KR101494439B1 - 적외선 렌즈 및 그 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
적외선 렌즈 및 그 제조 방법에 대해 개시한다.
본 발명에 따른 적외선 렌즈의 제조 방법은 (a) 적외선 투과성을 가진 렌즈 기재부를 마련하는 단계; (b) 상기 렌즈 기재부가 적어도 한 면에 비구면 및 회절면 중 하나 이상을 갖도록 상기 렌즈 기재부의 표면을 가공하는 단계; 및 (c) 상기 렌즈 기재부의 가공된 표면 상에 황화아연(Zinc sulfide, ZnS) 또는 셀렌화아연(Zinc selenide, ZnSe) 적외선 반사방지층을 형성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 적외선 렌즈의 제조 방법은 (a) 적외선 투과성을 가진 렌즈 기재부를 마련하는 단계; (b) 상기 렌즈 기재부가 적어도 한 면에 비구면 및 회절면 중 하나 이상을 갖도록 상기 렌즈 기재부의 표면을 가공하는 단계; 및 (c) 상기 렌즈 기재부의 가공된 표면 상에 황화아연(Zinc sulfide, ZnS) 또는 셀렌화아연(Zinc selenide, ZnSe) 적외선 반사방지층을 형성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
Description
본 발명은 열화상 카메라 등에 사용되는 적외선 렌즈에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 표면 가공된 적외선 렌즈 기재부에 황화아연 또는 셀렌화아연 반사방지층을 형성시킨 적외선 렌즈 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
열화상 카메라, 나이트비전(night vision) 등에 사용되는 적외선 렌즈는 칼코겐계 유리(chlcogenide glass), 황화아연(Zinc sulfide, ZnS) 또는 셀렌화아연(Zinc selenide, ZnSe)을 소재로 하고 있다.
그러나, 황화아연 및 셀렌화아연은 재료의 특성상 수차, 특히 색수차가 발생하기 쉽다.
따라서, 종래의 가압열간성형 또는 화학기상증착방식으로 제작된 황화아연 또는 셀렌화아연 윈도우를 적외선 렌즈로 가공할 경우, 렌즈 사이즈 축소 및 광집속 특성을 위해 표면에 직접 회절면이나 비구면을 형성하는 표면 가공 공정을 거쳐야 한다.
또한, 상기 황화아연 또는 셀렌화아연 윈도우를 가공하여 적외선 렌즈를 만들 경우, 벌크 소자를 사용함으로써 제작 단가가 높고, 소형화에 애로가 있다는 문제점이 있다.
본 발명에 관련된 배경기술로는 대한민국 공개특허공보 제10-2007-0005769호(2007.01.10. 공개)에 개시된 적외선 광학계가 있다.
본 발명의 하나의 목적은, 황화아연 또는 적외선 반사 방지 효과가 우수한 적외선 렌즈의 제조 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은, 적외선 반사 방지 효과가 우수한 적외선 렌즈를 제공하는 것이다.
상기 하나의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 적외선 렌즈의 제조 방법은 (a) 적외선 투과성을 가진 렌즈 기재부를 마련하는 단계; (b) 상기 렌즈 기재부가 적어도 한 면에 비구면 및 회절면 중 하나 이상을 갖도록 상기 렌즈 기재부의 표면을 가공하는 단계; 및 (c) 상기 렌즈 기재부의 가공된 표면 상에 황화아연(Zinc sulfide, ZnS) 또는 셀렌화아연(Zinc selenide, ZnSe) 적외선 반사방지층을 형성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 (a) 단계에서 상기 렌즈 기재부의 재질은 실리콘(silicon, Si), 게르마늄(Germanium, Ge), 사파이어(Sapphire), 플루오르화 칼슘(Calcium fluoride), 플루오르화 바륨(Barium fluoride), 플루오르화 마그네슘(Magnesium fluoride), 삼황화비소(Arsenic trisulfide) 또는 AMTIR-1(Ge33As12Se55 Glass)일 수 있다.
또한 상기 (b) 단계에서, 렌즈 기재부의 표면이 반도체 식각 공정 또는 마이크로머시닝(micromachining) 공정으로 가공될 수 있다.
또한, 상기 (C) 단계에서, 상기 적외선 반사방지층의 표면이 상기 렌즈 기재부의 표면에 대응하는 비구면 또는 회절면으로 형성될 수 있다.
또한 상기 (C) 단계는 스퍼터링법(sputtering), 진공 증착법(vacuum deposition), 이온 도금법(ion plating) 및 화학기상증착(chemical vapor deposition, CVD)법 중 어느 하나의 방법으로 실시될 수 있다.
