KR20210120476A - 차량용 카메라 - Google Patents

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KR20210120476A
KR20210120476A KR1020200037222A KR20200037222A KR20210120476A KR 20210120476 A KR20210120476 A KR 20210120476A KR 1020200037222 A KR1020200037222 A KR 1020200037222A KR 20200037222 A KR20200037222 A KR 20200037222A KR 20210120476 A KR20210120476 A KR 20210120476A
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KR
South Korea
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lens
image sensor
vehicle camera
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cover glass
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KR1020200037222A
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이원무
이태윤
최은호
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현대모비스 주식회사
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Abstract

차량용 카메라를 개시한다.
본 개시의 일 실시예에 의하면, 렌즈; 렌즈의 후측에 배치되는 이미지 센서로서, 렌즈에 의해 집속된 집속광의 적어도 일부를 감지하도록 구성된 이미지 센서; 이미지 센서가 실장되는 기판; 렌즈 및 이미지 센서 사이에 배치되는 커버 글라스; 및 커버 글라스 및 기판 사이에 배치되는 에폭시 부재를 포함하되, 렌즈의 이미지 서클의 지름을 이미지 센서의 대각방향 길이로 나눈 값은 0.8 이상이고, 렌즈의 광축 방향에 따른 에폭시 부재의 두께는 50마이크로미터 이하인 것을 특징으로 하는 차량용 카메라를 제공한다.

Description

차량용 카메라{Camera for Vehicle}
본 개시는 차량용 카메라에 관한 것이다.
이 부분에 기술된 내용은 단순히 본 개시에 대한 배경정보를 제공할 뿐 종래기술을 구성하는 것은 아니다.
차량의 안전성 향상 및 운전자 편의 제공을 위해, 차량에 다양한 종류의 카메라들이 적용되고 있다. 예컨대, SVM(Surround View Monitoring) 카메라, RVM(Rear View Monitoring) 카메라, 및 MFC(Multi-Function Camera) 등이 차량에 구비된다.
도 1은 이러한 종래의 차량용 카메라(1)의 구조를 도시한 것이다. 도 1을 참조하면, 종래의 차량용 카메라(1)는 렌즈(11), 커버 글라스(12), 및 이미지 센서(13)를 포함한다. 렌즈(11), 커버 글라스(12), 및 이미지 센서(13)는 렌즈(11)의 광축(ax)을 따라 일렬로 배치된다. 이미지 센서(13)는 기판(14) 상에 배치되고, 커버 글라스(12)와 기판(14)은 에폭시 부재(15)에 의해 접착된다.
렌즈(11)는 외부로부터 입사하는 광을 집속하여 집속광(focused light)을 형성하며, 집속광은 이미지 센서(13)에 의해 감지된다. 렌즈(11)를 설계할 때, 렌즈(11)의 이미지 서클(image circle, 도 2의 LC)의 크기 및 렌즈의 이미지 서클과 중첩되는 이미지 센서(13)의 영역이 결정된다. 여기서, 렌즈(11)의 이미지 서클은 렌즈(11)를 통과한 전체 상(image) 중에서 선명하고 예리한 상을 맺는 원을 지칭한다.
도 2는 렌즈(11)의 이미지 서클(LC)과 이미지 센서(13)가 중첩(overlap)되는 영역을 도시한 것이다. 도 2를 참조하면, 렌즈(11)에 의해 집속된 광은 렌즈(11)의 이미지 서클과 중첩되는 영역에 있는 이미지 센서(13)의 화소(pixel)들에 의해 감지된다.
렌즈(11)의 이미지 서클(LC)의 크기가 이미지 센서(13)와 비교하여 상대적으로 작을 경우, 이미지 센서(13)의 모서리 영역(corner region, V)은 렌즈(11)의 이미지 서클(LC)과 중첩되지 않을 수 있다. 즉, 이미지 센서(13)의 모서리 영역(V)에 배치된 화소에는 광이 전달되지 않을 수 있다.
