KR102360828B1

KR102360828B1 - 렌즈, 이를 포함하는 렌즈군 및 렌즈 가공 광학계

Info

Publication number: KR102360828B1
Application number: KR1020200004688A
Authority: KR
Inventors: 황남구; 선상필; 유승협; 최세규
Original assignee: (주) 큐알에스
Priority date: 2020-01-14
Filing date: 2020-01-14
Publication date: 2022-02-09
Also published as: KR20210091482A

Abstract

본 발명의 일실시예는 불필요한 광을 효과적으로 차단할 수 있는 렌즈, 이를 포함하는 렌즈군 및 렌즈 가공 광학계를 제공한다. 여기서, 렌즈는 렌즈몸체와, 렌즈몸체의 내부에 렌즈몸체의 가장자리를 따라 링 형상으로 형성되어 유입되는 광을 차단하는 차단부를 포함한다.

Description

렌즈, 이를 포함하는 렌즈군 및 렌즈 가공 광학계{LENS, LENS GROUP INCLUDING THE SAME AND OPTICAL SYSTEM FOR PORCESSING LENS}

본 발명은 렌즈, 이를 포함하는 렌즈군 및 렌즈 가공 광학계에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 불필요한 광을 효과적으로 차단할 수 있는 렌즈, 이를 포함하는 렌즈군 및 렌즈 가공 광학계에 관한 것이다.

디지털 카메라 및 핸드폰 카메라 렌즈군(Lens Group)의 이미지 품질 저하의 원인으로 플레어 현상을 들 수 있으며, 플레어 현상은 크게 고스트 현상과 포그 현상을 포함한다.

일반적으로 플레어 현상은 렌즈군을 구성한 각 렌즈의 표면(경계면)과 이미지 센서에 의해 되 반사 된 불필요한 광이 다시 이미지 센서에 수렴하므로 발생하게 된다.

플레어 현상은 주위환경과 비교해서 밝은 물체가 피사체에 포함되어있을 때 두드러지며, 야경 촬영 시 더욱 잘 나타나는 경향이 있다.

도 1은 종래의 렌즈군에서 발생하는 고스트 현상을 설명하기 위한 예시도이다.

도 1에서 보는 바와 같이, 복수의 렌즈(11,12,13)로 이루어지는 렌즈군(10)으로 입사되는 광(L1)은 각 렌즈(11,12,13)를 통과한 후 이미지 센서(20)에 입사된다. 이때, 이미지 센서(20)로 입사되는 광(L1) 중 이미지 센서(20)에서 반사되는 반사광(L2)은 렌즈군(10)에서 굴절되어 다시 이미지 센서(20)로 수렴하게 되는데 이때, 반사광(L2)의 수렴 영역(A2)이 입사되는 광(L1)의 수렴 영역(A1)과 달라지게 되어 허상이 형성되게 된다. 통상적으로, 입사되는 광(L1)의 강도가 클수록 반사광(L2)에 의해 허상이 형성될 확률도 높아지게 된다.

플레어 현상을 예방 하기 위해서는 촬영각도를 바꾸거나, 후드를 설치하는 등의 방법이 있지만, 이는 근본적인 해결책이 될 수는 없다.

대한민국 공개특허공보 제2019-0035261호(2019.04.03. 공개)

상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 불필요한 광을 효과적으로 차단할 수 있는 렌즈, 이를 포함하는 렌즈군 및 렌즈 가공 광학계를 제공하는 것이다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

삭제

상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 일실시예는 렌즈몸체 그리고 상기 렌즈몸체의 내부에 상기 렌즈몸체의 가장자리를 따라 링 형상으로 형성되어 유입되는 광을 차단하는 차단부를 포함하는 것을 특징으로 하는 렌즈를 가공하기 위한 렌즈 가공 광학계로서, 오목한 출사평면을 가지며, 상기 출사평면에서 출사되는 레이저빔이 링 형태의 단면 형상을 가지도록 성형하고 상기 출사평면에서 멀어질수록 지름이 증가되도록 하는 빔 성형부; 상기 빔 성형부에서 출사된 후 입사되는 상기 레이저빔이 상기 렌즈몸체 가장자리의 초점위치에 초점이 맺혀 상기 차단부가 생성되도록 하는 빔 집광부; 그리고 볼록한 입사평면을 가지고 상기 빔 집광부 및 상기 초점위치의 사이에 구비되며, 상기 빔 집광부에서 출사되는 상기 레이저빔이 상기 초점위치보다 전방에 위치하는 교차위치에서 교차하도록 경로를 수정하여, 상기 레이저빔이 상기 교차위치에서 멀어질수록 지름이 증가되다가 상기 초점위치에서 초점이 맺힐 수 있는 빔 경로를 가지며 링 형태의 단면 형상을 이루도록 하는 빔 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 렌즈 가공 광학계를 제공한다.

