KR20220092238A - 나노코팅층을 갖는 카메라 렌즈 - Google Patents

Abstract

본 발명은 무반사 및 친수 성능을 높여 이미지의 왜곡과 방해를 최소화할 수 있도록 하는 나노코팅층을 갖는 카메라 렌즈에 관한 것으로, 렌즈부; 및 상기 렌즈부의 전체 표면에 형성되며, 200nm의 피치로 반복 배열된 원뿔기둥 형상의 나노 구조물로 이루어진 나노코팅층;을 포함할 수 있다.

Description

나노코팅층을 갖는 카메라 렌즈 {LENS FOR CAMERA HAVING THE NANO COATING LAYER}

본 발명은 카메라 렌즈에 관한 것으로, 특히, 무반사 및 친수 성능을 높여 이미지의 왜곡과 방해를 최소화할 수 있도록 하는 나노코팅층을 갖는 카메라 렌즈에 관한 것이다.

최근 자율주행 기술의 발전에 따라 다양한 형태의 운전자 지원 시스템이 나타나고 있고 안전운전의 보조 편의성 향상을 위해 카메라 센서가 사용되고 있다.

어라운드 뷰 모니터(Around view monitor), 후방 감시 카메라(Rear view camera), 주차 지원 시스템(Parking assist system) 등과 같이 차량 주변의 영상 감지를 위해 외부에 장착되는 카메라의 경우, 미세먼지, 강설, 강우, 안개 등 악천후 환경의 영향으로 렌즈 표면이 오염되며, 이로 인해 미인식, 오인식, 왜곡 등으로 ADAS()의 기능이 제한되는 문제가 발생하게 된다.

특히, 영상 기반의 객체 인식 시스템의 경우 왜곡 발생시 미인식, 오인식으로 인한 사고의 위험이 존재하며, 악천후에 의한 렌즈 오염은 발생 빈도가 높아 ADAS 시스템의 안정성 확보와 자율주행 기술의 구현을 위해서 반드시 극복해야할 필요가 있다.

이러한 렌즈 표면의 오염을 제거하는 한 방법으로서, 기존의 자동차나 유리용 무반사 방습제, 예를 들어, 김서림방지제는 화학적인 코팅방법으로, 각각 소수성 부여 화학용제(계면활성제)와 친수성 부여 화학용제를 사용하는 방식을 통해 일시적 기능 부여를 제공하고 있지만 그 기능의 소멸이 하루에서 이틀 정도로 대단히 일시적이기 때문에 그 사용이 제한적인 효과를 가진다.

따라서, 악천 환경의 극복을 위해 렌즈 표면의 오염 및 환경 왜곡 개선을 위한 연구가 필요하다.

국내공개특허 제10-2014-0058498호(공개일자: 2014.05.14)

이에 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명은, 일시적인 발수 또는 방습 기능이 아닌 극대화된 표면적으로 인해 물과의 계면을 이루지 않고 표면 자체의 친수화를 통해 반영구적 방습성을 갖는 나노코팅층을 갖는 카메라 렌즈를 제공하고자 한다.

또한, 본 발명은, 반영구적인 김서림 방지 효과를 갖는 나노코팅층을 갖는 카메라용 렌즈를 제공하고자 한다.

본 발명의 목적은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기 과제를 해결하기 위한 수단으로서, 본 발명의 일 실시 형태에 따르면, 렌즈부; 및 상기 렌즈부의 전체 표면에 형성되며, 원뿔기둥이 200nm의 피치로 반복 배열된 나노 구조물로 이루어진 나노코팅층;을 포함하는 나노코팅층을 갖는 카메라 렌즈를 제공한다.

상기 나노 코팅층은, 친수성에 의한 접촉각이 8.29도 이하인 것을 특징으로 한다.

상기 나노코팅층의 광투과도는 93.9%이고, 두께는 11.57㎛ 이고, 균일도는 1.08%이고, 경도는 3H 인 것을 특징으로 한다.

상기 나노코팅층의 원뿔기둥의 크기는 400nm 인 것을 특징으로 한다.

상기 나노구조물은, 미세 나노패터닝 기술을 이용하여 형성된 것을 특징으로 한다.

본 발명은, 나노 구조물과 같은 물리적 구조를 갖는 나노코팅층에 의해 반영구적 김서림 방지 효과가 예상되므로 일시적 효과를 갖는 화학적 계면활성제를 대체할 수 있도록 할 수 있다.

또한, 본 발명은, 악천후 또는 오염 환경, 야간 환경 속에서도 나노 구조물과 같은 물리적 무반사 기능과 방습 기능을 부여하여 이미지의 왜곡과 방해를 최소화할 수 있다.

