KR910009563B1 - 고체촬상 카메라 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

고체촬상 카메라

제1도 및 제2도는 본 발명을 설명하기 위한 단면도.

제3도는 종래예를 설명하기 위한 단면도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 렌즈본체 2 : 아이리스 본체

5 : 아이리스 본체(2)의 관통공 5 : 아이리스 부착 부재

7 : 프린트 기판 10 : CCD본체

본 발명은 저렴한 비데오 카메라등에 가장 적합한 초소형의 고체촬상 소자를 고체촬상 카메라를 제공하는 것이다.

근래에 들어 가정용 비데오 테이프 레코오더의 보급에 따라 광학계에 고체촬상 소자를 이용한 비데오 카메라의 보급이 눈부실 정도이며, 그 기록방식에는 1/2인체 사이즈의 자기 테이프를 이용한 방식이나, 8mm 사이즈의 자기테이프를 이용한 방식등 여러 가지 종류가 안출되고 있다.

이와같은 비데오 카메라에 장착되고 고체촬상 소자는 종래의 촬상관에 대하여 소형, 경량, 긴수명, 저소비전력등의 잇점을 갖고 있으며, 그 중에서도 CCD(Charge Coupled Device)형 고체촬상 소자는 구조, 구성이 간단하고 신호축적 기능과 자기 주사 기능을 갖고 있으므로, 상기한 비데오 카메라에 사용되는 고체촬상 소자의 주류로 되어 있다.

그런데, 상기한 CCD를 사용하여서 영상 신호를 나타내는 데에는 제3도에 도시한 바와같이 광학렌즈를 이용하여서 CCD의 수광면에 상을 맺히게 할 필요가 있다.

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

상기한 광학렌즈(31)은 CCD 본체(32)의 전면에 CCD의 수광면(33)으로부터 광학렌즈(31) 고유의 초점거리에 거의 같은 거리만큼 떨어진 위치에 배치되며, 피사체까지의 거리에 따라 광학렌즈(31)의 위치를 약간씩 조정하는 것에 의하여, CCD의 수광면(33) 표면에 핀트(punt)가 일치한 피사체의 영상을 맺게하고 있다. 그리고 왜곡(distortion)이 적은 정확한 화상을 얻기 위하여는 광학렌즈(31)로부터 CCD의 수광면(33)까지의 거리는 CCD의 수광면(33)의 대각선의 크기에 같은 거리에 설정하는 것이 보통이다.

그래서, 종래의 2/3인치 사이즈의 CCD에는 초점거리가 17mm전후의 광학렌즈(31)을 사용하고 1/2인체 사이즈의 CCD에는 초점거리가 13mm전후의 광학렌즈(31)을 사용하고 있었다.

광학렌즈(31)의 초점거리는 렌즈표면의 곡율로 결정되므로 초점거리를 짧게할수록 광학렌즈(31)의 형상은 구체적으로 가깝게 된다.

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

그러나, 종래의 2/3인치 또는 1/2인치 사이즈의 CCD는 소자수가 수십만개로 VLSI와 같은 직접도를 가지며, 칩사이즈가 5 내지 10mm로 크므로 단가가 높아 저렴한 고체촬상 카메라를 구성할 수 없는 결점이 있었다.

본 발명은 상기한 바와같은 결점을 감안하여 된 것으로, 프린트 기판에 CCD 본체를 장착하고, 광학렌즈를 유지한 부재를 상기한 CCD 본체를 덮도록 나사로 상기한 프린트 기판에 부착함과 동시에, 상기한 부재 자체를 약간 움직이는 것에 의하여 상기한 광학렌즈와 상기한 CCD 본체의 수광면과의 위치 맞춤을 행하는 것에 의하여 극히 저렴한 고체촬상 카메라를 제공하는 것이다.

본 발명에 의하면, 광학렌즈를 유지한 부재에 의하여 광학계에 불가결한 암상자를 형상하고, 광학렌즈를 프린트기판에 부착함으로서 극히 간소한 광학계를 구성할 수 있다. 또, 상기한 부재의 나사구멍에 여유를 갖도록 하고, 이 여유를 이용하여 위치 맞춤을 행함으로서 다른 조정기구를 일체 생략할 수 있다.

이하 본 발명을 도면을 참조하면서 상세하게 설명한다.

