KR102296895B1 - 발열 디바이스 및 이를 이용하는 차량용 카메라 - Google Patents

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Abstract

전천후 기상 상황에 무관하게 렌즈 상의 오염물질을 효과적으로 제거할 수 있는 발열 디바이스 및 이를 이용하는 차량용 카메라가 개시된다. 차량용 카메라는 카메라 모듈, 카메라 모듈의 렌즈 상에 배치되는 발열 디바이스, 카메라 모듈을 수납하는 하우징, 하우징에 설치되어 카메라 모듈을 일정 각도로 회동시키는 구동 기어, 구동 기어에 회전력을 제공하는 모터, 및 하우징의 개구부 일측 가장자리에 설치되고 구동 기어의 동작에 따라 카메라 모듈이 회동할 때 표층의 외표면을 닦는 와이퍼부를 포함하고, 발열 디바이스는 카메라 모듈의 렌즈의 외표면에 직접 부착된다.

Description

발열 디바이스 및 이를 이용하는 차량용 카메라{HEATING DEVICE AND CAMERA FOR VEHICLES USING THE SAME}
본 발명은 발열 디바이스 및 이를 이용하는 차량용 카메라에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 전천후 기상 상황에 무관하게 렌즈 상의 오염물질을 효과적으로 제거할 수 있는 발열 디바이스 및 이를 이용하는 차량용 카메라에 관한 것이다.
현재 외부에서 사용하는 카메라의 경우 겨울철 눈이나 장마철에 비가 오게 되면 일반적으로 외부온도 차에 의해 습기나 서리가 발생하고 이미지 구현에 장애를 일으키게 된다.
종래에는 이러한 카메라 구동의 단점을 해결하고자 카메라 내에 열풍 시스템이나 열선과 같은 금속히터 부품을 장착하여 김서림이나 성에, 물방울 등으로 인한 문제를 해결하고 있다. 하지만 이는 감시 카메라나 촬영용 카메라 등의 부피가 큰 카메라에 가능한 기술이며 이 기술을 적용하는 경우 카메라의 무게와 부피가 커지는 단점이 있다.
또한, 도 1에 예시한 소형 카메라(10)는 상부 하우징(11), 하부 하우징(12), 및 상부 하우징(11)과 하부 하우징(12) 내 공간에 장착되는 기판(13)과 이미지 센서(16)를 구비하고, 상부 하우징(11)에는 최외곽 렌즈(L)가 노출된 렌즈 베럴(14)이 결합하고, 하부 하우징에는 커넥터(15)가 결합하고, 상부 하우징(11)과 하부 하우징(12)이 러버(17)를 게재하고 서로 결합하도록 구성된다. 이러한 종래의 소형 카메라는 의료용, 교육용, 산업용 등 다양한 분야에서 활용되고 있으며, 특히 외부의 환경에 노출되는 차량용 전/후방 카메라, 사이드미러를 대체하는 사이드카메라 등 차량 주변을 촬영하기 위한 장치로 사용되고 있고, 그밖에 CCTV, 휴대폰 카메라 등 다양한 분야에 사용되고 있다.
전술한 카메라 대부분은 차량 외부 혹은 건물 외부에 위치하기 때문에 기후조건, 내/외부 온도차이 등에 의한 성에, 습기 발생과 같이 주위 환경에 큰 영향을 받는다. 이러한 영향은 카메라 오작동에 의한 정보오류 발생으로 이어져 정보 수집 및 이미지 구현의 문제를 야기시킨다.
전술한 문제를 고려하여, 종래의 소형 카메라에서는 렌즈 상의 오염 물질을 제거하기 위해 고온의 스퍼터링 증착 기술을 이용한 물리적 증착을 통해 열선 기능의 산화막이나 희귀금속 소재가 구비된 박막을 제작하고 제작된 박막을 카메라 윈도우에 부착하여 간접 히터로서 혹은 열선 연결형 발열 히터로서 기능하도록 구성된다.
그러나, 종래의 소형 카메라에서 간접 발열 히터로서 기능하는 박막은 균일한 발열을 할 수 없고, 산화막이나 희귀금속 소재를 포함하므로 상대적으로 무게나 부피가 있고, 불투명하거나 불투명한 부분을 가지며, 상대적으로 고반사 기능으로 인한 단점을 가진다.
위에서 설명한 바와 같이, 차량 등에 사용되는 소형 카메라에 있어서 균일한 발열, 부피 및 무게의 감소, 카메라 렌즈커버에 직접 부착할 수 있는 히터 구조, 저반사 기능 등을 갖춘 카메라 렌즈용 투명 발열 필름과 이러한 필름을 이용하는 소형 카메라에 대한 요구가 증가하고 있다.
