KR100786129B1 - 화각확보를 위한 후방감시 카메라모듈 및 카메라시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 자동차 후면의 상을 모으기 위한 대물렌즈와 상기 영상신호를 전달하기 위한 복수의 릴레이 렌즈로 구성되는 제 1렌즈열; 상기 대물렌즈의 좌측 및 우측으로 화각확보를 위해 설치되는 광학부품; 상기 광학부품 및 상기 광학부품에서 모아지는 자동차 후면의 상을 전달하기 위한 복수의 릴레이 렌즈로 구성되는 제 2렌즈열 및 제 3렌즈열 및 상기 제 1렌즈열 내지 제 3렌즈열로부터 전달되는 이미지상을 합성하기 위한 이미지 센서를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 화각화보를 위한 후방감시 카메라모듈 및 후방감시 카메라시스템이다.

본 발명은 복수의 카메라를 자동차의 좌측, 우측, 후방에 설치하거나 한 대의 카메라에 여러 장의 렌즈를 겹쳐 사용하지 않고, 카메라 렌즈의 앞단에 곡면거울과 같은 광학 부품을 사용하여 보다 넓은 화각을 확보하고자 한다.

후방카메라, 화각, 카메라렌즈, 광학부품, 이미지센서

Description

화각확보를 위한 후방감시 카메라모듈 및 카메라시스템{rear watch camera module and camera system of car for obtaining angle of view}

도 1a은 일반적인 선형 결상 렌즈를 사용한 카메라 4대로 촬영한 영상을 나타내는 도면이고,

도 1b는 도 1a에서 촬영한 장소를 어안렌즈를 사용한 카메라 1대로 촬영한 영상을 나타내는 도면이고,

도 2는 본 발명에 따른 화각확보를 위한 후방감시 카메라모듈의 일 실시예를 나타내는 도면이고,

도 3은 본 발명에 따른 화각확보를 위한 후방감시 카메라 시스템의 동작흐름을 나타내는 도면이고,

도 4는 본 발명에 따른 화각확보를 위한 후방감시 카메라시스템을 장착한 자동차의 제 1실시예를 나타내는 도면이고,

도 5는 본 발명에 따른 화각화보를 위한 후방감시 카메라시스템을 장착한 자동차의 제 2실시예를 나타내는 도면이다.

<도면의 주요부호에 대한 설명>

30 : 카메라모듈

310a : 대물렌즈

310b, 320b, 330b : 릴레이렌즈

320a, 330a : 광학부품

340 : 이미지센서

400 : 영상변환장치

410 : 영상기록장치

50 : 디스플레이소자

본 발명은 차량용 후방감시 카메라의 화각 확보를 위하여, 렌즈를 구성하는 단계에서 여러 단의 렌즈 배열 가운데 앞단 렌즈에 광학부품을 설치하여 후방감시 카메라의 보다 넓은 화각을 확보하고자 한다.

자동차의 사이드 미러는 일반적으로 자동차의 전방 양 측면 도어에 장착되어 운전자가 후방에서 진행해 오는 자동차나 사물을 용이하게 식별할 수 있도록 되어 있으며, 또한 상기 사이드 미러를 통해서 절대적으로 볼 수가 없는 시야(사각지대)가 있기 때문에 운전자는 차내에 별도의 후사경을 설치하여 자동차의 후방시야를 확보하고 있는 실정이다. 특히, SUV 혹은 RV차량은 후방시야를 확보하기 위하여 후사경을 많이 사용한다.

그러나, 자동차 주행시 운전자가 앉은 상태에서 좌우측 사이드 미러 및 후사경을 보기 위하여 고개를 자주 돌리는 동작을 취하는 것은 안전운행에 많은 어려움이 있으며, 초보자인 경우 상기한 동작이 익숙치 못하여 도로 주행시에 사고의 위험에 직면하는 경우가 종종 발생한다.

