KR102045534B1

KR102045534B1 - Ｄｏｅ 패턴을 포함하는 렌즈

Info

Publication number: KR102045534B1
Application number: KR1020130066553A
Authority: KR
Inventors: 박상준
Original assignee: 엘지이노텍 주식회사
Priority date: 2013-06-11
Filing date: 2013-06-11
Publication date: 2019-11-15
Anticipated expiration: 2033-06-11
Also published as: KR20140144500A

Abstract

본 발명의 한 실시예에 따른 렌즈는 적어도 한 면에 형성된 DOE(Diffractive Optical Element) 패턴을 포함하며, 상기 DOE 패턴은 링 형상의 돌출부를 적어도 하나 포함하고, 상기 돌출부는 돌출 방향에 대한 최고점과 최저점을 포함하고, 상기 돌출 방향과 수직인 방향으로 상기 최고점과 상기 최저점 간의 거리는 100 내지 500nm이다.

Description

ＤＯＥ 패턴을 포함하는 렌즈{LENS COMPRISING DOE PATTERNS}

본 발명은 렌즈에 관한 것으로, 보다 상세하게는 DOE(Diffractive Optical Element) 패턴을 포함하는 렌즈에 관한 것이다.

빛의 굴절각은 파장이 길어질수록 작아지며, 파장이 짧아질수록 커진다. 파장에 따른 굴절각의 차이로 인하여, 렌즈를 투과한 빛은 색수차가 발생하게 된다.

한편, 빛의 회절각은 파장이 짧아질수록 작아지며, 파장이 길어질수록 커진다. 이러한 특성을 이용하여 렌즈의 표면에 회절 광학 소자(Diffractive Optical Element, DOE) 패턴을 형성하고, 색수차를 줄일 수 있다.

렌즈의 표면에 DOE 패턴을 형성하기 위하여, 소재 물질을 금형 내부로 주입한 후 사출한다. 이때, 소재 물질이 주입되는 주입구와의 거리 또는 위치에 따라 형성되는 DOE 패턴에 오차가 발생할 수 있다.

이러한 오차는 렌즈의 광학 성능을 저하시키며, 플레어(flare) 또는 색번짐을 일으킬 수 있다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 균일한 DOE(Diffractive Optical Element) 패턴이 형성된 렌즈를 제공하는 것이다.

상기 돌출부의 최고점 및 최저점 간의 최단 거리에 대하여 상기 돌출부의 최고점 및 최저점 간의 최장 거리의 비는 1배 내지 4배일 수 있다.

상기 최장 거리와 상기 최단 거리의 차는 200 내지 400nm일 수 있다.

상기 최장 거리는 상기 렌즈를 제1 방향에서 절단한 단면 내의 거리이고, 상기 최단 거리는 상기 렌즈를 상기 제1 방향에 수직하는 제2 방향에서 절단한 단면 내의 거리일 수 있다.

상기 제1 방향은 상기 DOE 패턴이 포함된 렌즈를 사출하기 위하여 금형 상에 소재 물질을 주입하는 방향일 수 있다.

본 발명의 실시예에 따르면, 해상력 등의 광학 성능이 우수하고, 플레어(flare) 및 색번짐을 최소화하는 렌즈를 얻을 수 있다.

도 1은 DOE 패턴이 형성된 렌즈에 의한 색수차 보정을 설명하는 도면이다.
도 2는 DOE 패턴이 형성된 렌즈를 사출하기 위한 금형의 일 예이다.
도 3은 도 2의 금형을 통하여 사출된 렌즈를 A방향으로 절단한 단면도이고, 도 4는 도 2의 금형을 통하여 사출된 렌즈를 B 방향으로 절단한 단면도이다.
도 5는 본 발명의 한 실시예에 따른 DOE 패턴이 형성된 렌즈를 사출하기 위한 금형을 나타낸다.
도 6은 도 5의 금형을 통하여 사출된 렌즈를 A방향으로 절단한 단면도이고, 도 7는 도 5의 금형을 통하여 사출된 렌즈를 B 방향으로 절단한 단면도이다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 DOE 패턴이 형성된 렌즈를 사출하기 위한 금형을 나타낸다.
도 9는 DOE 패턴의 단면도를 나타낸다.
도 10은 도 1에 따른 금형을 통하여 사출된 렌즈의 A 방향 단면의 돌출부이고, 도 11은 도 1에 따른 금형을 통하여 사출된 렌즈의 B 방향 단면의 돌출부이다. 그리고, 도 12는 도 5에 따른 금형을 통하여 사출된 렌즈의 A 방향 단면의 돌출부이고, 도 13은 도 5에 따른 금형을 통하여 사출된 렌즈의 B 방향 단면의 돌출부이다.
도 14는 도 1에 따라 사출한 렌즈에 대한 시뮬레이션 이미지이고, 도 15는 도 5에 따라 사출한 렌즈에 대한 시뮬레이션 이미지이다.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