공개특허공보 제10-2019-0102724호(2019.09.04)
본 발명은 종래 기술의 문제점을 해결하고 시장의 요구에 부응하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 차량용 카메라에 사용되는 새로운 구조의 발열 디바이스 및 이를 이용하는 차량용 카메라를 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은, 초가속(hyper) 열소재 기술을 발열 디바이스에 적용함으로써 기존 기술 대비 제품의 열영역 범위 확장과 빠른 온도 상승 효과를 통해 효과적인 발열 성능을 나타낼 수 있는 발열 디바이스를 제공하는데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은, 초가속 열소재 기술을 통해 카메라 렌즈에 발생하는 성에, 습기를 신속하게 제거할 수 있을 뿐만 아니라 와이퍼 기능이 가능한 디자인을 채용하여 물리적인 방식으로 오염물질을 제거할 수 있도록 함으로써 작동 환경에 대한 제약 조건을 줄일 수 있는 차량용 카메라를 제공하는데 있다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 측면에 따른 차량용 카메라는 카메라 모듈; 및 상기 카메라 모듈의 렌즈 상에 배치되는 발열 디바이스;를 포함하고, 상기 발열 디바이스는 제1 광접착필름을 통해 상기 카메라 모듈의 상기 렌즈에 직접 부착된다.
일실시예에서, 상기 발열 디바이스는, 상기 제1 광접착필름; 상기 제1 광접착필름의 일면 상에 적층되는 발열필름; 상기 발열필름의 일면 일부분 상에 적층되는 전극부; 및 상기 전극부의 일부를 게재하고 상기 발열필름 상에 적층되는 제2 광접착필름;을 포함하고, 상기 전극부는 상기 발열필름의 평면 상의 모양에 대응하는 모양을 구비한다.
일실시예에서, 상기 발열필름은 SnF2, SnF4, 주석 니켈 불화물(SnNiF), 주석 크롬 불화물(SnCrF), 주석 아연 불화물(SnZnF), 아연 니켈 불화물(ZnNiF) 또는 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 초가속(hyper) 열소재를 포함할 수 있다.
일실시예에서, 상기 초가속 열소재의 직경은 50㎚ 내지 100㎚이고, 상기 초가속 열소재는 상기 발열필름의 배치면에 격자형으로 배열될 수 있다.
일실시예에서, 상기 발열필름은, 베이스 기재; 상기 베이스 기재 상에 형성된 금속 산화물층; 상기 금속 산화물층 상에 형성되고, 격자형으로 배열된 구형 점 형태의 초가속 열소재; 및 상기 금속 산화물층과 상기 초가속 열소재 상에 형성되는 도전성 접착제층을 구비할 수 있다.
일실시예에서, 상기 초가속 열소재의 일부는 상기 금속 산화물층에 의해 덮히고 상기 초가속 열소재의 나머지 일부는 상기 도전성 접착제층에 의해 덮힐 수 있다.
일실시예에서, 차량용 카메라는, 상기 카메라 모듈의 렌즈 상에서 상기 발열 디바이스를 게재하고 상기 발열 디바이스의 상기 제2 광접착필름 상에 적층되며 상기 카메라 모듈의 촬영 방향과 평행한 일방향에서의 단면의 외표면이 원호 형상을 가진 표층을 더 구비할 수 있다.
일실시예에서, 차량용 카메라는, 상기 카메라 모듈을 수납하는 하우징; 상기 하우징에 설치되어 상기 카메라 모듈을 일정 각도로 회동시키는 구동 기어; 상기 구동 기어에 회전력을 제공하는 모터; 및 상기 하우징의 개구부 일측 가장자리에 설치되고 상기 구동 기어의 동작에 따라 상기 카메라 모듈이 회동할 때 상기 표층의 외표면을 닦는 와이퍼부를 더 포함할 수 있다.
일실시예에서, 상기 카메라 모듈은, 서로 결합하여 내부 공간을 형성하는 상부하우징 및 하부하우징과, 상기 상부하우징과 상기 하부하우징의 내부에 배치되고 이미지 센서가 실장된 인쇄회로기판과, 상기 이미지 센서 상에 배열되고 복수의 렌즈를 구비하는 렌즈 배럴과, 상기 인쇄회로기판과 외부를 전기적으로 연결하기 위한 커넥터를 구비할 수 있다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명의 다른 측면에 따른 발열 디바이스는, 차량용 카메라에 사용되는 발열 디바이스로서, 제1 광접착필름; 상기 제1 광접착필름의 일면 상에 적층되는 발열필름; 상기 발열필름의 일면 일부분 상에 적층되는 전극부; 및 상기 전극부의 일부를 게재하고 상기 발열필름 상에 적층되는 제2 광접착필름;을 포함하고, 상기 전극부는 상기 발열필름의 평면 상의 모양에 대응하는 모양을 구비하고, 상기 제1 광접착필름은 상기 차량용 카메라의 카메라 모듈의 렌즈에 직접 부착가능한 양면 광접착필름이다.
