KR102266272B1 - 자동차용 카메라 - Google Patents

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이연경
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    • H04N23/00—Cameras or camera modules comprising electronic image sensors; Control thereof
    • H04N23/60—Control of cameras or camera modules
    • H04N23/67—Focus control based on electronic image sensor signals

Abstract

자동차용 카메라에 관한 발명이 개시된다. 개시된 자동차용 카메라는, 하우징부재와, 하우징부재에 장착되는 렌즈부재와, 렌즈부재를 통하여 입력되는 이미지를 전기적 신호로 변환하는 센서부재와, 렌즈부재의 표면에 복수 층의 박막으로 형성되는 반사방지층과, 반사방지층의 표면에 형성되며, 과불화알킬실란 계열 재질을 포함하여 이루어지는 발수층을 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

자동차용 카메라{CAMERA FOR VEHICLE}
본 발명은 자동차용 카메라에 관한 것으로, 보다 상세하게는 물방울의 접촉각을 증대시키고, 빛의 반사를 줄여 영상의 왜곡을 방지할 수 있는 자동차용 카메라에 관한 것이다.
일반적으로 자동차용 카메라는 차체의 내부 또는 외부의 영상을 확보하여 운전자에게 제공, 운전자의 시야를 확대함으로써 운전자가 차량의 내부 또는 차량 주변의 상황을 인식할 수 있도록 보조해주는 장치에 해당한다. 특히, 최근의 자동차용 카메라는 차량 주변의 영상을 촬영하여 운전자의 주행 또는 주차의 편의를 제공한다.
자동차용 카메라에서 빛을 굴절시켜 센서부재 측으로 안내하는 렌즈부재는 외부에 노출되는 경우 표면에 물방울이 부착되거나, 빛이 표면에서 반사되어 영상이 왜곡될 수 있다.
종래의 자동차용 카메라는 렌즈부재에 물방울이 부착되는 것을 방지하기 위하여 와이퍼 등의 구성을 적용하는 기계적 장치를 이용하여 물방울 등을 제거한다. 다만 이러한 기계적 장치는, 와이퍼, 구동모터, 감속기 등의 복잡한 장치가 필요하고, 장치의 부피 및 질량의 증가, 단가의 상승 및 내구의 진행에 따라 부품이 파손되는 문제점이 있다. 따라서 이를 개선할 필요성이 요청된다.
본 발명의 배경기술은 대한민국 공개특허공보 제2012-0004094호(2012.01.12 공개, 발명의 명칭: 카메라 모듈 보호용 커버 글래스의 청소유닛 및 상기 청소유닛을 탑재한 장치)에 개시되어 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 개선하기 위해 안출된 것으로, 카메라의 렌즈부재에 발수층 및 반사방지층을 형성하여, 물방울의 접촉각을 증대시키고 물맺힘 현상을 방지하며, 반사에 따른 빛의 왜곡을 줄여, 정확한 영상을 획득할 수 있는 자동차용 카메라를 제공하는 데 그 목적이 있다.
본 발명에 따른 자동차용 카메라는: 하우징부재; 상기 하우징부재에 장착되는 렌즈부재; 상기 렌즈부재를 통하여 입력되는 이미지를 전기적 신호로 변환하는 센서부재; 상기 렌즈부재의 표면에 복수 층의 박막으로 형성되는 반사방지층; 및 상기 반사방지층의 표면에 형성되며, 과불화알킬실란 계열 재질을 포함하여 이루어지는 발수층;을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서 상기 렌즈부재는, 상기 하우징부재에 장착되어, 빛을 굴절시키는 렌즈부; 및 상기 하우징부재에 장착되고, 상기 렌즈부를 둘러싸며, 표면에 상기 반사방지층이 형성되는 커버부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서 상기 커버부의 곡률반지름은, 상기 렌즈부의 곡률반지름보다 큰 것을 특징으로 한다.