이 경우, 차량용 카메라(1)가 촬영한 영상에는 상가림(vignetting) 현상이 발생하게 된다. 여기서, 상가림 현상은 영상의 외곽 영역 또는 모서리 영역이 어둡게 표시되는 현상을 지칭한다.
한편, 자율주행, 주차보조 시스템 등의 기술이 발전함에 따라, 최근에는, 사물 인식이 가능한 차량용 카메라에 대한 수요가 증가하고 있다. 사물 인식 기능이 원활히 수행되기 위해서는, 수직, 수평 방향은 물론 모서리 영역의 영상도 선명하게 촬영될 필요가 있다. 따라서, 차량용 카메라의 영상에 발생되는 상가림 현상은, 차량용 카메라의 사물 인식 기능에 있어 바람직하지 않다.
차량용 카메라(1)의 상가림 현상을 방지하기 위해, 이미지 센서(13)의 모서리 영역(V)에도 광이 제대로 전달될 수 있도록, 렌즈(11)의 이미지 서클(LC)이 더 크게 설계될 수 있다. 그러나 렌즈(11)의 이미지 서클(LC)이 커질 경우, 촬영된 영상에 빛 번짐(flare) 현상이 발생하게 되는 문제가 있다.
다시 도 1을 참조하면, 렌즈(11)의 이미지 서클(LC)이 커질 경우, 집속광은 더 넓은 면적에 걸쳐 이미지 센서(13)로 전달된다. 이 경우, 집속광 중 일부는 에폭시 부재(15)에 의해 반사되어 이미지 센서(13)로 전달될 수 있다. 이때, 에폭시 부재(15)로부터 반사되어 이미지 센서(13)로 전달된 광은 빛 번짐 현상을 발생시킨다.
이러한 빛 번짐 현상은, 렌즈(11)의 이미지 서클(LC)의 크기가 더 커질수록, 더 심화될 수 있다. 도 3에는 렌즈(11)의 이미지 서클(LC)의 크기에 따른 빛 번짐 정도가 도시되어 있다.
구체적으로, 도 3의 (a)는 렌즈(11)의 이미지 서클(LC)의 지름(D)을 이미지 센서(13)의 대각방향 길이(L)로 나눈 값, 즉, D/L이 0.67인 경우를 도시한 것이고, 도 3의 (b)는 D/L의 값이 0.85인 경우를 도시한 것이며, 도 3의 (c)는 D/L의 값이 1.00인 경우를 도시한 것이다.
도 3의 (a)을 참조하면, D/L의 값이 상대적으로 작은 경우 빛 번짐 현상이 발생하지 않는 것을 확인할 수 있다. 반면에, 도 3의 (b) 및 도 3의 (c)를 참조하면, D/L의 값이 커질수록 빛 번짐 현상이 심화되는 것을 확인할 수 있다.
결과적으로, 이미지 센서(13)의 사용 영역을 최대로 넓히고, 이와 동시에, 빛 번짐 현상을 최소화하는 것은, 사물 인식 기능을 가지는 차량용 카메라에 있어 중요한 해결 과제라 볼 수 있다.
이에, 본 개시는 이미지 센서의 사용 영역을 최대로 넓히되, 빛 번짐 현상을 최소화할 수 있는 차량용 카메라를 제공하는 데 주된 목적이 있다.
