KR910008953B1 - 고체촬상카메라 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

고체촬상카메라

제1도 및 제2도는 본 발명을 설명하기 위한 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

7 : CCD본체 12 : 아이리스본체

15 : 아이리스부착부재

본 발명은 비데오카메라등에 사용되는 초소형의 고체촬상소자에 사용하기 적합한 렌즈를 제공하는 것이다.

종래에는 가정용 비데오테이프레코오더의 보급에 따라서 광학계에 고체촬상소자를 이용한 비데오카메라의 보급이 눈부실 정도이고 그 기록방식에는 1/2인치 사이즈의 자기테이프를 이용한 방식이나 8㎜사이즈의 자기테이프를 이용한 방식등 여러 종류가 있다.

이와 같은 비데오카메라에 장착되는 고체촬상소자는 종래의 촬상관에 대하여 소형, 경량, 긴수명, 저소비전력등의 잇점을 가지고 있으며, 그중에서도 CCD(Charge Coupled Device)형 고체촬상소자는 구조, 구성이 간단하고, 신호축적기능과 자기주사기능을 가지고 있으므로, 상기한 비데오카메라에 사용되는 고체촬상소자를 주로 사용하고 있다.

그런데, 상기한 CCD를 사용하여서 영상신호를 나타내는 데에는, 제3도에 표시함과 같이 광학렌즈를 이용하여서 CCD의 수광면에 상(image)이 맺도록할 필요가 있다.

제3도에 있어서, (31)은 광학렌즈, (32)는 CCD본체, (33)은 CCD의 수광면, (34)는 CCD본체(32)의 투명캡이다.

광학렌즈(31)은 CCD본체(32)의 전면에 CCD의 수광면(33)으로부터 광학렌즈(31)고유의 초점거리에 대략 동일한 거리만큼 떨어진 위치에 배치되며, 피사체까지의 거리에 따라서 광학렌즈(31)의 위치를 약간 조정하는 것에 의하여 CCD의 수광면(33) 표면에 핀트(punt)가 일치한 피사체의 영상을 맺게 하고 있다.

그리고, 왜곡(distortion)이 적은 정확한 화상을 얻기 위하여도 광학렌즈(31)로부터 CCD의 수광면(33)까지의 거리는 CCD의 수광면(33)의 대각선의 크기에 동일한 거리로 설정하는 것이 보통이다.

따라서, 종래의 2/3인치 사이즈의 CCD에는 초점거리가 17㎜ 전후의 광학렌즈(31)을 사용하고, 1/2인치 사이즈의 CCD에는 초점거리가 13㎜전후의 광학렌즈(31)을 사용하고 있었다.

광학렌즈(31)의 초점거리는 렌즈표면의 곡율로 결정됨으로 초점거리를 짧게 하는 광학렌즈(31)의 형상은 구체에 가깝게 된다.

또한, 제3도와 같은 광학계는 예로 일본국 특개소 59-104552호 공보에 기재되어 있다.

그러나, 종래의 2/3인치 또는 1/2인치 사이즈의 CCD는 소자수가 수십만개로 VLSI같은 집적도를 가지며, 칩사이즈가 5 내지 10㎜로 크기 때문에 단가가 높아 저렴한 고체촬상카메라를 구성할 수 없는 결점이 있었다.

이와 같은 결점을 해결하기 위하여, 수광부의 크기가 약 ㎟의 초소형 CCD를 개발하게 이르렀다.

칩사이즈를 작게 하면, 단위웨이퍼당 칩수량이 증대함으로 대폭적인 코스트인하가 가능한 것이다.

그러나, 수광면의 크기가 약 2㎟의 CCD를 사용하여 고체촬상카메라를 구성하는 데에는 초점거리가 2 내지 4㎜의 광학렌즈를 사용하지 않으면 안된다.

이와 같은 초점거리를 종래의 볼록렌즈로 구성하고자 하면 그 볼록렌즈는 지름이 2-4㎜로 거의 구형의 렌즈로 되며 초점거리와 렌즈의 지름이 거의 같게 되어 버린다.

CCD의 수광면(33)은 본체(32)의 투명캡(34)의 아래에 위치하므로 이것으로는 렌즈(31)의 초점거리에 CCD수광면(33)를 배치하고자하여도 렌즈(31)과 투명캡(34)가 접촉하여 광학계를 구성할 수가 없다.