본 발명에서 상기 반사방지층은, 상기 렌즈부재의 표면에 SiO2를 포함하여 이루어지는 제1박막; 상기 제1박막 상에 TiO2를 포함하여 이루어지는 제2박막; 상기 제2박막 상에 SiO2를 포함하여 이루어지는 제3박막; 상기 제3박막 상에 TiO2를 포함하여 이루어지는 제4박막; 및 상기 제4박막 상에 SiO2를 포함하여 이루어지는 제5박막:을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서 상기 제1박막, 상기 제3박막 및 제5박막의 굴절률은 1.40 내지 1.50인 것을 특징으로 한다.
본 발명에서 상기 제2박막 및 상기 제4박막의 굴절률은 2.30 내지 2.40인 것을 특징으로 한다.
본 발명에서 상기 제1박막의 두께는 155 내지 165nm이며, 상기 제2박막의 두께는 5 내지 15nm이고, 상기 제3박막의 두께는 10 내지 20nm이며, 상기 제4박막의 두께는 85 내지 95nm이고, 상기 제5박막의 두께는 75 내지 85nm인 것을 특징으로 한다.
본 발명에서 상기 발수층의 굴절률은 1.35 내지 1.45이며, 두께는 25 내지 35nm인 것을 특징으로 한다.
본 발명에서 상기 발수층과 상기 반사방지층의 광학적 두께의 총합은 380 내지 400nm인 것을 특징으로 한다.
른 발명에 따른 자동차용 카메라는, 렌즈부재의 표면에 발수층 및 반사방지층을 적용하여 물맺힘을 최소화하고, 빛의 반사에 의한 영상이 번지거나 왜곡되는 것을 줄임으로써 영상의 정확도를 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명은 커버부의 곡률반지름을 렌즈부의 곡률반지름보다 크게 하여, 발수층 및 반사방지층의 두께 편차를 줄이고, 제품의 불량을 방지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 자동차용 카메라의 단면을 나타내는 단면도이다.
도 2는 본 발명의 제2 실시예에 따른 자동차용 카메라의 단면을 나타내는 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 자동차용 카메라에서 발수층 및 반사방지층을 나타내는 단면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 자동차용 카메라에서 발수층이 적용된 상태와, 미 적용된 상태에서의 접촉각을 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 자동차용 카메라에서 파장에 따른 투과율을 나타내는 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 자동차용 카메라에서 발수층 및 반사방지층이 적용된 상태와 미 적용된 상태에서 센서부재에 입력된 영상을 비교한 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 자동차용 카메라의 일 실시예를 설명한다. 이 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다.
또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 자동차용 카메라의 단면을 나타내는 단면도이고, 도 2는 본 발명의 제2 실시예에 따른 자동차용 카메라의 단면을 나타내는 단면도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에서 자동차용 카메라(1)는 하우징부재(100), 렌즈부재(200a, 200b), 센서부재(300), 반사방지층(400) 및 발수층(500)을 포함한다.
하우징부재(100)는 자동차용 카메라(1)의 외관을 형성하고, 내부에 공간부(110)가 마련되어 렌즈부재(200a, 200b) 및 센서부재(300)가 수용된다. 본 실시예에서 하우징부재(100)는 차량의 외측에 볼팅, 용접 등의 방식으로 장착되어, 차량 주변의 영상을 수집하여 ECU 등에 전달한다. ECU는 차량 내부의 모니터 등의 출력장치를 이용하여 영상을 탑승자에게 제공한다.
렌즈부재(200a, 200b)는 하우징부재(100)에 장착되며, 외부에서 입사되는 빛을 굴절시켜, 센서부재(300) 측으로 전달한다. 본 실시예에서 렌즈부재(200a, 200b)는 렌즈부(210)를 포함한다.
렌즈부(210)는 하우징부재(100)의 공간부(110)에 수용되며, 빛을 굴절시킨다. 본 실시예에서 렌즈부(210)는 투명 재질을 포함하여 이루어지고, 복수 개 구비되어, 외부에서 입사되는 빛을 굴절시킨다.
제1 실시예에서 렌즈부재(200a)는 복수 개의 렌즈부(210)를 포함하여 외부에서 입사되는 빛을 굴절, 센서부재(300) 측으로 이동시킨다. 제1 실시예에서 반사방지층(400) 및 발수층(500)은 최외곽 렌즈부(210)의 표면에 형성된다(도 1 참조).
