KR910009564B1 - 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 : 렌즈 본체 2 : 아이리스 본체

4 : 아이리스 본체2의 관통공 5 : 아이리스 부착부재

7 : 프린트 기판 10 : CCD본체

24 : 렌즈 본체1의 조면

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

근래에 들어, 가정용 비데오 테이프 레코오더의 보급이 늘어감에 따라 광학계에 고체촬상 소자를 이용한 비데오 카메라의 보급이 눈부실정도이며, 그 기록방식에는 1/2인치 사이즈의 자기 테이프를 이용한 방식이나, 8mm 사이즈의 자기테이프를 이용한 방식등 여러 가지의 비데오 카메라가 인출 사용되고 있다.

이와같은 비데오 카메라에 장착되는 고체촬상 소자는, 종래의 촬상관에 대하여서 소형, 경량, 긴수명, 저소비전력등의 잇점을 가지고 있고, 그 중에서도 CCD(Charge coupled device)형 고체촬상 장치는, 구조, 구성이 간단하고 신호축적 기능과 자기 주사 기능을 갖고 있으므로, 상기한 비데오 카메라에 사용되는 고체촬상 소자가 사용되어 왔다.

그런데, 상기한 CCD를 사용하여서 영상신호를 끌어내는 데에는, 제3도에서 표시한 바와같이, 광학렌즈를 이용하여서 CCD의 수광면에 상을 맺게할 필요가 있다.

제3도에 있어서, (31)은 광학렌즈, (32)는 CCD 본체, (33)은 CCD의 수광면, (34)는 CCD 본체(32)의 투명캡이다. 광학렌즈(31)은 CCD 본체(32)의 전면에 CCD의 수광면(33)으로부터 광학렌즈(31) 고유의 촛점거리에 대략 동일한 거리만큼 떨어진 위치에 배치되며, 피사체까지의 거리에 따라서 광학렌즈(31)의 위치를 약간씩 조정하는 것에 의하여 CCD의 수광면(33)표면에 핀트가 일치한 피사체의 영상을 맺도록 하고 있다.

그리고 왜곡(distortion)이 적은 정확한 화상을 얻기 위하여도 광학렌즈(31)로 부터 CCD의 수광면(33)까지의 거리는 CCD의 수광면(33)의 대각선의 크기에 동일한 거리에 설정하는 것이 보통이다. 따라서, 종래의 2/3인치 사이즈의 CCD에는 촛점거리가 17mm 전후의 광학렌즈(31)을 사용하고 1/2인치 사이즈의 CCD에는 촛점거리가 13mm 전후의 광학렌즈(31)을 사용하고 있었다.

광학렌즈(31)의 촛점거리는 렌즈표면의 곡율로 결정되므로, 촛점거리를 짧게할수록 광학렌즈(31)의 형상은 명확하게 나타난다. 또한, 제3도와 같은 광학계는 일본국 특개소 59-104552호 공보에 기재되어 있다.

그러나, 종래의 2/3인치 또는 1/2인치 사이즈의 CCD는 소자수가 수십만개로 VLSI와 같은 집적도를 가지며, 칩사이즈가 10-20mm로 크므로 단가가 높아 저렴한 고체촬상 카메라를 구성할 수 없는 결점이 있었다.

이와같은 결점을 해결하기 위하여, 본원발명은 수광부의 크기가 약 2mm²의 초소형 CCD를 개발하게 이르렀다.