최근에는, 상기의 불편함을 해소하기 위하여, 후방의 장애물을 확인하기 위해 자동차 뒤편에 카메라를 설치하고, 운전석에서 모니터를 사용하여 영상을 확인하거나, 초음파를 발사하여 장애물에 부딪혔을 때 반사되어 돌아오는 신호를 수신받아 이를 토대로 장애물과의 거리를 계산하여 경고음을 발생하는 방법 등이 많이 이용되고 있다. 그러나, 상기 초음파를 이용하여 후방의 장애물을 확인하는 방법은 운전자가 직접 장애물을 육안으로 확인할 수 있는 것이 아니기 때문에, 장애물이 아닌 절벽이나 낭떠러지와 같이 지면상에 문제가 있는 경우를 감지하기 어려우며, 기계의 고장에 대한 불안감을 조성하게 되고, 고장 발생 시에는 실제사고로 연결될 수 있다는 문제점이 있다.

일반적으로, 카메라를 이용하는 자동차 후면 확인장치는 카메라를 자동차의 후방에 설치하여 촬영한 후면을 운전자가 모니터를 통해 확인하는 것이다. 카메라 의 대물렌즈를 통해 볼 수 있는 화각(field of view, 결정된 이미지 크기 내에서 촬영 가능한 범위의 각도)은 렌즈의 각도에 의존하게 된다. 일반적인 렌즈의 화각은 120도이기 때문에, 보다 넓은 화각을 확보하기 위한 노력이 계속되고 있다. 그러나, 화각이 넓은 렌즈를 제작하는 것이 기술상 쉽지 않고 카메라의 수를 늘려 설치하는 경우 설치비용과 장치의 크기 등이 문제된다.

최근에는, 180도의 화각을 갖는 초광각 렌즈인 어안렌즈를 사용하여 한 대의 카메라를 통해 보다 넓은 범위의 영상을 볼 수 있게 되었다.

어안렌즈(fish-eye lens)란 전천렌즈ㅇ혹은 스카이렌즈라고도 하는데, 보통의 광각렌즈와 달라 화상이 비뚤어지게 찍히는 성질, 즉 술통형의 만곡을 남기고 전 화면에 균등한 밝기의 상을 맺도록 만든다. 35mm 일안리플렉스카메라용으로 어안렌즈를 만들며, 이것에는 대각선으로 180ㅀ 사각을 갖는 렌즈와 화면 내 둥근 모양으로 결상(結像)하는 것이 있다.

이러한 어안렌즈를 카메라에 사용하는 경우, 일반적인 선형 결상 렌즈 대신에 화면의 중앙 부분의 영상 정보를 증가시키고, 외곽으로 치우칠수록 영상 정보를 적게 취하는 광학 집광 특성 CCD에 결상시켜 영상 신호를 생성함으로써, 전자줌시 고효율의 해상도를 가지는 영상 신호를 얻을 수 있다.

그러나, 여기서 사용된 어안 렌즈계는 일반적인 선형 결상 렌즈와는 달리 넓은 화각을 갖으면서도 비선형 특성을 갖는다. 도 1a 및 도 1b는 동일한 장소에 대하여 선형 결상 렌즈를 사용한 카메라와 어안렌즈를 사용한 카메라로 촬영한 영상 을 나타내는 도면이다. 도 1a에 나타난 바와 같이 4화면에 비치는 영상을 촬영하기 위해서는 4대의 카메라가 필요하나, 이는 도 1b에 나타난 것과 같이 어안렌즈 하나만으로 한 화면에 모두 담을 수 있다. 즉, 화각은 넓힐 수 있으나, 왜곡된 영상을 담기 때문에, 화면에 디스플레이할 때는 안정된 영상을 얻기 위해서 선형 영상 신호로 보정하기 위한 선형 신호 보정부를 거쳐야 한다.

또한, 전자줌을 수행하지 않는 상태에서는 종래의 선형 렌즈를 채용한 카메라 시스템에 비해 선형 신호 보정부의 동작 특성에 따라 오히려 영상의 왜곡상을 화면에 디스플레이하는 문제점을 가지고 있다.

