KR20190018867A - 차량의 사이드 영상 제공용 카메라 모듈 - Google Patents

차량의 사이드 영상 제공용 카메라 모듈 Download PDF

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KR20190018867A
KR20190018867A KR1020170103527A KR20170103527A KR20190018867A KR 20190018867 A KR20190018867 A KR 20190018867A KR 1020170103527 A KR1020170103527 A KR 1020170103527A KR 20170103527 A KR20170103527 A KR 20170103527A KR 20190018867 A KR20190018867 A KR 20190018867A
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infrared
filter
light
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housing
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KR1020170103527A
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신두식
김기호
이차균
박용민
이재필
진주용
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자화전자(주)
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Abstract

개시되는 발명은 사이드 카메라용 카메라 모듈에 관한 것으로서, 내부에 수용공간을 형성하고, 전면에 개구가 형성된 하우징;과, 상기 하우징의 개구에 결합하는 렌즈 어셈블리;와, 가시광 파장 대역에서의 투과율이 서로 다른 적어도 두 개 이상의 적외선 필터를 일렬로 구비하고, 상기 적외선 필터가 상기 렌즈 어셈블리와 대면하도록 배치되는 필터 브래킷;과, 상기 필터 브래킷이 상기 렌즈 어셈블리를 통과한 빛을 가로지르는 방향을 따라 선형이동하도록 구동하는 리니어 액추에이터; 및 상기 렌즈 어셈블리와 상기 복수 개의 적외선 필터 중 어느 하나의 적외선 필터를 순차로 통과한 빛을 수용하는 이미지 센서를 포함하는 인쇄회로기판을 포함한다.

Description

차량의 사이드 영상 제공용 카메라 모듈{Camera module for providing side picture of vehicle}
본 발명은 차량의 사이드 미러를 대체하여 영상을 제공하기 위한 카메라 모듈에 관한 것으로서, 차량 운행시 빈번히 변화하는 외부의 조도(照度) 환경에 대응하여 항상 선명한 이미지를 제공할 수 있는 차량의 사이드 영상 제공용 카메라 모듈에 관한 것이다.
차량에는 전방 이외의 다른 방향에서의 도로 상황을 운전자가 파악할 수 있게 하기 위하여 운전석과 조수석 쪽의 도어에 각각 사이드 미러를 구비하고 있다. 전통적인 사이드 미러는 반사경으로 이루어져 있으며, 운전자의 체형과 착석 위치에 맞춰 반사 각도를 상하좌우로 조절할 수 있도록 되어 있다.
이러한 반사경 타입의 사이드 미러는 가격이 저렴하고 고장의 우려가 거의 없으며 직관적으로 정보를 제공한다는 이점이 있지만, 좌측과 우측의 사이드 미러를 보기 위해 고개를 돌려야 하기 때문에 일시적으로 전방 주시가 방해할 뿐더러 구조적으로 사각지대가 존재하기 때문에 안전에 취약한 부분이 있다는 한계가 있다. 또한, 종래의 사이드 미러는 외부로 상당히 돌출되어 있기 때문에 공기역학적인 측면에서 공기저항으로 인한 연비 저하와 마찰로 인한 소음 발생의 주요 원인이 된다는 취약점이 있다.
이러한 문제점에도 반사경 타입의 사이드 미러는 수십 년간 계속 사용되어 왔는데, 근래에는 카메라 모듈 기술의 발전에 따라 디지털 카메라나 각종 휴대용 단말기에 장착되고 있는 카메라 모듈이 사이드 미러를 대체하는 기술로 속속 개발되고 있다.
이런 사이드 미러를 대체하는 차량용 카메라 모듈을 사이드 카메라라고 부를 수가 있는데, 상대적으로 가격이 비싸고 고장의 우려가 있기는 하지만 카메라 모듈과 디스플레이 장치를 분리할 수 있기 때문에 디스플레이 장치의 위치를 실내 중앙에 배치하면 운전자가 고개를 돌리지 않고도 좌·우측의 도로상황을 파악할 수 있어 전방주시가 용이하고 카메라 모듈의 광각이 넓어 사각지대가 거의 없어진다는 장점, 그리고 사이드 미러의 돌출 구조가 현격히 제거됨에 따라 연비향상과 주행시의 공기소음이 사라진다는 장점이 크기 때문에 향후 폭넓게 적용될 것으로 예상되고 있다. 또한, 도로상황을 디지털 이미지로 취득하기 때문에 자율 주행차에 통합될 수 있다는 점도 사이드 카메라의 이점으로 들 수 있다.
