차량용 카메라는 지능형 운전자 보조시스템(ADAS), 자율 주행 차량(AV)를 요구하는 자동차 시장에서 매우 필수적인 요소 중 하나로 인식되고 있다. 또한 자동차의 전방위 이미지 획득 및 정밀한 거리 측정 등을 위한 차량용 카메라에 대한 필요성도 증가하고 있어 향후 차량용 카메라에 대한 수요가 급증할 것으로 예상되고 있다. 하지만 현재의 차량용 카메라는 열에 강한 유리 소재 렌즈를 대부분 사용하고 있어 생산 비용을 낮추는 데 한계가 있으므로, 최근에는 생산 단가를 낮출 수 있는 유리-플라스틱 혼합 소재 혹은 유리 소재 렌즈를 플라스틱 소재로 모두 교체한 차량용 카메라 설계에 관한 연구들이 활발히 진행되고 있다. 플라스틱 소재는 유리 소재에 비해 열에 매우 취약하여, 온도 변화로 인한 물리적, 광학적 특성 변화가 있다는 단점이 있다. 따라서 단가를 줄이기 위해 플라스틱 소재로 교체하는 설계는 온도 변화에 따른 광학적 특성 변화를 고려하여 설계가 이루어져야 한다. 따라서, 본 연구에서는 자동차용 전장 부품의 온도 신뢰성 평가기준을 기반으로 설정한 -40℃ ~ 80℃ 온도 범위에서 안정적인 광학 성능을 유지 할 수 있는 F-number가 2.8이고, Total Track Length가 18 mm 이하이며, 일반적인 차량용 카메라에서 요구되는 ...
차량용 카메라는 지능형 운전자 보조시스템(ADAS), 자율 주행 차량(AV)를 요구하는 자동차 시장에서 매우 필수적인 요소 중 하나로 인식되고 있다. 또한 자동차의 전방위 이미지 획득 및 정밀한 거리 측정 등을 위한 차량용 카메라에 대한 필요성도 증가하고 있어 향후 차량용 카메라에 대한 수요가 급증할 것으로 예상되고 있다. 하지만 현재의 차량용 카메라는 열에 강한 유리 소재 렌즈를 대부분 사용하고 있어 생산 비용을 낮추는 데 한계가 있으므로, 최근에는 생산 단가를 낮출 수 있는 유리-플라스틱 혼합 소재 혹은 유리 소재 렌즈를 플라스틱 소재로 모두 교체한 차량용 카메라 설계에 관한 연구들이 활발히 진행되고 있다. 플라스틱 소재는 유리 소재에 비해 열에 매우 취약하여, 온도 변화로 인한 물리적, 광학적 특성 변화가 있다는 단점이 있다. 따라서 단가를 줄이기 위해 플라스틱 소재로 교체하는 설계는 온도 변화에 따른 광학적 특성 변화를 고려하여 설계가 이루어져야 한다. 따라서, 본 연구에서는 자동차용 전장 부품의 온도 신뢰성 평가기준을 기반으로 설정한 -40℃ ~ 80℃ 온도 범위에서 안정적인 광학 성능을 유지 할 수 있는 F-number가 2.8이고, Total Track Length가 18 mm 이하이며, 일반적인 차량용 카메라에서 요구되는 화각 120 ˚ 이상을 갖는 광학계를 설계하였다. 센서는 Pixel Size가 2 μm 이고, 크기가 1/3 inch인 4M급 고해상도 센서를 채택하여 설계하였다. 설계는 외부 기계/전자 부품을 이용한 온도에 따른 Defocus 보정 기법을 사용하지 않고 광학 소재의 온도에 따른 광학 특성 차이를 이용한 수동 비열화 설계 기법을 이용하여 설계하였다. 특히 설계는 플라스틱 렌즈와 유리 렌즈가 복합된 렌즈계와 전 플라스틱 소재로 구성된 렌즈계에 대해서 소재 교체 및 재배치를 통해 온도에 따른 Back Focal Length(BFL) 변화량이 초점 심도 안으로 들어오도록 설계하였으며, 일정 조건(-40℃~80℃)의 온도에서 모든 Field의 MTF성능이 30% 이상을 유지하도록 설계하였다. 또한 렌즈계의 BFL변화를 Housing 팽창을 통해 보상이 될 수 있도록 Fringe Back Distance(FBD) 계산하여 Defocus량을 1 μm 이내가 되도록 설계하였다. 본 연구를 통하여 확인한 플라스틱 소재의 차량용 렌즈계 설계 결과가 유리-플라스틱 렌즈계 및 플라스틱 렌즈계의 비열화 설계에 도움이 될 수 있기를 기대한다.
