KR20160035042A

KR20160035042A - 차량 탑재용 카메라

Info

Publication number: KR20160035042A
Application number: KR1020167004837A
Authority: KR
Inventors: 히로시 사사끼; 고따 이리에; 하야또 즈찌하시
Original assignee: 클라리온 가부시키가이샤
Priority date: 2013-08-30
Filing date: 2014-05-01
Publication date: 2016-03-30
Also published as: JP2015049281A; WO2015029500A1; EP3040772A4; CN105474088A; US20160207460A1; US9713984B2; TWI580595B; JP6214281B2; EP3040772A1; TW201509712A

Abstract

차량 탑재용 카메라의 표면에 설치되어 있는 렌즈는 안개나 가랑비와 같이 작은 물방울이 부착되어, 그것이 입사광을 산란시키기 때문에 시계가 불량하게 되는 문제가 있었다. 차량의 외주부에 설치되는 차량 탑재용 카메라에 있어서, 카메라의 외표면에 설치되는 렌즈 표면에 이산화규소 입자, 및 바인더를 포함하는 친수막이 형성되어 있고, 친수막의, 렌즈측에 분산되어 있는 이산화규소 입자의 평균 입자 직경이, 차량 탑재 카메라 외부의 공기층에 접해 있는 측에 있는 이산화규소 입자의 평균 입자 직경보다 크고, 또한 이산화규소 입자 중, 렌즈측에 고정되어 있는 측의 평균 입자 직경이 40 내지 100nm이고, 공기층에 접해 있는 측의 평균 입자 직경이 10 내지 15nm이다.

Description

차량 탑재용 카메라{VEHICLE-MOUNTED CAMERA}

본 발명은 차량의 외측에 설치되어 차 밖의 상황을 파악하기 위한 차량 탑재용 카메라에 관한 것이며, 구체적으로는 카메라 렌즈에의 물방울 부착에 의한 화상의 흐트러짐을 억제하기 위하여 렌즈 표면에 친수막을 형성한 차량 탑재용 카메라에 관한 것이다.

차량 운전시의 안전성의 향상을 목적으로 하여, 후방 확인, 흰 선 인식 등, 차 밖의 상황을 관찰하기 위하여, 차량 탑재용 카메라의 보급이 가속화되고 있다.

차량 탑재용 카메라는 차내에 설치하는 경우도 있지만, 주위의 상황을 넓게 모니터하기 위해서는 차 밖의 쪽이 적합하기 때문에, 차 밖에 설치하는 경우가 주이다. 차량 탑재용 카메라를 차 밖에 설치한 경우에는, 강우, 적설 등에 의해 차량 탑재용 카메라의 렌즈에 물방울이 부착되어 카메라에 입사하는 광을 산란시키기 때문에, 주위의 상황 파악이 곤란해지는 경우가 있다. 이로 인해, 차량 탑재용 카메라의 렌즈에 세정액을 분사하고, 렌즈 표면을 세정하는 기구를 설치한 기술이 특허문헌 1에 개시되어 있다.

특허문헌 1에서는 차량 탑재용 카메라에 세정액을 분사하는 세정 장치가 필요하게 되고, 세정액의 보충도 필요하다. 그로 인해, 세정 장치를 설치한 차량에서는 세정 장치 및 세정액 탱크를 설치하는 공간이 필요하게 되고, 세정 장치를 구동하기 위한 배선이나 세정액의 배관도 필요하게 된다. 또한, 차량을 관리하는 유저가 세정액을 보충할 필요도 있다.

이와 같이 세정액을 분사하는 세정 장치는, 차량 내에서의 공간을 확보할 필요가 있고, 또한 유저가 세정액 보충을 행할 필요도 있기 때문에, 이들이 필요 없는 기술이 요구되어 왔다.

그런데, 렌즈 표면을 친수성으로 하면, 물방울이 수막으로 되므로 물방울에 의한 광의 산란이 억제되어, 시계가 양호해진다고 생각된다. 렌즈 표면을 친수화하는 방법으로서는, 표면에 산화티타늄 함유막을 형성하는 방법을 들 수 있다. 그러나, 산화티타늄은 자외광을 조사하지 않으면 친수성이 발현되지 않으므로, 야간 주행시에는 효과가 발휘되지 않는다.

특허문헌 2에는, 광조사되지 않아도 친수성을 발휘하는 기술이 개시되어 있다. 이것은 렌즈 표면에 이산화규소 등 무기 산화물 입자와 공극에 의해 구성되는 막을 사용하고 있다.

무기 산화물은 유기물에 비하면 대체로 친수성이 높고, 예를 들어 아크릴 수지 등의 판에 비하여 이산화규소로 형성되는 유리판 쪽이 물과의 접촉각이 작고, 친수성이 높다.

일본 특허 공개 제2011-240910호 공보 일본 특허 공개 제2004-123996호 공보

본 발명자 등은 친수성이 높은 이산화규소 입자와 공극을 포함하는 친수막을 렌즈 표면에 사용하는 검토를 행해 온 결과, 통상의 비의 경우에는 물방울의 체적이 어느 정도의 양이 되므로 막 전체면이 수막으로 되어 시계가 양호하지만, 안개나 가랑비와 같이 작은 물방울이 부착되기 시작했을 때에는 수막화해도 젖어 있는 부분과 젖지 않은 부분이 혼재되어, 이 경우에는 광이 산란되어 버려 시계가 방해되어 버린다는 것이 판명되었다. 작은 물방울도 시간의 경과와 함께 어느 정도의 수가 부착되면 전체면이 수막으로 되므로 시계는 양호해지지만, 수막이 형성될 때까지의 사이는 시계가 불량하게 되는 문제가 있었다.

본 발명의 목적은, 렌즈 표면에 작은 물방울이 약간 부착되어도 수막이 형성되기 쉬운 친수막을 형성한 차량 탑재 카메라를 제공하는 데 있다.