또한, 상기 (C) 단계에서, 상기 적외선 반사방지층이 투과시키려는 적외선 파장의 1/3~1/5의 두께로 형성될 수 있다.
상기 다른 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 실시예에 따른 적외선 렌즈는 적외선 투과성을 가지며, 표면 가공 되어 적어도 한 면에 비구면 및 회절면 중 하나 이상이 형성된 렌즈 기재부; 및 상기 렌즈 기재부의 가공된 표면 상에 형성된 황화아연 또는 셀렌화아연 적외선 반사방지층;을 포함하는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 렌즈 기재부는 실리콘, 게르마늄, 사파이어, 플루오르화 칼슘, 플루오르화 바륨, 플루오르화 마그네슘, 삼황화비소 또는 AMTIR-1 재질일 수 있다.
또한, 상기 적외선 반사방지층의 표면이 상기 렌즈 기재부의 가공된 표면에 대응하는 비구면 또는 회절면을 가질 수 있다.
또한, 상기 적외선 반사방지층은 투과시키려는 적외선 파장의 1/3~1/5의 두께일 수 있다.
본 발명에 따른 적외선 렌즈는 렌즈 기재부 표면 상에 황화아연 또는 셀렌화아연 반사방지층을 형성함으로써, 렌즈 표면에서의 적외선의 반사를 감소시켜 적외선 투과성을 향상시킬 수 있다.
본 발명에 따른 적외선 렌즈의 제조 방법은 표면 가공된 렌즈 기재부 상에 황화아연 또는 셀렌화아연 반사방지층을 형성함으로써, 황화아연 또는 셀렌화아연으로 인한 수차를 보정하기 위해 얇은 반사방지층을 직접 가공하는 것을 피할 수 있다.
특히, 렌즈 기재부의 재질이 실리콘인 경우, 기존의 벌크 황화아연을 사용한 적외선 렌즈 대비 동등한 수준을 유지하면서, 대량생산 및 초소형화가 가능하다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 적외선 렌즈의 제조 방법을 개략적으로 나타낸 순서도이다.
도 2는 렌즈 기재부 마련 단계에서의 렌즈 기재부의 단면을 개략적으로 나타낸 것이다.
도 3은 표면 가공되어 회절면이 형성된 렌즈 기재부의 단면을 개략적으로 나타낸 것이다.
도 4는 적외선 반사방지층 형성 단계를 거쳐 완성된 적외선 렌즈의 단면을 개략적으로 나타낸 것이다.
도 5는 적외선 렌즈의 계면에서의 적외선의 파동을 개략적으로 나타낸 것이다.
도 2는 렌즈 기재부 마련 단계에서의 렌즈 기재부의 단면을 개략적으로 나타낸 것이다.
도 3은 표면 가공되어 회절면이 형성된 렌즈 기재부의 단면을 개략적으로 나타낸 것이다.
도 4는 적외선 반사방지층 형성 단계를 거쳐 완성된 적외선 렌즈의 단면을 개략적으로 나타낸 것이다.
도 5는 적외선 렌즈의 계면에서의 적외선의 파동을 개략적으로 나타낸 것이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성요소를 지칭한다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 적외선 렌즈에 관하여 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 적외선 렌즈의 제조 방법을 개략적으로 나타낸 것이다.
도 1에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 적외선 렌즈의 제조 방법은, (a) 렌즈 기재부 마련 단계(S110), (b) 렌즈 기재부 표면 가공 단계(S120) 및 (c) 적외선 반사방지층 형성 단계(S130)을 포함한다.
(a) 렌즈 기재부 마련 단계(S110)에서는 적외선 투과성을 지닌 렌즈 기재부를 마련한다.
이때, 적외선 투과성을 지닌 렌즈 기재로 실리콘(silicon, Si), 게르마늄(Germanium, Ge), 사파이어(Sapphire), 플루오르화 칼슘(Calcium fluoride), 플루오르화 바륨(Barium fluoride), 플루오르화 마그네슘(Magnesium fluoride), 삼황화비소(Arsenic trisulfide) 또는 AMTIR-1(Ge33As12Se55 Glass) 등을 포함할 수 있다.
특히, 렌즈기재로 가격이 저렴한 실리콘을 사용할 경우, 생산적 측면에서 유리할 수 있다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 렌즈 기재부 마련 단계에의 렌즈 기재부의 단면을 개략적으로 나타낸 것이다.
다음으로, (b) 렌즈 기재부 표면 가공 단계(S120)에서는 상기 렌즈 기재부가 적어도 한 면에 비구면 및 회절면 중 하나 이상을 갖도록 상기 렌즈 기재부의 표면을 가공한다.