본 개시의 일 실시예에 의하면, 렌즈; 렌즈의 후측에 배치되는 이미지 센서로서, 렌즈에 의해 집속된 집속광의 적어도 일부를 감지하도록 구성된 이미지 센서; 이미지 센서가 실장되는 기판; 렌즈 및 이미지 센서 사이에 배치되는 커버 글라스; 및 커버 글라스 및 기판 사이에 배치되는 에폭시 부재를 포함하되, 렌즈의 이미지 서클의 지름을 이미지 센서의 대각방향 길이로 나눈 값은 0.8 이상이고, 렌즈의 광축 방향에 따른 에폭시 부재의 두께는 50마이크로미터 이하인 것을 특징으로 하는 차량용 카메라를 제공한다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 실시예에 의하면, 차량용 카메라는 이미지 센서의 사용 영역을 넓히면서도 빛 번짐 현상을 최소화할 수 있으며, 이를 통해, 사물 인식 기능을 원활하게 구현할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 종래의 차량용 카메라의 측단면도이다.
도 2는 종래의 차량용 카메라의 렌즈의 이미지 서클 및 이미지 센서를 나타낸 것이다.
도 3은 렌즈의 이미지 서클의 크기에 따른 빛 번짐의 정도를 나타낸 것이다.
도 4는 본 개시의 일 실시예에 따른 차량용 카메라의 측단면도이다.
도 5는 본 개시의 일 실시예에 따른 차량용 카메라의 사시도이다.
도 6은 본 개시의 다른 실시예에 따른 차량용 카메라의 렌즈의 이미지 서클 및 이미지 센서를 나타낸 것이다.
이하, 본 개시의 일부 실시예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성 요소들에 참조 부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 개시를 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 개시의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
본 개시에 따른 실시예의 구성요소를 설명하는 데 있어서, 제1, 제2, i), ii), a), b) 등의 부호를 사용할 수 있다. 이러한 부호는 그 구성요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 부호에 의해 해당 구성요소의 본질 또는 차례나 순서 등이 한정되지 않는다. 명세서에서 어떤 부분이 어떤 구성요소를 '포함' 또는 '구비'한다고 할 때, 이는 명시적으로 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
도 4는 본 개시의 일 실시예에 따른 차량용 카메라(camera for vehicle, 10)의 측단면도이다.
도 5는 본 개시의 일 실시예에 따른 차량용 카메라(10)의 사시도이다. 도 5는 설명의 편의를 위해 렌즈(110) 및 패키지 기구(170)를 생략하여 도시하였다.
도 4 및 도 5를 참조하면, 차량용 카메라(10)는 렌즈(lens, 110), 이미지 센서(image sensor, 120), 기판(board, 130), 커버 글라스(cover glass, 140), 에폭시 부재(epoxy member, 150), 및 마스킹 부재(masking member, 160)를 전부 또는 일부 포함한다.
렌즈(110)는 외부로부터 차량용 카메라(10)의 내부로 진행하는 광을 집속하여 집속광(focused light)을 형성한다.
렌즈(110)의 수평 화각(horizontal field of view)은 76도 이상이다. 예컨대, 차량용 카메라(10)의 렌즈(110)는 광각 렌즈(wide angle lens) 및 어안 렌즈(fisheye lens) 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
차량용 카메라(10)는, 큰 수평 화각을 가지는 렌즈(110)를 활용함으로써, 수직 방향 대비 수평 방향으로 보다 넓은 범위를 가지는 영상을 획득할 수 있다. 이로써, 차량용 카메라(10)는 SVM(Surround View Monitoring) 기능, 또는, RVM(Rear View Monitoring) 기능에 적합한 영상을 획득할 수 있다.
이미지 센서(120)는 집속광의 적어도 일부를 감지하도록 구성된다. 구체적으로, 이미지 센서(120)는 집속광의 광 신호를 전기적 신호로 변환한다.
이미지 센서(120)는 렌즈(110)의 후측에 배치되며, 기판(130) 상에 실장된다. 렌즈(110)와 이미지 센서(120) 사이의 거리는 렌즈(110)의 초점거리(focal length), 화각(field of view) 등에 따라 달리 설정될 수 있다.