또한, 본 발명은, 나노 구조물로부터 발현되는 반영구적 방습 기능을 가짐으로써 주기적인 부품 교체 및 발수 코팅으로 인한 경제적 비용을 절감할 수 있다.

또한, 본 발명은, 나노 구조물로부터 발현되는 반영구적 방습 기능을 통해 카메라 센서 오염 방지 및 투과율 확보가 가능함으로 이미지 인식 성능을 향상시킬 수 있다.

또한, 본 발명은, 스마트카, 드론, 스마트쉽뿐만 아니라 광학부품이나 IT 부품, 대면적 외장제, 안경, 카메라 렌즈 등 영구적인 방습 기능을 필요로 하는 다양한 분야에 적용이 가능할 수 있다.

도 1은, 본 발명의 일 실시예에 따른 나노코팅층을 갖는 카메라 렌즈의 전체 구성을 나타낸 도면이다.
도 2는, 본 발명의 일 실시예에 따른 나노코팅층을 갖는 카메라 렌즈에 적용된 나노코팅층의 SEM 이미지를 도시한 도면이다.
도 3은, 본 발명의 일 실시예에 따른 나노코팅층을 갖는 카메라 렌즈에 적용된 나노코팅층의 피치를 설명하기 위한 예시도이다.
도 4는, 본 발명의 일 실시예에 따른 나노코팅층을 갖는 카메라 렌즈에 적용된 나노코팅층의 접촉각을 도시한 도면이다.
도 5는, 본 발명의 일 실시예에 따른 나노코팅층을 갖는 카메라 렌즈에 적용된 나노 코팅층의 접촉각과 관련하여 친수성을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은, 본 발명의 일 실시예에 따른 나노코팅층을 갖는 카메라 렌즈를 적용한 차량용 카메라와, 기존 차량용 카메라를 이용하여 악천후 환경에서 고속 주행시 촬영한 영상을 각각 나타낸 예시도이다.
도 7은, 본 발명의 일 실시예에 따른 나노코팅층을 갖는 카메라 렌즈를 적용한 차량용 카메라와, 기존 차량용 카메라를 이용하여 악천후 환경에서 저속 주행시 촬영한 영상을 각각 나타낸 예시도이다.

본 발명의 목적 및 효과, 그리고 그것들을 달성하기 위한 기술적 구성들은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 본 발명을 설명함에 있어서 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다.

그리고 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다.

그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있다. 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 설명하도록 한다.

도 1은, 본 발명의 일 실시예에 따른 나노코팅층을 갖는 카메라 렌즈의 전체 구성을 나타낸 도면이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 나노코팅층을 갖는 카메라 렌즈(1)는, 렌즈부(10)와, 렌즈부(10) 표면에 형성된 나노코팅층(20)을 포함하여 구성된다.

렌즈부(10)는, 카메라 모듈, 예를 들면 차량용 카메라 모듈 내에 포함될 수 있다. 이러한 렌즈부(10)는 한 면이 외부에 노출된다. 렌즈부(10)의 한 면이 비, 안개 등의 외부 환경에 노출되는 경우, 카메라 모듈의 광학적 특성이 나빠지거나, 시야가 충분하게 확보되지 않을 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 렌즈부(10)는, 하나의 렌즈를 예를 들어 설명하였지만, 이에 한정되는 것은 아니며 복수 매의 렌즈를 포함할 수 있으며 각 렌즈는 오목렌즈, 볼록렌즈 등 다양한 형상을 가질 수 있고, 제품 사양에 따라 설계 변경 및 조합이 가능하다.

그리고, 나노코팅층(20)은, 렌즈부(10) 상에 형성되며 나노구조물이 주기적인 피치로 반복 배열된 나노 패턴을 포함한다. 나노 패턴의 제작은 미세 나노패터닝 기술을 이용할 수 있으며, 미세 나노패터닝 기술을 이용함으로써 나노 패턴을 정교하게 제작할 수 있을 뿐만 아니라 대량생산이 가능할 수 있다.

이러한 나노코팅층(20)은, 반사방지 역할을 수행할 수 있으며, 나노구조물을 가짐으로써 렌즈의 투과율을 향상시킬 수 있으며, 광투과도는 93.9% 이다.

또한, 나노코팅층(20)은, 200nm의 피치로 나노구조물이 반복 배열되되, 이러한 배열이 서로 어굿나도록 1열, 2열 및 3열이 하나의 조합으로 배열되어 매트릭스 구조를 구현할 수 있다. 자세한 설명은 도 3을 참조하여 설명하도록 한다.

또한, 나노코팅층(20)은 물을 떨어뜨렸을 때 물이 퍼지는 각인 접촉각이 10° 이하, 바람직하게는, 8.29° 일 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 나노코팅층이 10° 이하의 접촉각을 가짐으로써, 물을 튕겨내는 발수가 아니라 물을 최대한 수평하게 흡착함으로 물방울 및 수분에 의한 영상 화질 저하를 방지할 수 있다.

