KR20080067954A - 광학 소자 및 광학 유닛 - Google Patents

광학 소자 및 광학 유닛 Download PDF

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요헤이 시노자와
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후지논 가부시키가이샤
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Abstract

본 발명의 과제는 플레어 등의 발생을 억제할 수 있는 광학 소자 및 광학 유닛을 제공하는 것에 있다.
이를 위해, 적어도 1개 이상의 광학 소자로 구성되는 광학 유닛으로서, 적어도 어느 1개의 광학 소자(40)에 있어서 입사된 광을 굴절시키기 위한 유효경 내의 광학 기능면과, 유효경 외의 광학기능면(42b)에 형성되어 입사한 광의 내부 반사에 의한 반사광을 산란시키기 위한 조면(49)이 제공된 광학 소자가 제공된다. 이러한 구성에 의하면, 광학 소자에 입사된 광으로서, 유효경 외의 광학 기능면에서 내부 반사됨으로써 플레어 등을 발생시키는 광이 유효경 외의 광학 기능면에 형성되어 조면에 의해 산란되므로 플레어 등의 발생이 억제된다. 또한, 이러한 조면이 제공된 광학 소자에 의해 광학 유닛이 구성되므로 광학 유닛에 있어서의 플레어 등의 발생이 억제된다.
광학 소자, 광학 유닛, 광학 기능면, 조면