사이드 카메라는 실제 차량에 적용할 수 있을 정도의 충분한 신뢰성 확보가 전제되어야 한다. 즉, 차량에 실제 적용되는 기술은 안전과 직결되는 경우가 많고 사이드 카메라도 안전한 운전을 위한 기술이기 때문에 고장에 대한 위험요소를 줄이는 것이 매우 중요하다.
사이드 카메라가 해결해야 할 문제 중의 하나로는 외부 환경이 언제 변화하더라도 항상 선명한 이미지를 제공할 수 있어야 하며, 나아가 안전을 위해서는 운전자가 별도의 조작을 할 필요가 없이 선명한 이미지를 얻을 수 있어야 한다는 것이다.
사이드 카메라의 이미지 품질에 가장 튼 영향을 미치는 것은 광량, 즉 조도(照度)라고 할 수 있다. 사이드 카메라에 구비되는 이미지 센서는 외부의 빛을 받아들여 감지하는 센서이기 때문에, 이미지 품질은 당연히 이미지 센서에 도달하는 빛에 좌우된다. 광량이 부족하면 어두운 이미지가 나오게 되고, 광량이 과도하면 이미지가 포화되어 밝은 빛으로만 보여 역시 식별하기가 곤란해진다.
따라서, 차량 운행시 빈번히 변화하게 마련인 외부의 조도 환경에 대응하여 항상 선명한 이미지를 제공할 수 있는 사이드 카메라에 대한 개발 요구가 높다.
한국공개특허 제2017-0010534호 (2017.02.01 공개)
본 발명은 차량 운행시 빈번히 변화하는 외부의 조도 환경에 자동으로 대응하여 항상 선명한 이미지를 제공할 수 있는 차량의 사이드 영상 제공용 카메라 모듈을 제공하는 것에 그 목적이 있다.
본 발명에 따른 사이드 카메라용 카메라 모듈은, 내부에 수용공간을 형성하고, 전면에 개구가 형성된 하우징;과, 상기 하우징의 개구에 결합하는 렌즈 어셈블리;와, 가시광 파장 대역에서의 투과율이 서로 다른 적어도 두 개 이상의 적외선 필터를 일렬로 구비하고, 상기 적외선 필터가 상기 렌즈 어셈블리와 대면하도록 배치되는 필터 브래킷;과, 상기 필터 브래킷이 상기 렌즈 어셈블리를 통과한 빛을 가로지르는 방향을 따라 선형이동하도록 구동하는 리니어 액추에이터; 및 상기 렌즈 어셈블리와 상기 복수 개의 적외선 필터 중 어느 하나의 적외선 필터를 순차로 통과한 빛을 수용하는 이미지 센서를 포함하는 인쇄회로기판을 포함한다.
본 발명의 실시예에서의 상기 리니어 액추에이터는, 상기 필터 브래킷의 선형이동 방향을 따라 상기 하우징의 일면에 배치되는 코일; 및 상기 코일에 대면하도록 상기 필터 브래킷에 장착되는 영구자석을 포함한다.
여기서, 상기 리니어 액추에이터는, 상기 하우징의 일면에 배치된 코일을 따라 상기 하우징 상에 형성된 제1 홈;과, 상기 영구자석을 따라 상기 필터 브래킷 상에 상기 제1홈과 대면하도록 형성된 제2 홈;과, 상기 제1 홈과 제2 홈 사이에 배치되어 구름운동을 하는 복수 개의 볼 베어링을 더 포함할 수 있다.
그리고, 상기 코일의 배면에는 자성체인 요크가 배치될 수 있는데, 상기 요크는 상기 코일을 가운데 놓고 상기 영구자석과 간격을 두고 대면하여 상기 필터 브래킷을 자력(磁力)으로 지지하는 기능도 함께 수행할 수 있다.
그리고, 본 발명의 일 실시형태에서, 상기 복수 개의 적외선 필터는 가시광은 투과하되 적외선은 차단하는 제1 적외선 차단 필터와, 상기 제1 적외선 차단 필터와는 광 투과특성이 반대인 적외선 투과 필터의 두 개를 포함할 수 있다.
또는, 실시형태에 따라, 상기 복수 개의 적외선 필터는, 상기 제1 적외선 필터에 비해 가시광 파장 대역에서의 투과율은 낮으면서 적외선은 차단하는 제2 적외선 차단 필터를 더 포함할 수도 있다.
이럴 경우, 상기 일렬로 배치된 세 개의 적외선 필터 중 상기 제2 적외선 차단 필터가 가운데에 배치되는 것이 바람직할 수 있다.
