KR100772593B1

KR100772593B1 - 비구면 플라스틱 렌즈 및 이의 제조 금형

Info

Publication number: KR100772593B1
Application number: KR1020060044284A
Authority: KR
Inventors: 이영호; 최광윤; 석진수
Original assignee: 삼성전기주식회사
Priority date: 2006-05-17
Filing date: 2006-05-17
Publication date: 2007-11-02
Also published as: JP5680347B2; JP2007310358A; US20070268599A1; JP2010256922A; US7612950B2

Abstract

본 발명은 렌즈의 리브 상,하면에 이중의 단차부가 형성된 렌즈와 이를 제조하기 위한 금형에 관한 것이다.

본 발명의 단차부가 구비된 렌즈는, 중앙부의 상, 하부가 서로 다른 곡률의 만곡면으로 이루어진 구면부; 상기 구면부의 주연부 외측으로 연장된 원판형으로 구성되고, 그 상, 하면의 가장자리부에 불규칙한 높이로 버(burr)가 돌출 형성된 리브; 및 상기 리브의 상, 하면에 대칭 형성된 2단 단차부를 포함하며, 금형의 핀 코어와 지지코어의 결합 계면에 형성된 틈새로 인하여 렌즈의 리브 상, 하면에 발생되는 버(burr)에 의한 렌즈배럴 내 안착 불량(tilt)이 개선되어 광학계를 형성하는 렌즈 유닛의 양품 수율을 현저하게 향상시킬 수 있는 장점이 있다.

비구면 플라스틱 렌즈, 구면부, 리브, 2단 단차부, 버(burr), 가동측 금형, 고정측 금형

Description

비구면 플라스틱 렌즈 및 이의 제조 금형{aspherical plastic lens and mold for producing it}

도 1은 종래 비구면 플라스틱 렌즈의 단면도.

도 2는 종래 비구면 플라스틱 렌즈 압착 시의 사출 금형 구성도.

도 3은 압착 해제 시의 금형 구성도.

도 4는 본 발명에 따른 비구면 플라스틱 렌즈의 금형과 그 사출 형태가 도시된 구성도.

도 5는 도 4의 "A" 부분에 대한 확대 단면도.

도 6은 본 발명에 따른 비구면 플라스틱 렌즈의 렌즈배럴 결합 단면도.

도 7은 본 발명에 따른 렌즈를 성형하기 위한 금형의 핀 코어 단면도.

도 8은 본 발명에 따른 렌즈를 성형하기 위한 금형의 핀 코어 일부 절개 사시도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10. 비구면 플라스틱 렌즈 11. 구면부

12. 리브 13. 2단 단차부

14. 버(burr) 20. 가동측 금형

30. 고정측 금형

본 발명은 렌즈의 리브면에 이중의 단차부가 형성된 렌즈와 이를 제조하기 위한 금형에 관한 것으로서, 보다 자세하게는 비구면 플라스틱 광학 렌즈의 사출 성형 시 발생되는 버(burr)에 의한 광학 성능에 영향이 미치지 않도록 렌즈의 리브면에 이단의 단차부가 형성됨으로써, 경통 내부에 각 렌즈의 수평 결합이 이루어지도록 한 비구면 플라스틱 렌즈 및 이의 제조 금형에 관한 것이다.

현재 휴대폰 및 PDA 등과 같은 휴대용 단말기는, 최근 그 기술의 발전과 더불어 단순한 전화기능 뿐만 아니라, 음악, 영화, TV, 게임 등으로 멀티 컨버전스로 사용되고 있으며, 이러한 멀티 컨버전스로의 전개를 이끌어 가는 것 중의 하나로서 카메라 모듈(camera module)이 가장 대표적이라 할 수 있다. 이러한 카메라 모듈은 기존의 30만 화소(VGA급)에서 현재 800만 화소의 고화소 중심으로 변화되고 있다.

일반적으로, 카메라 모듈(CCM:Compact Camera Module)은 소형으로써 다양한 형태의 IT 기기에 적용되고 있는 바, 최근에 이르러서는 소비자의 취향에 맞추어 소형의 카메라 모듈이 장착된 기기의 출시가 점차 늘어나고 있는 실정이다.