본 발명의 실시예에 있어서, 상기 차단부는 상기 초점위치에 맺히는 상기 레이저빔에 의해 상기 렌즈몸체의 축방향으로 연장 형성될 수 있다.

본 발명의 실시예에 있어서, 상기 빔 제어부는 상기 빔 집광부와의 거리가 가변되도록 구비되고, 상기 빔 집광부 및 상기 빔 제어부 사이의 거리가 가까워질수록 상기 빔 제어부에서 출사되는 상기 레이저빔이 교차하는 교차위치는 상기 초점위치로부터 멀어지고 상기 초점위치에서 상기 링 형태의 단면 형상의 지름은 커지고, 상기 빔 집광부 및 상기 빔 제어부 사이의 거리가 멀어질수록 상기 빔 제어부에서 출사되는 상기 레이저빔이 교차하는 교차위치는 상기 초점위치에 가까워지고 상기 초점위치에서 상기 링 형태의 단면 형상의 지름은 작아져서 상기 차단부는 상기 렌즈몸체의 지름방향으로 연장 형성될 수 있다.

본 발명의 실시예에 있어서, 상기 빔 성형부는 상기 빔 집광부와의 거리가 가변되도록 구비되고, 상기 빔 성형부 및 상기 빔 집광부 사이의 거리가 가까워질수록 상기 빔 제어부에서 출사되는 상기 레이저빔의 수렴각은 작아져서 상기 차단부의 표면은 제1거칠기를 가지고, 상기 빔 성형부 및 상기 빔 집광부 사이의 거리가 멀어질수록 상기 빔 제어부에서 출사되는 상기 레이저빔의 수렴각은 커져서 상기 차단부의 표면은 상기 제1거칠기보다 거친 제2거칠기를 가질 수 있다.

본 발명의 실시예에 있어서, 상기 빔 성형부로 입사되는 상기 레이저빔의 출력을 제어하는 출력제어부를 더 포함하고, 상기 출력제어부는 상기 빔 집광부 및 상기 빔 제어부 사이의 거리가 가까워져 상기 초점위치에서 상기 링 형태의 레이저빔의 단면 지름이 커질수록 상기 레이저빔의 출력을 크게 하고, 상기 빔 집광부 및 상기 빔 제어부 사이의 거리가 멀어져 상기 초점위치에서 상기 링 형태의 레이저빔의 단면 지름이 작아질수록 상기 레이저빔의 출력을 작게 하여 상기 초점위치에서 상기 레이저빔의 에너지 밀도가 일정해지도록 할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따르면, 렌즈군의 각 렌즈 내부에 차단부를 마련하여 이미지 센서에서 반사된 후 유입되는 불필요한 반사광을 차단할 수 있으며, 이를 통해, 플레어 현상 발생이 방지될 수 있다.

본 발명의 실시예에 따르면, 렌즈몸체에 조사되는 레이저빔은 링 형태의 단면 형상을 가지기 때문에, 렌즈몸체에는 초점위치에서 레이저빔의 링 형태의 단면 형상의 지름에 대응되는 지름의 차단부가 용이하게 형성될 수 있다.