따라서, 본 발명자 등은 예의 검토를 행한 결과, 복수 크기의 이산화규소 입자를 갖는 막을 복수 적층함으로써 원하는 친수막을 형성할 수 있다는 것을 알아내어 본 발명에 이르렀다. 본 발명은 친수막 표면에 광학적으로 영향이 경미한 요철을 형성함으로써, 이산화규소 자체의 친수성, 및 요철에 의한 표면적 증대에 의해 친수성을 향상시킨 것이다.

본 발명은 차량의 외주부에 설치되는 차량 탑재용 카메라에 있어서, 카메라의 외표면에 설치되는 렌즈의 표면에, 소정 범위의 평균 입자 직경을 갖는 이산화규소 입자, 및 이산화규소를 주성분으로 하는 바인더를 포함하는 친수막이 형성되어 있고, 친수막에 분산된 이산화규소 입자 중, 렌즈 표면측에 존재하는 이산화규소의 평균 입자 직경이, 카메라 외표면의 공기층에 접해 있는 측에 존재하는 이산화규소의 평균 입자 직경보다 큰 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 차량의 외주부에 설치되는 차량 탑재용 카메라에 있어서, 카메라의 외표면에 설치되는 렌즈의 표면에, 소정 범위의 평균 입자 직경을 갖는 이산화규소 입자, 및 이산화규소를 주성분으로 하는 바인더를 포함하는 친수막이 형성되어 있고, 친수막에 분산된 이산화규소 입자 중, 렌즈 표면측에 존재하는 이산화규소의 평균 입자 직경이, 카메라 외표면의 공기층에 접해 있는 측에 존재하는 이산화규소의 평균 입자 직경보다 큼으로써, 비가 내리기 시작하고, 안개가 발생하기 시작해도 주위의 상황을 파악 가능한 차량 탑재용 카메라를 실현할 수 있다.

도 1a는, 본 발명의 차량 탑재용 카메라 렌즈 표면의 친수막 단면을 도시하는 모식도이다.
도 1b는, 본 발명의 차량 탑재용 카메라 렌즈 표면의 친수막 단면을 도시하는 모식도이다.
도 1c는, 본 발명의 차량 탑재용 카메라 렌즈 표면의 친수막 단면을 도시하는 모식도이다.
도 2는, 대직경 입자로 형성한 친수막 단면을 도시하는 모식도이다.
도 3은, 친수막 단면과 굴절률의 관계를 나타내는 설명도이다.
도 4는, 본 발명의 차량 탑재용 카메라의 단면을 도시하는 모식도이다.
도 5는, 본 발명의 실시예 1의 차량 탑재용 카메라 렌즈 표면의 친수막 단면을 도시하는 사진이다.
도 6은, 본 발명의 실시예 2의 차량 탑재용 카메라 렌즈 표면의 친수막 단면을 도시하는 사진이다.
도 7은, 본 발명의 실시예 4의 차량 탑재용 카메라 렌즈 표면의 친수막 단면을 도시하는 사진이다.
도 8은, 본 발명의 비교예 1의 차량 탑재용 카메라 렌즈 표면의 친수막 단면을 도시하는 모식도이다.
도 9는, 본 발명의 비교예 1의 차량 탑재용 카메라 렌즈 표면의 친수막 단면을 도시하는 사진이다.
도 10은, 본 발명의 비교예 1의 차량 탑재용 카메라 렌즈 표면의 친수막 단면을 도시하는 모식도이다.
도 11은, 본 발명의 비교예 1의 차량 탑재용 카메라 렌즈 표면의 친수막 단면을 도시하는 사진이다.
도 12는, 본 발명의 비교예 1의 차량 탑재용 카메라 렌즈 표면의 친수막 단면을 도시하는 모식도이다.
도 13은, 본 발명의 비교예 1의 차량 탑재용 카메라 렌즈 표면의 친수막 단면을 도시하는 사진이다.
도 14는, 차량 탑재용 카메라 렌즈의 광투과율과 증기에의 폭로 시간의 관계를 나타내는 설명도이다.

이하, 도면 등을 사용하여, 본 발명의 실시 형태에 대하여 설명한다.

[렌즈 표면의 친수막]

(1) 친수막의 구성

본 발명의 차량 탑재용 카메라의 렌즈에 형성하는 친수막은, 이산화규소가 주인 바인더, 평균 입자 직경 10 내지 15nm의 이산화규소 입자, 및 평균 입자 직경 40 내지 100nm의 이산화규소 입자를 포함한다. 이후 평균 입자 직경 10 내지 15nm의 이산화규소 입자를 소직경 입자, 평균 입자 직경 40 내지 100nm의 이산화규소 입자를 대직경 입자라고 기술한다.

막의 구성은 크게 나누어 하기 (A) 내지 (C)의 3종류이다. 도 1a 내지 도 1c는, 본 발명의 차량 탑재용 카메라 렌즈 표면의 친수막 단면을 도시하는 모식도이다.

(A) 소직경 입자가 표면층에 있고, 대직경 입자가 렌즈와의 계면층에 있는 친수막

이것은 도 1a의 막(LA)에 도시하는 바와 같이, 렌즈(1)의 표면에 이산화규소의 대직경 입자(2)의 층이 형성되고, 그 위에 이산화규소의 소직경 입자(3)의 층이 형성된 친수막이다. 대직경 입자(2)와 소직경 입자(3)는 이산화규소를 포함하는 바인더(4)에 의해 렌즈(1) 표면에 유지되어 있다. 대직경 입자(2)에 의한 큰 요철 및 소직경 입자(3)에 의한 작은 요철의 양쪽을 가지므로 표면적이 크고, 막 전체로서 친수성이 높아진다.

도 2에 도시하는 바와 같이, 대직경 입자만으로 형성한 막은 표면 요철이 크고, 또한 표면 요철 유래의 광의 산란에 의해 육안으로 관찰하면 백탁되어 있다. 이 경우에는 시계를 방해할 가능성이 있다.

본 발명에서는 대직경 입자의 층 상에 소직경 입자의 층을 겹침으로써, 표면 요철을 저감하고, 나아가 막의 탁도를 저감할 수 있으며, 또한 소직경 입자끼리 형성하는 미세한 요철을 부여함으로써, 친수성의 향상이 도모된다.