이와 같은 카메라 모듈은, CCD나 CMOS 등의 이미지센서와 렌즈를 주요 부품으로 하여 제작되고 있으며, 상기 렌즈를 통하여 투과된 입사광을 상기 이미지센서를 통해 집광시켜 기기내의 메모리상에 데이터로 저장되고, 저장된 데이터는 기기내의 LCD 또는 PC 모니터 등의 디스플레이 매체를 통해 영상으로 디스플레이되도록 한다.

최근 디지털 기술의 발달과 더불어 화상 압축 및 복원 기술 등의 향상과 멀티미디어 제품 주변기기의 기술 향상에 부합하기 위하여 모바일 카메라용 렌즈는 박형화와 소형화를 위해 끊임없이 연구 개발되고 있으며, 메가(mega)급의 해상도를 가지면서도 피사체의 촬상시에 입력되는 여러 종류의 파장을 갖는 입사광의 영향으로 피사체의 모양이나 형태가 변형되는 다양한 종류의 수차가 제어될 수 있는 비구면의 플라스틱 렌즈 개발이 가속화되고 있다.

상기 비구면 플라스틱 렌즈는 한 쌍의 핀 코어(pin core) 사이에서 압착됨에 의해서 사출 성형되고 원통형의 렌즈배럴 내부에 순차적으로 적층되어 VGA급에서 메가(mega)급에 이르는 렌즈 광학계를 형성한다.

상기 비구면 플라스틱 렌즈는 렌즈배럴 내에 적층 결합되면서 렌즈의 기울어짐(tilt)이나 들뜸등에 의한 안착 불안에 의해서 광학계를 포함한 렌즈유닛의 불량이 발생되며, 이와 같은 불량 요인이 발생되는 렌즈 및 렌즈 성형 구조를 아래 도면에 의거하여 간략하게 살펴보면 다음과 같다.

도 1은 종래 비구면 플라스틱 렌즈의 단면도로서, 도시된 바와 같이 종래의 비구면 플라스틱 렌즈(100)는 중앙부에 외부의 피사체 반사광이 입사되며 소정의 곡률을 가지는 만곡면으로 이루어진 구면부(110)가 구비되고, 상기 구면부(110)의 외주연부에 평탄면의 리브(120)가 형성된다.

이때, 상기 비구면 플라스틱 렌즈(100)의 리브(120)는 그 상, 하면에 수직으로 각기 다른 높이를 이루어 버(burr)(130)가 돌출 형성된다.

이와 같은 구조로 이루어진 종래의 비구면 플라스틱 렌즈(100)는 렌즈배럴 내에 적층 결합될 때, 상기 리브(120)의 평탄면이 렌즈배럴의 안착면에 밀착되어 상기 비구면 플라스틱 렌즈(100)가 정확하게 수평의 상태로 렌즈배럴 내에 결합되어야 하나, 상기 리브(120)의 상, 하면에 형성된 각기 다른 높이의 버(burr)(130)가 안착면에 접촉됨에 의해서 상기 버(130)의 높이 차에 의한 렌즈(100)의 기울어짐(tilt)이 발생되는 문제점이 있다.

따라서, 종래의 렌즈(100)가 결합된 렌즈유닛은 초점을 맞추기가 어려울 뿐만 아니라 해상도의 저하에 의한 화질 저하가 필수적으로 발생될 수 밖에 없다.

이와 같이 상기 렌즈유닛에 결합되는 렌즈의 심각한 불량 요인으로 작용되는 버(130)의 발생 원인을 아래 도시된 도 2와 도 3의 금형 구조를 통해 살펴보면 다음과 같다.

도 2는 종래 비구면 플라스틱 렌즈 압착 시의 사출 금형 구성도이고, 도 3은 압착 해제 시의 금형 구성도이다.

도시된 바와 같이, 종래의 비구면 플라스틱 렌즈(100)를 제작하기 위한 금형(200)은 상호 대칭 형성된 가동측 금형(210)과 고정측 금형(220)으로 구분되고, 상기 가동측 금형(210)과 고정측 금형(220)은 각각 중심부에 핀 코어(211)(221)가 결합된 지지 코어(212)(222)로 구성된다.