렌즈의 기재부를 먼저 표면 가공 하면, 이후 형성되는 적외선 반사방지층의 표면은 별도의 추가 표면 가공 공정 없이도, 렌즈 기재부의 표면에 대응하는 비구면 또는 회절면을 가질 수 있다.
이를 통해 적외선 반사방지층의 황화아연 또는 셀렌화아연의 재료적 특성, 즉 낮은 굴절률과 굴절률의 파장의존성에 의해서 발생하는 수차를 보정할 수 있다.
또한, 렌즈 기재부의 표면을 반도체 식각 공정 또는 마이크로머시닝(micromachining) 공정으로 가공할 수 있다.
특히, 적외선 렌즈를 소형화 할 경우, 마이크로머시닝을 통해 다양한 구조를 갖도록 할 수 있다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 렌즈 기재부 표면 가공 단계의 표면 가공된 렌즈 기재부의 단면을 개략적으로 나타낸 것이다.
다음으로, (c) 적외선 반사방지층 형성 단계(S130)에서는 렌즈 기재부의 가공된 표면 상에 황화아연 또는 셀렌화아연 적외선 반사방지층을 형성한다.
이때, 적외선 반사방지층의 표면이 상기 렌즈 기재부의 표면에 대응하는 비구면 또는 회절면을 갖도록 상기 적외선 반사방지층을 형성시킬 수 있다.
또한, 스퍼터링법(sputtering), 진공 증착법(vacuum deposition), 이온 도금법(ion plating) 및 화학기상증착(chemical vapor deposition, CVD)법 중 어느 하나의 방법을 통해 적외선 반사방지층을 형성시킬 수 있다.
또한, 적외선 반사방지층이 투과시키려는 적외선 파장의 1/4의 두께가 되도록 형성시킬 수 있다.
적외선은 전자기파로서 파동으로서의 성질을 지니며, 정현파(sinusoidal wave)로 나타내면 도 5와 같다.
굴절률이 다른 두 매체 사이의 계면을 적외선이 통과할 때 일부는 표면으로부터 반사되어 반대 방향으로 진행하며, 위상차가 180°만큼 발생하여 도 5의 아래 2개의 파형과 같이 역방향으로 진행하게 된다.
이때, 황화아연 또는 셀렌화아연 적외선 반사방지층의 두께를 입사하는 적외선 파장의 1/3~1/5, 보다 바람직하게는 입사하는 적외선 파장의 1/4이 되도록 조절하면, 공기(510)와 적외선 반사방지층(520) 사이 제1계면과 적외선 반사방지층과 렌즈 기재부(530) 사이의 제2계면 사이에서 반사되는 적외선이 180°에 가까운 위상차를 갖게 되므로, 서로 소멸되어 반사율을 0에 가깝게 만들어 줄 수 있어 보다 바람직하다. 이를 통해 적외선 렌즈의 표면 반사를 작게 해서 투과되는 적외선의 세기를 증가시키고 동시에 반사로 인한 산란 적외선을 제거할 수 있다. , 또한 이 경우, 적외선 렌즈를 사용하는 장치에 있어 보다 많은 양의 적외선 공급할 수 있어, 적외선 검지 감도를 한 층 더 향상시킬 수 있다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 적외선 렌즈를 개략적으로 나타낸 것이다.
도 4에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 적외선 렌즈는 렌즈 기재부(410) 및 적외선 반사방지층(420)을 포함한다.
렌즈 기재부(410)는 적외선 투과성을 가지며, 표면 가공 되어 적어도 한 면이 비구면 및 회절면 중 하나 이상을 형성되어 있다.
또한, 렌즈 기재부는 실리콘, 게르마늄, 사파이어, 플루오르화 칼슘, 플루오르화 바륨, 플루오르화 마그네슘, 삼황화비소 또는 AMTIR-1 재질일 수 있다.
이때, 렌즈 기재부는 자원이 풍부하고 입수가 유리할 뿐만 아니라, 저렴하여 대량생산에 유리한 실리콘을 이용하는 것이 가장 바람직하다.
적외선 반사방지층(420)은 황화아연 또는 셀렌화아연으로 이루어지며, 렌즈 기재부의 가공된 표면 상에 형성된다.
이때, 반사방지층의 표면은 색수차가 없도록 회절면 또는 비구면 인 것이 좋다.
본 발명의 경우, 전술한 바와 같이 기재 표면 가공을 통하여 미리 회절면 및 비구면 중 하나 이상을 형성함으로써 황화아연 또는 셀렌화아연으로 형성된 적외선 반사방지층 역시 회절면 또는 비구면을 가질 수 있는 효과가 있다.
또한 적외선 검지 강도를 향상시키기 위해서는 계면들 사이에서 반사되는 적외선이 정확히 180°만큼 위상차를 갖도록 하는 것이 좋다.