일실시예에서, 발열 디바이스는, 상기 카메라 모듈의 렌즈 상에서 상기 제2 광접착필름에 밀착하며 상기 카메라 모듈의 촬영 방향과 평행한 일방향에서의 단면의 외표면이 원호 형상을 가진 표층을 더 포함할 수 있다.
일실시예에서, 발열 디바이스는, 상기 제1 광접착필름, 발열필름, 전극부 및 제2 광접착필름로 이루어진 적층체와 이 적층체의 일면에 결합하는 표층을 지지하는 히터하우징을 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 발열 디바이스 및 차량용 카메라를 사용하면, 도트(dot) 형태의 초가속 열소재를 하이브리드화하여 필름형 면상발열체 형태로 채용함으로써, 균일한 발열과, 부피 및 무게가 감소된 카메라 렌즈커버 부착형 히터를 통해 전천후 기상 상황에서 렌즈 상의 오염물질을 효과적으로 제거할 수 있다. 또한, 발열과 와이퍼 기능을 겸용하여 클리닝 효율성을 증가시킬 수 있다.
본 발명에 의하면, 차량용 카메라의 렌즈커버 부착형 히터를 연속 상온 화학증착 공정을 사용하여 생산수율을 확보할 수 있고, 롤투롤(roll to roll) 연속 공정을 통해 공정 비용을 절감할 수 있다.
또한, 본 발명에 의하면, 단순한 제조방법이 아닌 다양한 공정을 통해 차량용 카메라의 렌즈커버 부착형 히터 제품을 제작할 수 있고, 희귀금속을 사용하지 않아 비용을 줄일 수 있으며, 초가속(hyper) 열소재를 적용하여 기존 대비 더욱 우수한 발열 성능을 구현할 수 있다.
도 1은 종래의 차량용 카메라 모듈의 조립 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 카메라에 대한 사시도이다.
도 3은 도 2의 차량용 카메라에 채용할 수 있는 카메라 모듈에 대한 단면도이다.
도 4는 도 3의 카메라 모듈의 렌즈 말단부를 확대하여 나타낸 단면도이다.
도 5는 도 2의 차량용 카메라의 카메라 모듈의 최외곽 렌즈 부분과 최외곽 렌즈 상에 설치되는 발열 디바이스를 나타낸 단면도이다.
도 6은 도 2의 도 2의 차량용 카메라의 카메라 모듈의 최외곽 렌즈 상에 설치되는 발열 디바이스의 다른 디자인 형태를 설명하기 위한 정면도이다.
도 7은 도 6의 발열 디바이스의 구조를 설명하기 위한 분해 사시도이다.
도 8은 도 7의 발열 디바이스의 작동을 실험하기 위한 과정을 나타낸 도면이다.
도 9는 도 8의 발열 디바이스의 작동 과정을 보여주는 열화상 이미지에 대한 도면이다.
도 10은 도 2의 차량용 카메라의 카메라 모듈의 최외곽 렌즈 상에 설치되는 발열 디바이스의 또 다른 디자인 형태를 설명하기 위한 분해 사시도이다.
도 11은 도 10의 발열 디바이스의 작동을 실험하기 위한 과정을 나타낸 도면이다.
도 12는 도 10의 발열 디바이스의 작동 과정을 보여주는 열화상 이미지에 대한 도면이다.
도 13은 도 2의 차량용 카메라의 카메라 모듈의 최외곽 렌즈 상에 설치되는 발열 디바이스의 또 다른 디자인 형태를 설명하기 위한 정면도이다.
도 14는 도 2의 차량용 카메라의 카메라 모듈의 최외곽 렌즈 상에 설치되는 발열 디바이스의 또 다른 디자인 형태를 설명하기 위한 정면도이다.
도 15는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 발열 디바이스의 사시도이다.
도 16은 도 15의 발열 디바이스의 개략적인 단면도이다.
본 명세서에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
이하 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 카메라에 대한 사시도이다.
도 2를 참조하면, 본 실시예에 따른 차량용 카메라는 카메라 모듈(100), 모터(160), 구동 기어(170), 노즐(180), 발열 디바이스(200), 하우징(300) 및 와이퍼부(400)를 구비한다.
본 실시예에 따른 차량용 카메라는 카메라 모듈(100)의 렌즈 상에 설치되는 발열 디바이스(200)를 통해 전천후 기상 환경에서 렌즈 상의 오염물질을 효과적으로 제거하고, 모터(160) 및 구동 기어(170)의 동작에 의해 상하 방향으로 회동 운동하는 카메라 모듈(100)의 렌즈 전면 혹은 발열 디바이스(200)의 표층의 외표면을 와이퍼부(400)로 닦아 더욱 효과적으로 렌즈 상의 오염물질을 제거하도록 이루어진다. 와이퍼부(400)의 동작을 원활하게 하기 위해 노즐(180)을 통해서는 카메라 모듈(100)의 렌즈 전면 혹은 발열 디바이스(200)의 표층의 외표면 상에 세정액이 공급될 수 있다.