상기 가동측 금형(210)과 고정측 금형(220)의 각 지지 코어(212)(222) 내부에 결합된 핀 코어(211)(221)는 대향면이 무전해 니켈 도금면으로 형성되고, 그 사이에서 반용융 상태의 가공 렌즈(100')가 압착됨에 의해서 도 1의 비구면 플라스틱 렌즈(100)가 제작된다.

이때, 상기 가동측 금형(210)과 고정측 금형(220)의 상기 지지 코어(212)(222)와 핀 코어(211)(221) 결합 부위에는 미세한 조립 틈새(clearance)(230)가 형성될 수 밖에 없으며, 이 부위는 가공 렌즈(100')의 사출이 진행됨에 따라 그 사출 압력으로 인하여 틈새(230)의 간격이 더 증가됨으로써, 도 1과 같이 비구면 플라스틱 렌즈(100)의 리브(120) 상, 하면에 불규칙한 높이의 버(130)가 발생될 수 밖에 없는 문제점이 지적되고 있다.

따라서, 본 발명은 종래 비구면 플라스틱 렌즈 및 이의 제조 금형에서 제기되고 있는 상기 제반 단점과 문제점을 해결하기 위하여 창안된 것으로서, 가동측 금형과 고정측 금형의 결합 부위를 통해 사출 성형 시 생성되는 버(burr)의 높이가 보상될 수 있는 단차부가 비구면 플라스틱 렌즈의 리브 상, 하면에 형성됨으로써, 원통형 렌즈배럴의 내부에 다단으로 적층되는 렌즈가 항상 수평의 상태로 안착됨에 따라 렌즈의 기울어짐(tilt)에 의한 불량을 방지됨과 동시에 광학계를 형성하는 렌즈 유닛의 수율이 향상되도록 한 비구면 플라스틱 렌즈 및 이의 제조 금형이 제공됨에 발명의 목적이 있다.

본 발명의 상기 목적은, 중앙부에 소정의 곡률을 가지는 만곡면의 구면부가 형성되고, 상기 구면부의 외주연부 상에서 연장되어 그 상, 하면에 2단의 단차부가 형성된 리브로 구성된 비구면 플라스틱 렌즈가 제공됨에 의해서 달성된다.

상기 비구면 플라스틱 렌즈는 렌즈배럴의 안착부에 순차적으로 다단 적층되면서 렌즈의 리브 일면은 안착부의 상면에 밀착 결합되고, 상기 렌즈의 리브 타면은 상기 렌즈배럴 내에 삽입되는 압입링의 저면에 밀착되게 장착된다.

이때, 상기 렌즈는 구면부의 외측으로 연장된 평판부가 렌즈배럴의 안착부 상에 수평의 상태로 밀착 지지됨에 의해서 상기 리브의 상, 하면에 돌출된 버(burr)가 상기 렌즈의 단차부 내에 감춰지는 형태로 결합됨으로써, 렌즈의 기울어짐 등과 같은 불량 요인이 제거된다.

여기서, 상기 단차부의 높이는 버(burr)의 돌출 높이보다 크게 형성됨이 바람직하며, 상기 렌즈의 상부 만곡면은 볼록면으로 구성되고 하부 만곡면은 오목 만곡면을 이루어 전체적으로 구면과 평탄면이 혼합된 비구면 렌즈로 형성된다.

또한, 상기 비구면 플라스틱 렌즈가 사출 성형되는 금형은, 지지 코어의 내부에 회전 가능하게 결합된 핀 코어로 이루어진 가동측 금형과 고정측 금형으로 구분됨에 있어서, 상기 각 핀 코어의 사출면 중앙부에 오목 성형부가 구비되고 그 가장자리부로 단턱부가 형성됨에 의해서 달성된다.

상기 금형은, 원통형의 가동측 금형과 고정측 금형 중앙부에 각각 회전 가능하게 결합되는 핀 코어가 장착되며, 상기 고정측 금형의 일면에 가동측 금형이 밀착되면서 상기 핀 코어의 대향되는 면 사이에 개재되는 가공 렌즈가 압착됨에 의해 상기 핀 코어의 가공면 형상에 따라 2단의 단차부와 버(burr)가 공존하는 비구면의 플라스틱 렌즈가 제작되도록 한다.

