KR101030621B1

KR101030621B1 - 렌즈제조장치 및 렌즈제조방법

Info

Publication number: KR101030621B1
Application number: KR1020090062689A
Authority: KR
Inventors: 이한섭; 박병국; 양이슬; 최기운; 이준호; 박기호; 양회창
Original assignee: 인하대학교 산학협력단
Priority date: 2009-07-09
Filing date: 2009-07-09
Publication date: 2011-04-20
Also published as: KR20110005138A

Abstract

본 발명은 진공챔버 내의 진공조건을 조절하여 렌즈를 형성함으로써 제조가 용이하고, 다양한 규격의 렌즈를 생산할 수 있는 렌즈제조장치에 관한 것으로, 내부에 진공공간을 구비하는 진공챔버와; 상기 진공챔버 내를 진공상태로 형성시키는 진공부와; 상기 진공챔버 내에 위치하며, 하측면에 기판이 장착되는 상부프레임과; 상기 상부프레임을 승하강 시키는 승하강부와; 상기 상부프레임 하측에 위치하는 하부프레임과; 상기 하부프레임 상측에 안착되며, 상부면에 다수개의 성형홈이 형성되는 마스터판과; 상기 마스터판의 일측에 장착되어 상기 마스터판을 가열시키는 가열부를 포함하는 렌즈제조장치를 제공한다.

렌즈, 진공, 제조

Description

렌즈제조장치 및 렌즈제조방법{AN APPARATUS FOR MANUFACTURING LENS AND A METHOD FOR MANUFACTURING LENS}

본 발명은 렌즈제조장치 및 렌즈제조방법에 관한 것으로, 더 상세하게는 진공챔버 내의 진공조건을 조절하여 렌즈를 형성함으로써 제조가 용이하고, 다양한 규격의 렌즈를 생산할 수 있는 렌즈의 제조장치 및 렌즈의 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로 디지털 카메라의 CCD(Charge-Coupled Device), 컴퓨터용 LCD(Liquid Crystal Display) 모니터와 같은 디스플레이 장치나 광통신용 부품 또는 발광다이오드 소자 등에는 빛의 수렴, 확산, 반사 등을 제어하기 위해 렌즈, 특히 마이크로 렌즈를 탑재하게 되는데, 이러한 렌즈는 각 용도에 따른 원하는 광학적 성질을 가지도록 다양한 형상으로 구현된다.

종래에는 이러한 렌즈를 구현하기 위하여, 금형을 이용하는 방법을 사용하였다. 그러나, 이러한 금형을 이용하는 방법은 금형의 정교한 가공이 필요할 뿐만 아 니라, 렌즈의 형상이 변화하는 경우마다 금형을 변경하여야 한다는 문제점을 가진다.

또한, 종래의 금형을 이용하는 방법에 의하여 제조된 렌즈는 표면이 매끄럽지 못한 제품이 발생하고, 또한 제조 공정 중에 UV 빛을 이용하여 별도로 경화하는 공정이 더 필요하다는 문제가 있다.

본 발명은 상기한 문제점을 감안하여 안출된 것으로서, 제품의 표면이 매끄러우면서도 금형의 정교한 가공이 필요하지 않아 제조가 용이하며, 또한 다양한 형상의 렌즈를 용이하게 제조할 수 있는 렌즈제조장치 및 렌즈제조방법을 제공하기 위한 것이다.

상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명은, 내부에 진공공간을 구비하는 진공챔버와; 상기 진공챔버 내를 진공상태로 형성시키는 진공부와; 상기 진공챔버 내에 위치하며, 하측면에 기판이 장착되는 상부프레임과; 상기 상부프레임을 승하강 시키는 승하강부와; 상기 상부프레임 하측에 위치하는 하부프레임과; 상기 하부프레임 상측에 안착되며, 상부면에 다수개의 성형홈이 형성되는 마스터판과; 상기 마스터판의 일측에 장착되어 상기 마스터판을 가열시키는 가열부를 포함하는 렌즈제조 장치를 제공한다.

바람직하게, 상기 기판은 폴리머 재질로 이루어지며, 상기 가열부는 상기 기판을 150℃~200℃로 가열하며, 렌즈의 종류에 따라 상기 진공챔버의 진공도 또는 진공챔버의 개방부터 기판 분리까지의 렌즈형성시간을 제어하는 제어부를 더 포함한다.