(B) 소직경 입자와 대직경 입자가 혼재하는 친수막

이것은 도 1b의 막(LB)에 도시하는 바와 같이, 대직경 입자(2)와 소직경 입자(3)가 막 전체에 혼재하여 존재하도록 형성된 친수막이며, 대직경 입자(2)끼리의 사이에 소직경 입자(3)가 들어간 구조이다. (A)에서 기재한 바와 같이, 대직경 입자(2)만으로 형성한 막은 표면 요철이 크고, 또한 표면 요철 유래의 광의 산란에 의해 육안으로 관찰하면 백탁되어 있어, 시계를 방해할 가능성이 있다. 따라서, 대직경 입자(2)끼리의 간극을 소직경 입자(3)로 매립함으로써 표면 요철을 저감하고, 나아가 탁도를 저감할 수 있으며, 또한 소직경 입자(3)끼리 형성하는 미세한 요철을 부여함으로써, 막의 친수성의 향상이 도모된다.

또한, 막 내부의 대직경 입자, 소직경 입자의 사이에 형성된 간극이 모세관 현상에 의해 물을 막 내부에 도입하려고 하여 물방울을 펼쳐, 수막화시키기 때문에 친수성이 높다고 생각된다.

(C) 소직경 입자가 막 전체에 있고, 대직경 입자가 렌즈와의 계면층에 있는 친수막

이것은 도 1c의 막(LC)에 도시하는 바와 같이, 대직경 입자가 렌즈와의 계면층에 있고, 소직경 입자가 막 전체에 존재하는 친수막이다. 이것은 막 (A)와 같이 대직경 입자에 의한 큰 요철 및 소직경 입자에 의한 막 표면의 작은 요철의 양쪽을 가지므로, 표면적이 크고, 친수성이 높아진다. 또한, (B)와 같이 막 내부의 대직경 입자, 소직경 입자의 간극이 모세관 현상에 의해 물을 막 내부에 도입하려고 하여 물방울을 펼쳐, 수막화시키기 때문에 친수성이 높아진다. 따라서, 막 (C)는 막 (A), 막 (B)의 친수성을 더욱 향상시키는 막 형상을 겸비하고 있으므로, 친수성이 더욱 향상된다.

(2) 친수막의 구성 재료

본 발명의 차량 탑재용 카메라의 렌즈 상에 형성되는 친수막은 크기가 상이한 이산화규소 입자와 바인더를 포함한다. 차량 탑재용 카메라의 최표면의 렌즈는 내찰성을 중시하기 때문에 유리가 일반적이므로, 본 발명은, 이하, 유리 렌즈를 주로 기술하지만, 내찰성을 문제로 하지 않으면 아크릴, 폴리카르보네이트 등의 수지를 사용해도 된다.

(A) 이산화규소 입자

본 발명의 입자는 이산화규소를 포함하는 입자를 사용한다. 입자의 크기는 평균 입자 직경으로 나타낸 경우, 예를 들어 10 내지 100nm의 범위의 크기의 입자를 사용한다. 일례로서 10 내지 15nm의 소직경 입자, 40 내지 100nm의 대직경 입자의 2종류의 크기의 입자를 사용한다. 재질이 이산화규소인 이유는 투명성이 우수하고, 친수성이 우수한 재료라는 점을 들 수 있다. 또한, 경도도 높고, 투명성이 높은 것도 선택되는 이유이다. 또한, 굴절률도 유리와 거의 동일한 약 1.5이기 때문에, 반사율이 낮고, 투과율이 높다.

입자의 평균 입자 직경이 50nm를 초과하면, 표면 반사에 의해 형성되는 막이 백탁되어 오지만, 광의 투과율은 통상의 유리보다 높다. 도 3은 친수막 단면과 굴절률의 관계를 나타내는 설명도이다.

도 1a 내지 1c, 도 2에서는 렌즈를 옆으로 눕힌 상태를 도시하고 있지만, 도 3에서는 렌즈(1)는 광축이 수평해지도록 세운 상태를 도시한다.

도 3에 도시하는 바와 같이, 친수막 표면의 이산화규소 입자(5)와 바인더(4)가 혼재하는 표면 영역(6)에서는, 친수막의 두께 방향에서 생각하면, 렌즈 표면으로부터 이산화규소 입자와 바인더로 채워진 영역(7)은 굴절률이 거의 1.5이다. 그러나, 또한, 도면의 우측 영역에서는 굴절률이 1.0인 공기층이 혼재하고, 이산화규소와 공기가 혼재하는 영역(8)으로 된다. 여기는 굴절률이 1.5에서 감소하여, 혼재 영역(8) 우측 단부에서는 거의 1.0으로 된다. 즉, 친수막의 표면 근방은 유리보다 저굴절률로 된다.

유리와 같은 투명한 부재의 굴절률을 n, 공기의 굴절률을 1이라고 했을 때, 그 투명 부재의 표면의 반사율 Ro는,

Ro={(n-1)/(n+1)}² … (1)

로 되는 것이 알려져 있다.

렌즈 표면의 굴절률이 작아짐으로써 렌즈의 반사율을 저감할 수 있어 투과율이 향상된 것이라고 생각된다.

(B) 바인더

본 발명의 친수막은 이산화규소 입자와 이산화규소를 주성분으로 하는 바인더로 구성된다. 바인더는 가수분해성기를 갖는 규소 화합물이 가수분해에 의해 경화하여 생기는 이산화규소가 주된 물질이다.

가수분해성기를 갖는 규소 화합물로서는, 우선 실리카 졸을 들 수 있다. 이것은 가열에 의해 가수분해되어 이산화규소로 변화하는 물질이다. 실리카 졸은 일반적으로는 테트라알콕시실란을 원료로 하여 제조된다. 테트라알콕시실란을 약산성의 조건에서 수시간 가온하면, 알콕시실란기의 일부가 가수분해되어 수산기로 되고, 이것이 근방의 알콕시실란기와 반응하여, 규소-산소-규소의 결합을 형성하면서 분자량이 수천인 실리카 졸이 얻어진다. 테트라알콕시실란으로서는 테트라메톡시실란, 테트라에톡시실란, 테트라프로폭시실란, 테트라부톡시실란 등을 들 수 있다. 이 이외에도 사염화규소 등의 염소기를 함유하는 규소 화합물도 들 수 있다.

