촛점거리는 볼록면(3) 표면부터 2.8mm 이상 되지 않으면 않된다.

상기한 볼록면(3)과 오목면(4)의 각 칫수에 의하면, 촛점거리가 3.5 내지 3.8mm와, 전기한 2.8mm 보다는 큼으로, 오목면(4)측부터 입사된 광을 CCD수광부(18)에 결상시킬 수 있다. 핀트를 맞추는 데에는 조리개 본체(9)에 절단된 숫나사(21)과 조리개 부착부재(12)에 절단된 암나사(20)을 이용하고, 조리개본체(9)를 회전시키는 것에 의하여 양자의 거리를 조정한다. 한번 1m 내지 2m의 앞의 피사체에 핀트를맞춰서 놓으면 촛점 깊이 정도가 깊이므로 무한대로부터 가장 가까운 거리까지 새로히 핀트를 맞추지 않고 끝난다.

또, CCD칩의 부착 정밀도에 따라서 렌즈본체(1)의 위치를 정확한 위치에 설치한 필요가 있으므로, 조리개 부착부재(12)는 전기한 위치 맞추는 것을 종료한 위치에서 프린트기판(15)위에 고정하여야 한다.

그 때문에, 조리개 부착부재(12)의 나사구멍(16)의 내부지름을 나사(14) 외부지름 보다도 상기한 CCD칩의 부착정밀도에 대응한 정도만큼 여유를 가진 크기로 뚫어 놓고, 그 여유를 이용하여서 소정의 위치에 고정한다.

또한, 조리개 본체(9)의 관통공(11)을 작게 하였으므로, 렌즈본체(1)의 오목면(4)의 중에서, 입사광이 오목면(4)를 통과하여서 CCD의 수광면(18)에 상을 연결할 수 있는 영역은 오목면(4) 전체의 크기보다 작으며, 볼록면(3)의 대략 중심에 위치하는 오목면(4) 중앙의 극히 근소한 범위이다.

이것은 고정촛점 방식을 채용하기 위한 것인 동시에, CCD의 수광면(18)에 맺힌 상(image) 공간의 곡율을 최소로 하기 위한 것으로, 본 실시예에서는 곡율이 가장 큰 상공간의 모퉁이부에서 곡율이 약 4%로 극히 우수한 광학렌즈가 실현할 수 있다. 또, 광이 통과할 수 있는 범위를 작게 좁혔으므로, 이 광학계의 밝음은 약 F/5.6이다. 또, 오목면(4) 중앙의 지름이 0.8mm 이외의 영역에는 불필요한 내부반사를 방지하기 위하여 배껍질 비슷한 무늬 형상으로 형성되어 있다.

상기와 같이 구성하면, 초소형의 CCD와 본원의 렌즈본체(1)를 사용한 광학계 장치가 실현할 수 있다. 더구나, 제2도의 광학계 장치는 고정 촛점 방식을 채용하고, 부품수가 극히 적음으로, 소형·경량 그리고 극히 저렴하게 구성할 수 있다.

이와 같이된 본 발명은, 초소형의 CCD장치에 대응할 수 있는 만큼의 짧은 촛점거리를 가지는 초소형 렌즈를 제공할 수 있는 잇점을 가진다. 더구나, 본원의 렌즈는 지름이 약 2.78mm로 극히 작은 렌즈부(2)를 비교적 큰 외부지름 칫수를 가지는 플랜지부로 일체화로 유지하며, 또한 플랜지가 볼록면의 표면을 보호하도록 형성하였으므로, 렌즈본체의 금형 성형이 용이한 것외에, 성형후의 취급성에 극히 우수하며, 조립시의 작업성에도 우수한 잇점이 있는 것이다.

따라서, 본원의 렌즈를 사용하므로서, 광학계 장치를 극히 간소하게 구성할 수 있으므로, 극히 저렴한 비데오 카메라에 가장 적합하게 이용할 수 있는 것이다.

Claims (1)

1. 한쪽의 볼록면(3), 다른쪽에 오목면(4)을 가지는 렌즈부(2)와, 상기 렌즈부(2)의 외주를 지지하는 플랜지부(5)와, 상기 플랜지부(5)의 끝부분(7)에 형성한 보호부(6)를 가지며, 상기 보호부(6)는 상기 볼록면(3)측에 상기 볼록면(3)의 높이보다 높게 돌출하며, 상기 오목면(4)의 표면은 상기 플랜지부(5)의 표면보다 낮고, 또한, 상기 렌즈부(2)와, 플랜지부(5)와, 보호부(6)를 일체로 형성한 것을 특징으로 하는 렌즈.

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