제2, 제1 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제2 구성요소는 제1 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제1 구성요소도 제2 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 실시예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.

도 1은 DOE 패턴이 형성된 렌즈에 의한 색수차 보정을 설명하는 도면이다.

도 1 (a) 내지 (c)를 참조하면, 파장에 따른 굴절률의 차이로 인하여, 일반 렌즈(1)를 투과한 빛은 색수차가 발생하게 된다.

한편, 파장에 따른 회절률은 굴절률과 반대의 특성을 가진다. 이에 따라, 일반 렌즈(1)로부터 발생하는 색수차를 보정하기 위하여 회절 효과를 가지는 렌즈(2)를 이용할 수 있다. 즉, 렌즈의 표면에 회절 효과를 얻기 위한 미세한 격자(이하, DOE(Diffractive Optical Element) 패턴이라 한다)를 새김으로써 빛을 회절시킴과 동시에 집광시킬 수 있다.

렌즈에 DOE 패턴을 형성하기 위하여, DOE 패턴 형상의 금형을 이용할 수 있다.

도 2는 DOE 패턴이 형성된 렌즈를 사출하기 위한 금형의 일 예이다.

도 2를 참조하면, 주입구(11)를 통하여 금형(10)의 내부로 소재 물질을 주입한 후 렌즈를 사출한다. 여기서, 소재 물질은 렌즈를 형성하는 물질이며, 유리 또는 플라스틱 소재일 수 있다. 금형(10)으로부터 사출된 렌즈의 DOE 패턴은 링 형상의 돌출부를 적어도 하나 포함할 수 있다.

도 3은 도 2의 금형을 통하여 사출된 렌즈를 A방향으로 절단한 단면도이고, 도 4는 도 2의 금형을 통하여 사출된 렌즈를 B 방향으로 절단한 단면도이다.

도 3 및 도 4를 참고하면, A 방향으로 절단한 단면의 DOE 패턴(110)과 B 방향으로 절단한 단면의 DOE 패턴(120)이 상이하다. 이는 주입구의 측면에는 소재 물질이 골고루 주입되나, 소재 물질의 점도 등으로 인하여 주입구의 정면에는 소재 물질이 골고루 주입될 수 없기 때문이다. 이로 인하여, 주입구의 측면인 A 방향으로 절단한 단면의 DOE 패턴(110)은 금형의 형상과 거의 일치하지만, 주입구의 정면인 B 방향으로 절단한 단면의 DOE 패턴(120)은 금형의 형상과 차이가 나게 된다.

이와 같이, 하나의 렌즈(100) 내에서 위치에 따라 DOE 패턴의 형상이 상이한 경우, 해상도 등의 광학 성능이 저하될 수 있다. 또한, 이러한 렌즈를 카메라에 적용하는 경우, 플레어(flare) 현상 또는 색번짐 현상이 발생할 가능성이 커질 수 있다.

본 발명의 실시예에 따르면, 렌즈의 위치에 따른 DOE 패턴의 형상의 차를 최소화하고자 한다. 이를 위하여, 2 이상의 주입구를 포함하는 금형을 이용하여 DOE 패턴이 형성된 렌즈를 제작하고자 한다.

도 5는 본 발명의 한 실시예에 따른 DOE 패턴이 형성된 렌즈를 사출하기 위한 금형을 나타낸다.