제2 실시예에서 렌즈부재(200b)는 복수 개의 렌즈부(210) 뿐만 아니라, 커버부(230)를 포함하여 커버부(230)를 통한 렌즈부(210)의 보호와 함께, 발수층(500) 등의 적용을 용이하게 한다(도 2 참조). 즉, 커버부(230)가 적용되는 경우 발수층(500) 및 반사방지층(400)의 두께의 균일성을 확보하면서, 동시에 렌즈부(210)의 형상을 다양하게 적용할 수 있다.
자동차용 카메라(1)의 경우 장치의 제한된 크기의 렌즈를 이용하여 광각의 영상을 수집하기 위하여 곡률반지름이 작은 렌즈부(210)를 적용하는 경우가 있는데, 제2 실시예의 경우, 발수층(500) 등의 두께를 균일하게 유지하면서도, 렌즈부(210)의 곡률반지름을 작게 할 수 있다.
제2 실시예에서 커버부(230)는 하우징부재(100)에 장착되고, 렌즈부(210)를 둘러싸며, 표면에 반사방지층(400) 및 발수층(500)이 형성된다. 본 실시예에서 커버부(230)의 곡률반지름은 렌즈부(210)의 곡률반지름보다 크게 형성된다.
커버부(230)의 곡률반지름이 렌즈부(210)의 곡률반지름보다 크게 형성되는 경우, 렌즈부재(200a, 200b)에 형성되는 반사방지층(400) 및 발수층(500)의 두께를 균일하게 형성할 수 있다. 이에 따라 발수층(500) 및 반사방지층(400)을 통과하는 빛의 손실 및 굴절 등을 줄여 빛의 손실 및 영상의 왜곡을 방지할 수 있다.
제2 실시예에서 커버부(230)는 하우징부재(100)에 탈착 가능하게 끼움 결합 등의 방식으로 결합되어 커버부(230)의 교체 및 관리를 용이하게 한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 자동차용 카메라에서 발수층 및 반사방지층을 나타내는 단면도이다. 도 3을 참조하면, 반사방지층(400)은 렌즈부재(200a, 200b)의 표면(도 1 및 2 기준 상측면)에 형성된다. 본 실시예에서 반사방지층(400)은 제1박막(410), 제2박막(420), 제3박막(430), 제4박막(440) 및 제5박막(450)을 포함한다.
제1박막(410)은 렌즈부재(200a, 200b) 상에 SiO2를 포함하여 이루어진다. 본 실시예에서 제1박막(410)의 두께는 155 내지 165nm이며, 바람직하게는 157 내지 159nm로 형성된다.
제2박막(420)은 제1박막(410) 상에 TiO2를 포함하여 이루어진다. 본 실시예에서 제2박막(420)의 두께는 5 내지 15nm이며, 바람직하게는 10 내지 12nm로 형성된다.
제3박막(430)은 제2박막(420) 상에 SiO2를 포함하여 이루어진다. 본 실시예에서 제3박막(430)의 두께는 10 내지 20nm 이며, 바람직하게는 16 내지 18nm로 형성된다.
제4박막(440)은 제3박막(430) 상에 TiO2를 포함하여 이루어진다. 본 실시예에서 제4박막(440)의 두께는 85 내지 95nm 이며, 바람직하게는 92nm 내지 94nm로 형성된다.
제5박막(450)은 제4박막(440) 상에 SiO2를 포함하여 이루어진다. 본 실시예에서 제3박막(430)의 두께는 75 내지 85nm 이며, 바람직하게는 80 내지 82nm로 형성된다.
본 실시예에서 제1박막(410), 제3박막(430) 및 제5박막(450)의 굴절률은 1.40 내지 1.50이며, 바람직하게는 1.45 내지 1.47에 해당한다. 본 실시예에서 제2박막(420) 및 제4박막(440)의 굴절률은 2.30 내지 2.40이며, 바람직하게는 2.35 내지 2.37에 해당한다.