본 발명의 효과는 상기한 효과로 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 상세한 설명 또는 청구범위에 기재된 발명의 구성으로부터 추론 가능한 모든 효과를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

도 1은 종래의 렌즈군에서 발생하는 고스트 현상을 설명하기 위한 예시도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 렌즈군을 나타낸 단면예시도이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 렌즈군의 렌즈를 나타낸 제1예시도이다.
도 4는 도 3의 횡단면도이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 렌즈군의 렌즈를 나타낸 제2예시도이다.
도 6은 도 5의 종단면도이다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 렌즈 가공 광학계를 개략적으로 나타낸 예시도이다.
도 8은 도 7의 레이저빔의 단면형상을 나타낸 예시도이다.
도 9는 도 7의 렌즈 가공 광학계를 이용한 차단부 가공예를 나타낸 예시도이다.
도 10은 도 7의 렌즈 가공 광학계의 작동예를 나타낸 예시도이다.
도 11은 도 7의 렌즈 가공 광학계의 다른 작동예를 나타낸 예시도이다.

이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 따라서 여기에서 설명하는 실시예로 한정되는 것은 아니다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 “연결(접속, 접촉, 결합)”되어 있다고 할 때, 이는 “직접적으로 연결”되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 부재를 사이에 두고 “간접적으로 연결”되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 “포함”한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 구비할 수 있다는 것을 의미한다.

본 명세서에서 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 명세서에서, “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.

이하 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하기로 한다.

도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 렌즈군을 나타낸 단면예시도이다.

도 2에서 보는 바와 같이, 렌즈군(100)은 축방향을 따라 복수로 마련되는 렌즈(110a,110b,110c)를 포함할 수 있다. 그리고, 각 렌즈(110a,110b,110c)는 내부에 차단부(112a,112b,112c)를 가질 수 있다.

차단부(112a,112b,112c)는 유입되는 광을 차단할 수 있다. 즉, 차단부(112a,112b,112c)는 입사되는 광(L1) 중에서 이미지 센서(200)에서 반사된 후 유입되는 반사광(L2)을 차단할 수 있으며, 이를 통해, 플레어 현상 발생이 방지될 수 있다.

도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 렌즈군의 렌즈를 나타낸 제1예시도이고, 도 4는 도 3의 횡단면도이다.

도 3 및 도 4를 더 포함하여 보는 바와 같이, 렌즈(110a)는 렌즈몸체(111a) 및 차단부(112a)를 포함할 수 있다.

렌즈몸체(111a)의 형상은 특정하게 한정되는 것은 아니나, 이하에서는 설명의 편의 상 렌즈몸체(111a)가 축방향에 수직한 단면이 원형인 경우로 하여 설명한다.

차단부(112a)는 렌즈몸체(111a)의 내부에 형성될 수 있으며, 렌즈몸체(111a)의 가장자리를 따라 링 형태로 형성될 수 있다.

차단부(112a)는 렌즈몸체(111a)에서 레이저빔이 조사되는 부분이 용융된 후 응고되어 형성될 수 있다. 차단부(112a)는 광불투과성이 될 수 있으며, 이에 따라 차단부(112a)로 유입되는 광은 차단될 수 있다.

본 예시에서, 차단부(112a)는 렌즈몸체(111a)의 축방향으로 연장 형성될 수 있다. 즉, 차단부(112a)는 렌즈몸체(111a)의 높이방향으로 연장 형성될 수 있다. 도 2를 참조하면, 상측 및 하측의 렌즈(110a,110c)가 이에 해당될 수 있다.

한편, 도 4의 (b)를 참조하면, 렌즈(110a)는 복수의 차단부(112a,113a,114a)를 가질 수 있으며, 각각의 차단부(112a,113a,114a)는 렌즈몸체(111a)의 지름방향을 따라 이격 형성될 수 있다. 이와 같이 차단부(112a,113a,114a)가 겹겹이 형성되면 유입되는 광이 더욱 효과적으로 차단될 수 있다. 각각의 차단부(112a,113a,114a)는 모두 동일한 높이로 형성되거나, 또는 다른 높이로 형성될 수도 있다. 또한, 각각의 차단부(112a,113a,114a)는 모두 동일한 두께로 형성되거나, 또는 다른 두께로 형성되는 등 다양한 변형이 가능할 수 있다.

도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 렌즈군의 렌즈를 나타낸 제2예시도이고, 도 6은 도 5의 종단면도이다.

한편, 차단부(112b)는 렌즈몸체(111b)의 지름방향으로 연장 형성될 수 있다. 도 2를 참조하면, 중앙의 렌즈(110b)가 이에 해당될 수 있다.