또, 이와 같은 초소형의 광학렌즈는 현재까지 저렴한 플라스틱 렌즈로는 양산할 수 없으므로 기술적으로 곤란한 것이다.

더구나, 초소형이므로 렌즈의 성형시 및 광학계의 조립시의 작업성에 지장을 가져오며, 구면이 돌출하여 있으므로, 렌즈 표면에 흠이 생기기 쉽고, 렌즈의 취급시에 어려움이 있다.

유리렌즈를 사용하면 고가이며, 복수매의 렌즈를 사용하면 소형화에 적합하지 못하며 코스트가 높은 것이다.

이와 같이, 종래의 CCD소자나 종래의 광학렌즈로는 대단히 저렴한 고체촬상카메라를 구성할 수 없는 결점이 있었다.

본 발명은 상기한 바와 같은 결점에 감안하여된 것으로, 수광면의 크기가 3㎟이하의 CCD소자의 전면에, 대략구면에 가까운 볼록곡면과 이 볼록곡면을 둘러싸도록 하여 형성한 상기한 볼록곡면보다 높은 플랜지부를 가지는 렌즈를 상기한 볼록곡면이 상기한 수광면에 대향하도록 배치하는 것에 의하여 소형 경량이며, 또한 극히 저렴한 고체촬상카메라를 제공하는 것이다.

본 발명에 의하면, CCD의 수광면의 크기를 3㎟이하로 하였으므로, 단위웨이퍼당 수량이 증대하여 CCD의 단가를 대폭적으로 인하할 수 있다.

또, 수광면의 크기에 대응하여 렌즈의 형상을 렌즈부(2)와 플랜지부(5)로 되는 형상으로 하였으므로, 초소형의 CCD에 대응할 수 있는 초점거리를 실현할 수 있는 동시에, 초소형 렌즈의 취급성을 비약적으로 향상시킬 수 있다.

그리고, 이와 같은 초소형의 CCD와 초소형의 렌즈를 사용하는 것에 의하여, 소형, 경량이며, 또한 극히 저렴한 고체촬상카메라를 실현할 수 있도록 한 것으로서, 이들 첨부도면에 의한 실시예로서 상세히 설명하면 다음과 같다.

제1도는 본 발명에 의한 고체촬상카메라의 개략을 표시한 단면도로서 (1)은 플라스틱의 금형일체성형으로 제조한 렌즈본체이며, (2)는 볼록곡면(3)과 오목곡면(4)를 가지는 렌즈본체(1)의 렌즈부이며, (5)는 볼록곡면(3)보다 높게 되도록 형성한 보호부(6)를 가지는 렌즈본체(1)의 플랜지부이며, (7)은 내부에 수광면(8)의 크기가 2.1×1.6㎜의 CCD칩을 장착한 CCD본체이며, (9)는 CCD칩을 보호하기 위한 투명캡이다.

렌즈본체(1)은 CCD의 수광면(8)의 전면에 렌즈부(2) 고유의 초점거리에 대략 동일한 거리만큼 떨어진 위치에 볼록곡면(3)이 수광면(8)과 대향하도록 배치한다.

단, CCD본체(7)은 수광면(8)의 상부 약 2.0㎜의 위치에 두께 0.77㎜정도의 투명캡(9)가 설치되어 있으므로, 초점거리는 볼록곡면(3) 표면으로부터 물리적으로 2.8㎜ 이상 필요한 것이다.

이와 같은 초점거리를 만족하기 위하여, 렌즈본체(1)의 렌즈부(2)는 일축단부(10)부터 타측단부(10)까지의 지름이 약 2.78이며 볼록곡면(3)의 꼭대기부에서 오목곡면(4)까지의 두께가 약 1.52㎜의 치수로 설계함과 동시에, 볼록곡면(3)은 반지름(R₁)이 약 1.52㎜의 구간이며, 오목곡면은 반지름(R₂)가 대략 8.8㎜의 비구면 또는 구면으로 설계한다.

또, 오목곡면(4)의 중심선은 볼록곡면(3)의 중심선과 일치하도록 형성하고 있으며, 상기한 바와 같은 칫수로 설정하는 것으로 오목곡면(4) 표면과 중심선(11)과의 교정이 볼록곡면(3)의 대략 중심에 위치하도록 형성한다.