적외선 필터를 두 개 포함하는 실시형태에 있어, 상기 렌즈 어셈블리를 통과하는 광량의 수준을 2단계로 나누었을 때, 광량이 낮은 제1 단계에서는 상기 적외선 투과 필터를 사용하고, 광량이 높은 제2 단계에서는 상기 제1 적외선 차단 필터를 사용하여 상기 이미지 센서로 빛을 통과시키도록 한다.
그리고, 적외선 필터를 세 개 포함하는 실시형태에 있어서는, 상기 렌즈 어셈블리를 통과하는 광량의 수준을 3단계로 나누었을 때, 광량이 가장 낮은 제1 단계에서는 상기 적외선 투과 필터를 사용하고, 중간의 제2 단계에서는 상기 제1 적외선 차단 필터를 사용하며, 광량이 가장 높은 제3 단계에서는 상기 제2 적외선 차단 필터를 사용하여 상기 이미지 센서로 빛을 통과시키게 된다.
상기와 같은 구성을 가진 본 발명의 사이드 카메라용 카메라 모듈은 외부 빛의 광량에 대응하여 그 상황에 맞는 최적의 적외선 필터가 적용되고, 이에 따라 이미지 센서로 들어가는 빛이 최적으로 자동 조절됨으로써 운전자에게 별도의 조작을 요구함이 없이 항상 선명한 이미지를 제공하는 것이 가능해진다.
도 1은 본 발명에 따른 사이드 카메라용 카메라 모듈을 도시한 사시도.
도 2는 도 1의 사이드 카메라용 카메라 모듈에 대한 분해 사시도.
도 3은 필터 브래킷과 이미지 센서의 배치관계를 상세히 보여주는 절개도.
도 4는 리니어 액추에이터의 구성을 상세히 도시한 분해 사시도.
도 5는 세 종류의 적외선 필터의 광 투과 특성을 비교 도시한 그래프.
도 6은 외부 광량에 따른 사이드 카메라용 카메라 모듈의 작동을 개략적으로 도시한 도면.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시형태에 대하여 상세히 설명한다.
본 발명의 실시형태를 설명함에 있어서 당업자라면 자명하게 이해할 수 있는 공지의 구성에 대한 설명은 본 발명의 요지를 흐리지 않도록 생략될 것이다. 또한 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 부여할 것이며, 도면을 참조할 때에는 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등이 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있음을 고려하여야 한다.
그리고, 본 발명의 실시예의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 또 다른 구성 요소가 개재되면서 간접적으로 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고도 이해되어야 할 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 사이드 카메라용 카메라 모듈(10)을 도시한 사시도, 도 2는 도 1의 사이드 카메라용 카메라 모듈(10)에 대한 분해 사시도로서, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다.
도면에 도시된 바와 같이, 본 발명의 사이드 카메라용 카메라 모듈(10)은 크게 나누어 하우징(100), 렌즈 어셈블리(200), 필터 브래킷(300), 리니어 액추에이터(400), 그리고 인쇄회로기판(500)으로 설명할 수 있다.
하우징(100)은 내부에 수용공간을 형성하고, 전면(F)에 개구(110)가 형성된 구성을 지칭한다. 도면에는 직육면체로서 하우징(100)이 도시되어 있지만, 그 형상이 도면에 도시된 것으로 한정될 필요는 없다. 하우징(100)은 그 내부에 수용공간이 마련되어 각종 구성부품을 장착, 설치할 수 있고, 빗물이나 먼지 등으로부터 내부를 보호할 수 있다면 그 형태에 구애됨이 없이 차량용 사이드 카메라의 디자인에 맞춰 다양하게 변경될 수 있을 것이다.
렌즈 어셈블리(200)는 그 내부에 다수의 렌즈가 실장된 일종의 경통(鏡筒)을 의미한다. 렌즈 어셈블리(200)는 빛이 들어오는 광구(光口)를 형성하는 하우징(100)의 개구(110)에 장착되며, 이미지 센서(510)에 맺히는 상(像)이 초점이 맞도록 빛의 경로를 조절하는 공지의 구성이다.
여기서, 전후좌우 등의 상대적 위치관계를 지정하는 용어는 렌즈 어셈블리(200)가 장착되는 방향을 전면(F)으로 정하고, 그 반대편은 후면(B), 전면(F)과 후면(B)을 감싸는 사방의 면은 측면(S)으로 부르기로 한다.
하우징(100)은 후면(B)을 제외한 사이드 카메라용 카메라 모듈(10)의 나머지 모든 면을 형성하며, 하우징(100)의 바닥으로는 이미지 센서(510)를 포함하는 인쇄회로기판(500)이 결합하여 하나의 케이스를 이루게 된다. 렌즈 어셈블리(200)의 바로 아래쪽에 이미지 센서(510)가 배치되어 외부의 빛이 도달하는데, 본 발명은 렌즈 어셈블리(200)에서 이미지 센서(510)를 향하는 광로(光路)를 가로지르도록 필터 브래킷(300)이 배치된다.