그리고, 도 6의 (b)를 참조하면, 이러한 형태의 차단부도 복수로 형성될 수 있으며, 각각의 차단부(112b,113b,114b)는 렌즈몸체(111b)의 축방향을 따라 이격 형성될 수 있다. 이와 같이 차단부(112b,113b,114b)가 렌즈몸체(111b)의 두께방향을 따라 층층이 형성되면 유입되는 광이 더욱 효과적으로 차단될 수 있다. 각각의 차단부(112b,113b,114b)는 모두 동일한 두께로 형성되거나, 또는 다른 두께로 형성될 수도 있다. 또한, 각각의 차단부(112b,113b,114b)는 모두 동일한 지름으로 형성되거나, 또는 다른 지름으로 형성되는 등 다양한 변형이 가능할 수 있다.

다시 도 2를 참조하면, 이미지 센서(200)에서 반사되는 반사광(L2)은 각 렌즈(110a,110b,110c)와 그 사이의 공기의 임피던스 차이로 인해 굴절 또는 반사될 수 있다. 렌즈군(100)의 렌즈(110a,110b,110c)에 형성되는 차단부(112a,112b,112c) 중 적어도 하나는 반사광(L2)의 광 경로 상에 배치되도록 마련될 수 있다. 또한, 반사광(L2)이 광 경로 상의 전단의 차단부를 빗겨 나아가더라도 그 후단의 복수개의 차단부 중 적어도 하나에서는 차단될 수 있도록, 각 차단부(112a,112b,112c)는 서로 다른 지름으로 형성될 수 있다. 더하여, 반사광(L2)의 효과적 차단을 위해, 각 차단부(112a,112b,112c)는 축방향으로 연장되는 형태 및 지름방향으로 연장되는 형태가 혼합되어 배치될 수 있다.

한편, 앞에서는 상측 및 하측의 렌즈(110a,110c)의 차단부(112a,112c)가 동일한 형태를 가지고, 중앙의 렌즈(110b)의 차단부(112b)는 다른 형태로 설명하였으나 이는 예시적인 것이며, 차단부의 형태는 도시된 형태와 다르게 형성될 수 있음은 물론이다.

이하에서는 전술한 렌즈를 가공하는 렌즈 가공 광학계에 대해서 설명한다.

도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 렌즈 가공 광학계를 개략적으로 나타낸 예시도이고, 도 8는 도 7의 레이저빔의 단면형상을 나타낸 예시도인데, 도 8의 (a)는 도 7의 A-A’선 단면형상을 나타낸 것이고, 도 8의 (b)는 도 7의 B-B’선 단면형상을 나타낸 것이다.

도 7 및 도 8에서 보는 바와 같이, 본 발명에 따른 렌즈 가공 광학계는 빔 성형부(500), 빔 집광부(600) 그리고 빔 제어부(700)를 포함할 수 있다.

빔 성형부(500)는 오목한 출사평면(510)을 가질 수 있다. 빔 성형부(500)는 출사평면(510)에서 출사되는 레이저빔(LB)이 링 형태의 단면 형상을 가지도록 성형할 수 있다. 즉, 빔 성형부(500)는 빔 성형부(500)로 입사되는 레이저빔(LB)이 속이 찬 단면 형상을 가지더라도(도 8의 (a) 참조), 빔 성형부(500)의 출사평면(510)에서 출사되는 레이저빔(LB)은 링 형태의 단면 형상을 가지도록 할 수 있다(도 8의 (b) 참조).

또한, 빔 성형부(500)는 출사평면(510)에서 출사되는 레이저빔(LB)이 출사평면(510)에서 멀어질수록 지름이 증가되도록 할 수 있다.

빔 집광부(600)는 빔 성형부(500)에서 출사된 후 입사되는 레이저빔(LB)이 초점위치(P1)에서 초점이 맺히도록 할 수 있다. 즉, 빔 성형부(500)에서 출사되는 레이저빔(LB)의 초점위치(P1)는 빔 집광부(600)에 의해 결정될 수 있다. 초점위치(P1)는 렌즈몸체의 내부일 수 있다.

빔 제어부(700)는 빔 집광부(600) 및 초점위치(P1)의 사이에 구비될 수 있으며, 볼록한 입사평면(710)을 가질 수 있다.