도 3은 도 2의 차량용 카메라에 채용할 수 있는 카메라 모듈에 대한 단면도이다. 도 4는 도 3의 카메라 모듈의 렌즈 말단부를 확대하여 나타낸 단면도이다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 본 실시예에 따른 카메라 모듈(100)은 서로 결합하여 내부 공간을 형성하는 상부하우징(110) 및 하부하우징(120)과, 상부하우징(110) 및 하부하우징(120)에 의해 형성되는 내부 공간에 배치되고 이미지 센서(131)가 실장된 인쇄회로기판(120)과, 이미지 센서(131) 상에 배열되고 복수의 렌즈(L1, L2, L3)를 구비하는 렌즈 배럴(140)과, 인쇄회로기판(120)에 전기적으로 연결하는 전극(132, 133)과, 전극(132, 133)과 렌즈 배럴(140) 사이를 연결하는 배선라인(141, 142)과, 인쇄회로기판(120)과 외부의 장치를 전기적으로 연결하기 위한 커넥터(150)를 구비한다. 렌즈 배럴(140)은 상부하우징(110)에서 도면상의 상부측을 향하여 배열되고, 커넥터(150)는 하부하우징(120)에서 도면상의 하부측을 향하여 배열된다.
렌즈 배럴(140)에 적층 배치되는 복수의 렌즈(L1, L2, L3)는 투명 전극층을 구비할 수 있다. 투명 전극층은 예를 들어 제1 렌즈(L1)의 하면(L1'), 제2 렌즈(L2)의 상면(L2')과 하면(L2"), 그리고 제3 렌즈(L3)의 상면(L3') 중 적어도 어느 하나 이상에 형성될 수 있다. 투명 전극층은 인쇄회로기판(130), 전극(132, 133) 및 배선라인(141, 142)를 통해 인가되는 전압과 흐르는 전류에 의해 열을 발생시키고 발생된 열에 의해 렌즈 상의 김서림이나 성에, 물방울 등을 제거할 수 있다.
도 5는 도 2의 차량용 카메라의 카메라 모듈의 최외곽 렌즈 부분과 최외곽 렌즈 상에 설치되는 발열 디바이스를 나타낸 단면도이다.
도 5를 참조하면, 본 실시예에 따른 차량용 카메라는 카메라 모듈의 최외곽 렌즈 즉, 제1 렌즈(L1)의 외표면(102) 상에 설치되는 발열 디바이스(200)를 통해 제1 렌즈(L1)의 상면에서 김서림이나 성에, 물방울 등이 형성되는 것을 방지하거나 형성된 것을 제거할 수 있다.
발열 디바이스(200)는 제1 렌즈(L1)의 일방향에서의 직경 혹은 길이보다 긴 길이를 갖고 제1 렌즈(L1)의 외표면(102) 상에 부착될 수 있다. 이를 위해 발열 디바이스(200)의 일면에는 접착필름이 배치될 수 있다. 이러한 접착필름은 열접합필름, 광접합필름 등이 사용될 수 있다.
물론, 구현에 따라서 발열 디바이스(200)는 제1 렌즈(L1)의 일방향에서의 직경보다 작은 길이를 가질 수 있다.
도 6은 도 2의 도 2의 차량용 카메라의 카메라 모듈의 최외곽 렌즈 상에 설치되는 발열 디바이스의 다른 디자인 형태를 설명하기 위한 정면도이다. 도 7은 도 6의 발열 디바이스의 구조를 설명하기 위한 분해 사시도이다.
도 6을 참조하면, 본 실시예에 따른 발열 디바이스(200)는 발열필름 부분이 카메라 모듈의 제1 렌즈의 외표면(102)의 일부를 덮도록 배치될 수 있다. 발열필름 부분에는 전극부(224)가 연결되어 외부로 연장하도록 배치된다.
발열 디바이스(200)는 도 7에 도시한 바와 같은 구조를 구비할 수 있다. 발열 디바이스(200)는 제1 접착필름(210), 제1 접착필름(210)의 일면 상에 적층되는 발열필름(220), 발열필름(220)의 일면 일부분 상에 적층되는 전극부(230), 및 전극부(230)의 일부를 게재하고 발열필름(220) 상에 적층되는 제2 접착필름(240)을 구비할 수 있다.