즉, 본 발명의 나노코팅층(20)은 표면에 액적이 떨어졌을 때, 액적을 최대한 수평하게 흡착할 수 있도록 최적의 조건을 갖도록 구현될 수 있다.

나노코팅층(20)의 두께는, 11.57㎛ 일 수 있으며, 균일도는 1.08% 일 수 있으며, 경도는 3H 일 수 있다.

또한, 나노코팅층(20)에 포함된 나노구조물의 높이는 400nm 일 수 있다.

또한, 나노코팅층(20)의 나노구조물 형상은 원뿔기둥, 삼각뿔 등으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다. 이러한 형상을 통해 표면적을 넓게 하여 친수성을 높일 수 있다.

상술한 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 나노코팅층을 갖는 카메라 렌즈(1)는, 나노구조물을 구비함으로써 카메라 렌즈의 흡착 면적이 감소되어 외부 환경에 설치시 오염에 강인하여 객체 인식을 위한 정밀한 영상 취득이 가능하게 된다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 나노코팅층을 갖는 카메라 렌즈(1)는, 나노구조물을 포함하는 나노코팅층(20)에 의해 물리적인 친수성을 가지며, 렌즈 상의 물방울이 펴지게 하여 렌즈 표면의 김서림 또는 물방울 맺힘을 방지할 수 있으므로, 이미지 왜곡 등 영상 화질 저하를 방지하고 이미지 인식 성능을 향상시킬 수 있다.

이를 통해 본 발명에 따른 나노코팅층을 갖는 카메라 렌즈를, 차선, 차량, 보행자, 연석 등 차량 주변의 접근 장애물을 인식하여 전방 물체 인식 차량 긴급 제동(AEB), 접근 장애물 감지 주차보조 시스템(PAS) 및 차량주변 모니터링(AVM) 기능을 제공하는 운전자 보조 시스템에 적용될 경우, 교통사고 발생률을 현저히 감소시킬 수 있다.

도 2는, 본 발명의 일 실시예에 따른 나노코팅층을 갖는 카메라 렌즈에 적용된 나노코팅층의 SEM 이미지를 도시한 도면이다.

도 3은, 본 발명의 일 실시예에 따른 나노코팅층을 갖는 카메라 렌즈에 적용된 나노코팅층의 피치를 설명하기 위한 예시도이다.

도 2 및 도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 나노코팅층(20)은, 피치(P)가 200nm로 나노구조물(201)이 반복 배열된 나노 패턴을 가진다.

이러한 나노 패턴은, 동일한 피치(P)를 갖는 A열, B열, C열이 반복하여 배열되어 매트릭스 형상을 구현할 수 있다.

도 4는, 본 발명의 일 실시예에 따른 나노코팅층을 갖는 카메라 렌즈에 적용된 나노코팅층의 접촉각을 도시한 도면이다.

도 5는, 본 발명의 일 실시예에 따른 나노코팅층을 갖는 카메라 렌즈에 적용된 나노 코팅층의 접촉각과 관련하여 친수성을 설명하기 위한 도면이다.

도 4 및 도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 나노코팅층을 갖는 카메라 렌즈(1)는, 나노코팅층(20) 상에 액적(30)을 떨어뜨렸을 때, 액적(30)을 수평하게 펴지도록 하며, 그 접촉각이 8.29°로 측정되었다. 여기서, 접촉각은 렌즈의 표면에 떨어진 액적이 퍼지는 각도이므로, 각도가 낮을수록 친수성이 좋은 것을 의미한다.

따라서, 본 발명의 나노코팅층(20)의 접촉각이 낮아 친수성이 좋은 것을 알 수 있으며, 이러한 특성에 의해 렌즈 표면의 김서림 또는 물방울 맺힘을 방지할 수 있으므로, 이미지 왜곡 등 영상 화질 저하를 방지하고 이미지 인식 성능을 향상시킬 수 있다.

이하, 도 6 및 도 7을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 나노코팅층을 적용한 카메라의 영상에서 왜곡을 발생시키는 오염의 개선여부를 비교예와 비교하여 확인하도록 한다.

도 6은, 본 발명의 일 실시예에 따른 나노코팅층을 갖는 카메라 렌즈를 적용한 차량용 카메라와, 기존 차량용 카메라를 이용하여 악천후 환경에서 고속 주행시 촬영한 영상을 각각 나타낸 예시도이며, 도 6의 (a)는 본 발명에 따른 카메라 영상을, 도 6의 (b)는 비교예에 따른 카메라 영상을 각각 나타낸다.