필터 브래킷(300)은 가시광 파장 대역(약 400∼700㎚ 대역)에서의 투과율이 서로 다른 적어도 두 개 이상의 적외선 필터(310, 320, 330)를 일렬로 구비하는 구성이다. 여기서 가시광 투과율이 다른 필터로서 적외선 필터를 사용하는 것은 카메라 모듈의 이미지 센서에 앞에 배치되는 필터로서 적외선 차단 필터 또는 적외선 투과 필터(나이트 비전용)를 일반적으로 사용한다는 것을 고려한 것이다. 가시광 투과율을 달리하는 필터라는 기능을 감안하면, ND(Netural Density) 필터를 사용하는 것도 가능할 것이다.
적외선 필터(310, 320, 330)는 렌즈 어셈블리(200)와 대면하도록 배치되어 있고, 이에 따라 렌즈 어셈블리(200)를 통해 들어온 빛은 이미지 센서(510)에 도달하기 전에 어느 하나의 적외선 필터(310, 320, 330)에 의해 광량이 조절된다.
특히, 본 발명은 일반적인 카메라 모듈에는 적외선 필터(310, 320, 330)가 하나만 구비되는 것에 비해 두 개 이상의 적외선 필터(310, 320, 330)를 내장하고 있으며, 나아가 각 적외선 필터(310, 320, 330)의 가시광 파장 대역에서의 투과율(이하, 간략히 "투과율"이라 함)이 다르도록 함으로써 외부 조도(照度) 상황에 맞춰 가장 적절한 적외선 필터(310, 320, 330)가 이미지 센서(510) 앞에 위치하도록 구성되어 있다. 어떤 상황에서 어떤 적외선 필터(310, 320, 330)를 선택하여 사용할지에 대해서는 뒤에서 상술하기로 한다.
본 발명은 필터 브래킷(300)에 두 개 이상의 적외선 필터(310, 320, 330)가 일렬로 구비됨에 따라, 적외선 필터(310, 320, 330)가 열을 이루는 방향을 따라 필터 브래킷(300)을 선형이동시키기 위한 구동부가 필요하게 된다. 즉, 외부의 광량에 적합한 적외선 필터(310, 320, 330)가 이미지 센서(510) 앞에 위치하도록 필터 브래킷(300)을 선형으로 이동시키는 구동부가 필요하며, 이 구동부로서 도 4에 상세히 도시된 리니어 액추에이터(400)가 하우징(100) 안에 장비된다.
리니어 액추에이터(400)는 렌즈 어셈블리(200)를 통과한 빛을 가로지르는 방향을 따라 선형이동하도록 필터 브래킷(300)을 구동하는 액추에이터이며, 리니어 액추에이터(400)의 동작에 의해 필터 브래킷(300) 상의 어느 하나의 적외선 필터(310, 320, 330)가 이미지 센서(510) 위로 위치하게 된다. 본 발명의 일 실시형태에서는 구조가 간간하고 제어가 용이한 보이스 코일 모터(VCM) 방식으로 리니어 액추에이터(400)를 구성하였다.
도 4를 참조하면, 필터 브래킷(300)의 선형이동 방향을 따라 하우징(100)의 측면(S) 중의 일면에 배치되는 코일(412)과, 상기 코일(412)에 대면하도록 필터 브래킷(300)에 장착되는 영구자석(420)을 포함하여 리니어 액추에이터(400)가 구성된다. 여기서, 영구자석(420)은 필터 브래킷(300)의 선형이동 방향을 따라 N극과 S극의 자극이 교대로 착자되어 있어, 필터 브래킷(300)의 전체 이동거리에 걸쳐 균일한 자속이 형성되도록 하는 것이 바람직하다.
코일(412)은 필터 브래킷(300)의 전체 이동거리를 고려하여 복수 개가 구비될 수 있으며, 유연한 코일 기판(410) 위에 코일(412)이 실장된다. 외부로부터 공급된 전류가 코일(412)에 인가되면 코일(412)에는 전류 방향에 따른 전기장이 형성되고, 이 전기장이 영구자석(420)의 자기장과 상호 작용을 하여 로렌쯔 힘이라 불리는 구동력이 발생한다. 본 발명에서는 코일(412)(코일 기판)이 하우징(100)에 고정되어 있기 때문에 로렌쯔 힘은 영구자석(420) 쪽, 즉 필터 브래킷(300)에 작용하고, 이에 따라 필터 브래킷(300)이 기다란 영구자석(420)의 길이방향을 따라 선형이동하게 된다. 물론 코일(412)에 인가되는 전류의 방향을 조작함에 따라 필터 브래킷(300)이 이동하는 방향이 제어되고, 전류의 단속에 의해 이동거리가 조절되며, 전류량에 따라 이동속도가 달라진다.