Description

광학 소자 및 광학 유닛{OPTICAL ELEMENT AND OPTICAL UNIT}
본 발명은 광학 소자 및 광학 유닛에 관한 것이다.
최근의 광학 유닛의 소형 경량화 및 다기능화에 따라 광학 유닛에 사용되는 각종 광학 렌즈가 개발되고 있다. 예를 들면, 카메라 기능 부가 휴대 전화 또는 차량용 후방 모니터에 사용되는 광학 유닛에서는 표준 렌즈의 화각(약 45˚~ 50˚) 이상의 화각을 갖는 광각 렌즈가 이용되고 있다. 특히, 휴대 전화에 이용되는 광학 유닛에서는 휴대 전화 기기의 박형화에 따라 종래의 광각 렌즈에는 없는 넓은 화각을 갖는 광각 렌즈가 이용되고 있다.
이 때문에, 종래의 광각 렌즈에 비해서 큰 입사각을 갖는 의도하지 않은 광이 광학 렌즈에 입사되고, 광학 렌즈, 광학 유닛, 및 광학 기기 내에서 반사됨으로써 플레어(flare)나 고스트(ghost) 등이 발생하는 경우가 있다. 플레어가 발생하면 결상에 기여하지 않는 광에 의해 본래의 상의 콘트라스트가 저하되거나 칼라 사진에서는 색의 흐려짐이 생기거나 한다. 또한, 고스트가 발생하면 결상에 기여하는 광에 의해 물체의 거짓 상 또는 다중 상이 광학 유닛을 통해 관찰된다.
한편, 광학 렌즈에 요구되는 가공 정밀도의 향상에 의해 광학 렌즈의 광학 기능면에 대해 외측면이 광학 기능면과 동일한 정도의 정밀도로 가공됨으로써 광학 렌즈에 입사된 광의 내부 반사가 조장되어 플레어 등이 발생하는 하나의 원인으로도 되어 있다. 여기서, 광학 렌즈의 광학 기능면은 광학 렌즈의 유효경(광축상의 무한 원점으로부터 나와서 광학 렌즈를 통과해야 할 평행 광선속의 광축에 수직한 단면의 직경)의 범위를 포함하는 외측까지의 범위를 나타내고 있고, 유효경의 범위만을 대상으로 하는 성형에서는 광학 렌즈로서의 기능을 실현하기 위한 설계 형상에 따라서 가공하는 것이 곤란하므로 유효경의 범위와 함께 광학 렌즈로서의 기능을 실현하기 위한 소정의 설계 형상에 따라 성형되는 범위를 의미한다. 종래, 십자 기능면의 유효경 외의 범위는 유효경 내의 범위와 동일하게 입사하는 광을 굴절시켜서 소정의 광학 기능을 발휘할 수 있는 형상 및 표면 정밀도로 성형되어 있었다.
이러한 문제를 해결하기 위해, 예를 들면, 하기 특허문헌1에는 이하와 같은 해결책이 기술되어 있다. 제 1 해결책으로서, 렌즈면을 둘러싸는 차광판을 렌즈면 전방에 돌출시키거나, 또는 렌즈면을 둘러싸는 오목면 내에 광학 렌즈를 배치하여 차광판이나 오목면에서 차단된 부분으로부터의 광의 입사를 차단하는 것이 제안되어 있다. 제 2 해결책으로서, 렌즈면의 차광을 요하는 부분에 차광성 막을 형성하여 차광성 막을 형성한 부분으로부터의 광의 입사를 차단하는 것이 제안되어 있다. 제 3 해결책으로서, 예를 들면, 렌즈 어레이로의 적용에서는 광학 렌즈의 차광을 요하는 렌즈 인접부에 조면부를 형성하여 조면부에서 광을 산란시켜 조면부를 형성한 부분으로부터의 광의 입사를 차단하는 것이 제안되어 있다.
[특허문헌1] 일본 특허 공개 2002-303703호 공보
그러나, 제 1 해결책에서는 차광판이나 오목면을 형성하기 위한 추가 부품에 따라 제조 비용이 증가함과 아울러, 광학 유닛의 박형화·경량화의 요구에 반하는 결과가 된다. 제 2 또는 제 3 해결책은 렌즈면의 차광을 요하는 부분으로부터 입사되는 광을 차단하지만, 플레어 등의 원인이 되는 큰 입사각을 갖는 광이 렌즈의 유효경 내에 입사하는 경우에는 의도하지 않은 광과 함께 본래의 결상에 필요로 하는 광도 차단하는 것이 되어 바람직하지 않다. 따라서, 광학 렌즈에 입사되는 광을 제어하는 것만으로는 이러한 종류의 문제를 해소할 수 없다.
이 때문에, 광학 렌즈에 입사되는 광을 제어하는 대신에, 또는 이것과 함께 광학 렌즈에 입사된 광의 내부 반사를 제어하는 방법이 적용된다. 예를 들면, 입사광이 내부 반사되는 광학 기능면을 포함하는 면에 반사 방지막을 형성하는 것이 고려된다. 이 경우에는, 사출 성형, 프레스 성형 등에 의해 성형된 광학 렌즈의 광학 기능면을 포함하는 면에 프린팅, 필름 접착, 증착, 또는 노광 등에 의해 반사 방지막이 형성되게 된다. 그러나, 프린팅이나 필름 접착에서는 형성되는 반사 방지막의 정밀도가 낮고 품질 관리가 곤란한 한편, 증착이나 노광에서는 형성시에 제조 비용이 증가한다. 또는, 어느 방법에서도 광학 렌즈 성형 후의 제 2 처리를 요구하는 것이 되므로 제조 공정의 복잡화, 제조 비용의 증가가 회피될 수 없다.
본 발명은 상기 문제점에 감안하여 이루어진 것으로서, 그 목적은 플레어 등의 발생을 억제할 수 있는 신규 또한 개량된 광학 소자 및 광학 유닛을 제공하는 것에 있다.
상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 어느 관점에 의하면, 입사된 광을 굴절시키기 위한 유효경 내의 광학 기능면과, 유효경 외의 광학기능면에 형성되어 입사된 광의 내부 반사에 의한 반사광을 산란시키기 위한 조면이 제공된 광학 소자가 제공된다. 이러한 구성에 의하면, 광학 소자에 입사된 광으로서, 유효경 외의 광학 기능면에서 내부 반사됨으로써 플레어 등을 발생시키는 광이 유효경 외의 광학기능면에 형성된 조면에 의해 산란되므로 플레어 등의 발생이 억제된다. 즉, 광학 기능면의 유효경 외의 범위를 조면으로 함으로써 광을 산란시키는 면을 광학 기능면에 형성하는 것이다.