발수층(500)은 반사방지층(400)의 표면에 형성되며, 과불화알킬실란 계열 재질을 포함한다. 본 실시예에서 발수층(500)의 두께는 25 내지 35nm, 바람직하게는 29 내지 31nm로 형성되며, 발수층(500)의 굴절률은 1.35 내지 1.45이며 바람직하게는 1.38 내지 1.39에 해당한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 자동차용 카메라에서 발수층이 적용된 상태와, 미 적용된 상태에서의 접촉각을 나타내는 도면이다. 도 4를 참조하면, 본 실시예에서 발수층(500)은 과불화알킬실란 계열 재질을 포함하여 이루어진다.
과불화알킬실란 계열의 물질을 포함하여 이루어지는 발수층(500)은 물에 대한 반발성이 상대적으로 큰 재질에 해당하므로, 발수층(500)과의 물방울(W)의 접촉각(θ1)은 110도 이상으로 증대된다(도 4 참조).
물방울(W)의 접촉각(θ0)이 증대되면, 물방울(W)을 지나가는 빛의 영역이 줄어들고, 이에 따라 영상이 왜곡되는 정도가 줄게 된다. 발수층(500)이 적용되지 않은 유리 재질의 렌즈부재(200a, 200b)의 경우 접촉각(θ0)이 대략 45도 정도에 해당하는 반면, 본 실시예에서 발수층(500)은 물방울(W)이 맺히는 경우 접촉각(θ1)을 110도 이상으로 유지하여 물방울(W)에 의한 빛의 왜곡 정도를 현저히 줄인다.
또한, 본 실시예에서의 발수층(500)이 적용되는 경우 접촉각(θ0)이 증대되므로, 물방울(W)과 발수층(500) 사이의 접촉면적이 줄어든다. 이에 따라 본 실시예에서 발수층(500)이 지면에 대하여 일정 정도 기울어지는 경우, 물방울(W)이 발수층(500)의 표면을 따라 쉽게 이동하게 된다. 즉, 본 실시예에서 발수층(500)은 물방울(W)이 표면에 맺히는 것을 방지하여 영상의 왜곡 또는 영상이 뿌옇게 되는 것을 방지한다.
본 실시예에서 발수층(500) 및 반사방지층(400)은 Ion Beam Assist 증착에 의한 고진공, 고온 증착 박막 처리되어, 고온, 저온, 고습 및 염수 등의 환경에 강한 특성을 가지며, 고강도를 유지한다.
여기서 발수층(500) 및 반사방지층(400)의 광학적 두께(굴절률 × 물리적 두께)의 총합은 기준 파장(λ)의 1/4에 해당하는 값에 근접하는 값으로 설계된다. 상술한 바람직한 실시예 범위에 해당하는 값을 적용하여 설계한 발수층(500) 및 반사방지층(400)의 구성을 표로 나타내면 아래의 표 1과 같다.
층
(Layer)		 물질
(Material)		 굴절률
(Refractive Index)		 물리적 두께
(Physical Thickness)
(nm)		 광학적 두께
(Optical Thickness)
(nm)		 비고
발수층 과불화알킬실란 계열 1.38542 30 41.5626 발수층
5 SiO2 1.4618 81 118.4058 제5박막
4 TiO2 2.3632 93 219.7776 제4박막
3 SiO2 1.4618 17 24.8506 제3박막
2 TiO2 2.3632 11 25.9952 제2박막
1 SiO2 1.4618 158 230.9644 제1박막
전체두께 - - 390 661.5562 -
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 자동차용 카메라에서 발수층 및 반사방지층이 적용된 상태와 미 적용된 상태의 화상을 비교한 도면이다. 도 5를 참조하면, 과불화알킬실란 계열의 발수층(500)을 적용한 경우 물방울(W)의 접촉각(θ1)은 110도 이상으로 유지되므로, 표면에 물방울(W)이 존재하더라도, 물방울(W)의 접촉각(θ1)이 높은 값을 유지한다.
이에 따라 본 실시예에서 발수층(500)은 물방울(W)을 통과하는 빛의 범위(도 5에서 점선의 내부영역에 해당)를 줄여, 물방울(W)에 의하여 영상이 왜곡되는 정도를 줄일 수 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 자동차용 카메라에서 파장에 따른 투과율을 나타내는 도면이다. 도 6을 참조하면, 표 1에 해당하는 발수층(500) 및 반사방지층(400)을 적용한 경우 400 내지 620nm 파장에 대한 투과율의 평균은 97%에 해당한다. 이러한 투과율은 발수층(500)을 적용하지 않은 경우의 투과율의 평균인 98% 대비 대략 1%의 차이에 해당하므로 투과율의 성능 저하가 상당히 낮은 상태임을 알 수 있다.