도 5를 참조하면, 금형(20)의 내부에는 DOE 패턴에 대응하는 형상이 형성되며, 예를 들면 4개의 주입구(21, 22, 23, 24)가 금형(20)의 가장자리에 연결된다. 주입구(21, 22, 23, 24)를 통하여 금형(20)의 내부로 소재 물질을 주입한 후 렌즈를 사출한다. 이에 따라, 렌즈의 적어도 한 면에는 금형(20)의 형상에 대응하는 DOE 패턴이 형성될 수 있다.

각 주입구(21, 22, 23, 24)는 금형의 가장자리로부터 중심으로 향하는 방향에 대하여 수직인 방향으로 연결될 수 있다. 이에 따라, 소재 물질은 금형의 측면 방향으로 주입될 수 있으며, 소재 물질의 점도에 따른 제약 없이 정교한 형상을 얻을 수 있다.

도 6은 도 5의 금형을 통하여 사출된 렌즈를 A방향으로 절단한 단면도이고, 도 7는 도 5의 금형을 통하여 사출된 렌즈를 B 방향으로 절단한 단면도이다.

도 6 및 도 7을 참고하면, A 방향으로 절단한 단면의 DOE 패턴(210)과 B 방향으로 절단한 단면의 DOE 패턴(220)이 유사하다. 이와 같이, 소재 물질을 주입하는 주입구의 수를 늘리고, 소재 물질을 렌즈의 측면 방향으로 주입하면, 렌즈의 위치에 따른 DOE 패턴의 형상의 차를 최소화할 수 있다.

도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 DOE 패턴이 형성된 렌즈를 사출하기 위한 금형을 나타낸다.

도 8을 참조하면, 금형(30)에는 4개의 주입구(31, 32, 33, 34)가 연결되며, 주입구(31, 32, 33, 34)를 통하여 금형(30)의 내부로 소재 물질을 주입한 후 렌즈를 사출한다. 특히, 금형(30)의 주입구 부근에는 소재 물질을 양 방향으로 나누어 주입시키기 위한 구조물(35, 36, 37, 38)이 더 포함될 수 있다. 이에 따라, 소재 물질은 금형의 측면 방향으로 주입될 수 있으며, 소재 물질의 점도에 따른 제약 없이 정교한 형상을 얻을 수 있다.

이하, 본 발명의 실시예에 따른 DOE 패턴의 위치에 따른 형상의 차를 구체적으로 설명한다.

도 9는 DOE 패턴의 단면도를 나타낸다.

도 9를 참조하면, DOE 패턴(900)은 렌즈의 중심을 기준으로 하여 링 형상의 돌출부(910, 920, 930)를 적어도 하나 포함할 수 있다. 각 돌출부는 돌출 방향(H)에 대한 최고점(HP) 및 최저점(LP)을 가진다. 여기서, 최고점(HP)은 돌출부의 단면 상에서 높이가 가장 높은 지점을 의미하고, 최저점(LP)은 동일한 돌출부의 단면 상에서 높이가 가장 낮은 지점을 의미한다. 돌출부의 최고점(HP)과 최저점(LP) 간의 수평 거리(D)를 이용하여 DOE 패턴이 세밀하게 형성되었는지를 예측할 수 있다. 여기서, 수평 거리(D)는 돌출 방향(H)에 수직인 방향(R)에서의 거리를 의미한다. DOE 패턴이 금형에 가깝게 형성될수록 최고점(HP)과 최저점(LP) 간의 수평 거리(D)는 짧게 된다. 한편, 렌즈의 위치 별 수평 거리(D)의 차를 이용하여 DOE 패턴의 형상이 균일한지를 예측할 수 있다.

도 10은 도 1에 따른 금형을 통하여 사출된 렌즈의 A 방향 단면의 돌출부이고, 도 11은 도 1에 따른 금형을 통하여 사출된 렌즈의 B 방향 단면의 돌출부이다. 그리고, 도 12는 도 5에 따른 금형을 통하여 사출된 렌즈의 A 방향 단면의 돌출부이고, 도 13은 도 5에 따른 금형을 통하여 사출된 렌즈의 B 방향 단면의 돌출부이다.

도 10을 참조하면, 최고점과 최저점 간의 수평 거리(D)는 162nm이다. 도 11을 참조하면, 최고점과 최저점 간의 수평 거리(D)는 785nm이다. 이때, A 방향 및 B 방향에서 수평 거리의 차는 600nm이상(785nm-162nm)이며, 최단 수평 거리(162nm)에 대한 최장 수평 거리(785nm)의 비는 4.8배 이상이다.