렌즈(110)의 이미지 서클(image circle)의 지름(D)을 이미지 센서(120)의 대각방향 길이(L)로 나눈 값, 즉, D/L은 0.8 이상이다. 이 경우, 이미지 센서(120)의 대부분, 예컨대, 80% 이상의 영역은 렌즈(110)의 이미지 서클과 중첩될 수 있다.
이로써, 이미지 센서(120)의 일부 영역에 광이 전달되지 않아 발생되는 상가림 현상을 최소화할 수 있다. 이를 통해, 차량용 카메라(10)는, 상가림 현상이 적게 발생된 영상을 획득함으로써, 사물 인식 기능을 보다 원활하게 구현할 수 있다.
기판(130)은 이미지 센서(120)의 후측에 배치되며, 이미지 센서(120)로부터 수신한 전기적 신호를 처리(signal processing)하도록 구성된다.
커버 글라스(140)는 렌즈(110) 및 이미지 센서(120) 사이에 배치되며, 외부의 충격 내지 외부 이물질의 유입으로부터 이미지 센서(120)를 보호한다.
커버 글라스(140)의 굴절률(refractive index)은 1.6 이하인 것이 바람직하나, 본 개시가 이에 한정되는 것은 아니다.
에폭시 부재(150)는 커버 글라스(140) 및 기판(130) 사이에 배치되며, 커버 글라스(140)와 기판(130) 사이에 접착력을 제공한다.
렌즈(110)의 광축(optical axis, ax) 방향에 따른 에폭시 부재(150)의 두께(W)는 50마이크로미터 이하이다. 여기서, 광축 방향은 렌즈(110)의 광축(ax)과 평행한 방향을 지칭한다. 예를 들어, 광축 방향은 도 4에서 Y축과 평행한 방향이다.
차량용 카메라(10)는, 에폭시 부재(150)의 두께(W)를 50마이크로미터 이하로 설계함으로써, 광에 노출되는 에폭시 부재(150)의 면적을 감소시킬 수 있다. 이를 통해, 에폭시 부재(150)로부터 반사되는 광의 양은 감소될 수 있으며, 이로써, 빛 번짐 현상이 최소화될 수 있다.
마스킹 부재(masking member, 160)는 커버 글라스(140) 상에 배치된다. 예컨대, 마스킹 부재(160)는 커버 글라스(140)의 주변 영역을 따라 배치된다. 그러나 본 개시가 이에 한정되는 것은 아니며, 마스킹 부재(160)는 커버 글라스(140)의 주변 영역 중 일부에만 배치될 수도 있다.
마스킹 부재(160)는 렌즈(110)와 대면하는 커버 글라스(140)의 일면 상에 배치된다. 그러나 본 개시가 이에 한정되는 것은 아니며, 이미지 센서(120)와 대면하는 커버 글라스(140)의 타면 상에 배치될 수도 있다. 마스킹 부재(160)가 커버 글라스(140)의 타면 상에 배치되는 경우, 마스킹 부재(160)는 에폭시 부재(150)와 접촉하게 된다.
마스킹 부재(160)는 에폭시 부재(150)의 적어도 일부와 중첩(overlap)된다. 이에 따라, 에폭시 부재(150)로 향하는 광의 적어도 일부는 마스킹 부재(160)에 의해 차단될 수 있다.
이 경우, 에폭시 부재(150)로부터 반사되는 광의 양은 감소할 수 있으며, 이로써, 빛 번짐(flare) 현상이 최소화될 수 있다.
다시 도 4를 참조하면, 차량용 카메라(10)는 패키지 기구(package mechanism, 170)를 추가적으로 포함할 수 있다.
패키지 기구(170)는 렌즈(110)와 대면하는 기판(130)의 일면 상에 배치된다. 구체적으로, 패키지 기구(170)는, 렌즈(110)의 광축(ax)을 기준으로, 에폭시 부재(150)보다 외측에 배치된다.
패키지 기구(170)는 이미지 센서(120)를 둘러싸도록 배치된다. 이를 통해, 패키지 기구(170)는 집속광이 통과할 수 있는 개구(opening, 172)를 형성하게 된다.