그리고, 상기 제어부는, 렌즈의 곡률이 기준치보다 높은 경우 진공챔버의 진공도를 기준치보다 높이고 렌즈의 곡률이 낮은 경우에는 진공챔버의 진공도를 기준치보다 낮게 제어하고, 상기 제어부는, 렌즈의 곡률이 기준렌즈보다 큰 경우, 기준렌즈에 대응하는 렌즈형성시간보다 상기 렌즈형성시간을 길게 설정하고, 렌즈의 곡률이 작은 경우에는 기준렌즈에 대응하는 렌즈형성시간보다 상기 렌즈형성시간을 짧게 설정한다.

다른 한편으로, 본 발명은, 다수개의 성형홈이 일측면에 형성되어 있는 마스터판을 진공챔버 내부에 준비하는 마스터판 준비단계와; 상기 마스터판 일측에 렌즈의 원재료가 되는 기판을 준비하는 기판 준비단계와; 상기 진공챔버 내부를 진공상태로 형성하는 진공형성단계와; 상기 마스터판과 상기 기판을 밀착시키는 밀착단계와; 상기 밀착 단계 후, 상기 기판을 가열하는 가열단계와; 상기 기판을 가열한 후, 상기 진공 챔버를 개방하여 진공챔버 내의 진공을 해제시키는 진공해제단계와; 상기 마스터판 및 상기 기판을 냉각시킨 후 상기 마스터판과 상기 기판을 분리시켜 렌즈를 형성하는 렌즈형성단계를 포함하는 렌즈제조방법을 제공한다.

바람직하게, 상기 진공형성단계는, 상기 진공챔버 내의 진공도를 조절하여 렌즈의 형상을 조절하고, 상기 렌즈형성단계는, 렌즈형성시간을 조절하여 렌즈의 형상을 조절한다.

상술한 본 발명에 따르면, 진공에 의한 차압을 이용하여 렌즈의 형상을 가공함으로써 렌즈 가공을 위한 별도의 정교한 금형 가공이 필요 없어 생산효율이 향상된다는 장점을 가진다.

또한, 본 발명은 진공도를 조절하여 렌즈의 형상을 변경할 수 있으므로, 다양한 형상의 렌즈를 보다 용이하게 가공할 수 있다는 장점을 가진다.

그리고, 본 발명은 금형 표면에 의하여 렌즈 표면을 가공을 가공하는 방법을 탈피함으로써 렌즈표면을 보다 매끄럽게 형성할 수 있다는 장점을 가진다.

이하, 첨부된 도면을 참조로 본 발명의 실시예에 따른 렌즈제조장치 및 렌즈제조방법에 대해 상세하게 살펴본다.

도 1a,b는 본 발명의 제1실시예에 따른 렌즈제조장치의 기판 승하강 전후의 구성도이고, 도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 렌즈제조방법의 순서도이며, 도 3은 본 발명의 제1실시예에 따른 렌즈제조방법의 기판 및 마스터판의 가공흐름도이다. 그리고 도 4a,b는 본 발명의 제2실시예에 따른 렌즈제조방법에 의하여 제조된 렌즈의 평면도이고, 도 4c는 본 발명의 제2실시예에 따른 렌즈제조방법에 의하여 제조된 렌즈의 사시도이며, 도 5a,b는 본 발명의 제3실시예에 따른 렌즈제조방법에 의하여 제조된 렌즈의 평면도이고, 도 5c는 본 발명의 제3실시예에 따른 렌즈제조방법에 의하여 제조된 렌즈의 사시도이다.

본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들은 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제1실시예에 따른 렌즈제조장치(100)는, 진공챔버(110), 진공부(120), 승하강부(130), 상부프레임(140), 하부프레임(150), 마스터판(170)을 포함한다.

상기 진공챔버(110)는 내부에 진공공간을 구비하는 박스 형상으로 이루어지며, 일측에는 상기 진공챔버 내부를 진공상태로 형성하는 진공부(120)를 일측에 구비한다.

상기 상부프레임(140)은 상기 진공챔버(110) 내부에 위치하며, 가이드봉(131)을 따라 승하강되도록 설치된다.

그리고, 상기 상부프레임(140) 상부에는 상기 상부프레임(140)을 승하강시키 는 승하강부(130)가 장착된다. 상기 승하강부(130)는 승하강실린더로 이루어지며, 승하강실린더의 상단부는 진공챔버(110)의 천정부에 고정되고, 상기 승하강실린더의 로드단부는 상기 상부프레임(140)에 장착된다.

이에 따라 상기 승하강실린더의 로드단부가 전후진함에 따라 상기 상부프레임(140)은 가이드봉(131)을 따라 승하강된다.