이에 반해, 도 12를 참조하면, 최고점과 최저점 간의 수평 거리(D)는 138nm이다. 도 13을 참조하면, 최고점과 최저점 간의 수평 거리(D)는 436nm이다. 이때, A 방향 및 B 방향에서 수평 거리의 차는 300nm이하(436nm-138nm)이며, 최단 수평 거리(138nm)에 대한 최장 수평 거리(436nm)의 비는 4배 이하이다.

이와 같이, 본 발명의 실시예에 따르면, DOE 패턴의 돌출부의 최고점과 최저점 사이의 수평 거리가 100nm 내지 500nm, 바람직하게는 120nm 내지 470nm, 더욱 바람직하게는 130nm 내지 440nm인 렌즈를 얻을 수 있다. 또한, DOE 패턴의 돌출부의 최고점과 최저점 사이의 최단 수평 거리에 대한 최장 수평 거리의 비가 1배 내지 4 배, 바람직하게는 3배 내지 3.5배인 렌즈를 얻을 수 있다. 또한, DOE 패턴의 돌출부의 최고점과 최저점 사이의 최장 수평 거리와 최단 수평 거리의 차가 600nm이하, 바람직하게는 200nm 내지 400nm 이하, 더욱 바람직하게는 250nm 내지 350nm이하인 렌즈를 얻을 수 있다.

이와 같이, 렌즈의 위치에 따른 DOE 패턴의 형상의 차를 최소화할 경우, 렌즈의 광학 성능을 높일 수 있으며, 플레어 현상 및 색번짐 현상을 줄일 수 있다.

도 14는 도 1에 따라 사출한 렌즈에 대한 시뮬레이션 이미지이고, 도 15는 도 5에 따라 사출한 렌즈에 대한 시뮬레이션 이미지이다.

도 14를 참조하면, 평균 밝기를 40으로 고정한 경우, 노출 시간은 8ms인 것으로 나타났다. 그리고, 도 15를 참조하면, 평균 밝기를 40으로 고정한 경우, 노출 시간은 19ms인 것으로 나타났다.

즉, 최장 수평 거리와 최단 수평 거리의 차를 약 600nm에서 약 300nm로 줄인 경우, 동일한 밝기에서 노출 시간이 2배 이상 늘어남을 알 수 있다. 이는 고휘도 광원에서 플레어 현상이 줄어든다는 것을 의미한다.

본 발명의 실시예에 따른 렌즈는 카메라 모듈에 적용될 수 있다. 특히, 이를 이용하여 소형화 추세의 휴대 단말에 내장되는 고성능 카메라 모듈을 얻을 수 있다.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

20: 금형
21, 22, 23, 24: 주입구
900: DOE 패턴
910, 920, 930: 돌출부

Claims

적어도 한 면에 형성된 DOE(Diffractive Optical Element) 패턴을 포함하며,
상기 DOE 패턴은 링 형상의 돌출부를 적어도 하나 포함하고,
상기 돌출부는 돌출 방향에 대한 최고점과 최저점을 포함하고, 상기 돌출 방향과 수직인 방향으로 상기 최고점과 상기 최저점 간의 최단 거리에 대하여 상기 돌출부의 최고점 및 최저점 간의 최장 거리의 비는 1배 내지 4배인 렌즈.
제1항에 있어서,
상기 돌출 방향과 수직인 방향으로 상기 최고점과 상기 최저점 간의 거리는 100 내지 500nm인 렌즈.
제1항에 있어서,
상기 최장 거리와 상기 최단 거리의 차는 200 내지 400nm인 렌즈.
제1항에 있어서,
상기 최장 거리는 상기 렌즈를 제1 방향에서 절단한 단면 내의 거리이고, 상기 최단 거리는 상기 렌즈를 상기 제1 방향에 수직하는 제2 방향에서 절단한 단면 내의 거리인 렌즈.
제4항에 있어서,
상기 제1 방향은 상기 DOE 패턴이 포함된 렌즈를 사출하기 위하여 금형 상에 소재 물질을 주입하는 방향인 렌즈.