여기서, 상기 리니어 액추에이터(400)는 필터 브래킷(300)이 선형이동을 할 때 마찰이 적어 부드럽게 움직이고, 이에 따라 안정된 움직임과 전류 소모를 줄일 수 있도록 하우징(100)과 필터 브래킷(300) 사이에 볼 베어링(434)을 설치할 수도 있다.
볼 베어링(434)을 설치하기 위한 오목한 좌면(坐面)으로서, 하우징(100)의 일면에는 코일(412)의 배치방향을 따라 제1 홈(430)을 상하 한 쌍으로 형성하고, 필터 브래킷(300) 상에서는 기다란 영구자석(420)을 따라 제1홈과 대면하도록 한 쌍의 제2 홈(432)을 형성한다. 복수 개의 볼 베어링(434)은 제1 홈(430)과 제2 홈(432) 사이에 배치되며, 볼 베어링(434)을 사이에 두고 필터 브래킷(300)은 코일(412)에 근접하게 대면한다. 제1 홈(430)과 제2 홈(432) 양편에 일부분씩 끼워진 볼 베어링(434)은 필터 브래킷(300)의 선형이동에 대응하여 구름운동을 하게 되고, 이 구름운동에 의해 운동마찰이 감소하여 필터 브래킷(300)이 부드럽게 움직이게 된다.
그리고, 코일(412)의 배면에는 자성체인 요크(414)가 배치될 수 있다. 요크(414)는 기본적으로 코일(412) 배면 쪽으로의 자기 누설을 방지하고 영구자석(420) 쪽으로 자속이 집중되는 자기회로를 구성하기 위한 공지의 구성이다. 본 발명에서는 코일(412) 배면에 요크(414)를 배치함으로써 자속 집중 이외의 추가적인 효과를 얻고자 하는 목적도 있는데, 이는 자성체인 요크(414)에 필터 브래킷(300)에 장착된 영구자석(420)의 자력(磁力)이 작용하도록 함으로써 필터 브래킷(300)을 지지하는 힘으로 활용하는 것이다.
즉, 요크(414)는 하우징(100) 상의 코일(412)을 가운데 놓고 필터 브래킷(300) 상의 영구자석(420)과 간격을 두고 대면해 있고, 이에 따라 필터 브래킷(300)을 자력(磁力)으로 지지하는 기능을 수행하게 된다. 물론, 필터 브래킷(300)을 슬라이딩 이동이 가능하도록 지지하는 다른 구조, 예를 들면 슬롯과 돌기의 결합 구조 등을 적용할 수도 있겠지만, 본 발명은 요크(414)와 영구자석(420)의 자력을 이용하여 이런 별도의 지지구조를 생략할 수 있다는 것에 장점이 있다. 참고로, 도시된 실시형태에서는 하우징(100)에 요크 장착용 개구(112)를 형성하여 요크(414)를 삽입, 설치하고 있다.
그리고, 전술한 바와 같이, 사이드 카메라용 카메라 모듈(10)의 바닥면을 이루는 인쇄회로기판(500)에는 이미지 센서(510)가 포함되어 있다. 이미지 센서(510)로는 복수 개의 적외선 필터(310, 320, 330) 중 어느 하나의 적외선 필터(310, 320, 330)를 통과한 빛이 도달하게 된다. 이미지 센서(510)에 두 개의 적외선 필터(310, 320, 330)가 걸쳐지면 이미지 영역의 일부가 불량해질 것이므로, 도 3에 도시된 것과 같이 각 적외선 필터(310, 320, 330)는 이미지 센서(510)의 감지영역을 충분히 덮을 수 있는 크기여야 할 것이다.
본 발명에 포함된 복수의 적외선 필터(310, 320, 330) 및 그 작동에 대해 상세히 설명한다.
도 3은 필터 브래킷(300)과 이미지 센서(510)의 배치관계를 상세히 보여주는 절개도이다. 전술한 바와 같이, 복수 개의 적외선 필터(310, 320, 330)는 특히 가시광 파장 대역에서의 투과율이 현저히 다르며, 도시된 실시형태에서는 총 세 개의 적외선 필터(310, 320, 330)가 구비되어 있다.
세 개의 적외선 필터(310, 320, 330)는 적외선은 차단하되 가시광 투과율은 서로 다른 제1 적외선 차단 필터(310) 및 제2 적외선 차단 필터(320)와, 제1 적외선 차단 필터(310)와는 반대로 가시광은 완전히 차단하면서 적외선은 거의 그대로 통과시키는 적외선 투과 필터(330)의 세 개로 구성되어 있다.