칩사이즈를 작게하면, 단위 웨이퍼당 칩수량이 증대함으로 대폭적인 원가절감이 가능한 것이다. 그러나, 수광면의 크기가 약 2mm²의 CCD를 사용하여 고체촬상 카메라를 구성하는 데에는 2 내지 4mm로 극히 짧은 촛점거리가 필요하게 됨으로, 렌즈 본체(1)의 내부에서 반사한 광이 CCD의 수광면(11)에 도달하기 쉽고, 상이 2중으로 되는 소위 고스트(ghost)현상등이 발생하기 쉽게되는 결점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 결점을 감안하여 안출한 것으로, CCD의 전면에 적어도 일면이 대략 둥근면의 볼록곡면을 형성하는 렌즈부와 이 렌즈부를 에워싸도록 하여서 일체화로 형성한 플랜지부로 되는 렌즈 본체를 배치함과 동시에, 상기한 렌즈 본체 표면의 빛이 통과할 영역을 제외한 부분을 거친면으로 형성하는 것에 의하여 렌즈 본체에서 불필요한 난반사가 발생하는 것이 없는 저렴한 고체촬상 카메라를 제공하는 것이다.

본 발명에 의하면, 렌즈부(1)를 플랜지부(16)가 일체로 유지됨으로, 취급성에 우수한 촛점거리가 짧은 광학렌즈를 실현할 수 있는 한편, 렌즈 본체(1)내부로 반사한 빛은 표면의 요철로 산란 함으로, CCD의 수광면(11)에 상이 맺지 않는 것이다. 이하, 본 발명을 도면을 참조하면서 상세하게 설명한다.

제1도는 본 발명에 의한 고체촬상 카메라의 일실시예를 표시한 단면도이며, (1)은 플라스틱의 금형 일체 성형으로 제조한 렌즈 본체, (2)는 렌즈 본체(1)의 삽입부(3)과 렌즈의 조리개를 결정하는 관통공(4)를 구비하는 아이리스 본체, (5)는 아이리스 본체(2)를 부착하기 위한 나사부(6)과 그 고체를 프린트 기판(7)에 고정하기 위한 부착부(8) 및 나사 구멍(9)를 구비하는 아이리스 부착부재, (10)은 프린트 기판(7)위에 납땜이 된 CCD 본체이다.

프린트 기판(7)위에는 CCD 본체(10)의 외에 신호처리를 하는 회로부품이 다수 장착되며, 프린트 기판(7)의 패턴 배선에 의하여서 전기적 접속이 되어 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 단면 0.77mm 투명캡(12)가 설치되어 있다.

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

CCD의 수광면(11)은 본체(10)의 투명캡(12)의 아래에 위치하므로 이것으로는 렌즈(1)의 촛점거리에 CCD 수광면(11)를 배치하고자 하여도 렌즈(1)과 투명캡(12)가 접촉하여 광학계를 구성할 수가 없다. 따라서, 렌즈(1)에는 짧은 촛점거리를 얻음과 동시에 굴절율이 높고 두께가 얇은 형상이 요구된다.

이와 같은 촛점거리를 만족하기 위하여, 렌즈 본체(1)은 제2도와 같은 형상으로 형성한다. 제2도에 있어서, (13)은 볼록 곡면(14)와 오목 곡면(15)를 구비하는 렌즈부, (16)은 볼록 곡면(14)를 에워싸도록 형성한 볼록 곡면(14)보다 높은 보호부(17)를 가지는 플랜지부, (18)은 볼록 곡면(14)의 단부, (19)은 렌즈부(13)의 중심선이다.

렌즈부(13)의 칫수는, 한측 단부(18)로부터 타측 단부(18)까지의 지름이 약 2.78mm, 볼록 곡면(14) 꼭대기로 부터 오목 곡면(15) 표면까지의 두께가 1.52mm, 볼록 곡면(14)의 구면 반지름 R₁이 약 1.52mm, 오목 곡면(15)의 구면 또는 비구면(둥글지 않는면) 반지름 대략 8.8mm로 형성함과 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 촛점거리를 3.5 내지 3.8mm로 초소형의 CCD에 대응할 수 있는 만큼의 극히 작은 값으로 할 수 있는 동시에 상기 촛점거리에 CCD의 수광면(11)를 배치한 때에 렌즈부(13)의 볼록 곡면(14)이 CCD 본체(10)의 투명캡(12)에 접촉하는 일이 없는 렌즈 본체(1)를 제공할 수 있다.