실리카 졸 이외에 바인더의 원료로 되는 가수분해성기를 갖는 규소 화합물로서는, 3-아미노프로필트리메톡시실란, 3-아미노프로필트리에톡시실란, N-(2-아미노에틸)-3-아미노프로필트리메톡시실란, N-(2-아미노에틸)-3-아미노프로필트리에톡시실란, N-페닐-3-아미노프로필트리메톡시실란, N-페닐-3-아미노프로필트리에톡시실란, 3-클로로프로필트리메톡시실란, 3-클로로프로필트리에톡시실란, 3-머캅토프로필트리메톡시실란, 3-머캅토프로필트리에톡시실란, 비닐트리메톡시실란, 비닐트리에톡시실란, 3-글리시독시프로필트리메톡시실란, 3-글리시독시프로필트리에톡시실란, 3-메타크릴옥시프로필트리메톡시실란, 3-메타크릴옥시프로필트리에톡시실란 등을 들 수 있다.

상기 중, 아미노기를 갖는 3-아미노프로필트리메톡시실란, 3-아미노프로필트리에톡시실란, N-(2-아미노에틸)-3-아미노프로필트리메톡시실란, N-(2-아미노에틸)-3-아미노프로필트리에톡시실란, N-페닐-3-아미노프로필트리메톡시실란, N-페닐-3-아미노프로필트리에톡시실란은, 가수분해에 의해 바인더 중에 아미노기를 갖게 된다. 이 막을 형성한 차량 탑재용 카메라를 산성 조건에 방치하면, 아미노기가 암모늄염 구조로 되어, 친수성이 증대된다. 예를 들어 배기 가스에 포함되는 NOx, SOx와 같은 가스가 물에 용해되면, 질산, 황산 등으로 되어, 그 물을 산성으로 변화시킨다. 가스의 비율이 큰 지역에서는, 빗물도 산성인 경우가 많다. 산성인 물에 접촉되면, 상기 아미노기를 갖는 바인더는 일부가 친수성이 높은 암모늄염 구조를 형성하기 때문에, 친수성이 보다 향상된다.

(3) 친수막의 제막 방법

증착 등의 진공 프로세스는 전력 사용량이 크고, 제막 시간도 걸리므로, 본 발명에서는 대기 중에서 웨트 도포하는 방법을 채용하고 있다. 구체적으로는 친수막 형성에 필요한 코팅액을 제조하고, 이것을 렌즈에 도포하고, 가열 건조함으로써 친수막을 제조한다.

상기한 바와 같이, 본 발명의 친수막의 구성은 크게 나누어 3종류가 있으며, 각각에 대하여 설명한다.

이 막을 형성할 때에는 처음에 대직경 입자를 함유하는 코팅액을 도포하고, 그 후 건조한다.

그 위에 소직경 입자를 함유하는 코팅액을 도포하고, 건조함으로써 제조한다.

(B) 소직경 입자와 대직경 입자가 혼재하는 친수막

이 막은 대직경 입자와 소직경 입자를 혼합한 코팅액을 제조하고, 이것을 도포ㆍ건조하여 제조한다.

이 막은, 우선 상기 (B)의 막을 형성하고, 그 위에 소직경 입자를 함유하는 코팅액을 도포한 후, 건조하여 제조한다.

이어서 사용하는 친수막 형성용 코팅액 및 제막 방법의 상세를 하기한다.

(가) 코팅액 제조

코팅액은, 바인더액 및 이산화규소 입자의 분산액을 혼합함으로써 제조한다. 이들 2종류의 용액의 제조 방법을 하기한다.

(바인더액 제조)

우선, 실리카 졸 용액을 제조하는 방법을 기재한다. 이것은 상기 기재된 테트라에톡시실란 등의 화합물을 아세트산 등의 산으로 부분적으로 가수분해, 및 계속해서 일어나는 중합 반응에 의해, 평균 분자량 수천의 실리카 졸로 변환한다.

실리카 졸 이외에서는, 예를 들어 3-아미노프로필트리메톡시실란 용액은, 3-아미노프로필트리메톡시실란을 에탄올 등의 알코올에 용해함으로써 제조한다.

(이산화규소 입자의 분산액)

이어서, 이산화규소 입자의 분산액을 제조한다. 이산화규소는 비중이 약 2.5로 무기 산화물 중에서는 비교적 작다. 그로 인해, 용매에 에틸렌글리콜모노알킬에스테르, 혹은 디에틸렌글리콜모노알킬에스테르, 에틸렌글리콜모노알킬에테르, 혹은 디에틸렌글리콜모노알킬에테르 등의 분산제를 첨가함으로써 이산화규소 입자의 분산액을 제조하는 것이 가능하게 된다. 이것을 상기 바인더액에 혼합하여, 친수막 형성용 코팅액을 제조한다.

바인더액 및 이산화규소 입자 분산액의 용매는 수산기를 갖는 알코올, 혹은 에틸렌글리콜모노알킬에테르가 바람직하다.

제막시의 환경이 고습도인 경우에는, 공기 중의 수분이 코팅액 내에 들어온다. 그 때, 물에 불용성인 용매는 탁해지게 된다. 코팅액 내에 어느 정도 이상 물이 들어가면, 물과 용매는 상 분리를 일으킨다. 어느 상태라도, 제막하면 물과 코팅액의 용매가 분리되어 건조가 불균일해지기 때문에, 균일하고 평탄한 친수막을 제막하기 어려워진다. 그로 인해, 코팅액의 용매는 물에 용해, 혹은 일부 용해되는 알코올, 혹은 에틸렌글리콜모노알킬에테르를 사용한다.