도 5는 세 개의 적외선 필터(310, 320, 330)의 파장 대역별 광 투과 특성을 비교 도시한 그래프이다. 제1 적외선 차단 필터(310)는 약 700㎚ 이상의 적외선은 거의 완벽히 차단하면서 가시광은 거의 대부분(95% 이상) 통과시키는 특성을 가진다. 제2 적외선 차단 필터(320)는 적외선을 완전히 차단한다는 점에서는 제1 적외선 차단 필터(310)와 동일하지만, 가시광의 투과율은 이보다 낮은 수준, 예를 들면 가시광의 65∼80% 정도만 투과시키는 수준을 가진다. 적외선 투과 필터(330)는 제1 적외선 차단 필터(310)와는 반대로 약 620∼850㎚ 범위의 적외선은 95% 이상 통과시키지만 가시광은 완전히 차단하는 특성을 가진다.
다만, 도 5는 세 개의 적외선 필터(310, 320, 330)의 상대적인 광 투과 특성을 비교하는 것으로서 구체적인 수치범위는 설계사양에 따라 다소 달라질 수 있으며, 중요한 것은 각 적외선 필터(310, 320, 330)가 명확히 구별되는 가시광과 적외선 파장 대역에서의 상대적인 광 투과 특성을 가져야 한다는 것이다.
이러한 세 개의 적외선 필터(310, 320, 330) 조합은 렌즈 어셈블리(200)를 통과하는 광량의 수준(즉, 외부 광량 수준)을 3단계로 나누어 각 단계별로 최적의 적외선 필터(310, 320, 330)가 적용되도록 한 것이다.
3단계의 광량 수준을 결정하는 경계값의 구체적인 수치는 실험을 통하여 결정되어야 할 것인데, 각 단계의 광량이 어떤 환경을 대표하는지를 개략적으로 설명한다면, 가장 낮은 단계는 일몰 이후의 어두운 밤 환경에서의 광량에 대응하며, 중간 단계는 일반적인 낮 환경에서의 광량에 대응하고, 가장 높은 단계는 여름철의 밝은 낮의 직사광선이나 어두운 밤에서의 밝은 가로등 불빛 또는 후방 차량의 전조등 불빛과 같이 배경조명 환경에 비해 현저히 높은 광량이 입사되는 경우에 대응하는 것으로 말할 수 있다.
도 6은 외부 광량에 따른 사이드 카메라용 카메라 모듈(10)의 작동을 개략적으로 도시한 도면이다. 도 6에서 (a)는 중간 단계, (b)는 가장 낮은 단계, (c)는 가장 높은 단계의 조도 환경에 각각 대응한다.
세 개의 적외선 필터(310, 320, 330) 중 광량이 가장 낮은 제1 단계에서는 적외선 투과 필터(330)를 사용하여 최대한의 적외선 광량이 이미지 센서(510)에 도달하도록 하고 있다{도 6의 (b)}. 이는 광량이 가장 낮은 제1 단계, 즉 야간의 어두운 환경에서는 광량 자체가 적기 때문에 적외선을 감지하는 나이트 비전이 외부 식별에 더 유리하기 때문이다.
중간의 제2 단계는 통상적인 주간 환경에 해당하는데, 제2 단계에서는 영상 촬영에 별다른 지장이나 어려움이 없기 때문에 카메라 모듈에 통상적으로 적용되는 광 투과 특성을 지닌 제1 적외선 차단 필터(310)를 사용하여 외부 환경을 식별하게 된다{도 6의 (a)}.
광량이 가장 높은 제3 단계에서는 가시광의 투과율이 낮은 65∼80% 정도 수준의 제2 적외선 차단 필터(320)를 사용하여 광량을 줄이고, 이를 통해 이미지 센서(510)의 광 포화 현상을 억제 내지는 방지한다{도 6의 (c)}. 제2 단계의 주간 환경에서는 가시광을 거의 그대로 통과시키는 제1 적외선 차단 필터(310) 대신에 이보다 투과율이 낮은 제2 적외선 차단 필터(320)를 사용하는 것이 광 포화 방지에 효과적임은 당연하다고 할 수 있다.
