KR910008954B1 - 고체촬성 카메라 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

고체촬성 카메라

제1도 및 제2도는 본 발명을 설명하기 위한 단면도.

제3도는 종래예를 설명하기 위한 단면도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 렌즈본체 2 : 렌즈부

3 : 볼록곡면 4 : 오목곡면

5 : 플랜지부 6 : 플랜지부(5)의 보호부

7 : CCD본체 10 : 아이리스(Iris)

12 : 아이리스(10)의 개공부 13 : 아이리스본체

15 : 아이리스 부착부재

본 발명은 저렴한 비데오 카메라등에 사용되는 초소형의 고체촬상 소자를 사용한 고체촬상 카메라를 제공하는 것이다.

종래, 가정용 비데오 테이프 레코오더의 보급이 늘어감에 따라서 광학계에 고체촬상 소자를 이용한 비데오 카메라의 보급이 눈부실 정도이며, 그 기록 방식에는 1/2인치 사이즈의 자기테이프를 이용한 방식이나 8㎜ 사이즈의 자기테이프를 이용한 방식등 여러 종류의 비데오 카메라가 안출 사용되고 있다.

이와같은 비데오 카메라에 장착되는 고체촬상 소자는 종래의 촬상관에 대하여서 소형, 경량, 긴수명, 저전력 소비등의 잇점을 가지고 있으며, 그 중에서도 CCD(Charge Coupled Device)형 고체촬상 소자는 구조, 구성이 간단하고, 신호 축적 기능과 자기주사 기능을 가지고 있기 때문에 상기한 비데오 카메라에 사용되는 고체촬상 소자가 주류로 되어 있다.

그런데, 상기한 CCD를 사용하여서 영상 신호를 나타내는 데에는 제3도에서 도시한 바와같이 광학렌즈를 이용하여서 CCD의 수광면에 상을 맺게할 필요가 있는것이다. 제3도에 있어서, (31)은 광학렌즈, (32)는 CCD본체, (33)은 CCD의 수광면, (34)는 CCD 본체(32)의 투명캡이다. 광학렌즈(31)은 CCD본체(32)의 전면에 CCD의 수광면(33)부터 광학렌즈(31) 고유의 초점 거리에 대략 동일한 거리만큼 떨어진 위치에 되며, 피사체 까지의 거리에 따라서 광학렌즈(31)의 위치를 약간 조정하는 것에 의하여서 CCD의 수광면(33) 표면에 핀트가 일치한 피사체의 영상을 맺게하고 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 거리에 설정하는것이 보통이다. 따라서, 종래의 2/3인치 사이즈의 CCD에는 초점거리가 17㎜ 전후의 광학렌즈(31)를 사용하고, 1/2인치 사이즈의 CCD에는 초점 거리가 13㎜ 전후의 광학렌즈(31)를 사용하고 있었다.

그리고, 광학렌즈(31)의 초점 거리는 렌즈 표면의 곡율에 의해 결정되므로 광학렌즈(31)의 초점 거리를 짧게하는 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 VLSI와 같은 집적도를 가지며, 칩사이즈가 5 내지 10㎜로 크므로 단가가 높아 저렴한 고체촬상 카메라를 얻을 수 없는 결점이 있었던 것이다. 이와같은 결점을 해결하기 위하여 수광부의 크기가 약 2㎟의 초소형 CCD를 개발하게 이르렀다. 칩사이즈를 작게 하면, 단위웨이퍼당의 칩수량이 증대함으로 대폭인 코스트인하가 가능한 것이다.

그러나, 수광면의 크기가 약 2㎟의 CCD를 사용하여서 고체촬상 카메라를 구성하는데에는 초점 거리가 2 내지 4㎜의 광학렌즈를 사용하지 않으면 안된다.

이와같은 초점 거리를 종래의 볼록렌즈로 구성하고자 하면, 그 볼록렌즈는 지름이 2-4㎜로 거의 구형의 렌즈로 되며, 초점 거리와 렌즈의 지름이 거의 같게 되어 버린다.

CCD의 수광면(33)은 본체(32)의 투명캡(34)의 아래에 위치하므로, 이것으로는 렌즈(31)의 초점 거리에 CCD 수광면(33)를 배치하고자 하여도 렌즈(31)과 투명캡(34)과 접촉하여 광학계를 구성할 수가 없다.

또, 이와같은 초소형의 광학렌즈는 지금까지 저렴한 플라스틱 렌즈로는 양산한 것이 없으므로 기술적으로 성형이 곤란한 것이다.