제1 접착필름(210)과 제2 접착필름(240)은 열에 의해 접착 기능이 활성화되는 열접착필름이나, 광에 의해 접착 기능이 활성화되는 광접착필름을 사용하여 구현될 수 있으며, 더욱 바람직하게는 편의성, 신뢰성, 비용 등을 고려할 때 광경화성 수지를 이용하는 광접착필름인 것이 바람직하다. 또한, 제1 접착필름(210)은 양면 접착필름일 수 있고, 제2 접착필름(240)은 절연성 기능을 구비하거나 절연필름으로 대체될 수 있다.
발열필름(220)은 발열부(222)와 전극접속부(224)를 구비하고, 전극부(230)과 유사하거나 동일한 형태로 연장하는 전극접속부(224)를 통해 발열부(222)에 효과적으로 분배된 전류 흐름을 전달할 수 있도록 이루어진다.
이러한 발열필름(220)는 발열 효율을 극대화하기 위하여 불화주석(SnF2), 사불화 주석(SnF4), 주석 니켈 불화물(SnNiF), 주석 크롬 불화물(SnCrF), 주석 아연 불화물(SnZnF), 아연 니켈 불화물(ZnNiF) 또는 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 초가속(hyper) 열소재를 포함하도록 구현될 수 있다. 이러한 발열필름(220)에 대하여는 아래에서 좀더 상세히 설명하기로 한다.
전극부(230)는 발열필름(220)의 평면 상의 모양(일부 모양)에 대응하는 모양을 구비한다. 전극부(230)는 다양한 모양을 구비할 수 있다. 전극부(230)는, 전압을 인가하기 위해 발열필름(220)의 일정 면적 이상과 중첩하여 적층 배치될 때, 발열필름(220)의 해당 중첩 영역의 모양에 대응하는 형태를 구비할 수 있다(도 7 및 도 10의 220 참조).
발열필름(220)을 좀더 구체적으로 설명하면, 발열필름에 매립되는 초가속 열소재는 평면 혹은 배치면 상에서 볼 때 발열필름(200)에 격자형으로 점 형태로 배열될 수 있다. 초가속 열소재의 직경은 50㎚ 내지 100㎚이며, 인접한 초가속 열소재들 간의 간격은 10㎚ 내지 20㎚일 수 있다.
또한, 발열필름(220)은 베이스 기재(221)와, 베이스 기재(221) 상에 형성된 금속 산화물층(223)과, 금속 산화물층(223) 상에 형성되고 격자형으로 배열된 구형 점 형태의 초가속 열소재(225)와, 금속 산화물층(223)과 초가속 열소재(225) 상에 형성되는 도전성 접착제층(227)을 구비할 수 있다.
여기서, 구형의 초가속 열소재(225)의 일부는 금속 산화물층(223)에 의해 덮히고 초가속 열소재(225)의 나머지 일부는 도전성 접착제층(227)에 의해 덮히도록 배치될 수 있다. 또한, 발열필름(220)의 금속 산화물층(223)에서 초가속 열소재(225)를 덮는 부분은 확산층 또는 열확산층으로서 기능할 수 있다.
금속 산화물층(223)은 베이스 기재(221) 상에 금속 산화물을 증착시켜 형성될 수 있다. 증착은 상온에서 진행되고, 화학적 증착 방법을 이용할 수 있으나, 이 방법으로 한정되지는 않는다. 화학적 증착 방법은 예를 들어 금속 산화물 전구체에 전압을 인가하여 과응축된 금속 이온을 형성하고, 형성된 금속 이온이 화학결합을 통해 베이스 기재의 표면에 증착되도록 이루어질 수 있다. 상온에서 화학적 증착 방법을 사용하면, 열에 약한 고분자를 베이스 기재 상에 증착할 수 있고, 대면적 증착이 용이한 장점이 있다.
전술한 구(sphere) 형태의 초가속 열소재는 상온 화학 연속 공정에 의해 형성될 수 있다. 상온 화학 연속 공정은, 마이크로파 발생기에서 생성된 마이크로파를 자계 형성 공간으로 안내하고, 자계 형성 공간 내로 플라즈마 소스 가스를 공급하고, 자계 형성 공간 내에서 플라즈마 소스 가스를 마이크로파에 노출시켜 플라즈마 상태로 유지하고, 플라즈마 내의 전자와 이온을 자계의 영향으로 전자회전공명(electro cyclotron resonance, ECR)시켜 높은 에너지 밀도의 플라즈마를 유지하고, 높은 에너지 밀도의 플라즈마 영역 내에 증착막 형성용 초가속 열소재 소스 가스를 투입하여 활성화된 이온을 제공하고, 활성화된 이온은 접착제층의 표면에 순간 표면화학반응을 통해 구 형태의 초가속 열소재를 형성(증착)하는 일련의 단계들을 포함할 수 있다.