제1도는 본 발명에 의한 고체촬상 카메라의 일실시예를 표시한 단면도이며, (1)은 플라스틱의 금형일체성형으로 제조한 렌즈본체이며, (2)는 렌즈본체(1)의 삽입부(3)와 렌즈의 조리개를 결정하는 관통공(4)를 구비하는 아이리스(Iris)본체이며, (5)는 아이리스 본체(2)를 부착하기 위한 나사부(6)과 그 자체를 프린트 기판(7)에 고정하기 위한 부착부(8) 및 나사구멍(9)를 구비하는 아이리스 부착부재이며, (10)은 프린트 기판(7)위에 납땜을 하여서 된 CCD 본체이다.

프린트 기판(7)위에는 CCD 본체(10)의 다른곳에 신호처리를 하는 회로부품이 다수 장착되며, 프린트 기판(7)의 패턴 배선에 의하여 전기적으로 접속되어 있다.

CCD 본체(10)의 내부에는 수광면(11)의 크기가 2.1×1.6mm의 초소형 CCD 칩이 장착되며, 수광면(11)의 상부 약 2.0mm의 위치에는 CCD 칩을 보호하기 위한 두께 0.77mm의 투명캡(12)이 설치되어 있다.

이와같은 소형의 CCD에 대하여 상을 맺기 위해서는 초점거리가 2 내지 4mm의 광학렌즈를 준비하지 않으면 안된다. 이 초점거리를 종래의 볼록렌즈로 구성하고자 하면 그 볼록렌즈는 지름이 2-4mm로 거의 구형의 렌즈로 되며 초점거리와 렌즈의 지름이 거의 같게 되어 버린다.

CCD의 수광면(11)은 본체(1)의 투명캡(12)의 아래에 위치하므로 이것으로는 렌즈(1)의 초점거리에 CCD 수광면(11)를 배치하고자 하여도 렌즈(1)과 투명캡(12)가 접촉하여 광학계를 구성할 수가 없다.

따라서, 렌즈(1)에는 짧은 초점거리를 얻음과 동시에 굴절율이 높고 두께가 얇은 현상이 요구된다.

이와 같은 초점거리를 만족하기 위하여, 렌즈본체(1)는 제2도와 같은 형상으로 형성한다. 제2도에 있어서, (13)은 볼록 곡면(14)와 오목 곡면(15)를 구비하는 렌즈부이며, (16)은 볼록 곡면(14)를 둘러쌓도록 형성한 볼록 곡면(14)보다 높은 보호부(17)을 가지는 플랜지부이며, (18)은 볼록 곡면(14)의 단부이며, (19)는 렌즈부(13)의 중심선이다.

상기한 렌즈부(13)의 칫수는, 한측단부(18)로부터 타측단부(18)까지의 지름이 약 2.78mm이며, 볼록 곡면(14) 꼭대기부로 부터 오목 곡면(15) 표면까지의 두께가 1.52mm이고, 볼록 곡면(14)의 구면반지름 R₁이 약 1.52mm이고, 오목 곡면(15)의 구면 또는 비구면 반지름이 대략 8.8mm로 형성됨과 동시에, 오목 곡면(15)는 오목 곡면(15)와 중심선(19)와의 교점이 볼록 곡면(14)의 대략 중심에 위치하도록 형성되어 있다.

이와같이 형성하면 렌즈부(13)의 초점거리를 3.5 내지 3.8mm로 초소형의 CCD에 대응할 수 있는 만큼의 극히 작은 값으로 할 수 있는 동시에 상기 초점거리에 CCD의 수광면(11)를 배치한때에 렌즈부(13)의 볼록 곡면(14)이 CCD 본체(10)의 투명캡(12)에 접촉하는 일이 없는 렌즈본체(1)를 제공할 수 있다.

렌즈본체(1)의 플랜지부(16)은 렌즈부(13) 둘레끝으로 부터 중심선(19)에 대하여 수직으로 형성함과 동시에 둘레끝에서 볼록 곡면(14)측으로 절곡하여 중심선(19)에 대하여 평행이 되도록하는 보호부(17)를 형성한다. 이 보호부(17)은 볼록 곡면(14)의 전주위를 에워쌓도록하여, 볼록 곡면(14)의 꼭대기부로 부터 약 0.5mm 정도 높게 형성한다.

이와같이 하여 놓으면, 볼록 곡면(14)의 표면이 보호부(17)보다 오목하게 되어 있으므로, 렌즈표면에 홈이 생기는 것을 방지할 수 있다. 그리고 플랜지부(16)의 최외경의 지름을 약 7.0mm로 하고, 초소형의 렌지부(13)을 비교적 큰 칫수를 갖는 플렌지부(16)가 일체로 유지하는 형상으로 형성되는 것에 의하여서 금형성형에 의한 양산성이 우수하고, 광학계의 조립 작업성이 우수하며, 취급이 용이한 광학렌즈를 구성한다.