패키지 기구(170)는 패키지 기구(170)의 내주면으로부터 돌출되는 돌출부(protrusion, 174)를 포함한다. 돌출부(174)는 패키지 기구(170)의 내주면의 둘레를 따라 형성된다. 그러나 본 개시가 이에 한정되는 것은 아니며, 돌출부(174)는 내주면의 둘레 중 일부 영역에만 형성될 수도 있다.
돌출부(174)는 렌즈(110)의 광축(ax)을 향해 돌출되며, 커버 글라스(140) 및 기판(130) 사이에 배치된다.
커버 글라스(140)와 대면하는 돌출부(174)의 일측은 커버 글라스(140)를 지지하도록 구성되고, 기판(130)과 대면하는 돌출부(174)의 타측은 기판(130)에 의해 지지되도록 구성된다.
또한, 에폭시 부재(150)는 돌출부(174)의 측면과 대면하도록 배치된다. 이 경우, 에푹시 부재(150)와 돌출부(174)의 측면은 접촉된 상태일 수 있다.
패키지 기구(170)는 돌출부(174)를 통해 커버 글라스(140)와 이미지 센서(120) 사이의 이격 거리를 견고히 유지할 수 있다.
또한, 돌출부(174)는 기판(130), 커버 글라스(140)뿐만 아니라 에폭시 부재(150)와도 접촉함으로써, 차량용 카메라(10)의 구조적 내구성이 보다 향상될 수 있다.
본 개시의 일 실시예에 따른 차량용 카메라(10)는, 에폭시 부재(150)의 두께(W)를 최소화하고, 마스킹 부재(160)를 통해 에폭시 부재(150)로 향하는 광을 차단함으로써, 빛 번짐 현상을 최소화하는 데 기술적 특징이 있다.
이미지 센서(120)의 사용 영역을 넓힘과 동시에 빛 번짐 현상이 최소화된 영상을 획득함으로써, 본 개시의 일 실시예에 따른 차량용 카메라(10)는 보다 원활하게 사물 인식 기능을 구현할 수 있게 된다.
후술될 도 6에 도시된 본 개시의 다른 실시예는, 이미지 센서가 렌즈의 이미지 서클에 내접하는 정사각형의 형상을 가진다는 점에서, 도 4 및 도 5에 도시된 본 개시의 일 실시예와 차이점을 가진다. 이하에서는 본 개시의 다른 실시예에 따른 차별적 특징을 위주로 설명하고, 본 개시의 일 실시예와 실질적으로 동일한 구성에 대한 반복 설명은 생략된다.
도 6은 본 개시의 다른 실시예에 따른 차량용 카메라의 렌즈의 이미지 서클(LC) 및 이미지 센서(220)를 나타낸 것이다.
도 6을 참조하면, 렌즈(미도시)의 이미지 서클(LC)의 지름(D)은 이미지 센서(220)의 대각방향 길이(L)와 동일하다. 즉, 이미지 센서(220)는 렌즈의 이미지 서클(LC)에 내접(inscribed)하게 된다.
이 경우, 이미지 센서(220)의 모든 화소(pixel)에 광이 전달될 수 있으며, 이로써, 상가림(vignetting) 현상의 발생은 최소화될 수 있다.
또한, 이미지 센서(220)의 모든 화소에 광이 전달되므로, 차량용 카메라는 수직, 수평 방향은 물론 모서리 영역의 영상도 선명하게 촬영할 수 있다. 이를 통해, 차량용 카메라는 사물 인식에 적합한 영상을 획득할 수 있다.
한편, 원에 내접하는 직사각형 중 가장 큰 면적을 가지는 직사각형은 정사각형(square)이다. 이러한 측면에서, 이미지 센서(220)는 렌즈의 이미지 서클(LC)에 내접하는 정사각형의 형상을 가질 수 있다.