빔 제어부(700)는 빔 집광부(600)에서 출사되는 레이저빔(LB)이 초점위치(P1)보다 전방에서 교차하도록 레이저빔(LB)의 경로를 수정할 수 있다. 즉, 빔 제어부(700)에 의해 경로가 수정되는 레이저빔(LB)은 초점위치(P1)보다 전방에 서로 교차하는 교차위치(P2)를 가질 수 있다. 이후, 레이저빔(LB)은 교차위치(P2)에서 멀어질수록 지름이 증가되다가 초점위치(P1)에서 초점이 맺힐 수 있다. 그리고, 레이저빔(LB)은 초점위치(P1)에서도 링 형태의 단면 형상을 가질 수 있다.

빔 성형부(500) 및 빔 제어부(700)는 액시콘(Axicon) 렌즈일 수 있다.

빔 집광부(600)는 빔 성형부(500)에서 출사되는 레이저빔(LB)이 수렴되어 초점위치(P1)에서 초점이 맺히도록 하기 때문에, 빔 제어부(700)가 없다면 레이저빔(LB)은 지름이 감소하는 빔 경로를 가질 수 있다. 그러나, 빔 제어부(700)가 레이저빔(LB)의 수렴각을 빔 집광부(600)에 의해 레이저빔(LB)이 수렴되는 수렴각보다 더욱 작아지도록 함으로써, 초점위치(P1)의 전방에서 레이저빔(LB)이 교차되도록 할 수 있다. 따라서, 교차위치(P2)를 지나는 레이저빔(LB)은 지름이 증가하는 빔 경로를 가질 수 있다.

도 9는 도 7의 렌즈 가공 광학계를 이용한 차단부 가공예를 나타낸 예시도이다.

도 9를 더 포함하여 설명하면, 초점위치(P1)에서 레이저빔(LB)의 지름(D1)은 렌즈몸체(111a)에 형성하고자 하는 차단부(112a)의 지름에 대응될 수 있다.

초점위치(P1)에서 레이저빔(LB)은 링 형태의 단면 형상을 가지기 때문에, 렌즈몸체(111a)에 레이저빔(LB)이 조사되면 렌즈몸체(111a)에서 레이저빔(LB)이 조사되는 부분만 용융될 수 있다. 그리고, 초점위치(P1)는 렌즈몸체(111a)의 축방향으로 이동될 수 있으며, 레이저빔(LB)이 새로이 조사되는 부분은 용융되고, 레이저빔(LB)이 지나간 부분은 응고되어 차단부(112a)가 형성될 수 있다.

도 9의 (a) 내지 (c)에서 보는 바와 같이, 레이저빔(LB)의 초점위치는 렌즈몸체(111a)의 상부가 시작위치(S1)가 된 후 하측방향으로 이동되어 렌즈몸체(111a)의 하부가 종료위치(S2)가 될 수 있다. 또는, 도 9의 (a’) 내지 (c’)에서 보는 바와 같이, 레이저빔(LB)의 초점위치는 렌즈몸체(111a)의 하부가 시작위치(S1)가 된 후 상측방향으로 이동되어 렌즈몸체(111a)의 상부가 종료위치(S2)가 될 수도 있다. 어떠한 방식이 진행되더라도, 레이저빔(LB)에 의한 가공이 완료되면, 레이저빔(LB)의 초점이 위치되었던 부분이 차단부(112a)로 형성될 수 있다.

본 실시예에 따르면, 처음부터 렌즈몸체(111a)에 조사되는 레이저빔(LB)은 링 형태의 단면 형상을 가지기 때문에, 렌즈몸체(111a)에는 초점위치(P1)에서 레이저빔(LB)의 지름(D1)에 대응되는 지름으로 차단부(112a)가 형성될 수 있다.

도 10은 도 7의 렌즈 가공 광학계의 작동예를 나타낸 예시도이다.

도 10에서 보는 바와 같이, 본 발명에 따른 렌즈 가공 광학계에서는 빔 제어부(700)가 빔 집광부(600)와의 거리가 가변되도록 구비될 수 있다.