또한 보호부(17)의 외주면과 내주면에는 금형으로 부터의 박리성을 고려하여서 테이퍼 형상의 면을 형성하고 있으며, 다나부(20)에는 반지름이 약 0.3mm의 둥그런 모양을 갖게 하고 있다.

상기한 바와 같은 형상, 칫수로 형성한 렌즈본체(1)는 렌즈부(13)의 볼록 곡면(14)가 꼭 매입하도록 지름이 약 7mm, 깊이가 약 1.7mm로 형성한 삽입부(3)에 렌즈본체(1)를 끼워 맞추는 것에 의하여 아이리스 본체(2)에 끼워맞춰서 유지된다.

아이리스 본체(2)의 관통공(4)의 크기는, 고정초점 방식으로 하기 위하여 최종적으로 지름이 약 0.66mm의 크기로 좁혀지며, 그 중심선이 렌즈본체(1)의 오목 곡면(15)의 중에서 빛이 통과하여 CCD의 수광면(11)에 상을 맺게 할 수 있는 범위는 오목 곡면(15) 전체의 크기보다 작으며, 오목 곡면(15) 중앙의 극히 좁은 범위이다. 이것은 초점심도를 깊게하여서 고정초점 방식을 채용하기 위한 것인 동시에, CCD의 수광면(11)에 연결한 상공간의 왜율(distortion factor)을 최소로 하기 위한 것으로 본 실시예의 렌즈는 굴곡율이 극히 큰것임에 불구하고, 상공간의 모퉁이부에서 왜율이 4%로 고성능인 것이다.

또한 오목 곡면(15) 중앙의 지름이 0.8mm 이외의 영역은 불필요한 내부반사를 방지하기 위하여 배표면 형상으로 형성하고 있다. 그리고 조리개의 크기를 작게하였으므로 이 고체촬상 카메라의 밝기는 약 F/5.6이다.

아이리스 본체(2)의 관통공(4)는 25° 내지 30°의 시야를 확보하기 위하여 피사체를 대향하여서 약 50°의 각도로 서서히 넓혀서 형성하고 있으며, 테이퍼 형상은 아니며 중심선(19)에 대하여 수직인 면과 평행인 면을 갖는 계단형상으로 형성하고 있다. 이와같이 형성하여 놓으면 수직인 면이 작용하여서 시야 이외로부터 입사된 빛을 반사시킴으로 불필요한 빛이 렌즈본체(1)에 도달하는 것을 방지할 수 있다.

아이리스 부착부재(5)의 나사부(6)에는 내부지름이 약 10mm, 피치 0.5mm 정도의 암나사(21)이 절단되며, 아이리스 본체(2)의 외주에 설치한 숫나사(22)와 동시에 아이리스 본체(2)를 아이리스 부착부에 부착하는 역할을 한다.

아이리스 부착부재(5)의 부착부(8)에는 지름이 2.6mm 정도의 나사구멍(9)가 2 내지 4개소에 설치되며, 지름이 1.5 내지 2.0mm 정도의 나사(23)을 이용하여 아이리스 부착부재(5)를 CCD 본체(10)을 거의 완전하게 밀폐되어 덮도록 부착한다.

이와같이 하는 것에 의하여서 CCD 본체(10)을 필요이외의 빛으로 부터 차단하고, 광학계에 불가결한 암상자를 형성한다.

핀트를 맞추는 데에는 아이리스(2)에 절단된 숫나사(22)와 아이리스 부착부재(5)에 절단된 암나사(21)를 이용하고, 아이리스 본체(2)를 회전시켜서 양자의 이간 거리를 조정하는 것에 의하여서 행한다. 본 실시예에 의하면, 초점거리의 짧은 작은 지름 렌즈를 사용하여서 아이리스 본체(2)의 관통공(4)의 크기를 최대한 좁혔으므로, 초점심도가 깊으며 한번에 1 내지 2m 앞의 피사체에 핀트를 맞춰놓으면 무한대로부터 근접거리까지 핀트를 재조정 안하고 끝난다. 따라서 렌즈본체(1)의 위치를 고정할 수 있으며, 핀트 조정을 위한 기타의 다른 기구를 생략할 수 있다.

다음에 렌즈본체(1)과, CCD 본체(10)과의 위치 맞춤에 대하여 설명한다.

CCD 칩은 프린트기판의 표면에 CCD의 수광면(11)를 형성한 것이다. 그 수광면(11)는 상기 CCD 칩의 중앙부에 형성되어 상기한 CCD 칩의 크기보다 작은 범위로 형성되어 있다.