이에 비해, 제1 단계의 야간 환경에서 가시광을 그대로 통과시키는 적외선 투과 필터(330) 대신에 이보다 투과율이 낮은 제2 적외선 차단 필터(320)를 적용하는 것은 야간에서의 특별한 상황을 종합적으로 고려한 것이다. 우선 제1 단계에서 적외선 투과 필터(330)를 사용하는 것은 절대적인 광량이 부족하기 때문에 가시광 감지를 포기하고 적외선을 감지하는 나이트 비전을 제공하기 위한 것이었다. 이러한 야간 환경에서 제3 단계에 대응하는 광량이 존재하면 나이트 비전 대신에 가시광을 감지한 더욱 선명한 영상을 제공하는 것이 바람직할 것이기 때문에 적외선 차단 필터를 사용하는 것이다. 나아가, 야간에서의 밝은 조명, 예를 들면 후방 차량의 전조등 불빛은 1000㎚ 파장의 적외선 대역까지 넓은 파장 대역에 걸쳐 광량이 과도하게 넘치기 때문에 제1 적외선 차단 필터(310) 대신에 이보다 가시광 투과율이 낮은 제2 적외선 차단 필터(320)를 사용하는 것이 광 포화 방지에 더욱 효과가 있는 것이다.
여기서, 각 단계를 보면, 통상적인 환경은 제1 단계와 제2 단계로 볼 수 있고, 광량이 가장 높은 제3 단계는 하절기의 직사광선이나 어두운 밤에 간헐적으로 들어오는 밝은 빛과 같이 상대적으로 가끔씩 발생하는 환경이라 볼 수 있다.
이를 감안하여, 본 발명은 세 개의 적외선 필터(310, 320, 330)를 일렬로 배열하되, 제3 단계에 적용되는 제2 적외선 차단 필터(320)를 가운데에 배치하였다. 즉, 도 6에 도시된 바와 같이, 일상적인 환경에서는 양끝에 배치된 적외선 투과 필터(330)와 제1 적외선 차단 필터(310)를 사용하다가, 각각의 상황(낮과 밤)에서 간헐적으로 높은 광량이 입사되면 바로 옆에 인접한 제2 적외선 차단 필터(320)가 이미지 센서(510) 위로 올 수 있게 되어 결과적으로 필터 브래킷(300)의 이동거리가 줄어들기 때문이다. 필터 브래킷(300)의 이동거리를 줄인다는 것은 결국 하드웨어적으로 광량 제어가 신속히 이루어진다는 것을 의미하고, 따라서 이러한 자외선 필터의 배치가 신속한 제어에 큰 도움이 되기 때문이다.
또한, 실시형태에 따라서는, 예외적으로 가끔 발생하는 광량이 가장 높은 제3 단계에서의 제어를 생략하는 것도 가능하다. 즉, 일상적인 주야 환경에 각각 대응하는 제1 적외선 차단 필터(310)와 적외선 투과 필터(330)의 두 개 적외선 필터(310, 330)만 구비하는 것으로 설계하더라도 상당한 효과를 얻을 수 있기 때문이다.
한편, 복수 개의 적외선 필터(310, 320, 330) 중 어느 하나의 적외선 필터(310, 320, 330)가 정확히 이미지 센서(510) 위에 위치하도록 필터 브래킷(300)의 현재 위치를 파악할 수 있는 센서가 구비된다. 본 발명에서는 하우징(100)에 수발광부(LD & PD)가 설치되고 필터 브래킷(300)에 반사부가 설치되는 구성의 위치 센서(440)를 적용한 실시형태를 보여주고 있다(도 3 참조). 이외에도 홀 센서 등의 각종 위치를 감지하기 위한 센서를 적용하는 것도 가능하다.
그리고, 이상에서 설명되지 않은 몇몇 구성에 대해 설명하면, 우선 리니어 액추에이터(400)의 구동을 제어하기 위한 구성에 대한 내용이 생략되어 있다. 보이스 코일 모터 방식의 액추에이터를 제어하기 위한 회로 구성은 이미 널리 공지되어 있으며, 전용 구동 칩도 알려져 있다. 본 발명에서도 리니어 액추에이터(400)의 구동을 제어하기 위한 공지의 구동 칩이 구비되며, 예를 들어 이미지 센서(510)가 실장된 인쇄회로기판(500)에 함께 구동 칩이 실장될 수 있다.
또 하나 설명이 생략된 것은 렌즈 어셈블리(200)를 통과하는 광량을 감지하는 조도센서의 구성이다. 조도센서 역시 이미 널리 알려진 구성인 점을 감안하여 그 설명이 생략된 것이며, 다른 한편으로는 차량에 이미 설치되어 있는 조도센서를 본 발명의 사이드 카메라용 카메라 모듈(10)이 함께 사용하는 것도 가능하기 때문에 그 구성을 도시하지 않은 것이기도 하다.
이상 본 발명의 바람직한 실시예 및 실시형태가 도시되고 설명되었지만, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 당업자라면 본 발명의 원칙이나 정신에서 벗어나지 않으면서 본 실시예를 변형할 수 있음을 알 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 권리범위는 청구항의 기재내용과 그 균등물에 의해 정해질 것이다.