더구나 초소형인 까닭에 광학계의 조립 작업성에 지장을 가져오며, 또한 구면(둥근면)이 돌출하여 있으므로 렌즈 표면에 흠이 생기기 쉽고, 렌즈의 취급성에 어려움이 있다.

유리 렌즈를 사용하면 고가이며, 복수매의 렌즈를 사용하면 소형화가 안되고 원가의 상승 요인을 가져오게 되었던 것이다.

이와같이 종래의 CCD 소자나 종래의 광학렌즈로는 대단히 저렴한 고체촬상 카메라를 구성할 수 없는 결점이 있었다. 본 발명은 상기한 바와같은 결함을 감안하여서된 것으로 수광면의 크기가 3㎟ 이하의 CCD 소자의 전면에 적어도 한면에 대략 구면의 볼록곡면을 갖는 렌즈를 배치하고, 아이리스의 크기를 1.0㎜ 이하로 하는것에 의하여 소형, 경량이며, 또한 극히 저렴한 고체촬상 카메라를 제공하는 것이다.

본 발명에 의하면 CCD의 칩사이즈를 극히 작게할 수 있으므로, 단위 웨이퍼당의 수량이 증대하고, CCD단가를 대폭적으로 인하할 수 있다.

또, 초소형 CCD에 대응하는 초소형 렌즈를 형성함에 있어서 조리개의 크기를 1.0㎜ 이하로 좁혔으므로 고정초점 방식을 채용할 수 있음과 동시에 왜곡이 적은 화상을 얻을 수 있다.

이하, 본 발명을 도면을 참조하면서 상세히 설명한다. 제1도는, 본 발명에 의한 고체촬상 카메라의 대략적인 단면도이며, (1)은 플라스틱의 금형일체 성형시켜 제조한 렌즈본체이며, (2)는 볼록곡면(3)과 오목곡면(4)를 갖는 렌즈본체(1)의 렌즈부이며, (5)는 볼록곡면(3)보다 높게 되도록 형성한 보호부(6)을 갖는 렌즈본체(1)의 플랜지부이며, (7)은 내부에 수광면(8)의 크기가 2.1×1.6㎜의 CCD 칩을 장착한 CCD 본체이며, (9)는 CCD칩을 보호하기 위한 투명캡이며, (10)은 이 광학계의 조리개를 결정하는 아리스이다.

렌즈본체(1)는 CCD의 수광면(8)의 전면에 렌즈부(2) 고유의 초점 거리에 대략 동일한 거리 만큼 떨어진 위치에 볼록곡면(3)이 수광면(9)과 대향하도록 배치한다. 단, CCD 본체(7)는 수광면(8)의 상부 약 2.0㎜의 위치에 단면 0.77㎜ 정도의 투명캡(9)가 설치되어 있으므로 초점 거리는 볼록곡면(3) 표면으로부터 물리적으로 2.8㎜이상 필요한 것이다.

이와같은 초점 거리를 만족하기 위하여 렌즈본체(1)의 렌즈부(2)는 일측단부(10)부터 타측단부(10)까지의 지름이 약 2.78㎜이며, 볼록곡면(3)의 꼭대기부로부터 오목곡면(4)까지의 단면이 약 1.52㎜의 칫수로 설계함과 동시에, 볼록곡면(3)은 반지름(R₁)이 약 1.52㎜의 구면이며, 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 바와같은 칫수로 설정하는 것으로 오목곡면(4) 표면과 중심선(11)과의 교점이 볼록곡면(3)의 대략 중심에 위치하도록 형성한다.

이와같이 형성하면 렌즈부(2)의 초점 거리를 3.5 내지 3.8㎜로 초소형의 CCD에 대응할 수 있는 만큼의 극히 작은 값으로 할 수 있는 동시에, 상기 초점 거리에 CCD의 수광면(8)을 배치한 때에 렌즈부(2)의 볼록곡면(3)이 CCD 본체(7)의 투명캡(9)에 접촉하는 일이없는 렌즈본체(1)를 제공할 수 있다. 렌즈본체(1)의 플랜지부(5)는 렌즈부(2) 둘레끝으로부터 중심선(11)에 대하여서 수직으로 설치함과 동시에 플랜지부(5) 둘레 끝에서 볼록곡면(3)측으로 절곡되며, 중심선(11)에 대하여 평행으로 설치하는 보호부(6)를 형성한다. 이 보호부(6)은 볼록곡면(3)의 전체 둘레를 둘러쌓도록 설치하되, 볼록곡면(3)보다 0.5㎜ 정도 높게 되도록 형성한다.