이와 같이 형성하면 렌즈부(2)의 초점거리를 3.5 내지 3.8㎜로 초소형의 CCD에 대응할 수 있는 만큼의 극히 작은 값으로 할 수 있는 동시에 상기 초점거리에 CCD의 수광면(8)을 배치한 때에 렌즈부(2)의 볼록곡면(3)이 CCD본체(7)의 투명캡(9)에 접촉하는 일이 없는 렌즈본체(1)를 제공할 수 있다.

렌즈본체(1)의 플랜지부(5)는 렌즈부(2) 둘레끝에서 중심선(11)에 대하여 수직으로 설치함과 동시에, 플랜지부(5)의 둘레끝에서 볼록곡면(3) 측으로 절곡하며, 중심선(11)에 대하여 평행으로 연장하는 보호부(6)를 형성한다.

그 보호부(6)은 볼록곡면(3)의 둘레부를 둘러싸도록 설치되며, 볼록곡면(3)보다 0.5㎜정도 높게 되도록 형성한다.

이와 같이하여 놓으면, 렌즈본체(1)을 볼록곡면(3)을 아래로 하여서 놓은 경우에도 보호부(6)이 볼록곡면(3) 표면을 보호함으로, 렌즈표면이 손상되는 것을 방지할 수 있다.

오목곡면(4)축은, 오목곡면(4)가 오목하게 되어 있으므로 문제가 없는 것이다.

그리고, 플랜지부(5)의 외경의 지름을 약 7.0㎜로 하고, 초소형의 렌즈부(2)를 그보다 큰 외부지름칫수를 거치는 플랜지부(5)가 일체화로 유지하는 것에 의하여, 금형성형에 의한 양산성이 우수하며, 광학계의 조립작업성이 우수한 취급이 용이한 광학렌즈를 구성한다.

또한, 보호부(6)의 외주면과 내주면에는 금형에서의 박리성을 고려하여서 테이퍼형상의 면이 설치되어 있으며, 오목곡면(4)측의 플랜지부(5) 단부에는 반지름이 약 0.3㎜의 둥그런 모양을 가지게 하고 있다.

이와 같은 구성에 의하면, 칩사이즈가 극히 작은 CCD소자를 사용하여 고체촬상카메라를 구성할 수 있으므로, 극히 저렴한 고체촬상카메라를 제공할 수 있다.

더구나, 렌즈본체(1)은 초소형의 CCD에 대응하는 짧은 초점거리를 가짐과 동시에 양산성이 우수하며, 취급성이 우수함으로 광학계의 간소화 및 코스트를 낮게 할 수 있다.

이와같은 본 발명에 의한 고체촬상카메라를 보다 구체적인 일실시예로서 도면 제2도에 의하여 설명한다.

제2도에 있어서, (1)은 렌즈본체, (12)는 렌즈본체(1)을 부착하는 삽입부(13)과 렌즈의 조리개를 결정하는 관통공(14)를 구비하는 아이리스(iris)본체, (15)는 아이리스 본체(12)를 부착하기 위한 나사부(16)과, 그 자체를 나사(17)에 의하여 프린트기판(18)에 고정하기 위한 나사구멍(19)을 구비하는 아이리스부착부재이며, (7)은 프린트기판(18)에 납땜이된 CCD본체이다.

아이리스본체(12)의 삽입부(13)은 렌즈본체(1)의 볼록곡면(3)이 꼭 매입하도록 지름이 약 7㎜, 깊이가 약 1.7ℓ㎜로 형성되며, 플랜지부(5)의 보호부(6)의 외주면이 삽입부(13)의 내주면과 끼워 맞춰지는 것에 의하여, 렌즈본체(1)을 끼워 맞춰서 유지한다.

아이리스본체(12)의 관통공(14)는 고정초점방식으로 하기 위하여 최종적으로 지름이 약 0.66㎜의 크기로 좁혀지며, 그 중심선이 렌즈본체(1)의 중심선(1)과 일치하는 것 같은 위치에 뚫려 있다.

아이리스본체(12)의 관통공(14)는 25°내지 30°의 시야를 확보하기 위하여 피사체에 향하여 약 50°의 각도로 서서히 넓혀서 형성하고 있으며 테이퍼형상은 아니며 중심선(11)에 대하여서 평행한 면과 수직인 면을 가지는 계단형상으로 형성하고 있다.

계단형상으로 형성하는 것은 개공부에서 입사된 불필요한 광이 난반사하여서 렌즈 본체(1)에 도달하는 것을 방지하기 때문이다.