비교예는, 나노코팅층을 적용하지 않은 카메라이며, 실시예는 본 발명에 따른 나노코팅층을 카메라 렌즈의 전면에 적용한 카메라이다.

실험 차량에는 카메라 렌즈의 전면에 나노코팅층을 적용한 카메라(실험예)와 나노코팅층을 적용하지 않은 동일한 성능의 카메라(비교예)를 차량 정면에 병렬로 부착하고, 주행 중 다채널의 영상을 시간 동기화하여 취득할 수 있는 DB 취득 장치에 카메라들을 연결하여 악천후 상황에서의 실제 도로 주행 영상을 취득하였다.

주행 영상은 카메라의 설치 후 약 1년에 걸쳐 취득하였고 취득된 영상 중 악천후 상황에서의 오염 개선 효과 확인을 위한 지표로 우천, 눈, 안개 상황에서 수분의 흡착 정도, 흡착 후 회복까지의 시간, 수분 흡착시 영상의 왜곡 정도 등을 악천후 영상에서 살펴보았다. 영상 취득은 전국의 일반도로, 고속도로, 생활도로에서 이루어졌다.

도 6의 (a) 및 (b)를 참조하면, 주행 영상의 검토 결과, 수분의 흡착은 실험예와 비교예에서 유사하게 나타났으며, 70km/h 이상의 고속 주행 영상에서는 나노 코팅층을 적용한 카메라(실시예)에서 수분이 더 빠르게 제거되는 모습을 볼 수 있었다.

즉, 비교예의 경우, 도 6의 (b)에 도시된 바와 같이, 고속 주행 영상에서 렌즈 표면에 김서림으로 인한 화면 화질 저하가 보임을 알 수 있다.

도 7은, 본 발명의 일 실시예에 따른 나노코팅층을 갖는 카메라 렌즈를 적용한 차량용 카메라와, 기존 차량용 카메라를 이용하여 악천후 환경에서 저속 주행시 촬영한 영상을 각각 나타낸 예시도이며, 도 7의 (a)는 본 발명에 따른 카메라 영상을, 도 6의 (b)는 비교예에 따른 카메라 영상을 각각 나타낸다.

비교예는, 나노코팅층을 적용하지 않은 카메라이며, 실시예는 본 발명에 따른 나노코팅층을 카메라 렌즈의 전면에 적용한 카메라이다. 실험은 도 6에서 설명한 실험 조건과 동일하게 진행하여 영상을 획득하였다.

도 7의 (a) 및 (b)를 참조하면, 50km/h 이하의 저속 주행 영상에서는 나노 코팅층을 갖는 카메라(실시예)에서 수분의 제거가 비교예의 카메라보다 더 빨리 일어나는 모습을 확인할 수 있었다.

즉, 도 7의 (b)에 도시된 바와 같이 비교예의 경우 촬영된 영상에 수분에 의한 화면 화질 저하가 보임을 알 수 있다.

한편, 바람의 영향이 강하게 나타날 것으로 예상되는 고속 주행시에 비해 바람의 영향이 적은 저속 주행의 상황에서 나노코팅층의 친수 특성이 더 효과적으로 발현되는 것을 확인하였다.

따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 나노코팅층을 카메라에 적용하는 경우, 악천후에 보다 개선된 영상의 취득이 가능하며, 특히, 차량의 측, 후방에 장착되어 바람을 이용해 수분을 제거하기 어려운 후방카메라나 어라운드 뷰용 카메라 등에 적용하면 악천후 시 운전자의 편의성 개선 및 안전운전 지원에 효과적일 수 있다.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (5)

1. 렌즈부; 및
   상기 렌즈부의 전체 표면에 형성되며, 원뿔기둥이 200nm의 피치로 반복 배열된 나노 구조물로 이루어진 나노코팅층;을 포함하는, 나노코팅층을 갖는 카메라 렌즈.
2. 제1항에 있어서,
   상기 나노 코팅층은, 친수성에 의한 접촉각이 8.29도 이하인 것을 특징으로 하는 나노코팅층을 갖는 카메라 렌즈.
3. 제2항에 있어서,
   상기 나노코팅층의 광투과도는 93.9%이고, 두께는 11.57㎛ 이고, 균일도는 1.08%이고, 경도는 3H 인 것을 특징으로 하는 나노코팅층을 갖는 카메라 렌즈.
4. 제3항에 있어서,
   상기 나노코팅층의 원뿔기둥의 크기는 400nm 인 것을 특징으로 하는 나노코팅층을 갖는 카메라 렌즈.
5. 제4항에 있어서,
   상기 나노구조물은, 미세 나노패터닝 기술을 이용하여 형성된 것을 특징으로 하는 나노코팅층을 갖는 카메라 렌즈.

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