본 발명은 차량의 밖의 사이드 영상을 운전자에게 제공하기 위한 카메라 모듈로 사용하기에 적합하다.
10: 사이드 카메라용 카메라 모듈
100: 하우징 110: 개구
200: 렌즈 어셈블리 300: 필터 브래킷
310: 제1 적외선 차단 필터 320: 제2 적외선 차단 필터
330: 적외선 투과 필터 400: 리니어 액추에이터
410: 코일 기판 412: 코일
414: 요크 420: 영구자석
430: 제1 홈 432: 제2 홈
434: 볼 베어링 440: 위치 센서
500: 인쇄회로기판 510: 이미지 센서
F: 전면 S: 측면
B: 후면

Claims (10)

  1. 내부에 수용공간을 형성하고, 전면에 개구가 형성된 하우징;
    상기 하우징의 개구에 결합하는 렌즈 어셈블리;
    가시광 파장 대역에서의 투과율이 서로 다른 적어도 두 개 이상의 적외선 필터를 일렬로 구비하고, 상기 적외선 필터가 상기 렌즈 어셈블리와 대면하도록 배치되는 필터 브래킷;
    상기 필터 브래킷이 상기 렌즈 어셈블리를 통과한 빛을 가로지르는 방향을 따라 선형이동하도록 구동하는 리니어 액추에이터; 및
    상기 렌즈 어셈블리와 상기 복수 개의 적외선 필터 중 어느 하나의 적외선 필터를 순차로 통과한 빛을 수용하는 이미지 센서를 포함하는 인쇄회로기판;
    을 포함하는 사이드 카메라용 카메라 모듈.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 리니어 액추에이터는,
    상기 필터 브래킷의 선형이동 방향을 따라 상기 하우징의 일면에 배치되는 코일; 및
    상기 코일에 대면하도록 상기 필터 브래킷에 장착되는 영구자석;
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 사이드 카메라용 카메라 모듈.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 하우징의 일면에 배치된 코일을 따라 상기 하우징 상에 형성된 제1 홈과, 상기 영구자석을 따라 상기 필터 브래킷 상에 상기 제1홈과 대면하도록 형성된 제2 홈과, 상기 제1 홈과 제2 홈 사이에 배치되어 구름운동을 하는 복수 개의 볼 베어링을 더 포함하는 사이드 카메라용 카메라 모듈.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 코일의 배면에는 자성체인 요크가 배치되는 것을 특징으로 하는 사이드 카메라용 카메라 모듈.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 요크는 상기 코일을 가운데 놓고 상기 영구자석과 간격을 두고 대면하여 상기 필터 브래킷을 자력(磁力)으로 지지하는 것을 특징으로 하는 사이드 카메라용 카메라 모듈.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 복수 개의 적외선 필터는 가시광은 투과하되 적외선은 차단하는 제1 적외선 차단 필터와, 상기 제1 적외선 차단 필터와는 광 투과특성이 반대인 적외선 투과 필터의 두 개를 포함하는 것을 특징으로 하는 사이드 카메라용 카메라 모듈.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 복수 개의 적외선 필터는, 상기 제1 적외선 필터에 비해 가시광 파장 대역에서의 투과율은 낮으면서 적외선은 차단하는 제2 적외선 차단 필터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 사이드 카메라용 카메라 모듈.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 일렬로 배치된 세 개의 적외선 필터 중 상기 제2 적외선 차단 필터가 가운데에 배치되는 것을 특징으로 하는 사이드 카메라용 카메라 모듈.
  9. 제6항에 있어서,
    상기 렌즈 어셈블리를 통과하는 광량의 수준을 2단계로 나누었을 때, 광량이 낮은 제1 단계에서는 상기 적외선 투과 필터를 사용하고, 광량이 높은 제2 단계에서는 상기 제1 적외선 차단 필터를 사용하여 상기 이미지 센서로 빛을 통과시키는 것을 특징으로 하는 사이드 카메라용 카메라 모듈.
  10. 제7항 또는 제8항에 있어서,
    상기 렌즈 어셈블리를 통과하는 광량의 수준을 3단계로 나누었을 때, 광량이 가장 낮은 제1 단계에서는 상기 적외선 투과 필터를 사용하고, 중간의 제2 단계에서는 상기 제1 적외선 차단 필터를 사용하며, 광량이 가장 높은 제3 단계에서는 상기 제2 적외선 차단 필터를 사용하여 상기 이미지 센서로 빛을 통과시키는 것을 특징으로 하는 사이드 카메라용 카메라 모듈.
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