빔 집광부(600) 및 빔 제어부(700) 사이의 거리가 가까워질수록, 빔 제어부(700)에서 출사되는 레이저빔(LB)이 교차하는 교차위치(P2)는 초점위치(P1)로부터 멀어질 수 있다. 즉, 빔 집광부(600) 및 빔 제어부(700) 사이의 거리가 가까워질수록, 교차위치(P2)는 더욱 전방으로 이동될 수 있다. 그리고, 초점위치(P1)에서 레이저빔(LB)의 링 형태의 단면 형상의 지름은 점점 커질 수 있다.

도 10의 (a)와 도 10의 (b)를 비교했을 때, 빔 제어부(700)가 빔 집광부(600)에 가까워지도록 이동하면, 교차위치(P2)는 빔 집광부(600) 방향으로 이동된다. 그리고, 초점위치(P1)에서 레이저빔(LB)의 지름은 제1지름(D1)에서 제2지름(D2)으로 커지게 된다.

마찬가지로, 도 10의 (b)와 도 10의 (c)를 비교했을 때, 빔 제어부(700)가 빔 집광부(600)에 더욱 가까워지도록 이동하면, 교차위치(P2)는 빔 집광부(600) 방향으로 더욱 이동된다. 그리고, 초점위치(P1)에서 레이저빔(LB)의 지름은 제2지름(D2)에서 제3지름(D3)으로 더욱 커지게 된다.

빔 집광부(600)와 빔 제어부(700) 사이의 거리를 조절하여 초점위치(P1)에서 레이저빔(LB)의 지름을 조절하면, 도 4의 (b)에 도시된 바와 같은 차단부(112a,113a,114a)를 생성할 수 있다. 이때, 초점위치(P1)에서는 큰 지름에서 작은 지름 순서로 레이저빔(LB)의 지름이 조절될 수 있으며, 이에 따라, 외측의 차단부(112a)에서 중간의 차단부(113a), 그리고 내측의 차단부(114a) 순서로 가공될 수 있다. 이렇게 하면 이미 가공된 차단부에 의해 레이저빔(LB)의 간섭 받지 않고 다음의 차단부를 가공할 수 있다.

또한, 빔 집광부(600)와 빔 제어부(700) 사이의 거리를 조절함으로써 초점위치(P1)에서 레이저빔(LB)의 지름을 조절하여 복수의 차단부를 가공할 수 있기 때문에, 레이저빔의 지름을 조절하기 위한 별도의 광학계의 추가 구성이나, 광학계의 교체가 불필요한 이점도 있다.

다시 도 7을 참조하면, 렌즈 가공 광학계는 출력제어부(900)를 더 포함할 수 있다.

출력제어부(900)는 조사부(800)에서 조사되어 빔 성형부(500)로 입사되는 레이저빔(LB)의 출력을 제어할 수 있다.

출력제어부(900)는 빔 집광부(600) 및 빔 제어부(700) 사이의 거리가 가까워져 초점위치(P1)에서 레이저빔(LB)의 링 형태의 단면 형상의 지름이 커질수록 레이저빔(LB)의 출력을 크게 할 수 있다. 그리고, 출력제어부(900)는 빔 집광부(600) 및 빔 제어부(700) 사이의 거리가 멀어져 초점위치(P1)에서 레이저빔의 링 형태의 단면 형상의 지름이 작아질수록 레이저빔의 출력을 작게 할 수 있다.

이를 통해, 초점위치(P1)에서 레이저빔의 링 형태의 단면 형상의 지름이 다르게 되더라도 레이저빔의 에너지 밀도는 일정해질 수 있고, 용융 및 응고가 균일하게 이루어질 수 있어 가공되는 차단부의 광불투과성도 균일해질 수 있다.

도 11은 도 7의 렌즈 가공 광학계의 다른 작동예를 나타낸 예시도이다.

도 11에서 보는 바와 같이, 본 발명에 따른 렌즈 가공 광학계에서는 빔 성형부(500)가 빔 집광부(600)와의 거리가 가변되도록 구비될 수 있다.

빔 성형부(500) 및 빔 집광부(600) 사이의 거리가 멀어질수록, 빔 제어부(700)에서 출사되는 레이저빔(LB)이 수렴하는 수렴각은 커질 수 있다.