이때, 상기 단턱부는 단붙이 절삭 가공에 의해서 형성되며, 상기 단턱부의 높이는 최대 0.03㎜ 이하로 형성됨이 바람직하다.

본 발명의 단차부가 구비된 렌즈 및 이의 제조 금형의 상기 목적에 대한 기술적 구성을 비롯한 작용효과에 관한 사항은 본 발명의 바람직한 실시예가 도시된 도면을 참조한 아래의 설명에 의해서 명확하게 이해될 것이다.

비구면 플라스틱 렌즈의 구조

먼저, 도 4는 본 발명에 따른 비구면 플라스틱 렌즈의 금형과 그 사출 형태가 도시된 구성도이고, 도 5는 도 4의 "A" 부분에 대한 확대 단면도이며, 도 6은 본 발명에 따른 비구면 플라스틱 렌즈의 렌즈배럴 결합 단면도이다.

도시된 바와 같이, 본 발명의 비구면 플라스틱 렌즈(10)는 중앙부에 소정의 곡률을 가지는 만곡면(11a)(11b)으로 이루어진 구면부(11)와, 상기 구면부(11)의 주연부 상에서 그 외측으로 연장되어 2단 단차부(13)를 가지는 리브(12)로 구성된다.

상기 비구면 플라스틱 렌즈(10)의 구면부(11)는 그 상, 하면이 각기 다른 곡률을 가지는 볼록 만곡면(11a)과 오목 만곡면(11b)으로 구성되며, 렌즈(10)의 중심을 기준으로 상호 대칭 형성된다. 이때 상기 구면부(11) 상면의 볼록 만곡면(11a) 곡률은 하면의 오목 만곡면(11b)의 곡률보다 통상적으로 작게 형성된다.

상기 구면부(11)의 주연부 상에서 외측으로 연장된 리브(12)는, 상, 하면이 각각 평탄면(11a)(11b)을 이루며, 상기 평탄면(11a)(11b)의 단부측으로 연속된 계단 형상의 제1 단차부(13a)와 제2 단차부(13b)를 구성하는 2단 단차부(13)가 구비된다.

상기 2단 단차부(13)는 상기 렌즈(10)의 양면이 압착되는 가동측 금형(20)과 고정측 금형(30)의 핀 코어(21)(31)를 이용한 사출 성형에 의해서 형성되는 바, 상기 제1 단차부(13a)는 핀 코어(21)(31) 간의 상호 압착에 의해서 생성되고, 상기 제2 단차부(13b)는 상기 핀 코어(21)(31)와 접촉 계면을 가지도록 결합된 지지 코어(25)(35)의 압착에 의해서 형성된다.

따라서, 상기 비구면 플라스틱 렌즈(10)는 핀 코어(21)(31)와 지지 코어(25)(35)의 경계면이 접하는 제2 단차부(13b) 상에 종래와 같이 불규칙한 높이로 금형(20)(30)의 압착력으로 인하여 리브(12)의 상, 하면에 버(burr)(14)가 발생됨과 동시에 상기 버(14)의 높이가 보상될 수 있는 깊이로 제1 단차부(13a)가 형성된다.

상기 제1 단차부(13a)는, 렌즈(10)의 사출 성형 시 버(14)가 대략 10㎛ 이하의 높이로 발생되기 때문에 그 이상의 깊이로 형성되며, 상기 리브(12)의 안정적인 안착을 위하여 최대 30㎛ 이하의 깊이로 형성됨이 바람직하다.

한편, 상기와 같은 구조로 이루어진 본 발명의 비구면 플라스틱 렌즈(10)는 원통형의 렌즈배럴(40) 내부에 순차적으로 결합되면서 상기 렌즈배럴(40)의 내벽면에 돌출되게 형성된 안착부(41)에 리브(12)의 하면이 안착되고, 상기 리브(12)의 상면은 적층 결합된 각 렌즈(10)의 유동을 방지하기 위한 압입링(50)의 하면에 밀착되게 장착된다.