이와같이 하여 놓으면 렌즈본체(1)를 볼록곡면(3)보다 아래로 하여 놓은 경우에도 보호부(6)이 볼록곡면(3) 표면을 보호함으로, 렌즈 표면이 손상되는 것을 방지할 수 있다.

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

그리고, 플랜지부(5)의 최외주의 지름을 약 7.0㎜로 하고, 초소형의 렌즈부(2)를 상기한 그것보다 큰 외경을 갖는 플랜지부(5)가 일체화로 유지하는 것에 의해 금형성형에 의한 양산성이 우수하며, 광학계의 조립 작업성이 우수한 취급이 용이한 광학렌즈를 구성한다.

또한, 보호부(6)의 외주면과 내주면에는 금형으로부터의 박리성을 고려하여서 테이퍼 형상의 면이 설치되어 있으며, 오목곡면(4)측의 플랜지부(5)단부는 반지름이 약 0.3㎜의 둥그런 모양을 가지게 하고있다. 아이리스(10)의 개공부(12)의 크기는 고정처럼 방식으로 하기 위하여 렌즈부(2)의 칫수에 대응하여서 지름 0.66㎜의 크기로 뚫고 렌즈본체(1)의 오목곡면(4) 중앙에 광이 닿도록 렌즈본체(1)의 전방에 근접하여서 배치한다.

따라서, 렌즈본체(1)의 오목곡면(4)중, 입사광이 오목곡면(4)를 통과하여서 CCD의 수광면(8) 상을 맺게 할 수 있는 영역은 오목곡면(4) 전체의 크기보다 작으며, 오목곡면(4) 중앙의 매우 근소한 범위내인 것이다.

이것은 고정초점 방식을 채용하기 위한 것인 동시에 CCD의 수광면(8)에 상공간의 왜율(distortion factor)을 최소로 하기 위한 것으로 본 실시예의 렌즈는 상공간의 모퉁이부에서 왜율이 4%로서 극히 고성능인 것이다.

또한, 오목곡면(4) 중앙의 지름이 0.8㎜ 이외의 영역은 불필요한 내부 반사를 방지하기 위하여 배표면형상으로 형성하고 있다.

그리고, 빛이 통과할 수 있는 범위를 작게 좁혔음으로 이 고체촬상 카메라의 밝기는 약 F/5,6이다.

이와같은 구성에 의하면, 칩사이즈가 극히 작은 CCD 소자를 사용하여서 고정초점 방식의 고체촬상 카메라를 구성할 수 있으므로, 극히 저렴한 고체촬상 카메라를 제공할 수 있다. 더구나 렌즈본체(1)은 초소형의 CCD에 대응하는 짧은 초점 거리를 가짐과 동시에 양산성이 우수하고, 취급성이 우수하며, 광학계의 간소화가 도모됨과 동시에 값이 저렴한 잇점을 가지는 것이다.

이하, 본 발명에 의한 고체촬상 카메라의 보다 구체적인 일실시예를 제2도에 의거 설명한다.

제2도에 있어서(1)은 렌즈본체, (13)은 렌즈본체(1)을 부착 하는 삽입부(14)와 렌즈의 조리개를 결정하는 관통공(12)를 구비하는 아이리스본체, (15)는 아이리스본체(13)을 부착하기 위한 나사부(16)과 그 자체를 나사(17)에 의하여 프린트기판(18)에 고정하기 위한 나사구멍(19)를 구비하는 아이리스 부착부재, (7)은 프린트기판(18)에 납땜이된 CCD 본체이다.

아이리스본체(13)의 삽입부(14)는 렌즈본체(1)의 볼록곡면(3)이 매입되도록 지름이 약 7㎜, 깊이가 약 1.7㎜로 형성되며, 플랜지부(5)의 보호부(6)의 외주면이 삽입부(4)의 내주면과 끼워맞춰지는 것에 의하여서 렌즈는 본체(1)을 끼워 맞춰서 유지한다.

아이리스본체(13)의 관통공(12)는 고정초점 방식으로 하기 때문에 최종적으로 지름이 약 0.66㎜의 크기로 좁혀지며, 그 중심선이 렌즈본체(1)의 중심선(11)과 일치함과 같은 위치에 형성되어 있다.