단, 비점이 높고 휘발되기 어려운 용매는 건조에 장시간을 필요로 하므로, 스루풋 향상을 위하여 비점은 140℃ 이하가 바람직하다. 이에 해당하는 용매로서는 메탄올, 에탄올, 1-프로판올, 2-프로판올, 1-부탄올, 2-부탄올, t-부탄올, 1-펜탄올, 2-펜탄올, 3-펜탄올, t-펜탄올, 2-에톡시에탄올 등을 들 수 있다.

(나) 도포 방법

상기에서 제조한 코팅액을 차량 탑재용 카메라의 렌즈에 도포한다. 도포 방법은 상온ㆍ상압에서 도포 가능한 스프레이법, 혹은 침지법이 적합하다.

또한, 도포 전에 렌즈에 산소 플라즈마를 조사하거나, 오존에 폭로시킴으로써, 렌즈의 습윤성은 높아지고, 약간 부착되어 있는 오염물도 제거하기 쉬워진다.

(4) 친수막의 물성

본 발명의 차량 탑재용 카메라의 렌즈 표면의 친수막의 표면 조도 등과 친수성의 관계를 조사했더니, 다음과 같은 결과였다.

친수막의 산술 평균 조도(Ra)는 입자에 따라 표면 요철을 형성하고, 표면적을 증대시켜, 친수성을 향상시키기 때문에, 어느 정도의 크기가 필요하다. 본 발명에서는 친수막의 Ra의 하한은 2.5nm이며, 이 값으로는 충분한 친수성이 확보된다. 이것은 사용하는 입자의 평균 입자 직경의 하한이 10nm이므로, 그 입자가 바인더나 다른 입자와 입자의 간극에 매립되거나 하여 2.5nm로 되었을 것이라고 생각된다.

그런데, 표면이 지나치게 조화되면, 광이 산란되어, 광투과성이 저하된다. 차량 탑재용 카메라는 가시 영역(대략 400 내지 700nm)의 광을 투과할 필요가 있다. 이 영역의 파장의 산란이 일어나기 어려운 영역을 조사한 바, Ra가 50nm에서는 산란이 조사광의 5％ 이하였지만, 50nm를 초과하면 급격하게 산란되기 쉬워지고, Ra가 55nm에서는 산란이 조사광의 약 10％까지 증대되어 광의 투과율이 10％ 이상 저하되었다. 산란은 특히 단파장에서 강해지며, 투과율도 단파장일수록 저하되었다. 이것으로부터 Ra의 상한은 50nm가 바람직하다. 이상으로부터 Ra의 범위는 2.5 내지 50nm가 바람직다는 것을 알 수 있었다.

이어서, 친수막의 표면 조도의 최대 심도(Rv)를 조사했더니, Rv는 6 내지 15nm가 바람직하다는 것을 알 수 있었다. 심도가 지나치게 작으면 친수성이 저하된다. 이것은 입자간의 간극으로부터 물이 모세관 현상과 같이 들어오기 위해서는 심도는 어느 정도 커질 필요가 있고, 그것이 실험에서는 6nm라고 하는 것이다. 또한, 심도가 지나치게 크면, 구체적으로는 16nm 이상인 경우에는, 물 이외의 오염물이 파고 들어와 친수성을 저하시켰을 것이라고 생각된다.

한편, 친수막의 표면 조도의 최대 피크(Rp)를 조사했더니, Rp는 20 내지 70nm가 바람직하다는 것을 알 수 있었다. Rp는 지나치게 작으면 표면 조도 자체가 지나치게 작아지고, 지나치게 크면 광을 산란시켜 투명성이 저하되므로, 20 내지 70nm가 적정하게 되었을 것이라고 생각된다.

이어서, 친수막의 막 두께를 검토하였다. 막 두께는 대직경 입자가 막 두께 방향으로 1 내지 2개 정도 겹치고, 그 위에 소직경 입자가 1 내지 5개 겹친 구조가 바람직하다. 대직경 입자가 평균 입자 직경 40 내지 100nm, 소직경 입자가 평균 입자 직경 10 내지 15nm이므로, 친수막의 막 두께는 대략 50 내지 250nm가 바람직하다. 이에 의해 입자간의 간극에 모세관 현상으로 물이 들어가는 형태로 수막이 형성되므로, 친수성이 향상된다.

친수막이 이보다 지나치게 두꺼우면 마찰에 대하여 약해진다. 또한, 막이 지나치게 얇아지면 입자간의 간극에 모세관 현상으로 물이 들어가는 현상을 일으킬 수 없게 되는 만큼, 입자끼리 지나치게 이격되어 버린다. 이상과 같은 점에서 막 두께는 50 내지 250nm가 바람직하다.

[친수 처리한 렌즈를 갖는 카메라]

본 발명의 차량 탑재용 카메라의 단면 모식도를 도 4에 도시한다. 카메라 하우징(9)에 패킹(10)을 통하여 친수막을 코팅한 렌즈(11)가 설치되어 있다. 렌즈(11)의 내측에는 CCD 소자(12)가 설치되어 있고, 렌즈(11)를 통하여 들어온 화상 정보를 읽어들여, 화상 처리 기기(이 도면에서는 생략)로 보낸다. 본 발명에서 렌즈는 큰 이산화규소 입자에 의해 약간 탁하고, 투명한 렌즈에 비하여 헤이즈가 높다. 그 경우 CCD 소자를 렌즈의 표면과 최대한 가깝게 배치함으로써, 탁도에 의한 투과율의 저하를 최대한 억제하는 것이 가능하게 된다.

본 발명의 차량 탑재용 카메라의 렌즈(11)의 헤이즈는 1 이하인데, 렌즈로부터 CCD 소자(12)를 4mm 정도 이격하면, 입력하는 광량이 CCD 소자(12)를 3mm 이격하여 들어온 광량보다 약 2％ 정도 저하된다. CCD 소자(12)와 렌즈(11)의 거리가3mm 이하, 또는 렌즈(11)에 접촉시킨 상태에서 광의 투과율 차는 0.5％ 이하이므로, CCD 소자와 렌즈의 거리는 3mm 이하가 바람직하다.