본 발명의 경우, 전술한 바와 같이 두께가 투과시키려는 적외선 파장의 1/3~1/5, 보다 바람직하게는 1/4인 적외선 반사방지층을 사용함으로써, 적외선 렌즈의 반사 방지 효과를 높였다.
이상에서는 본 발명의 실시예를 중심으로 설명하였으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 기술자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다.
따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의해서 정하여져야 할 것이다.
S110 : 렌즈 기재부 마련 단계
S120 : 렌즈 기재부 표면 가공 단계
S130 : 적외선 반사방지층 형성 단계
410 : 렌즈 기재부
420 : 적외선 반사방지층
510 : 공기
520 : 적외선 반사방지층
530 : 렌즈 기재부
S120 : 렌즈 기재부 표면 가공 단계
S130 : 적외선 반사방지층 형성 단계
410 : 렌즈 기재부
420 : 적외선 반사방지층
510 : 공기
520 : 적외선 반사방지층
530 : 렌즈 기재부
Claims (10)
- (a) 적외선 투과성을 가진 렌즈 기재부를 마련하는 단계;
(b) 상기 렌즈 기재부가 적어도 한 면에 비구면 및 회절면 중 하나 이상을 갖도록 상기 렌즈 기재부의 표면을 가공하는 단계; 및
(c) 상기 렌즈 기재부의 가공된 표면 상에 황화아연(Zinc sulfide, ZnS) 또는 셀렌화아연(Zinc selenide, ZnSe) 적외선 반사방지층을 형성하는 단계;를 포함하여,
상기 (C) 단계에서, 상기 적외선 반사방지층의 표면이 상기 렌즈 기재부의 표면에 대응하는 비구면 또는 회절면으로 형성되는 것을 특징으로 하는 적외선 반사 방지 효과가 우수한 적외선 렌즈 제조 방법.
- 제1항에 있어서,
상기 (a) 단계에서, 상기 렌즈 기재부는 실리콘(silicon, Si), 게르마늄(Germanium, Ge), 사파이어(Sapphire), 플루오르화 칼슘(Calcium fluoride), 플루오르화 바륨(Barium fluoride), 플루오르화 마그네슘(Magnesium fluoride), 삼황화비소(Arsenic trisulfide) 또는 AMTIR-1(Ge33As12Se55 Glass) 재질인 것을 특징으로 하는 적외선 반사 방지 효과가 우수한 적외선 렌즈 제조 방법.
- 제1항에 있어서,
상기 (b) 단계에서, 렌즈 기재부의 표면이 반도체 식각 공정 또는 마이크로머시닝(micromachining) 공정으로 가공되는 것을 특징으로 하는 적외선 반사 방지 효과가 우수한 적외선 렌즈 제조 방법.
- 삭제
- 제1항에 있어서,
상기 (C) 단계는
스퍼터링법(sputtering), 진공 증착법(vacuum deposition), 이온 도금법(ion plating) 및 화학기상증착(chemical vapor deposition, CVD)법 중 어느 하나의 방법으로 실시되는 것을 특징으로 하는 적외선 반사 방지 효과가 우수한 적외선 렌즈 제조 방법.
- 제1항에 있어서,
상기 (C) 단계에서, 상기 적외선 반사방지층이 투과시키려는 적외선 파장의 1/3~1/5의 두께로 형성되는 것을 특징으로 하는 적외선 반사 방지 효과가 우수한 적외선 렌즈 제조 방법.
- 적외선 투과성을 가지며, 표면 가공 되어 적어도 한 면에 비구면 및 회절면 중 하나 이상이 형성된 렌즈 기재부; 및
상기 렌즈 기재부의 가공된 표면 상에 형성된 황화아연 또는 셀렌화아연 적외선 반사방지층;을 포함하여,
상기 적외선 반사방지층의 표면이 상기 렌즈 기재부의 가공된 표면에 대응하는 비구면 또는 회절면을 갖는 것을 특징으로 하는 적외선 반사 방지 효과가 우수한 적외선 렌즈.
- 제7항에 있어서,
상기 렌즈 기재부는
실리콘, 게르마늄, 사파이어, 플루오르화 칼슘, 플루오르화 바륨, 플루오르화 마그네슘, 삼황화비소 또는 AMTIR-1 재질인 것을 특징으로 하는 적외선 반사 방지 효과가 우수한 적외선 렌즈.
- 삭제
- 제7항에 있어서,
상기 적외선 반사방지층은
투과시키려는 적외선 파장의 1/3~1/5의 두께인 것을 특징으로 하는 적외선 반사 방지 효과가 우수한 적외선 렌즈.
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