이로써, 본 실시예에서 자동차용 카메라(1)는, 렌즈부재(200a, 200b)의 표면에 발수층(500) 및 반사방지층(400)을 적용하여, 물맺힘을 최소화하고, 빛의 반사에 의한 영상의 왜곡을 줄임으로써 영상의 정확도를 향상시킬 수 있다.
또한, 본 실시예에서 자동차용 카메라(1)는 커버부(230)의 곡률반지름을 렌즈부(210)의 곡률반지름보다 크게 하여, 발수층(500) 및 반사방지층(400)의 두께 편차를 줄이고, 제품의 불량을 방지할 수 있다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 하여 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 기술적 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의해서 정하여져야 할 것이다.
1: 자동차용 카메라 100: 하우징부재
200a, 200b: 렌즈부재 210: 렌즈부
230: 커버부 300: 센서부재
400: 반사방지층 410: 제1박막
420: 제2박막 430: 제3박막
440: 제4박막 500: 발수층
W: 물방울

Claims (9)

  1. 하우징부재;
    상기 하우징부재에 장착되는 렌즈부재;
    상기 렌즈부재를 통하여 입력되는 이미지를 전기적 신호로 변환하는 센서부재;
    상기 렌즈부재의 표면에 복수 층의 박막으로 형성되는 반사방지층; 및
    상기 반사방지층의 표면에 형성되며, 과불화알킬실란 계열 재질을 포함하여 이루어지는 발수층;을 포함하고,
    상기 반사방지층은 상기 렌즈부재의 표면에 SiO2를 포함하여 이루어지는 박막과, TiO2를 포함하여 이루어지는 박막이 교차로 적층되는 것을 특징으로 하는 자동차용 카메라.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 렌즈부재는,
    상기 하우징부재에 장착되어, 빛을 굴절시키는 렌즈부; 및
    상기 하우징부재에 장착되고, 상기 렌즈부를 둘러싸며, 표면에 상기 반사방지층이 형성되는 커버부;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 자동차용 카메라.
  3. 제 2항에 있어서, 상기 커버부의 곡률반지름은, 상기 렌즈부의 곡률반지름보다 큰 것을 특징으로 하는 자동차용 카메라.
  4. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 반사방지층은,
    상기 렌즈부재의 표면에 SiO2를 포함하여 이루어지는 제1박막;
    상기 제1박막 상에 TiO2를 포함하여 이루어지는 제2박막;
    상기 제2박막 상에 SiO2를 포함하여 이루어지는 제3박막;
    상기 제3박막 상에 TiO2를 포함하여 이루어지는 제4박막; 및
    상기 제4박막 상에 SiO2를 포함하여 이루어지는 제5박막:
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 자동차용 카메라.
  5. 제 4항에 있어서, 상기 제1박막, 상기 제3박막 및 제5박막의 굴절률은 1.40 내지 1.50인 것을 특징으로 하는 자동차용 카메라.
  6. 제 4항에 있어서, 상기 제2박막 및 상기 제4박막의 굴절률은 2.30 내지 2.40인 것을 특징으로 하는 자동차용 카메라.
  7. 제 4항에 있어서,
    상기 제1박막의 두께는 155 내지 165nm이며, 상기 제2박막의 두께는 5 내지 15nm이고, 상기 제3박막의 두께는 10 내지 20nm이며, 상기 제4박막의 두께는 85 내지 95nm이고, 상기 제5박막의 두께는 75 내지 85nm인 것을 특징으로 하는 자동차용 카메라.
  8. 제 4항에 있어서, 상기 발수층의 굴절률은 1.35 내지 1.45이며, 두께는 25 내지 35nm인 것을 특징으로 하는 자동차용 카메라.
  9. 제 8항에 있어서, 상기 발수층과 상기 반사방지층의 광학적 두께의 총합은 380 내지 400nm인 것을 특징으로 하는 자동차용 카메라.
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