따라서, 자동차 후방감시 카메라에 어안렌즈를 이용하는 경우, 한 대의 카메라만으로 180도 화각을 확보할 수 있어 시스템의 크기도 줄이고 화각도 넓히는 장점이 있으나, 일반적인 광각렌즈와 달리 영상왜곡을 수반할 뿐만 아니라, 장애물에 대한 정확한 거리 정보를 얻을 수 없고, 부수적인 보정작업이 필요하다. 또한, 도 1b와 같이 왜곡된 영상은 실제 영상이 필요한 후방 감시 카메라에 있어 안전상의 문제도 초래할 수 있다. 나아가, 어안렌즈의 비용이 고가이기 때문에, 이를 이용한 후방감시 카메라장치의 설치비용도 증대한다는 문제점이 있다.

본 발명은 상술한 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 고안된 것으로, 복수의 카메라를 자동차의 좌측, 우측, 후방에 설치하거나 한 대의 카메라에 여러 장 의 렌즈를 겹쳐 사용하지 않고, 카메라 렌즈의 앞단에 곡면거울과 같은 광학 부품을 사용하여 보다 넓은 화각을 확보하고자 한다.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제 1특징에 따른 화각확보를 위한 후방감시카메라모듈은 자동차 후면의 상을 모으기 위한 대물렌즈와 상기 영상신호를 전달하기 위한 복수의 릴레이 렌즈로 구성되는 제 1렌즈열; 상기 대물렌즈의 좌측 및 우측으로 화각확보를 위해 설치되는 광학부품; 상기 광학부품 및 상기 광학부품에서 모아지는 자동차 후면의 상을 전달하기 위한 복수의 릴레이 렌즈로 구성되는 제 2렌즈열 및 제 3렌즈열 및 상기 제 1렌즈열 내지 제 3렌즈열로부터 전달되는 이미지상을 합성하기 위한 이미지 센서를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 광학부품은 곡면거울 혹은 렌즈를 이용할 수 있고, 상기 제 1렌즈열이 이루는 주축으로부터 40~50도의 각도로 비스듬히 설치되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 이미지 센서는 상기 제 1렌즈열 내지 제 3렌즈열 각각에서 영상신호를 전달받을 수 있도록 3개로 이루어지거나 혹은 상기 제 1렌즈열 내지 제 3렌즈열 각각에서 전달받은 영상신호를 모두 커버하는 1개의 이미지 센서로 이루어질 수 있다.

본 발명의 제 2특징에 따른 화각확보를 위한 후방감시카메라시스템은 본 발 명의 제 1특징에 따른 후방감시카메라모듈; 상기 후방감시카메라모듈에서 출력하는 영상신호를 전송받아 디지털 신호로 변환하기 위한 영상변환장치; 상기 영상변환장치로부터 상기 영상신호를 기록하기 위한 영상기록장치 및 상기 영상변환장치부터 전송받은 영상신호를 표시하기 위한 디스플레이 소자로 이루어진 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 카메라시스템의 동작 상태를 제어하기 위한 컨트롤 패널을 더 포함할 수 있다.

이하, 도면들을 참조하여, 본 발명에 따른 후방감시 카메라의 화각 확보방법의 일 실시예에 대하여 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 본 발명은 여기서 설명되어지는 실시예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예는 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 고안의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다.

도 2는 본 발명에 따른 화각확보를 위한 후방감시카메라모듈의 일 실시예를 나타내는 도면이다.

도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 카메라모듈(30)은 3개의 렌즈열(310, 320, 330)과 이미지 센서(340)로 구성된다. 상기 카메라모듈의 주축을 이루는 제 1렌즈열(310)은 자동차후면의 상을 모으는 대물렌즈(310a)와 맺힌 상을 상기 이미지 센서로 보내기 위한 복수의 릴레이 렌즈(310b)로 구성된다. 상기 제 1렌즈열(310)의 좌,우측으로는 제 2렌즈열(320)과 제 3렌즈열(330)을 배치하는데, 상기 제 2렌즈열(320) 및 제 3렌즈열(330)은 제 1렌즈열(310)에서 볼 수 없는 영역을 확인하기 위한 것으로, 가장 앞단에 광학부품(320a, 330a)을 일정한 각도로 기울려 배치하고 복수의 릴레이 렌즈(320b, 330b)를 배치하여 상기 광학부품(320a, 330a)에서 얻은 이미지 영상을 이미지 센서(340)로 보내도록 한다.