전술한 공정은 분산형 나노점 형성을 위한 스퍼터법에 비해 격자 배열 및 균일한 분포로 초가속 열소재를 형성할 수 있다. 격자 형태로 배열되는 초가속 열소재는 50㎚ 내지 100㎚의 적정 직경을 가지며, 이 범위를 벗어나는 경우, 구조적 안정성이 감소됨에 따라 열 가속 특성이 떨어질 수 있다. 또한, 격자 형태로 배열되는 인접한 초가속 열소재들 간의 간격이 10㎚보다 작으면 광 특성이 떨어지는 경향을 보이고, 20㎚보다 크면 광 특성은 좋지만 열 보관 특성이 떨어져서 열 가속화 성능이 감소될 수 있다.
전술한 발열필름(220)의 구성에 의하면, 서로 인접한 초가속 열소재 주변에 형성되는 열 저장 영역들이 상호 작용하여 상승 효과를 나타내는 초가속 열 영역을 형성하게 된다. 초가속 열소재를 사용하면, 전원 투입 후 60초 동안 상온에서 약 97℃까지 초가속 열소재가 없는 경우의 온도 약 67℃(60초 경과시)에 비해 30℃ 높게 초가속 온도 상승을 나타내고, 300초 동안에는 상온에서 약 115℃까지 상승하여 초가속 열소재가 없는 경우의 온도 약 98℃에 비해 17℃ 높게 유지되는 것을 확인하였다.
전술한 초가속 열소재는 베이스 기재(221) 상에 도전성 접착제가 형성된 접착제 필름에 형성될 수 있다. 그 경우, 도전성 재료 혹은 금속 산화물층(223)의 재료는 니켈(Ni), 은(Ag), Ni/Au 등의 금속 재료를 포함할 수 있고, 접착제 혹은 접착제층(227)은 경화 타입일 수 있다.
이와 같이 발열필름은 전극과 베이스 기재에 금속산화물층이 형성된 금속복합산화물 필름에 라이네이션 부착될 수 있다. 이 경우, 도전성접착제층으로부터 롤러와인더 공정을 통해 초가속 열소재 필름층의 초가속 열소재 베이스 기재를 제거할 수 있으나, 이에 한정되지는 않고 공지의 필름 제거 방법을 이용 가능하다.
도 8은 도 7의 발열 디바이스의 작동을 실험하기 위한 과정을 나타낸 도면이다. 도 9는 도 8의 발열 디바이스의 작동 과정을 보여주는 열화상 이미지에 대한 도면이다.
도 8 및 도 9를 참조하면, 본 실시예에 따른 발열 디바이스(200)의 전극부(224)에 소정의 전압을 인가하면, 60초가 되기 전에 온도 92.7℃까지 발열하는 것을 확인할 수 있다.
이러한 초가속 발열 디바이스를 이용하면, 차량용 카메라의 카메라 모듈의 최외곽 렌즈의 외표면에 김서림이나 성에, 물방울 등이 발생하지 못하게 하거나 발생된 것을 빠르게 제거할 수 있다.
도 10은 도 2의 차량용 카메라의 카메라 모듈의 최외곽 렌즈 상에 설치되는 발열 디바이스의 또 다른 디자인 형태를 설명하기 위한 분해 사시도이다. 도 11은 도 10의 발열 디바이스의 작동을 실험하기 위한 과정을 나타낸 도면이다. 그리고 도 12는 도 10의 발열 디바이스의 작동 과정을 보여주는 열화상 이미지에 대한 도면이다.
도 10을 참조하면, 본 실시예에 따른 차량용 카메라에 채용할 수 있는 발열 디바이스(200)는, 제1 접착필름(210), 제1 접착필름(210)의 일면 상에 적층되는 발열필름(220), 발열필름(220)의 일면 일부분 상에 적층되는 전극부(230), 및 전극부(230)의 일부를 게재하고 발열필름(220) 상에 적층되는 제2 접착필름(240)을 구비할 수 있다.
여기서, 발열필름(220)의 모양은 도 7을 참조하여 앞서 설명한 발열필름과 다른 디자인을 갖고 있다. 즉, 본 실시예의 발열필름(220)은 발열부(222)와 전극접속부(224)와의 사이에 2회 절곡된 부분에 의해 형성되는 단차부(226)를 가진 형상을 구비한다.
전술한 경우, 발열필름(220)의 일부분에 중첩되어 적층 배치되는 전극부(230)도 발열필름(220)의 적층 부분에 대응하여 단차부(232)를 가진 형상을 구비한다.
위의 같은 발열필름(220)과 전극부(230)의 디자인은 다양한 형태가 가능하여 렌즈의 사이즈나 종류에 따라 혹은 작업 용이성 등에 따라 설계자유도를 증대시키고 작업 효율을 향상시키는데 기여할 수 있다.
본 실시예에 따른 발열 디바이스(200)의 성능을 실험한 결과, 도 11 및 도 12에 예시한 바와 같이, 전극부(224)에 전압을 인가하면, 상온에서 30초 동안 온도 약 77.7℃까지 발열하는 것을 확인하였다.