아이리스부착부재(15)의 나사부(16)에는 내부지름이 약 10㎜, 피치 0.5㎜정도의 암나사(20)이 절단되어 있으며 아이리스 본체(12)의 외주에 설치한 숫나사(21)과 동시에 아이리스본체(12)를 아이리스부착부재(15)에 부착하는 역할을 한다.

아이리스부착부재(15)의 부착부(22)에는 지름이 2.6㎜정도의 나사구멍(19)가 설치되며, 나사(17)을 이용하여 아이리스부착부재(15)를 CCD본체(7)를 덮도록 프린트기판(18) 표면에 부착한다.

핀트(punt)를 맞추는데에는, 아이리스본체(12)에 절단된 숫나사(21)과 아이리스부착부재(15)에 절단된 암나사(20)을 이용하며, 아이리스본체(12)를 회전시켜서 양자의 이간거리를 조정하는 것에 의하여 행한다.

제2도의 구성은 초점거리가 짧은 작은 지름의 렌즈를 사용하고, 또한 아이리스본체(12)의 관통공(14)의 크기가 극히 작으므로 초점심도가 깊고, 한번 1 내지 2m 앞의 피사체에 핀트를 맞추어 놓으면 무한대로부터 가장 가까운 거리까지 핀트를 제조정안다고 끝난다.

따라서, 렌즈본체(1)의 위치를 고정할 수 있으며, 핀트 조정을 위한 얇은 기구를 생략할 수 있다.

또, CCD칩의 부착정도에 따라 렌즈본체(1)의 위치를 정확한 위치에 배치할 필요가 있으므로, 아이리스부착부재(15)는 상기한 위치 맞추는 것을 종료한 위치에서 프린트기판(18)위에 고정하지 않으면 안된다.

그 때문에, 아이리스부착부재(15)의 나사구멍(19)의 내부지름을 나사(17)의 외부지름보다도 상기한 CCD칩의 부착정도에 대응한 분만큼 여유를 갖게한 크기로 뚫어 놓고, 이 여유를 이용하여서 소정의 위치에 고정한다.

또한, 관통공(14)를 작게 하였므로, 렌즈본체(1)의 오목곡면(4)중에서 입사광이 오목곡면(4)를 통과하여서 CCD의 수광면(8)에 상을 맺게 할 수 있는 영역은 오목곡면(4)전체의 크기 보다 작으며, 볼록곡면(3)의 대략 중심에 위치하는 오목곡면(4) 중앙의 극히 근소한 범위이다.

이것은 고정초점방식을 채용하기 위한 것인 동시에, CCD의 수광면(8)에 맺힌 상공간의 왜율(distortion)을 최소로 하기 위한 것이며, 본 실시예의 렌즈는 상공간의 구석부분에서 왜율 4%로 극히 고성능이다.

또, 빛이 통과할 수 있는 범위를 작게 좁혔으므로 이 고체촬상카메라의 밝기는 약 F/5.6이다.

또, 오목곡면(4) 중앙의 지름이 0.8㎜이하의 영역에는 불필요한 내부반사를 방지하기 위하여 내표면과 같은 형상으로 형성되어 있다.

이와 같이 구성하면, 부품수가 극히 적으므로 소형, 경량의 저렴한 고체촬상카메라를 제공할 수 있다.

이와 같이된 본 발명은 수광면의 크기가 5㎟이하로 극히 작은 CCD소자를 사용하여서 고체촬상카메라가 구성할 수 있는 잇점을 가진다.

더구나, 본원의 렌즈는 초소형의 CCD에 대응할 수 있는 짧은 초점거리를 가짐과 동시에 플랜지부에 의하여서 양산성, 취급성, 작업성이 우수하므로 렌즈본체의 단가를 억제하고, 또한 간소한 광학계를 구성할 수 있는 잇점을 가진다.

따라서, 본 발명에 의하면 극히 낮은 코스트의 고체촬상카메라를 제공할 수 있는 잇점을 가지며, 저렴한 비데오카메라에 가장 적합하게 사용할 수 있는 것이다.

Claims (1)

1. CCD본체(7)의 내부에 CCD의 수광면(8)이 위치하고, 상기 CCD의 수광면(8)이 투명캡(9)로 보호되고, 상기 투명캡(9)의 전면에, 상기 CCD본체(7)의 수광면(8)과 대향하는 한쪽면이 볼록곡면(3), 광이 입사되는 다른쪽면이 오목곡면(4)를 가지는 렌즈본체(1)를 배치한 것을 특징으로 하는 고체촬상카메라.

Images