렌즈 본체(1)의 플랜지부(16)은 렌즈부(13) 둘레끝으로 부터 중심선(19)에 대하여 수직으로 형성함과 동시에 둘레 끝에서 볼록 곡면(14)측으로 절곡하여 중심선(19)에 대하여 평행으로 형성하는 보호부(17)를 형성한다. 이 보호부(17)은 볼록 곡면(14)의 전 둘레를 에워싸도록 구성하며, 볼록 곡면(14)의 꼭대기부로부터 약 0.5mm 정도 높게하여 형성한다.

이와같이 하면, 볼록 곡면(14)의 표면이 보호부(17)보다 오목하게 되어 있으므로, 렌즈 표면에 홈이 생기는 것을 방지할 수 있다. 그리고 플랜지부(16)의 최외경의 지름을 약 7.0mm로 하고, 초소형의 렌지부(13)를 비교적 큰 칫수를 갖는 플렌지부(16)이 일체로 유지하는 형상으로 형성하는 것에 의하여 금형성형에 의한 양산성이 우수하며, 광학계의 조립작업성이 우수한 취급이 용이한 광학렌즈를 구성한다.

또한, 보호부(17)의 외주면과 내주면에는 금형으로 부터의 박리성을 고려하여서 테이퍼 형상의 면을 설치하고 있으며, 단부(20)에는 반지름이 약 0.3mm의 둥그스름한 모양을 가지게 하고 있다.

이상과 같은 형상. 칫수로 형성한 렌즈 본체(1)는, 렌즈부(13)의 볼록 곡면(14)가 꼭 매입하도록 지름이 약 7mm, 길이가 약 1.7mm로 형성한 삽입부(3)에 렌즈 본체(1)를 끼워 맞추는 것에 의하여서 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 렌즈 본체(1)의 중심선(19)와 일치하도록 삽입부(3) 저부 중앙에 뚫려 있다. 따라서, 렌즈 본체(1)의 오목 곡면(15)의 중에서 빛이 통과하여서 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 큰 것임에 불구하고, 상공간의 모퉁이부에서 왜율이 4%로 고성능이다.

또, 조리개의 크기를 극히 작게한 것이기 때문에, 그 고체촬상 장치의 밝기는 약 F/5.6이다. 그리고, 렌즈 본체(1)의 볼록 곡면(14)표면 및 오목 곡면(15)중앙의 지름 0.8mm 원형의 영역을 제외한 표면은 본원의 특징으로함과 같이 거친면(24)으로 형성한다.

거친면(24)는 성형시에 금형을 배표면 형상하여 형성한다. 이와같이 하여 두면 거친면(24)에서는 광이 여러 방향으로 산란하여 약해지므로 볼록 곡면(14)에서 반사한 광이 렌즈 본체(1) 내부를 통과하고 프린지부(16)를 통과하여 수광면(11)에 도달하는 등, 남은 광이 수광면(11)에 도달하는 등, 남은 광이 수광면(11)에 도달하여도 영상신호로서 받아들이는 일이 없다.

따라서, 고스트 현상등이 없는 선명한 화상이 얻어진다.

아이리스 본체(2)의 관통공(4)는, 또 25°내지 30°의 시야를 확보하기 위하여 피사체에 대향하여서 약 50°의 각도에서 서서히 넓혀서 형성하고 있으며, 테이퍼 형상은 아니며, 중심선(19)에 대하여서 수직인 면과 평행인 면을 갖는 계단 형상으로 형성하고 있다. 이와 같이 형성하여 놓으면, 수직인 면이 작용하여서 시야 이외로부터 입사된 광을 반사시키므로, 불필요한 광이 렌즈 본체(1)에 도달하는 것을 방지할 수 있다.