[본 발명의 차량 탑재용 카메라의 용도]

본 발명의 차량 탑재용 카메라는 후방 확인용 백 모니터로서의 용도가 고려된다. 그 밖에 도로 상의 흰 선을 인식하고, 그것을 표지로 액셀러레이터, 브레이크, 핸들을 자동 제어하고, 자동 주행하는 시스템의 눈으로서 기능하는 용도가 고려된다. 또한, 종래 도어 미러, 백 미러에 의존했던 후방, 비스듬한 후방의 상황 확인도 가능한 모니터로서의 용도도 고려된다. 또한, 열악한 환경에서 자동 운전하는 크레인 차, 굴삭 차량, 덤프 카 등의 원격 조작용 모니터로서의 용도도 고려된다. 더불어, 무인 철도 차량의 원격 조작용 모니터로서의 용도도 고려된다.

본 발명의 실시예를 이하에 나타낸다.

<실시예 1>

실시예 1은 본 발명의 차량 탑재용 카메라의 렌즈에 형성하는 친수막에 관한 내용 및 렌즈에 관하여 기술한다.

(1) 친수막 형성을 위한 코팅액 제조

평균 입자 직경 10 내지 15nm의 이산화규소 입자(30중량부), 에틸렌글리콜모노부티레이트(5중량부)를 혼합한 후, 교반하면서 에탄올(965중량부)을 조금씩 첨가한다. 이 액을 입자 혼합액이라고 한다.

테트라에톡시실란(70중량부)을 에탄올(980중량부)에 용해하고, 극미량의 질산을 첨가하여 50℃에서 약 1시간 가온한다. 이와 같이 하여 규소 농도로 약 1중량％, 용매를 휘발시켜 열경화 후의 이산화규소 농도로 약 2중량％의 실리카 졸액(1000중량부)을 얻는다. 여기에 앞서 제조한 입자 혼합액을 전량 첨가하고, 이와 같이 하여 제조된 평균 입자 직경 10 내지 15nm의 이산화규소 입자를 포함하는 코팅액을 코팅액 A라고 한다.

이어서, 평균 입자 직경 70 내지 100nm의 이산화규소 입자를 포함하는 코팅액을 제조한다. 이 액의 제조 방법은, 평균 입자 직경 10 내지 15nm의 이산화규소 입자(30중량부) 대신에 평균 입자 직경 70 내지 100nm의 이산화규소 입자(30중량부)를 사용하는 것 이외에는 상기 코팅액 A를 제조할 때와 마찬가지로 하여 제조하였다. 평균 입자 직경 70 내지 100nm의 이산화규소 입자를 포함하는 코팅액을 코팅액 C라고 한다.

(2) 렌즈에의 친수막 형성

상기 코팅액 A와 코팅액 C를 사용하여 렌즈 상에 친수막을 형성한다. 여기서는 침지법에서의 도포를 기술한다. 우선 침지 장치의 인상용 지그에 렌즈의 광투과면이 수평해지도록 고정한다. 처음에 코팅액으로서 코팅액 C를 사용한다. 렌즈가 코팅액 C에 잠기도록 코팅액 C가 들어 있는 용기에 삽입하고, 그 후 인상 속도 0.75mm/초로 코팅액 C로부터 끌어 올린다. 끌어 올린 후, 80℃의 항온조에 1시간 넣고, 취출하여 상온까지 냉각한다.

이어서, 코팅액 A를 코팅액 C와 마찬가지의 방법으로 렌즈에 도포ㆍ가열한다. 이와 같이 하여 렌즈 상에 도 1a의 도면 부호 LA에 상당하는 구조의 친수막(친수막-1)을 형성한다.

친수막-1의 단면 사진을 도 5에 도시한다. 대직경 입자 상에 소직경 입자가 존재하는 구조를 확인할 수 있다. 또한, 이산화규소를 포함하는 바인더는, 이 사진에서는 확인할 수 없을 정도로 얇으므로 화살표로는 나타내지 않았다. 또한, 이후의 사진도 마찬가지의 이유로 이산화규소의 바인더는 나타내지 않았다.

<실시예 2>

이어서, 도 1b의 도면 부호 LB에 상당하는 구조의 친수막을 형성하는 방법을 기재한다. 실시예 2에서 제조한 코팅액 A와 코팅액 C를 등량 혼합한다. 이것을 코팅액 D라고 한다.

코팅액 D를 코팅액 C와 마찬가지의 방법으로 렌즈에 도포ㆍ가열한다. 이와 같이 하여 렌즈 상에 도 1b의 도면 부호 LB에 상당하는 구조의 친수막(친수막-2)을 형성한다.

친수막-2의 단면 사진을 도 6에 도시한다. 대직경 입자와 소직경 입자가 도 1b와 동일하게 존재하는 구조를 확인할 수 있다.

<실시예 3>

이어서, 실시예 3의 친수막을 형성하는 방법을 기재한다. 실시예 2의 평균 입자 직경 70 내지 100nm의 대직경 입자 대신에 보다 소직경의 평균 입자 직경 40 내지 50nm의 대직경 입자를 사용하여, 평균 입자 직경 40 내지 50nm의 이산화규소 입자를 포함하는 코팅액을 제조한다. 이 액의 제조 방법은, 평균 입자 직경 10 내지 15nm의 이산화규소 입자(30중량부) 대신에 평균 입자 직경 40 내지 50nm의 이산화규소 입자(30중량부)를 사용하는 것 이외에는 상기 코팅액 A를 제조할 때와 마찬가지로 하여 제조하였다. 평균 입자 직경 40 내지 50nm의 이산화규소 입자를 포함하는 코팅액을 코팅액 B라고 한다. 상기에서 제조한 코팅액 A와 코팅액 B를 등량 혼합한다. 이것을 코팅액 E라고 한다.

코팅액 E를 코팅액 C와 마찬가지의 방법으로 렌즈에 도포ㆍ가열한다. 이와 같이 하여 렌즈 상에 도 1b의 도면 부호 LB에 상당하는 구조의 친수막(친수막-3)을 형성한다.