상기, 카메라모듈의 앞단 렌즈(310a)는 일반적으로 사용하는 대물렌즈로서, 120도의 화각을 갖고, 상기 광학부품(320a, 330a)은 일반적으로 한 대의 카메라렌즈에서 볼 수 있는 120도의 화각을 확장하기 위한 것으로, 곡면거울이나 일반렌즈를 일정각도로 기울어진 형태로 배치시키도록 한다.

예를 들어, 상기 광학부품에 곡면거울을 이용하는 경우, 도 2에 예시된 바와 같이, 제 1렌즈열의 앞단 렌즈(310a)의 좌측에 곡면거울(320a)을 상기 제 1렌즈열의 주축으로부터 40~50도 가량 기울여서 장착하면 상기 좌측 곡면거울(320a)에 의해 80도 가량의 화각이 보완된다. 마찬가지로, 제 1렌즈열의 앞단 렌즈(310a)의 우측에 곡면거울(330a)을 제 1렌즈열의 주축으로부터 40~50도 가량 기울이면, 약 10~20도 정도 영상이 겹치는 것을 감안하고도 전체적으로 240~260도 가량의 화각이 확보된다.

만약, 상기 광학부품(320a, 330a)을 일반렌즈로 이용할 경우, 사용하는 렌즈 고유의 화각에 따라 볼 수 있는 전체화각은 변동될 수 있다.

다음으로, 상기 제 1렌즈열 내지 제 3렌즈열에서 얻은 일정영역의 영상은 이 미지 센서(340)를 통해 회로적으로 합성되는데, 상기 이미지 센서는 각각의 렌즈열에서 영상을 전송받도록 3개의 이미지 센서로 배치하거나 하나의 센서로 커버할 수도 있다.

본 발명에 따른 렌즈배열은 한 대의 카메라를 이용하여 넓은 화각을 확보할 수 있을 뿐만 아니라, 어안렌즈와 같이 최대화각을 가진 카메라렌즈를 이용할 경우 넓은 화각 확보에도 불고하고 심한 영상왜곡을 가진다는 문제점을 해결할 수 있고, 복수의 카메라를 설치하여 각각의 모니터를 확인해야 한다는 불편함과 안정상의 문제점을 해결할 수 있다.

도 3은 본 발명에 따른 화각확보를 위한 후방감시 카메라 시스템의 동작흐름을 나타내는 도면이다.

도 3을 참조하면, 도 2의 도시된 바와 같은 복수개의 카메라 렌즈열(310, 320, 330)과 이미지 센서(340)를 포함하는 카메라모듈(30)에서 출력되는 영상신호는 영상변환장치(400)와 영상기록장치(410)로 이루어진 제어부(40)로 전송된다. 상기 측정된 영상신호는 영상변환장치(400)에서 디지털 신호로 변환되어 디스플레이 수단인 모니터(50)에 표시되고, 상기 영상변환장치(400)에서 변환된 신호는 영상기록장치(410)로 전송되어 기록된다.

또한, 도 3에 나타나 있지는 않으나, 본 발명에 따른 카메라의 동작 상태를 조정할 수 있는 작동버튼이 포함된 컨트롤패널이 포함될 수 있고, 카메라의 파워라인을 후진등에 연결하는 경우 후진 시 자동으로 카메라가 동작하도록 할 수 있다.

도 4는 본 발명에 따른 화각확보를 위한 후방감시 카메라 시스템이 부착된 자동차의 일 실시예를 나타내는 도면이다. 자동차(500)의 번호판에 본 발명에 따른 카메라 시스템(510)을 설치하면, 후방감시카메라에 의해 촬영된 후면의 이미지가 운전석에 설치된 디스플레이 수단(520)을 통해 표시된다.