즉, 상기 렌즈배럴(40)의 안착부(41) 상면과 압입링(50)의 하면에는 렌즈(10)의 구면부(11)에서 수평 연장되어 제1 단차부(13a)를 연결하는 리브(12)의 평탄면(12a)(12b)이 접촉됨에 따라 상기 렌즈배럴(40) 내에서 기울어짐(tilt) 없이 수평의 상태로 장착된다.

이때, 상기 렌즈(10)의 리브(12)에 형성된 제1 단차부(13a)가 제2 단차부(13b)에 형성된 버(14)의 높이보다 높게 형성됨에 따라 상기 제1 단차부(13a)와 안착부(41)의 상면 사이에 형성된 공간 사이에 버(14)가 위치하게 됨으로써, 상기 비구면 플라스틱 렌즈(10)의 렌즈배럴(40) 조립 시 기울어짐(tilt) 보정이 이루어 지게 된다.

비구면 플라스틱 렌즈 사출 금형

이와 같은 구성을 갖는 비구면 플라스틱 렌즈를 사출 성형하기 위한 금형 구조를 도 4를 참조한 도 7과 도 8에 의거하여 설명하면 다음과 같다.

도 7은 본 발명에 따른 렌즈를 성형하기 위한 금형의 핀 코어 단면도이고, 도 8은 본 발명에 따른 렌즈를 성형하기 위한 금형의 핀 코어 일부 절개 사시도이다.

본 발명에 따른 렌즈 사출 금형은 가동측 금형(20)과 고정측 금형()으로 구분되고, 상기 가동측 금형(20)과 고정측 금형(30)은 각각 렌즈(10)를 압착 성형하는 핀 코어(21)(31)와 상기 핀 코어(21)(31)가 회전 가능하게 결합되는 지지 코어(25)(35)로 구성된다.

상기 가동측 금형(20)은 고정측 금형(30)의 일면에서 좌, 우로 이송되면서 상기 핀 코어(21)(31)의 대향면 사이에 개재된 반용융 상태의 렌즈(10)를 압착함에 의해서 2단 단차부(13)가 구비된 리브(12)가 대칭 형성되는 비구면 플라스틱 렌즈(10)가 제작되며, 여기서 상기 렌즈(10)의 일면이 직접적으로 압착되는 가동측 금형(20)의 핀 코어(21)의 형상을 대표적으로 살펴보면 다음과 같다.

상기 핀 코어(21)는 지지코어(25)의 중앙부에서 회전 가능하도록 원통형으로 구성되며, 상기 렌즈(10)의 일면이 압착되는 사출면의 중앙부에 오목 성형부(22)가 형성되고 그 가장자리부로 렌즈(10)의 제1 단차부(13a)를 가공하기 위한 단턱 부(23)가 형성된다.

상기 핀 코어(21)의 단턱부(23)는 단붙이 절삭 가공에 의해서 형성되며 그 높이(h)는 0.03㎜ 이하로 형성되고, 그 폭(s)은 최소한 0.2㎜ 이상으로 형성된다.

상기 단턱부(23)의 높이(h)를 0.03㎜ 이하로 하는 이유는, 렌즈(10)의 렌즈배럴(40) 장착 시 안착부(41)에 안정적인 결합이 이루어지도록 하기 위함이고, 그 폭(s)을 0.2㎜ 이상으로 하는 이유는 핀 코어(21)의 압착 시 단턱부(23)의 외주연부측 깨짐을 방지하기 위함이다.

또한, 상기 단턱부(23)가 그 사출면과 이루는 경사면(23a)의 각도는 30°~60°의 범위내로 하고, 이는 상기 단턱부(23)에 의해서 형성되는 렌즈(10)의 제1 단차부(13a) 면 가공시 면대면 접촉과 분리가 용이하게 이루어지도록 하여 구면부(11)에서 연장되는 리브(12)의 평탄면(12a)과 제1 단차부(13a)의 양호한 가공면이 형성되도록 하기 위함이다.