CCD 본체(10)은 세라믹제의 DIP형 팩키지의 탑재부에 CCD 칩을 고정(다이본드)하고, 투명캡(12)으로 덮는 것으로 조립된다.

상기한 수광면(11)에는 상을 맺기위해서는 렌즈와의 거리를 조정하여 핀트를 맞춤과 동시에 렌즈본체(1)로 집속한 광이 CCD 칩의 수광면(11)에 닿도록 양자의 위치관계가 동일선성으로 되도록 조정하지 않으면 안된다. 위치관계가 어긋나 있으면 상기 집속한 광은 수광면(11)과는 틀린부분에 닿게 되어 버린다.

상기 위치관계의 어긋남은, 제1로 CCD 칩을 CCD 본체(10)에 고정한 때에 양자의 위치관계가 어긋나며, 제2로 CCD 본체(10)를 프린트기판(7)에 고정한 때에 양자의 어긋남이 있다.

상기 제1의 어긋남은 칩을 고정하기 위한 다이본드 장치의 부착 정밀도에 좌우된다. 상기 제2의 어긋남은 프린트기판(7)에 설치되어진 삽입공과 CCD 본체(10)의 접속핀과의 관계로 좌우된다.

본원을 이와같은 횡방향의 위치관계를 나사구멍(9)의 지름을 나사(23)의 직경보다 크게하여 두는 것으로 조정가능하게 한 것이다.

구체적으로는 아이리스 부착부재(5)의 나사구멍(9)는 직경 2.5mm-3mm의 크기로 형성되어 나사(23)는 직경 2mm정도의 것을 사용한다. 또한 나사(23)의 머리부는 상기 나사구멍(9)의 직경보다 크다. 그래서 아이리스 부착부재(5)를 상하, 좌우에 0.5-1.0mm 비키어 놓은 것이 가능하게 된다.

따라서 상기 나사구멍(9)의 어긋남을 이용하여 렌즈본체(1)과 CCD의 수광면(11)과의 위치관계를 조정하는 것이 가능한 것이다.

아이리스 부착부재(5)를 부착할 때에는 먼저 렌즈본체(1)의 CCD의 수광면(11)를 정확한 위치에 배치되도록 아이리스 부착부재(5)를 약간 움직여서 조정하고, 위치맞춤을 행한 위치에서 상기 여유를 이용하여 나사(23)을 조인다. 이와같이 하면 렌즈본체(1)을 프린트기판(7)위의 정확한 위치에 고정할 수 있다.

이상 설명한 바와같이 본 발명에 의하면 초소형의 CCD를 이용한 고정초점 방식의 고정촬상 카메라를 구성할 수 있는 잇점을 갖는다. 또, 아이리스 본체(2)와 아이리스 부착부재(5)에 의하여서 암상자를 형성하고, 렌즈본체(1)과 CCD의 수광면(11)과의 위치 맞춰는 것을 함으로 조정하기 위한 남은 기구를 일체 생략한 극히 간소한 광학계를 구성할 수 있는 잇점도 갖는다. 따라서 본원은, 저렴한 비데오 카메라를 제공하는데 가장 적합한 것이다.

Claims (1)

1. 프린트기판(7)에 부착된 CCD 본체(10)과, CCD 본체(10)에 탑재한 수광면(11)를 가지는 CCD 칩과, CCD 칩의 위를 덮는 투명캡(12)와, 렌즈본체(1)를 고정하는 아이리스 본체(2)와 상기 아이리스 본체(2)에 형성한 나사(21)과, 상기 아이리스 본체(2)의 나사(21)에 일치하는 나사(22)를 가지며, 상기 나사(21)(22)에 의하여 상기 렌즈본체(1)과 상기 CCD의 수광면(11)과의 거리를 조정 가능케한 아이리스 부착부재(5)와, 상기 아이리스 부착부재(5)를 상기 CCD 본체(10)를 덮도록하여 상기 프린트기판(7)에 부착하기 위한 아이리스 부착부재(5)에 형성한 나사공(9)와, 상기 나사공(9)에 삽입되어 상기 아이리스 부착부재(5)를 상기 프린트기판(7)에 고정하기 위한 나사(23)를 가지며, 상기 나사공(9)의 지름을 나사(23)의 지름보다 크게하여 상기 프린트기판(7)에 대한 상기 아이리스 부착부재(5)의 위치를 조정하여 고정하는 것으로 상기 렌즈본체(1)과 상기 CCD의 수광면(11)과의 어긋남을 조정한 것을 특징으로 하는 고체촬상 장치.

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