도 13 및 도 14는 도 2의 차량용 카메라의 카메라 모듈의 최외곽 렌즈 상에 설치되는 발열 디바이스의 또 다른 디자인 형태를 설명하기 위한 정면도들이다.
도 13을 참조하면, 본 실시예에 따른 차량용 카메라는 카메라 모듈의 최외곽 렌즈의 외표면(102) 상에 설치되는 링(ring) 형태의 발열 디바이스(200)를 구비할 수 있다.
또한, 도 14에 나타낸 바와 같이, 본 실시예에 따른 차량용 카메라는 카메라 모듈의 최외곽 렌즈의 외표면(102) 상에 격자 형태로 배치되는 사각형 개구부들을 구비한 면상발열체 형태의 발열 디바이스(200)를 채용하도록 구현될 수 있다.
전술한 발열 디바이스(200)은 그 디자인을 제외하고 나머지 구성이 도 6 및 도 7을 참조하여 앞서 설명한 발열 디바이스의 구성과 실질적으로 동일할 수 있다.
도 15는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 발열 디바이스의 사시도이다. 도 16은 도 15의 발열 디바이스의 개략적인 단면도이다.
도 15 및 도 16을 참조하면, 본 실시예에 따른 발열 디바이스(200a)는 전술한 구성의 발열 디바이스(200), 히터하우징(250), 및 표층(270)을 구비한다.
발열 디바이스(200)는 도 7 또는 도 10에 도시한 구성과 동일하거나 유사한 구성을 구비한다.
히터하우징(250)는 발열 디바이스(200)의 측면을 지지한다. 히터하우징(250)은 또한 표층(270)의 일면을 지지할 수 있다.
표층(270)은 발열 디바이스(200)와 히터하우징(250)의 조립체 일면을 덮는다. 표층(270)의 외표면은 일 방향에서 중간 부분이 볼록한 원호 형상을 구비한다. 일 방향은 카메라 모듈의 촬영 방향과 평행한 방향일 수 있다.
전술한 표층(270)의 외표면 구조에 의하면, 카메라 모듈의 렌즈 상에서 발열 디바이스를 게재하고 발열 디바이스의 제2 광접착필름 상에 발열 디바이스(200a)가 배치될 때, 그리고 모터와 구동 기어에 의해 카메라 모듈이 상하 회동할 때, 차량용 카메라는 발열 디바이스의 발열 동작과 함께 하우징에 부착된 와이퍼부로 표층(270)의 외표면을 닦아 김서림, 성에, 물방울 등으로 인한 오염물질을 렌즈상에서 효과적으로 제거할 수 있다.
전술한 구성에 의하면, 발열 디바이스는 카메라의 크기와 상관없이 자동차의 후방카메라 등의 소형 카메라에 적용하여 단시간에 서리나 습기를 제거할 수 있다. 특히, 극지방이나 한랭지방의 경우 극한 환경에 습기 및 서리가 끼게 되면 얼어 버리는 환경적인 제약에도 강한 차량용 카메라를 제공할 수 있다.
또한, 초가속 열소재를 이용한 발열 디바이스는 카메라가 들어가는 각종 CCTV, 차량용 카메라, 휴대폰용 카메라, 그 외 LCD(liquid crystal display), LED(light emitting diode) 조명 등에 적용하여 이미지 구현 및 낮은 온도의 환경에서도 동일 성능을 구현하게 할 수 있다.
또한, 초가속 열소재는 ECR(electron cyclotron resonance) MOCVD(metal organic chemical vapor deposition) 방식으로 제조한 물질로 기판(베이스 기재) 위에 나노닷(nano dot) 물질을 코팅 및 전사하는 방식으로 발열 디바이스를 제작할 수 있다. 그리고, 제작된 발열 디바이스는 전기적 특성으로 발열하여 카메라에 서리나 습기를 제거할 수 있을 정도의 적정온도를 유지할 수 있다.