이상에서 설명한 본 발명의 바람직한 실시예들은 예시의 목적을 위해 개시된 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러가지 치환, 변형 및 변경이 가능할 것이나, 이러한 치환, 변경 등은 이하의 특허청구범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 비구면 플라스틱 렌즈 및 이의 제조 금형은 가동측 금형과 고정측 금형을 통한 비구면 플라스틱 렌즈의 사출 성형 시 각 금형의 핀 코어에 형성된 단턱부에 의해서 렌즈의 리브 상, 하면에 각각 2단 단차부가 형성되도록 함으로써, 상기 금형의 핀 코어와 지지코어의 결합 계면에 형성된 틈새로 인하여 렌즈의 리브 상, 하면에 발생되는 버(burr)에 의한 렌즈배럴 내 안착 불량(tilt)이 개선되어 광학계를 형성하는 렌즈 유닛의 양품 수율을 현저하게 향상시킬 수 있는 장점이 있다.

또한, 본 발명은 비구면 플라스틱 렌즈의 단차부를 형성하는 핀 코어의 단턱부가 마모되면 상기 핀 코어의 단턱부만을 절삭 또는 그라인딩하여 재사용됨으로써, 상기 결합 계면의 틈새를 통해 발생되는 버(burr)의 형성 범위 내까지 사용 가능함에 따라 금형 수명을 연장시킬 수 있는 이점이 있다.

Claims

중앙부의 상, 하부가 서로 다른 곡률의 만곡면으로 이루어진 구면부;

상기 구면부의 주연부 외측으로 연장된 원판형으로 구성되고, 그 상, 하면의 가장자리부에 버(burr)가 돌출 형성된 리브; 및

상기 리브의 상, 하면에 대칭 형성된 2단 단차부;

를 포함하는 비구면 플라스틱 렌즈.
제1항에 있어서,

상기 2단 단차부는, 제1 단차부와 버(burr)가 돌출된 제2 단차부로 형성되고, 상기 제1 단차부는 제2 단차부 상부로 돌출된 버(burr)의 높이 이상의 깊이로 형성된 것을 특징으로 하는 비구면 플라스틱 렌즈.
제2항에 있어서,

상기 제1 단차부는, 30㎛ 이하의 깊이로 형성된 것을 특징으로 하는 비구면 플라스틱 렌즈.
삭제
중앙부의 상·하부가 서로 다른 곡률의 만곡면으로 이루어진 구면부와, 상기 구면부의 주연부 외측으로 연장된 원판형으로 구성되고 그 상, 하면의 가장자리부에 버(burr)가 돌출 형성된 리브와, 상기 리브의 상·하면에 대칭 형성되며 제1 단차부 및 상기 버가 돌출된 제2 단차부로 이루어진 2단 단차부를 포함하여 구성된 비구면 플라스틱 렌즈를 사출 성형하는 제조 금형에 있어서,

상기 비구면 플라스틱 렌즈의 일측면을 성형하기 위한 가동측 금형과, 상기 비구면 플라스틱 렌즈의 타측면을 성형하기 위한 고정측 금형을 포함하며,

상기 가동측 금형은,

중앙부에 상기 구면부의 일측 만곡면에 대응되는 오목 성형부가 형성되고 상기 오목 성형부의 가장자리에 상기 제1 단차부에 대응되는 단턱부가 형성된 핀 코어와, 중앙부에 상기 핀 코어가 회전 가능하게 장착되며 상기 제2 단차부에 대응되는 가공면이 형성된 지지 코어를 포함하여 이루어지고,

상기 고정측 금형은,

상기 가동측 금형과 대응되는 형상으로 형성되는 것을 특징으로 하는 비구면 플라스틱 렌즈의 제조 금형.
제5항에 있어서,

상기 핀 코어의 단턱부는, 그 높이가 0.03㎜ 이하로 형성된 것을 특징으로 하는 비구면 플라스틱 렌즈 제조 금형.
제5항에 있어서,

상기 핀 코어의 단턱부는, 그 폭이 최소 0.2㎜ 이상으로 형성된 것을 특징으로 하는 비구면 플라스틱 렌즈 제조 금형.
제5항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 단턱부는, 렌즈가 압착되는 사출면과 이루는 경사면의 각도가 30°~ 60°사이에서 형성된 것을 특징으로 하는 비구면 플라스틱 렌즈 제조 금형.