이 경우, 렌즈의 이미지 서클(LC)에 중첩되는 이미지 센서(220)의 영역은 최대가 될 수 있으며, 이로써, 광이 전달되는 화소의 개수도 최대가 될 수 있다.
그러나 본 개시에 이에 한정되는 것은 아니며, 이미지 센서는 정사각형이 아닌 다른 형상을 가질 수도 있다. 예를 들어, 이미지 센서는 4:3(예컨대, 1280*960 화소), 16:9(예컨대, 1920*1080 화소), 또는, 16:10(예컨대, 2048*1280 화소) 등 통상의 비율을 가지는 직사각형의 형상을 가질 수도 있다.
이상의 설명은 본 실시예의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 실시예가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 실시예들은 본 실시예의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 실시예의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 실시예의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 실시예의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
10: 차량용 카메라 110: 렌즈
120: 이미지 센서 130: 기판
140: 커버 글라스 150: 에폭시 부재
160: 마스킹 부재 170: 패키지 기구
172: 개구 174: 돌출부
LC: 렌즈의 이미지 서클 ax: 광축

Claims (10)

  1. 렌즈(lens);
    상기 렌즈의 후측에 배치되는 이미지 센서(image sensor)로서, 상기 렌즈에 의해 집속된 집속광(focused light)의 적어도 일부를 감지하도록 구성된 이미지 센서;
    상기 이미지 센서가 실장되는 기판(board);
    상기 렌즈 및 상기 이미지 센서 사이에 배치되는 커버 글라스(cover glass); 및
    상기 커버 글라스 및 상기 기판 사이에 배치되는 에폭시 부재(epoxy member)를 포함하되,
    상기 렌즈의 이미지 서클(image circle)의 지름을 상기 이미지 센서의 대각방향 길이로 나눈 값은 0.8 이상인 것을 특징으로 하는 차량용 카메라(camera for vehicle).
  2. 제1항에 있어서,
    상기 렌즈의 광축(optical axis) 방향에 따른 상기 에폭시 부재의 두께는 50마이크로미터 이하인 것을 특징으로 하는 차량용 카메라.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 커버 글라스 상에 배치되는 마스킹 부재(masking member)를 더 포함하되,
    상기 마스킹 부재는 상기 에폭시 부재의 적어도 일부와 중첩(overlap)되는 것을 특징으로 하는 차량용 카메라.
  4. 제2항 및 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 커버 글라스의 굴절률(refractive index)은 1.6 이하인 것을 특징으로 하는 차량용 카메라.
  5. 제2항 및 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 렌즈의 수평 화각(horizontal field of view)은 76도 이상인 것을 특징으로 하는 차량용 카메라.
  6. 제2항 및 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 렌즈의 이미지 서클의 지름은 상기 이미지 센서의 대각방향 길이와 동일한 것을 특징으로 하는 차량용 카메라.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 이미지 센서는 정사각형(square)의 형상을 가지는 것을 특징으로 하는 차량용 카메라.
  8. 제2항 및 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 렌즈와 대면하는 상기 기판의 일면 상에 배치되는 패키지 기구(package mechanism)를 더 포함하되,
    상기 패키지 기구는 상기 집속광이 통과하도록 구성된 개구(opening) 및 상기 패키지 기구의 내주면으로부터 돌출되는 돌출부(protrusion)를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 카메라.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 돌출부는 상기 커버 글라스 및 상기 기판 사이에 배치되고,
    상기 커버 글라스와 대면하는 상기 돌출부의 일측은 상기 커버 글라스를 지지하도록 구성되고,
    상기 기판과 대면하는 상기 돌출부의 타측은 상기 기판에 의해 지지되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 차량용 카메라.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 에폭시 부재는 상기 돌출부의 측면과 대면하도록 배치되는 것을 특징으로 하는 차량용 카메라.
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