이와 같이, 본 발명에 따른 실시예에서는 기판이 되는 도전 필름의 소재의 다양성과 모듈의 보완된 설계를 통해 높은 성능과 신뢰성을 가지는 발열 디바이스와 이를 이용하는 차량용 카메라를 제공할 수 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상 및 양태으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (12)

  1. 카메라 모듈; 및
    상기 카메라 모듈의 렌즈의 일면에 배치되는 발열 디바이스;를 포함하고,
    상기 발열 디바이스는 제1 광접착필름을 통해 상기 카메라 모듈의 상기 렌즈에 직접 부착되고,
    상기 발열 디바이스는 상기 제1 광접착필름의 일면에 적층되는 발열필름을 포함하고,
    상기 발열필름은,
    베이스 기재; 및
    상기 베이스 기재 상에 형성된 금속 산화물층;
    상기 금속 산화물층 상에 형성되고, 격자형으로 배열된 구형 점 형태의 초가속 열소재를 구비하고,
    상기 금속 산화물층과 상기 초가속 열소재는 서로 독립된 층으로 형성되어 있으며,
    인접한 초가속 열소재간의 간격은 10 nm 내지 20 nm인 차량용 카메라.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 발열 디바이스는,
    상기 발열필름의 일면 일부분 상에 적층되는 전극부; 및
    상기 전극부의 일부를 게재하고 상기 발열필름 상에 적층되는 제2 광접착필름;을 포함하고,
    상기 전극부는 상기 발열필름의 평면 상의 모양에 대응하는 모양을 구비하는 차량용 카메라.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 발열필름은 SnF2, SnF4, 주석 니켈 불화물(SnNiF), 주석 크롬 불화물(SnCrF), 주석 아연 불화물(SnZnF), 아연 니켈 불화물(ZnNiF) 또는 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 초가속(hyper) 열소재를 함유하는 차량용 카메라.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 초가속 열소재의 직경은 50㎚ 내지 100㎚이고, 상기 발열필름의 배치면에 격자형으로 배열되는 차량용 카메라.
  5. 청구항 2에 있어서,
    상기 발열필름은,
    상기 금속 산화물층과 상기 초가속 열소재 상에 형성되는 도전성 접착제층을 구비하는 차량용 카메라.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 초가속 열소재의 일부는 상기 금속 산화물층에 의해 덮히고 상기 초가속 열소재의 나머지 일부는 상기 도전성 접착제층에 의해 덮히는 차량용 카메라.
  7. 청구항 2에 있어서,
    상기 카메라 모듈의 렌즈 상에서 상기 발열 디바이스를 게재하고 상기 발열 디바이스의 상기 제2 광접착필름 상에 적층되며 상기 카메라 모듈의 촬영 방향과 평행한 일방향에서의 단면의 외표면이 원호 형상을 가진 표층을 더 구비하는 차량용 카메라.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 카메라 모듈을 수납하는 하우징;
    상기 하우징에 설치되어 상기 카메라 모듈을 일정 각도로 회동시키는 구동 기어;
    상기 구동 기어에 회전력을 제공하는 모터; 및
    상기 하우징의 개구부 일측 가장자리에 설치되고 상기 구동 기어의 동작에 따라 상기 카메라 모듈이 회동할 때 상기 표층의 외표면을 닦는 와이퍼부를 더 포함하는 차량용 카메라.
  9. 청구항 1에 있어서,
    상기 카메라 모듈은, 서로 결합하여 내부 공간을 형성하는 상부하우징 및 하부하우징과, 상기 상부하우징과 상기 하부하우징의 내부에 배치되고 이미지 센서가 실장된 인쇄회로기판과, 상기 이미지 센서 상에 배열되고 복수의 렌즈를 구비하는 렌즈 배럴과, 상기 인쇄회로기판과 외부를 전기적으로 연결하기 위한 커넥터를 구비하는 차량용 카메라.
  10. 차량용 카메라에 사용되는 발열 디바이스로서,
    제1 광접착필름;
    상기 제1 광접착필름의 일면 상에 적층되는 발열필름;
    상기 발열필름의 일면 일부분 상에 적층되는 전극부; 및
    상기 전극부의 일부를 게재하고 상기 발열필름 상에 적층되는 제2 광접착필름;을 포함하고,
    상기 전극부는 상기 발열필름의 평면 상의 모양에 대응하는 모양을 구비하고,
    상기 제1 광접착필름은 상기 차량용 카메라의 카메라 모듈의 렌즈에 직접 부착가능한 양면 광접착필름이고,
    상기 발열필름은,
    베이스 기재; 및
    상기 베이스 기재 상에 형성된 금속 산화물층;
    상기 금속 산화물층 상에 형성되고, 격자형으로 배열된 구형 점 형태의 초가속 열소재를 구비하고,
    상기 금속 산화물층과 상기 초가속 열소재는 서로 독립된 층으로 형성되어 있고,
    인접한 초가속 열소재간의 간격은 10 nm 내지 20 nm인 발열 디바이스.
  11. 청구항 10에 있어서,
    상기 카메라 모듈의 렌즈 상에서 상기 제2 광접착필름에 밀착하며 상기 카메라 모듈의 촬영 방향과 평행한 일방향에서의 단면의 외표면이 원호 형상을 가진 표층을 더 포함하는 발열 디바이스.
  12. 청구항 11에 있어서,
    상기 제1 광접착필름, 상기 발열필름, 상기 전극부 및 상기 제2 광접착필름의 적층체와 상기 표층을 지지하는 히터하우징을 더 포함하는 발열 디바이스.
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