<실시예 4>

이어서, 도 1c에 상당하는 구조의 친수막을 형성하는 방법을 기재한다. 코팅액 D를 코팅액 C와 마찬가지의 방법으로 도포ㆍ가열한다. 이와 같이 하여 렌즈 상에 도 1b의 도면 부호 LB에 상당하는 구조의 친수막(친수막-2)을 형성한다. 이어서, 코팅액 A를 마찬가지로 하여 친수막-2 상에 도포하고, 가열함으로써 렌즈 상에 도 1c에 상당하는 구조의 친수막(친수막-4)을 형성한다.

친수막-4의 단면 사진을 도 7에 도시한다. 대직경 입자와 소직경 입자가 도 1c의 도면 부호 LC와 동일하게 존재하는 구조를 확인할 수 있다.

(3) 친수성 평가

상기와 같이 제작한 친수막-1 내지 친수막-4의 물과의 접촉각은 모두 5°이하였다. 친수막을 형성하기 전의 렌즈의 물과의 접촉각은 약 30°였기 때문에, 형성한 막의 친수성이 확인되었다.

(비교예 1)

(1) 렌즈에의 친수막 형성

실시예 1에서 제조한 코팅액 A만을 실시예 1과 마찬가지로 렌즈에 도포하고, 가열함으로써, 렌즈 상에 도 8에 상당하는 구조의 친수막(친수막-5)을 형성한다. 이 친수막의 단면 사진을 도 9에 도시한다.

마찬가지로 실시예 1에서 제조한 코팅액 B만을 실시예 1과 마찬가지로 렌즈에 도포하고, 가열함으로써, 렌즈 상에 도 10에 상당하는 구조의 친수막(친수막-6)을 형성한다. 이 친수막의 단면 사진을 도 11에 도시한다.

마찬가지로 실시예 1에서 제조한 코팅액 C만을 실시예 1과 마찬가지로 렌즈에 도포하고, 가열함으로써, 렌즈 상에 도 12에 상당하는 구조의 친수막(친수막-7)을 형성한다. 이 친수막의 단면 사진을 도 13에 도시한다.

(2) 친수성 평가

상기와 같이 제작한 친수막-5 내지 친수막-7의 물과의 접촉각은 모두 5°이하였다. 친수막을 형성하기 전의 렌즈의 물과의 접촉각은 약 30°였기 때문에, 형성한 막의 친수성이 확인되었다.

(3) 증기 폭로에 의한 친수성 평가

본 발명의 실시예 및 비교예의 친수막-1 내지 친수막-7은 습윤성의 척도로서 사용하는 접촉각 측정을 행하면, 물과의 접촉각은 모두 5°이하로, 비교가 곤란하였다. 따라서, 친수막에 가습기로 미세한 물방울을 부착시켜, 그 직후의 물방울의 부착 상태에 따른 문자의 판독 용이성으로 친수성을 평가하였다.

구체적으로는 친수막을 형성한 렌즈를 스팀식 가습기(히타치 리빙 서플라이사제 HLF-350)의 증기 분출구로부터 50mm 이격한 위치에 일정 시간 유지하고, 그 직후, 문자 크기 10포인트, 폰트가 명조체인 인쇄물 상에 상기 폭로면을 위로 해서 두고, 문자의 판독 용이성을 육안으로 평가하여, 흐림의 정도를 평가하였다. 폭로 시간이 짧은 경우에는 증기가 물방울로 되어 부착되면 렌즈가 흐려 문자를 판독하기 어려워지지만, 폭로 시간이 길어지면 증기가 수막화되어 렌즈가 흐리지 않고 문자를 판독하기 쉬워진다. 또한, 친수성이 높을수록 증기가 수막으로 되기 쉬우므로, 단시간에 문자를 판독하기 쉬워진다. 이와 같이, 문자의 판독 용이성으로 친수성을 평가하기로 하였다.

결과를 표 1에 나타낸다.

친수막-1 내지 친수막-4는 폭로 시간 2초만에 문자 판독이 가능하였다. 그러나, 친수막-5는 10초간 폭로하지 않으면 문자를 판독할 수 없었고, 친수막-6, 친수막-7은 15초간 폭로하지 않으면 문자 판독은 곤란하였다.

이상으로부터, 렌즈측에 대직경 입자, 공기층측에 소직경 입자를 갖는 친수막, 혹은 대직경 입자와 소직경 입자가 혼재하는 친수막은, 거의 동일 정도의 크기의 입자를 포함하는 친수막에 비하여 친수성이 높다는 것을 알 수 있었다. 특히, 작은 물방울이 약간 부착된 경우 물방울의 수막화가 일어나기 쉽고, 약간의 물방울 부착에 의한 흐림을 억제할 수 있다는 것을 알 수 있었다.

(비교예 2)

실시예 1 내지 4에서 제작한 친수막-1 내지 친수막-4, 및 비교예 1에서 제작한 친수막-5 내지 친수막-7을 도포한 렌즈를 도 4에 도시하는 차량 탑재용 카메라에 설치하였다. 이들 차량 탑재용 카메라의 렌즈 부분에 비교예 1에서 사용한 가습기의 증기 분출구로부터 50mm 이격한 위치에 일정 시간 유지하고, 그 직후, 렌즈로부터 10m 이격된 위치의 도로 상의 흰 선이 차량 탑재용 카메라의 화상 정보를 비춘 모니터로 육안 확인할 수 있는지 여부를 조사하였다. 비교예 1에서는 문자의 판독 가부로 친수성을 평가했지만, 비교예 2에서는 문자 대신에 도로 상의 흰 선으로 평가하였다.

결과를 표 2에 나타낸다.

친수막-1 내지 친수막-4는 폭로 시간 2초만에 흰 선 인식이 가능하였다. 그러나, 친수막-5 내지 친수막-7은 10초간 폭로하지 않으면 흰 선이라고는 확인할 수 없었다.

이상으로부터, 이 실험으로부터도 렌즈측에 대직경 입자, 공기층측에 소직경 입자를 갖는 친수막, 혹은 대직경 입자와 소직경 입자가 혼재하는 친수막은, 거의 동일 정도의 크기의 입자를 포함하는 친수막에 비하여 친수성이 높다는 것을 알 수 있었다. 특히, 작은 물방울이 약간 부착된 경우 물방울의 수막화가 일어나기 쉽고, 약간의 물방울 부착에 의한 흐림을 억제할 수 있다는 것을 알 수 있었다.