아이리스본체(13)의 관통공(12)는 20°내지 30°의 시야를 확보하기 위하여 피사체에 대향하여 약 50°의 각도로 서서히 넓혀서 형성하고 있으며, 테이퍼 형상은 아니며, 중심선(11)에 대하여 평행한 면과 수직한 면을 갖는 계단 형상으로 형성하고 있다.

계단 형상으로 형성하는 것은 개공부로부터 입사된 불필요한 빛이 난반사 하여서 렌즈본체(1)에 도달하는 것을 방지하기 위한 것이다.

아이리스부착부재(15)의 나사부(16)에는 내부지름이 약 10㎜, 피치 0.5㎜ 정도의 암나사(20)이 절단되여 있으며, 아이리스본체(13)의 외주에 설치한 숫나사(21)과 동시에 아이리스본체(13)를 아이리스 부착부재(15)에 부착하는 역할을 한다.

아이리스 부착부재(15)의 부착부(22)에는 지름이 2.6㎜ 정도의 나사구멍(19)가 설치되며, 나사(17)을 이용하여서 아이리스 부착부재(15)를 CCD 본체(7)을 덮도록 프린트기판(18) 표면에 부착한다.

핀트를 맞추는데에는 아이리스본체(13)에 절단된 숫나사(21)과 아이리스 부착부재(15)에 절단된 암나사(20)을 이용하고, 아이리스본체(15)를 회전시켜서 양자간의 거리를 조정하는것에 의하여서 이루어진다.

제2도의 구성은 초점 거리가 짧고 지름이 작은 렌즈를 사용하고, 또한 아이리스 본체(15)의 관통공(12)의 크기를 최소한 작게 형성하였으므로 초점 심도가 깊이 일단 1 내지 2m앞의 피사체에 핀트를 맞춰서 놓으면 무한대로부터 가장 가까운 거리까지 핀트를 재조정 안하고 촬영을 끝낼 수 있다.

따라서, 렌즈본체(1)의 위치를 고정할 수 있고, 핀트 조정을 위한 많은 기구를 생략할 수 있다. 또, CCD칩의 부착 정도에 따라서 렌즈본체(1)의 위치를 정확한 위치에 설치할 필요가 있는데 이때는 아이리스 부착부재(5)를 정위치에 맞춘후 프린트기판(18)위에 고정하여야 한다.

그 때문에, 아이리스 부착부재(15)의 나사구멍(19)의 내부지름을 나사(17)의 외부지름 보다도 상기한 CCD칩의 부착 정도에 대응한 분 만큼 여유를 갖도록 약간 크게 뚫어놓고, 이 여유를 이용하여서 소정의 위치에 고정한다. 상기한 바와같이 본 발명에 의하면 수광면의 크기가 3㎟ 이하로 극히 적은 CCD를 사용하여서 고체촬상 카메라를 구성할 수 있는 잇점을 갖는다.

더구나, 본원의 렌즈는 초소형의 CCD에 대응할 수 있는 짧은 초점 거리를 가짐과 동시에, 플랜지부(5)에 의하여서 양산성, 취급성, 작업성이 우수하고 렌즈본체(1)의 단가의 상승 요인을 없애며, 또한 간소한 광학계를 구상할 수 있는 잇점을 갖는 것이다.

또한, 아이리스(10)의 크기를 1.0㎜ 이하로 극히 작게 좁혔으므로, 초소형의 렌즈부(2)에 대응한 왜곡이 없는 화상을 얻을 수 있는 동시에 고정초점 방식을 채용할 수 있으므로 한층 광학계의 간소화를 도모할 수 있다.

따라서, 본 발명에 의하면, 극히 저렴한 가격의 고정초점 방식의 고체촬상 카메라를 제공할 수 있는 잇점을 가지게 되므로서 저렴한 비데오 카메라를 구성할 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 CCD 본체(7)의 수광면(8)과 대향하는 한쪽면이 볼록곡면(3), 광이 입사되는 다른쪽면이 오목곡면(4)를 가지며, 상기 볼록곡면(3)의 직경보다 상기 오목곡면(4)의 직경이 작고, 상기 볼록곡면(3)과 상기 오목곡면(4)의 중심선(11)이 동일 선상에 있는 렌즈본체(11)를 배치하고, 상기 오목곡면(4)의 전방에 상기 오목곡면(4)의 직경보다 작은구멍(12)를 배치하여 고정초점으로 한 것을 특징으로 하는 고체촬상 카메라.

Images