즉, 빔 집광부(600) 및 빔 제어부(700)와의 사이 거리가 일정한 경우, 초점위치(P1) 및 교차위치(P2)는 일정할 수 있다. 그런데, 빔 성형부(500)와 빔 집광부(600) 사이의 거리가 멀어지게 되면 빔 성형부(500)에서 출사되는 레이저빔(LB)이 빔 집광부(600)에 입사될 때의 지름도 커지게 된다. 따라서, 빔 집광부(600)에서 출사되는 레이저빔(LB)의 수렴각은 커지게 된다. 한편, 빔 제어부(700)는 빔 집광부(600)에서 출사되는 레이저빔(LB)이 교차위치(P2)에서 교차되도록 해야 하기 때문에 빔 제어부(700)에서 출사되는 레이저빔(LB)의 수렴각은 더 커지게 된다.

즉, 도 11의 (a)와 도 11의 (b)를 비교했을 때, 빔 성형부(500)가 빔 집광부(600)로부터 멀어지도록 이동하면, 빔 제어부(700)에서 출사되는 수렴각은 제1수렴각(CA1)에서 제2수렴각(CA2)으로 커지게 된다.

마찬가지로, 도 11의 (b)와 도 11의 (c)를 비교했을 때, 빔 성형부(500)가 빔 집광부(600)로부터 더욱 멀어지도록 이동하면, 빔 제어부(700)에서 출사되는 수렴각은 제2수렴각(CA2)에서 제3수렴각(CA3)으로 더욱 커지게 된다.

빔 제어부(700)에서 출사되는 레이저빔(LB)의 수렴각을 작게 하는 것은 빔 성형부(500)와 빔 집광부(600) 사이의 거리가 점점 가까워지도록 함으로서 구현될 수 있다.

이처럼, 본 발명은 빔 성형부(500)와 빔 집광부(600) 사이의 거리를 조절하여 빔 제어부(700)에서 출사되는 레이저빔(LB)의 수렴각을 조절할 수 있다. 렌즈몸체에 도 4의 (b)와 같은 복수의 차단부(112a,113a,114a)를 가공하는 경우, 렌즈몸체의 두께가 너무 두껍게 되면 교차위치(P2)가 랜즈몸체의 내측에 위치될 수 있다. 그러면, 빔 제어부(700)와 교차위치(P2) 사이의 레이저빔(LB)이 이전에 가공된 차단부(즉, 외측의 차단부)에 의해 간섭을 받을 수 있다. 이 경우, 빔 제어부(700)에서 출사되는 레이저빔(LB)의 수렴각을 작게 하여 빔 제어부(700)와 교차위치(P2) 사이의 레이저빔(LB)이 외측에 이미 가공된 차단부의 내측에 위치되도록 할 수 있으며, 이를 통해, 레이저빔(LB)의 에너지 손실을 방지하고, 내측의 차단부를 안정적으로 가공할 수 있다.

그리고, 빔 제어부(700)에서 출사되는 레이저빔(LB)의 수렴각이 커질수록 차단부의 표면 거칠기는 커질 수 있다. 즉, 빔 성형부(500) 및 빔 집광부(600)의 거리가 가까워져서 빔 제어부(700)에서 출사되는 레이저빔(LB)의 수렴각이 작아지는 경우에 가공되는 차단부의 표면이 제1거칠기를 가진다고 하면, 빔 성형부(500) 및 빔 집광부(600)의 거리가 멀어져서 빔 제어부(700)에서 출사되는 레이저빔(LB)의 수렴각이 커지는 경우에 가공되는 차단부의 표면은 제1거칠기보다 거친 제2거칠기를 가질 수 있다. 여기서, 제1거칠기 및 제2거칠기는 범위값일 수 있으며, 차단부의 표면은 차단부와 렌즈몸체의 경계면일 수 있다.

또한, 본 발명은 빔 성형부(500)와 빔 집광부(600) 사이의 거리를 조절하여 빔 제어부(700)에서 조사되는 레이저빔(LB)의 수렴각을 용이하게 조절할 수 있기 때문에, 레이저빔의 수렴각을 조절하기 위한 별도의 광학계의 추가 구성이나, 광학계의 교체가 불필요한 이점도 있다.

전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.