차량용 카메라는 지능형 운전자 보조시스템(ADAS), 자율 주행 차량(AV)를 요구하는 자동차 시장에서 매우 필수적인 요소 중 하나로 인식되고 있다. 또한 자동차의 전방위 이미지 획득 및 정밀한 거리 측정 등을 위한 차량용 카메라에 대한 필요성도 증가하고 있어 향후 차량용 카메라에 대한 수요가 급증할 것으로 예상되고 있다. 하지만 현재의 차량용 카메라는 열에 강한 유리 소재 렌즈를 대부분 사용하고 있어 생산 비용을 낮추는 데 한계가 있으므로, 최근에는 생산 단가를 낮출 수 있는 유리-플라스틱 혼합 소재 혹은 유리 소재 렌즈를 플라스틱 소재로 모두 교체한 차량용 카메라 설계에 관한 연구들이 활발히 진행되고 있다. 플라스틱 소재는 유리 소재에 비해 열에 매우 취약하여, 온도 변화로 인한 물리적, 광학적 특성 변화가 있다는 단점이 있다. 따라서 단가를 줄이기 위해 플라스틱 소재로 교체하는 설계는 온도 변화에 따른 광학적 특성 변화를 고려하여 설계가 이루어져야 한다. 따라서, 본 연구에서는 자동차용 전장 부품의 온도 신뢰성 평가기준을 기반으로 설정한 -40℃ ~ 80℃ 온도 범위에서 안정적인 광학 성능을 유지 할 수 있는 F-number가 2.8이고, Total Track Length가 18 mm 이하이며, 일반적인 차량용 카메라에서 요구되는 화각 120 ˚ 이상을 갖는 광학계를 설계하였다. 센서는 Pixel Size가 2 μm 이고, 크기가 1/3 inch인 4M급 고해상도 센서를 채택하여 설계하였다. 설계는 외부 기계/전자 부품을 이용한 온도에 따른 Defocus 보정 기법을 사용하지 않고 광학 소재의 온도에 따른 광학 특성 차이를 이용한 수동 비열화 설계 기법을 이용하여 설계하였다. 특히 설계는 플라스틱 렌즈와 유리 렌즈가 복합된 렌즈계와 전 플라스틱 소재로 구성된 렌즈계에 대해서 소재 교체 및 재배치를 통해 온도에 따른 Back Focal Length(BFL) 변화량이 초점 심도 안으로 들어오도록 설계하였으며, 일정 조건(-40℃~80℃)의 온도에서 모든 Field의 MTF성능이 30% 이상을 유지하도록 설계하였다. 또한 렌즈계의 BFL변화를 Housing 팽창을 통해 보상이 될 수 있도록 Fringe Back Distance(FBD) 계산하여 Defocus량을 1 μm 이내가 되도록 설계하였다. 본 연구를 통하여 확인한 플라스틱 소재의 차량용 렌즈계 설계 결과가 유리-플라스틱 렌즈계 및 플라스틱 렌즈계의 비열화 설계에 도움이 될 수 있기를 기대한다.
Vehicle cameras are becoming one of the most essential elements to realize intelligent driver assistance systems and autonomous vehicles. In addition, the need for a vehicle camera for acquiring an omnidirectional image of a vehicle and measuring a precise distance is also increasing. Therefore, the...
Vehicle cameras are becoming one of the most essential elements to realize intelligent driver assistance systems and autonomous vehicles. In addition, the need for a vehicle camera for acquiring an omnidirectional image of a vehicle and measuring a precise distance is also increasing. Therefore, the demand for automotive cameras is expected to increase explosively in the future. Since most automotive cameras currently use glass lenses, at present, there is a limit to lowering the production cost. For this reason, recently, glass-plastic hybrid or all plastic lens systems for reducing the cost of vehicle cameras are attracting attention. However, compared to glass materials, plastic materials have a major disadvantage of large change in physical and optical properties with temperature variations, resulting in degradation of image quality. Therefore, when designing an optical system using a plastic material to reduce unit cost, changes in optical and physical properties according to temperature variation must be considered. In this study, a plastic optical system with F-number of 2.8, a total track length of 120 degree was designed, which could stably maintain optical performance in the range of -40 °C to 80 °C. A 4M high-resolution sensor with a size of 1/3 inch and a pixel size of 2 μm was adopted for the design. For the optical design, instead of the temperature-dependent defocus correction technique using external mechanical and/or electronic components, a passive athermal design technique using the optical characteristic difference according to the temperature was employed. In particular, optical systems composed of plastic-glass lenses and all plastic lenses were designed to be focused within the depth of focus by minimizing the change in back focal length through reasonable material replacement and relocation. And it was also designed so that MTF remained 30 % or higher for all fields. In addition, a defocus amount of less than 1 μm was achieved by utilizing the fringe rear focal length, which is related to the change in the back focal length through housing expansion. It is hoped that the plastic optical system design for vehicle cameras attempted through this study will be helpful in designing athermal design of glass-plastic and/or all-plastic lens systems.
Vehicle cameras are becoming one of the most essential elements to realize intelligent driver assistance systems and autonomous vehicles. In addition, the need for a vehicle camera for acquiring an omnidirectional image of a vehicle and measuring a precise distance is also increasing. Therefore, the demand for automotive cameras is expected to increase explosively in the future. Since most automotive cameras currently use glass lenses, at present, there is a limit to lowering the production cost. For this reason, recently, glass-plastic hybrid or all plastic lens systems for reducing the cost of vehicle cameras are attracting attention. However, compared to glass materials, plastic materials have a major disadvantage of large change in physical and optical properties with temperature variations, resulting in degradation of image quality. Therefore, when designing an optical system using a plastic material to reduce unit cost, changes in optical and physical properties according to temperature variation must be considered. In this study, a plastic optical system with F-number of 2.8, a total track length of 120 degree was designed, which could stably maintain optical performance in the range of -40 °C to 80 °C. A 4M high-resolution sensor with a size of 1/3 inch and a pixel size of 2 μm was adopted for the design. For the optical design, instead of the temperature-dependent defocus correction technique using external mechanical and/or electronic components, a passive athermal design technique using the optical characteristic difference according to the temperature was employed. In particular, optical systems composed of plastic-glass lenses and all plastic lenses were designed to be focused within the depth of focus by minimizing the change in back focal length through reasonable material replacement and relocation. And it was also designed so that MTF remained 30 % or higher for all fields. In addition, a defocus amount of less than 1 μm was achieved by utilizing the fringe rear focal length, which is related to the change in the back focal length through housing expansion. It is hoped that the plastic optical system design for vehicle cameras attempted through this study will be helpful in designing athermal design of glass-plastic and/or all-plastic lens systems.
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