도 5는 본 발명에 따른 화각확보를 위한 후방감시 카메라 시??메이 부착된 자동차의 또 다른 실시예를 나타내는 도면이다. 도 5에 도시된 바와 같은 SUV 또는 RV차량(500)에는 차량의 뒷면에 부착된 후사경(505)에 본 발명에 따른 카메라 시스템(510)을 설치하여 후방을 촬영할 수 있다. 촬영된 영상은 역시 운전석의 디스플레이 수단(520)을 통해 표시된다.

이상에서는 본 발명의 바람직한 실시 예에 대해서 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상술한 특정의 실시 예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 화각확보를 위한 후방감시 카메 라 시스템은, 복수의 렌즈를 사용하여 화각을 확보하거나 성능을 포기하고 전체 카메라모듈의 크기를 줄이던 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해, 카메라 렌즈에 광학부품을 설치하여 한 대의 카메라로 보다 넓은 화각을 갖을 수 있다.

즉, 본 발명에 따른 카메라모듈은 한 대의 카메라를 사용하기 때문에 전체 시스템의 크기는 줄이면서도, 3대 이상의 카메라를 설치하는 것과 같은 화각을 확보할 수 있어, 후방카메라의 사각지대를 줄이고 운전자도 하나의 모니터만으로 220도 이상의 자동차 후면을 확인할 수 있다.

또한, 그 설치비용을 줄일 수 있고, 일반적으로 많이 이용되는 넓은 화각을 갖는 어안렌즈에 비하여 왜곡 수차량 역시 감소시킬 수 있어, 실용성, 생산성, 안정상의 측면에서 효과가 크다.

Claims (8)

1. 자동차 후면의 상을 모으기 위한 대물렌즈와 상기 영상신호를 전달하기 위한 복수의 릴레이 렌즈로 구성되는 제 1렌즈열;

   상기 대물렌즈의 좌측 및 우측으로 화각확보를 위해 설치되는 광학부품;

   상기 광학부품 및 상기 광학부품에서 모아지는 자동차 후면의 상을 전달하기 위한 복수의 릴레이 렌즈로 구성되는 제 2렌즈열 및 제 3렌즈열 및

   상기 제 1렌즈열 내지 제 3렌즈열로부터 전달되는 이미지상을 합성하기 위한 이미지 센서를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 화각확보를 위한 후방감시카메라 모듈.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 광학부품은 곡면거울인 것을 특징으로 하는 화각확보를 위한 후방감시카메라모듈.
3. 제 1항에 있어서,

   상기 광학부품은 렌즈인 것을 특징으로 하는 화각확보를 위한 후방감시카메라모듈.
4. 제 1항에 있어서,

   상기 광학부품은 상기 제 1렌즈열이 이루는 주축으로부터 40~50도의 각도로 비스듬히 설치되는 것을 특징으로 하는 화각확보를 위한 후방감시카메라모듈.
5. 제 1항에 있어서,

   상기 이미지 센서는 상기 제 1렌즈열 내지 제 3렌즈열 각각에서 영상신호를 전달받을 수 있도록 3개로 이루어지는 것을 특징으로 하는 화각화보를 위한 후방감시카메라모듈.
6. 제 1항에 있어서,

   상기 이미지 센서는 상기 제 1렌즈열 내지 제 3렌즈열 각각에서 전달받은 영상신호를 모두 커버하는 1개의 이미지 센서로 이루어진 것을 특징으로 하는 화각확보를 위한 후방감시카메라모듈.
7. 제 1항의 후방감시카메라모듈;

   상기 후방감시카메라모듈에서 출력하는 영상신호를 전송받아 디지털 신호로 변환하기 위한 영상변환장치;

   상기 영상변환장치로부터 상기 영상신호를 기록하기 위한 영상기록장치 및

   상기 영상변환장치부터 전송받은 영상신호를 표시하기 위한 디스플레이 소자로 이루어진 것을 특징으로 하는 화각확보를 위한 후방감시 카메라 시스템.
8. 제 7항에 있어서,

   상기 카메라시스템의 동작 상태를 제어하기 위한 컨트롤 패널을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 화각확보를 위한 후방감시 카메라 시스템.

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