본 발명의 범위는 후술하는 청구범위에 의하여 나타내어지며, 청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

100: 렌즈군
110a,110b,110c: 렌즈
111a,111b: 렌즈몸체
112a,112b,112c,113a,113b,114a,114b: 차단부
500: 빔 성형부
600: 빔 집광부
700: 빔 제어부
800: 조사부
900: 출력제어부

Claims

렌즈몸체 그리고 상기 렌즈몸체의 내부에 상기 렌즈몸체의 가장자리를 따라 링 형상으로 형성되어 유입되는 광을 차단하는 차단부를 포함하는 것을 특징으로 하는 렌즈를 가공하기 위한 렌즈 가공 광학계로서,
오목한 출사평면을 가지며, 상기 출사평면에서 출사되는 레이저빔이 링 형태의 단면 형상을 가지도록 성형하고 상기 출사평면에서 멀어질수록 지름이 증가되도록 하는 빔 성형부;
상기 빔 성형부에서 출사된 후 입사되는 상기 레이저빔이 상기 렌즈몸체 가장자리의 초점위치에 초점이 맺혀 상기 차단부가 생성되도록 하는 빔 집광부; 그리고
볼록한 입사평면을 가지고 상기 빔 집광부 및 상기 초점위치의 사이에 구비되며, 상기 빔 집광부에서 출사되는 상기 레이저빔이 상기 초점위치보다 전방에 위치하는 교차위치에서 교차하도록 경로를 수정하여, 상기 레이저빔이 상기 교차위치에서 멀어질수록 지름이 증가되다가 상기 초점위치에서 초점이 맺힐 수 있는 빔 경로를 가지며 링 형태의 단면 형상을 이루도록 하는 빔 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 렌즈 가공 광학계.
제1항에 있어서,
상기 차단부는 상기 초점위치에 맺히는 상기 레이저빔에 의해 상기 렌즈몸체의 축방향으로 연장 형성되는 것을 특징으로 하는 렌즈 가공 광학계.
제1항에 있어서,
상기 빔 제어부는 상기 빔 집광부와의 거리가 가변되도록 구비되고,
상기 빔 집광부 및 상기 빔 제어부 사이의 거리가 가까워질수록 상기 빔 제어부에서 출사되는 상기 레이저빔이 교차하는 교차위치는 상기 초점위치로부터 멀어지고 상기 초점위치에서 상기 링 형태의 단면 형상의 지름은 커지고,
상기 빔 집광부 및 상기 빔 제어부 사이의 거리가 멀어질수록 상기 빔 제어부에서 출사되는 상기 레이저빔이 교차하는 교차위치는 상기 초점위치에 가까워지고 상기 초점위치에서 상기 링 형태의 단면 형상의 지름은 작아져서 상기 차단부는 상기 렌즈몸체의 지름방향으로 연장 형성되는 것을 특징으로 하는 렌즈 가공 광학계.
제1항에 있어서,
상기 빔 성형부는 상기 빔 집광부와의 거리가 가변되도록 구비되고,
상기 빔 성형부 및 상기 빔 집광부 사이의 거리가 가까워질수록 상기 빔 제어부에서 출사되는 상기 레이저빔의 수렴각은 작아져서 상기 차단부의 표면은 제1거칠기를 가지고,
상기 빔 성형부 및 상기 빔 집광부 사이의 거리가 멀어질수록 상기 빔 제어부에서 출사되는 상기 레이저빔의 수렴각은 커져서 상기 차단부의 표면은 상기 제1거칠기보다 거친 제2거칠기를 가지는 것을 특징으로 하는 렌즈 가공 광학계.
제1항에 있어서,
상기 빔 성형부로 입사되는 상기 레이저빔의 출력을 제어하는 출력제어부를 더 포함하고,
상기 출력제어부는
상기 빔 집광부 및 상기 빔 제어부 사이의 거리가 가까워져 상기 초점위치에서 상기 링 형태의 레이저빔의 단면 지름이 커질수록 상기 레이저빔의 출력을 크게 하고,
상기 빔 집광부 및 상기 빔 제어부 사이의 거리가 멀어져 상기 초점위치에서 상기 링 형태의 레이저빔의 단면 지름이 작아질수록 상기 레이저빔의 출력을 작게 하여 상기 초점위치에서 상기 레이저빔의 에너지 밀도가 일정해지도록 하는 것을 특징으로 하는 렌즈 가공 광학계.
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