그리고, 상기 상부프레임(140)의 하측면에는 렌즈의 원재료인 기판(160)이 장착된다. 상기 기판(160)은 폴리머재질로 이루어진다. 상기 기판의 재질은 렌즈의 종류에 따라 선택되고, 일반적으로 PC (Polycarbonate), PMMA (Polymethyl methacrylate), PS(Polystyrene) 등의 재질로 이루어진다.

상기 하부프레임(150)은 상기 상부프레임(140)의 하측에 이격되어 상기 진공챔버(110)의 바닥면에 설치된다. 상기 하부프레임(150)의 상부에는 마스터판(170)이 안착되어 설치된다.

상기 마스터판(170)의 상면에는 다수개의 성형홈(171)이 형성된다. 상기 성형홈(171)은 원통형상의 홈이며, 상기 성형홈(171)의 깊이는 실제 제작될 렌즈의 두께보다 크게 형성된다. 본 실시예에서는 성형홈을 원통형상의 홈으로 한정하였으나, 다른 형상의 홈도 사용 가능함은 물론이다.

상기 성형홈(171)의 개수는 1회당 제작되는 렌즈의 개수에 따라 결정된다.

상기 마스터판(170)의 하측 하부프레임(150)에는 상기 마스터판을 가열하는 가열부(141)가 장착된다.

상기 가열부(141)는 열선히터로 구성되며, 상기 가열부(141)는 상기 마스터 판(170)을 가열하고, 가열된 상기 마스터판(170)은 마스터판 상측의 기판을 100 ~ 300℃로 가열한다. 가열된 상기 마스터판(170)이 상기 기판(160)을 100℃이하로 가열되는 경우에는 렌즈성형단계에 있어서 기판의 변형이 일어나지 아니하여 렌즈 성형이 원활히 되지 아니하다는 문제점이 발생하고, 가열된 상기 마스터판(170)이 상기 기판(160)을 300℃이상으로 가열하는 경우에는 상기 기판(160)의 변형이 지나치게 많이 발생하여 렌즈성형이 정확하게 되지 않는다는 문제점이 발생한다.

그리고, 상기 진공챔버(110)의 외측에는 제어부(180)가 설치된다. 상기 제어부(180)는 사용자가 입력한 렌즈의 형상에 따라 상기 진공부(120) 및 상기 승하강실린더를 제어한다.

즉, 상기 제어부(180)는 사용자가 기준형렌즈를 선택하는 경우, 상기 진공부(120)를 제어하여 진공챔버(110)의 진공도를 기 설정값으로 형성하도록 하고, 또한 진공 해제 후 상기 승하강부(130)를 이용하여 기 설정된 시간 후에 상부프레임을 상승시킨다.

한편, 사용자가 기준형렌즈 보다 곡률이 더 큰 렌즈를 선택하는 경우에는, 상기 제어부(180)는 상기 진공부(120)를 제어하여 진공챔버(110)의 진공도를 높여주고, 또한 진공 해제 후 상기 승하강부(130)가 상부프레임(140)을 상승시키는 시기를 늦추어 렌즈성형시간이 연장되도록 한다.

반대로, 사용자가 기준형 렌즈보다 곡률이 작은 렌즈를 선택하는 경우에는, 상기 제어부(180)는 상기 진공부(120)를 제어하여 진공챔버(110)의 진공도를 낮추어주고, 진공 해제 후 승하강부(130)가 상부프레임을 상승시키는 시기를 당겨 렌즈 성형시간을 단축시킨다.

이하, 전술한 바와 같이 구성되는 본 발명의 제1실시예에 따른 렌즈제조장치는 다음과 같이 작동된다.

렌즈를 제조하는 경우, 우선 상기 진공챔버(110) 내에 설치된 상부프레임(140)의 하측면에 기판(160)을 장착한다. 그리고 상기 하부프레임(150) 상면에는, 상기 마스터판(170)을 설치한다.

그 후 상기 진공챔버(110)를 폐쇄하고, 상기 진공부(120)를 이용하여 상기 진공챔버(110) 내부를 진공상태로 변환시킨다.

상기 진공챔버(110)의 내부가 진공이 되면, 도 1b에 도시된 바와 같이, 상기 승하강부(130)는 상기 상부프레임(140)을 하부프레임(150) 측으로 하강시켜 상기 기판(160)이 상기 마스터판(170)의 상면에 안착되도록 한다.

상기 기판(160)이 상기 마스터판(170) 상면에 안착이 되어, 상기 기판과 상기 마스터판(170)이 밀착되면, 상기 가열부(141)는 상기 마스터판(170)을 가열하고, 가열된 마스터판(170)은 상측의 상기 기판(160)을 가열한다.