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

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

이와같이 하는 것에 의하여, CCD 본체(10)을 필요 이외의 광으로 부터 차단하고, 광학계에 불가결인 암상자를 형성한다.

핀트를 맞추는 데에는, 아이리스 본체(2)에 절단된 숫나사(22)와 아이리스 부착부재(5)에 절단된 암나사(21)을 이용하고, 아이리스 본체(2)를 회전시켜서 양자의 이간 거리를 조정하는 것에 의하여서 행한다. 본 실시예에 의하면 촛점거리의 짧은 작은 지름렌즈를 사용하고 또한, 아이리스 본체(2)의 관통공(4)의 크기를 극히 좁혔으므로 초점심도가 깊으며, 한번에 1 내지 2m 앞의 피사체에 핀트를 맞춰 놓으면 무한대로부터 가장 가까운 거리까지 핀트를 제조정 안하고 끝난다. 따라서, 렌즈 본체(1)의 위치를 고정할 수 있으며, 핀트조정을 위한 다른 기구를 생략할 수 있다.

또, 통상의 반도체 장치 조립기술은 CCD 본체(10)에 대한 CCD 칩의 부착정밀도가 ±0.6mm정도 이므로, CCD의 수광면에 정확한 상을 맺기 위하여는 렌즈 본체(1)의 위치를 상기한 부착정밀도에 따라서 조정하지 않으면 안된다. 그 때문에, 아이리스 부착부재(5)를 변경할 수 있도록 나사구멍(9)의 내부 지름을 나사(23)의 지름보다 크게 형성하고, 상기한 부착정도에 대응할 만큼의 여유를 갖게하여 놓는다.

아이리스 부착부재(5)를 부착할때에도, 먼저 렌즈 본체(1)가 CCD의 수광면(11) 위의 정확한 위치에 배치 되도록 아이리스 부착부재(5)를 약간 움직여서 조정하고, 위치맞추는 것을 한 위치에서 상기한 여유를 이용하여서 나사(23)을 조인다. 이와 같이하면, 렌즈 본체(1)를 프린트 기판(7)위의 정확한 위치에 고정할 수 있다.

이상 설명한 바와같이, 본 발명에 의하면 초소형의 CCD를 이용한 고정 초점 방식의 고정촬상 카메라를 구성할 수 있는 잇점을 가진다.

또, 렌즈 본체(1)를 렌즈부(13)와 플랜지부(16)으로부터 되는 형상으로 형성하고, 렌즈 본체(1)의 취급성과 짧은 촛점거리를 갖는 동시에, 렌즈 본체(1)내에 있어서의 내부 반사를 거친면으로 산란시킴으로서 불필요한 내부반사가 CCD의 수광면(11)에 상을 맞는 일이 없는 잇점을 가진다. 따라서 본 발명에 의하면, 선명한 화상이 얻어지는 극히 저코스트의 고체촬상 카메라를 구성 할 수 있으며, 저렴한 비디오 카메라에 사용하여서 가장 적합한 것이다.

Claims (1)

1. 프린트기판(7)에 부착된 CCD 본체(10)과, CCD 본체(10)에 장착한 수광면(11)을 가지는 CCD칩과, CCD칩의 위를 덮는 투명캡(12)와, 상기 본체(10)의 수광면(11)과 대향하는 한쪽면이 볼록 곡면(14), 광이 입사되는 다른쪽면이 오목 곡면(15)를 가지는 렌즈 본체(1)의 렌즈부(13)과, 상기 렌즈부(13)의 주위에 일체화하는 렌즈 본체(1)의 플랜지부(16)과 상기 오목 곡면(15)의 전방에 상기 오목 곡면(15)의 직경보다 작은 관통공(4)를 가지는 아이리스 본체(2)를 배치하여 고정초점으로 하고, 상기 렌즈 본체(1)의 적어도 상기 플랜지부(16)의 표면을 거친(24)로 한 것을 특징으로 하는 고체촬상 장치.

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