(비교예 3)

비교예 2에서 제작한 친수막-1, 및 친수막-7 형성의 렌즈를 구비한 차량 탑재용 카메라의 360 내지 760nm에서의 평균 광투과율이 증기 폭로에 의해 변화하는 모습을 조사하였다. 결과를 도 14에 도시한다.

친수막-1을 형성한 렌즈의 경우에는 증기 폭로 전의 광의 투과율은 약 96％였다. 2초간 폭로하면 약 92％ 정도로 저하되지만, 5초간 폭로하면 약 94％까지, 10초간 폭로하면 약 95％까지 회복되었다.

친수막-7을 형성한 렌즈의 경우도 증기 폭로 전의 광의 투과율은 약 96％였다. 그러나, 2초간 폭로하면 약 80％ 정도로 저하되고, 5초간 폭로하면 약 70％까지 저하되었다.

그 후 회복되어 가지만, 10초간 폭로해도 85％까지밖에 회복되지 않았다.

친수막-7을 형성한 렌즈를 육안으로 관찰하면, 증기를 폭로하기 시작하면 렌즈 표면에 증기 유래의 물방울이 부착되기 시작해, 폭로 5초 후에는 물방울이 상당히 밀집되었다. 폭로 시간이 10초가 되면, 물방울끼리 합체하고, 수막화하여, 그에 따라 광의 투과율도 회복되어 갔다.

친수막-1을 형성한 렌즈를 육안으로 관찰하면, 증기를 폭로하기 시작하면 렌즈 표면에 증기 유래의 물방울이 부착되기 시작하지만, 3초 정도만에 수막화하여, 물방울이라고 인식할 수 없게 된다.

이상으로부터, 렌즈측에 대직경 입자, 공기층측에 소직경 입자를 갖는 친수막, 혹은 대직경 입자와 소직경 입자가 혼재하는 친수막은, 물방울 부착의 초기에 있어서 광투과율 저하도 억제 가능하다는 것이 명확해졌다.

1: 렌즈
2: 대직경 입자
3: 소직경 입자
4: 바인더
5: 이산화규소 입자
6: 이산화규소 입자와 바인더가 혼재하는 표면 영역
7: 이산화규소 입자와 바인더로 채워진 영역
8: 이산화규소와 공기가 혼재하는 영역
9: 카메라 하우징
10: 패킹
11: 친수막을 구비한 렌즈
12: CCD 소자

Claims

차량의 외주부에 설치되는 차량 탑재용 카메라에 있어서,
상기 카메라의 외표면에 설치되는 렌즈의 표면에, 상이한 2종류의 소정 범위의 평균 입자 직경을 갖는 이산화규소 입자, 및 이산화규소를 주성분으로 하는 바인더를 포함하는 친수막이 형성되어 있고, 상이한 2종류의 소정 범위의 평균 입자 직경을 갖는 상기 이산화규소 입자 중, 큰 평균 입자 직경을 갖는 상기 이산화규소 입자는 상기 렌즈 표면에 부착되고, 작은 평균 입자 직경을 갖는 상기 이산화규소 입자는 큰 평균 입자 직경을 갖는 상기 이산화규소 입자의 공기층측의 표면에 부착되어 있는 것을 특징으로 하는 차량 탑재용 카메라.
제1항에 있어서, 큰 평균 입자 직경을 갖는 상기 이산화규소 입자에 의해 형성된 요철의 표면 전체에 걸쳐, 작은 평균 입자 직경을 갖는 상기 이산화규소 입자가 부착되어 있는 것을 특징으로 하는 차량 탑재용 카메라.
제1항에 있어서, 큰 평균 입자 직경을 갖는 상기 이산화규소 입자에 의해 형성된 요철의 표면 전체에, 작은 평균 입자 직경을 갖는 상기 이산화규소 입자에 의해 요철을 형성한 것을 특징으로 하는 차량 탑재용 카메라.
제1항 내지 제3항에 있어서, 상기 친수막의 상기 이산화규소 입자의 평균 입자 직경이 10 내지 100nm인 것을 특징으로 하는 차량 탑재용 카메라.
제4항에 있어서, 상기 카메라 외표면의 공기층에 접해 있는 측에 존재하는 상기 이산화규소의 평균 입자 직경이 10 내지 15nm인 것을 특징으로 하는 차량 탑재용 카메라.
제5항에 있어서, 상기 친수막에 함유되는 상기 이산화규소 입자 중, 상기 렌즈 표면측에 존재하는 이산화규소의 평균 입자 직경이 70 내지 100nm인 것을 특징으로 하는 차량 탑재용 카메라.
제5항에 있어서, 상기 친수막에 함유되는 상기 이산화규소 입자 중, 상기 렌즈 표면측에 존재하는 이산화규소의 평균 입자 직경이 40 내지 50nm인 것을 특징으로 하는 차량 탑재용 카메라.
제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 이산화규소 입자 및 바인더를 포함하는 친수막이 아미노기를 갖는 것을 특징으로 하는 차량 탑재용 카메라.
제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 이산화규소 입자 및 바인더를 포함하는 친수막의 평균 두께가 50 내지 250nm이고, 산술 표면 조도(Ra)가 2.5 내지 50nm인 것을 특징으로 하는 차량 탑재용 카메라.
제9항에 있어서, 상기 친수막의 표면 조도의 최대 심도(Rv)는 6 내지 15nm인 것을 특징으로 하는 차량 탑재용 카메라.
제9항에 있어서, 상기 친수막의 표면 조도의 최대 피크(Rp)는 20 내지 70nm인 것을 특징으로 하는 차량 탑재용 카메라.
제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 차량 탑재용 카메라 내부에 설치된 CCD 소자의 화상 정보 취득부의 표면과 상기 렌즈의 거리가 3mm 이하인 것을 특징으로 하는 차량 탑재용 카메라.