상기 진공챔버(110)의 진공을 해제시키면 상기 진공챔버(110)는 대기압으로 유지되는데 반하여, 상기 성형홈(171)의 내부는 진공상태로 형성하게 되어 압력차가 발생하게 되며, 이 압력차는 상기 기판(160)과 상기 마스터판(170)을 더욱 밀착시킨다.

또한, 이 압력차에 의하여 상기 기판(160)은 상기 성형홈(171) 내부로 볼록하게 성형되어 렌즈의 형상을 형성하게 된다.

상기 렌즈의 형상이 완성되면 상기 기판(160) 및 상기 마스터판(170)을 냉각시키고, 상기 기판(160) 및 상기 마스터판(170)을 분리하여 렌즈를 완성시킨다.

다음으로, 본 발명의 제1실시예에 따른 렌즈제조방법을 순서별로 설명한다.

도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 렌즈제조방법의 순서도이고, 도 3은 본 발명의 제1실시예에 따른 렌즈제조방법의 기판 및 마스터판의 가공흐름도이다.

도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제1실시예에 따른 렌즈제조방법은, 마스터판준비단계(S10), 기판준비단계(S20), 진공형성단계(S30), 밀착단계(S40), 가열단계(S45), 진공해제단계(S50) 및 렌즈형성단계(S60)로 이루어진다.

상기 마스터판준비단계(S10)는 다수개의 성형홈이 형성되어 있는 마스터판을 진공챔버내부에 준비하는 단계이며, 상기 기판준비단계(S20)는 상기 진공챔버 내부에 기판을 준비하는 단계이다.

도 3 (a)에 도시한 바와 같이, 상기 마스터판준비단계(S10) 및 상기 기판준비단계(20)가 완료되면, 상기 진공챔버 내부를 진공상태로 형성하는 진공형성단계(S30)를 실행한다. 상기 진공형성단계(S30)는, 상기 진공부를 이용하여 상기 진공챔버의 내부를 진공형성한다. 이 경우 성형하고자 하는 렌즈의 형상에 따라 상기 진공챔버의 진공압력을 조절한다.

이와 같이 상기 진공챔버의 내부가 진공이 되면, 도 3 (b)에 도시한 바와 같이 상기 기판(160)을 상기 마스터판과 밀착시키는 밀착단계(S40)를 수행하고, 그 후 상기 가열부를 이용하여 상기 기판을 가열하는 가열단계(S45)를 수행한다.

그리고, 상기 진공챔버를 개방하여 진공챔버 내의 진공상태를 해제시킨다(진 공해제단계(S50))

상기 진공이 해제되면, 도 3 (c)에 도시한 바와 같이, 상기 성형홈과 상기 기판 및 마스터판 외부는 압력차가 발생하며, 이에 따라 상기 기판은 성형홈측으로 볼록하게 변형되어 렌즈 형상으로 성형된다.

상기 기판이 렌즈형상으로 성형되면 도 3(d)에 도시된 바와 같이 상기 기판을 냉각시킨 후, 상기 기판과 상기 마스터판을 최종적으로 분리하면 렌즈가 완성된다.(렌즈형성단계(S60))

이 경우, 상기 렌즈형상은 상기 진공 해제한 때부터 상기 기판 및 상기 마스터판의 분리하는 때까지의 시간(렌즈형성시간)에 따라 달라지게 되므로, 렌즈의 형태에 따라 상기 렌즈형성시간을 조절한다.

도 4a,b는 본 발명의 제2실시예에 따른 렌즈제조방법에 의하여 제조된 렌즈의 평면도이고, 도 4c는 본 발명의 제2실시예에 따른 렌즈제조방법에 의하여 제조된 렌즈의 사시도이다.

본 제2실시예는 2㎛ 마이크로렌즈를 제조하는 방법으로서, 기본 공정은 제1실시예와 동일하되, 상기 기판을 폴리카보네이트 재질로 선택하고, 가열단계 시의 기판 온도는 160℃로 설정하였으며, 진공 해제이후 렌즈성형시간은 2분으로 설정하였다.

도 5a,b는 본 발명의 제3실시예에 따른 렌즈제조방법에 의하여 제조된 렌즈의 평면도이다. 도 5c는 본 발명의 제3실시예에 따른 렌즈제조방법에 의하여 제조된 렌즈의 사시도이다.

본 제3실시예는 100㎛ 마이크로렌즈를 제조하는 방법으로서, 기본 공정은 제1실시예와 동일하되, 상기 기판을 폴리카보네이트 재질로 선택하고, 가열단계 시의 기판 온도는 160℃로 설정하였으며, 진공 해제이후 렌즈성형시간은 3분으로 설정하였다.

이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술 사상과 아래에 기재될 특허 청구범위의 균등 범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.

도 1a,b는 본 발명의 제1실시예에 따른 렌즈제조장치의 기판 승하강 전후의 구성도이다.

도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 렌즈제조방법의 순서도이다.

도 3은 본 발명의 제1실시예에 따른 렌즈제조방법의 기판 및 마스터판의 가공흐름도이다.

도 4a,b는 본 발명의 제2실시예에 따른 렌즈제조방법에 의하여 제조된 렌즈의 평면도이다.

도 4c는 본 발명의 제2실시예에 따른 렌즈제조방법에 의하여 제조된 렌즈의 사시도이다.

도 5a,b는 본 발명의 제3실시예에 따른 렌즈제조방법에 의하여 제조된 렌즈의 평면도이다.

도 5c는 본 발명의 제3실시예에 따른 렌즈제조방법에 의하여 제조된 렌즈의 사시도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 간단한 설명>

100 : 렌즈제조장치 110 : 진공챔버

120 : 진공부 130 : 승하강부

140 : 상부프레임 141 : 가열부

150 : 하부프레임 160 : 기판

170 : 마스터판 171 : 성형홈

180 : 제어부

Claims

내부에 진공공간을 구비하는 진공챔버와; 상기 진공챔버 내를 진공상태로 형성시키는 진공부와; 상기 진공챔버 내에 위치하며, 하측면에 기판이 장착되는 상부프레임과; 상기 상부프레임을 승하강 시키는 승하강부와; 상기 상부프레임 하측에 위치하는 하부프레임과; 상기 하부프레임 상측에 안착되며, 상부면에 다수개의 성형홈이 형성되는 마스터판과; 상기 마스터판의 일측에 장착되어 상기 마스터판을 가열시키는 가열부를 포함하는 렌즈제조장치.
청구항 1에 있어서,

상기 기판은 폴리머 재질로 이루어지며, 상기 가열부는 상기 마스터판을 매개로 하여 상기 기판을 100℃~300℃로 가열하는 것을 특징으로 하는 렌즈제조장치.
청구항 1에 있어서,

렌즈의 종류에 따라 상기 진공챔버의 진공도 또는 진공챔버의 개방부터 기판 분리까지의 렌즈형성시간을 제어하는 제어부를 더 포함하는 렌즈제조장치.
청구항 3에 있어서,

상기 제어부는, 렌즈의 곡률이 기준치보다 높은 경우 진공챔버의 진공도를 기준치보다 높이고 렌즈의 곡률이 낮은 경우에는 진공챔버의 진공도를 기준치보다 낮게 제어하는 것을 특징으로 하는 렌즈제조장치.
청구항 3에 있어서,

상기 제어부는, 렌즈의 곡률이 기준렌즈보다 큰 경우, 기준렌즈에 대응하는 렌즈형성시간보다 상기 렌즈형성시간을 길게 설정하고, 렌즈의 곡률이 작은 경우에는 기준렌즈에 대응하는 렌즈형성시간보다 상기 렌즈형성시간을 짧게 설정하는 것을 특징으로 하는 렌즈제조장치.
다수개의 성형홈이 일측면에 형성되어 있는 마스터판을 진공챔버 내부에 준비하는 마스터판 준비단계와;

상기 마스터판 일측에 렌즈의 원재료가 되는 기판을 준비하는 기판 준비단계와;

상기 진공챔버 내부를 진공상태로 형성하는 진공형성단계와;

상기 마스터판과 상기 기판을 밀착시키는 밀착단계와;

상기 밀착 단계 후, 상기 기판을 가열하는 가열단계와;

상기 기판을 가열한 후, 상기 진공 챔버를 개방하여 진공챔버 내의 진공을 해제시키는 진공해제단계와;

상기 마스터판 및 상기 기판을 냉각시킨 후 상기 마스터판과 상기 기판을 분리시켜 렌즈를 형성하는 렌즈형성단계를 포함하는 렌즈제조방법.
청구항 6에 있어서,

상기 진공형성단계는, 상기 진공챔버 내의 진공도를 조절하여 렌즈의 형상을 조절하는 것을 특징으로 하는 렌즈제조방법.
청구항 6 또는 청구항 7에 있어서,

상기 렌즈형성단계는, 렌즈형성시간을 조절하여 렌즈의 형상을 조절하는 것을 특징으로 하는 렌즈제조방법