또한, 상기 조면이 10점 평균 거칠기(Rz) 4㎛ 이상 또는 25㎛ 이하로 형성되도록 해도 좋다. 이러한 구성에 의하면, 유효경 외의 광학 기능면에 충분한 거칠기의 조면이 형성되므로 유효경 외의 광학 기능면에서 내부 반사되는 광이 조면에 의해 충분히 산란된다.
또한, 상기 광학 소자가 글래스로 형성되도록 해도 좋다. 이러한 구성에 의하면, 플레어 등의 발생이 억제된 글래스로 이루어지는 광학 소자가 형성된다.
또한, 상기 광학 소자가 플라스틱으로 형성되도록 해도 좋다. 이러한 구성에 의하면, 플레어 등의 발생이 억제된 플라스틱으로 이루어지는 광학 소자가 형성된다.
또한, 본 발명의 다른 관점에 의하면, 적어도 1개 이상의 광학 소자로 구성되는 광학 유닛으로서, 적어도 어느 1개의 광학 소자에 있어서 입사된 광을 굴절시키기 위한 유효경 내의 광학 기능면과, 유효경 외의 광학 기능면에 형성되어 입사 된 광의 내부 반사에 의한 반사광을 산란시키기 위한 조면이 제공된 광학 유닛이 제공된다. 이러한 구성에 의하면, 광학 소자에 입사한 광으로서, 유효경 외의 광학 기능면에서 내부 반사됨으로써 플레어 등을 발생시키는 광이 유효경 외의 광학 기능면에 형성된 조면에 의해 산란되므로 플레어 등의 발생이 억제된다. 또한, 조면이 제공된 광학 소자에 의해 광학 유닛이 구성되므로 광학 유닛에 있어서의 플레어 등의 발생이 억제된다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 의하면, 플레어 등의 발생을 억제할 수 있는 광학 소자 및 광학 유닛을 제공할 수 있다.
이하, 첨부한 도면을 참조하면서, 본 발명의 바람직한 실시형태에 있어서 상세하게 설명한다. 또한, 본 명세서 및 도면에 있어서, 실질적으로 동일한 기능을 갖는 구성 요소에 대해서는 동일한 부호를 부여함으로써 중복 설명을 생략한다.
본 발명의 실시형태 관한 광학 유닛에 대해서 설명한다. 도 1은 본 발명의 실시형태에 관한 광학 유닛의 요부를 나타내는 단면도이다. 또한, 도 1(a)는 의도하지 않은 광의 입사에 의해 플레어 등이 생길 경우를 나타내고, 도 1(b)는 유효경 외의 광학 기능면에 조면이 형성되어 플레어 등의 발생이 억제되는 경우를 나타낸다. 한편, 도 2는 도 1에 나타낸 광학 소자를 나타내는 확대 단면도이며, 도 2(a) 및 도 2(b)가 도 1에 나타낸 제 1 광학 소자(10, 40)를 각각 나타낸다. 또한, 도 2(b)는 제 1 광학 소자(40)의 평면도를 함께 나타낸다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 실시형태에 관한 광학 유닛은 플랜지부(16, 26, 36, 46)를 갖는 제 1 광학 소자(10, 40), 제 2 광학 소자(20), 및 제 3 광학 소자(30)를 포함한다. 제 1, 제 2, 및 제 3 광학 소자(10, 20, 30. 40)는 광축(P)을 공유하도록 조리개판(2a, 2b)을 통해서 광학 유닛의 유지부(4)에 유지되어 있다. 제 1 광학 소자(10, 40)의 전측에는 유효경 외의 렌즈면(12b, 18)을 둘러싸도록 조리개부(4a)가 형성되어 있고, 조리개부(4a)의 개구의 윤곽에는 차광판(6)이 돌출 형성되어 있다. 여기서, 차광판(6)은 큰 입사각을 갖는 광의 입사를 차단하는 것을 목적으로 하지만, 광학 유닛의 박형화의 요구에 의해 그 돌출 높이가 제한된다. 또한, 제 3 광학 소자(30)의 후측에는 광학 소자(10, 20, 30, 40)를 통과한 광을 수광해서 광전 변환하기 위한 촬영 소자(8)가 배치된다.
광학 소자(10, 20, 30, 40)는 예를 들면, 제 1 광학 소자(10)에 대해서 살펴보면, 도 2(a)에 도시된 바와 같이, 광학 기능면(12)과 플랜지부(18)의 면을 포함하는 광학 기능면에 대해 외측의 면(14)으로 구성된다. 또한, 광학 기능면(12)은 유효경 내의 광학 기능면(12a)과 유효경 외의 광학 기능면(12b)으로 구성된다. 또한, 도 2에 도시된 면구성은 어디까지나 예시에 지나지 않고, 이러한 경우에 한정되는 것은 아니다.
도 1(a)에는 제 1 광학 소자(1O)에 기인해서 플레어 등이 생기는 경우가 도시된다. 도 1(a)에 도시된 바와 같이, 제 1 광학 소자(10)에 입사된 큰 입사각(θ)을 갖는 광은 유효경 외의 광학 기능면(12b)에서 내부 반사되고, 제 1 광학 소자(10)로부터 출사되어 제 2 및 제 3 광학 소자(20, 30)를 통과한다. 이에 따라, 제 1 광학 소자(10)에 의한 내부 반사를 거친 광이 촬영 소자(8)에 도달함으로써 본래의 상의 콘트라스트가 저하되거나, 칼라 사진에서는 색의 흐려짐이 발생되거나 했던 플레어에 의한 영향이 발생한다.
광학 소자는 사출 성형법이나 프레스 성형법 등에 의해 성형된다. 사출 성형법은 형 체결, 사출, 보압(保壓), 냉각, 가소화, 형 개방의 각 공정에 의해 성형 소재로부터 광학 소자를 성형하는 성형법이다. 사출 성형법에서는 예를 들면, 성형형을 사출압 이상의 압력으로 체결하고, 성형형 내에 성형 소재를 주입하고, 성형 소재에 인가된 압력을 유지하고, 성형 소재를 냉각·열화시킴으로써 소망하는 광학 소자가 성형된다. 또한, 프레스 성형법은 광학 기능 전사면을 포함하는 전사면을 구비한 한 쌍의 성형형과 성형형이 삽입되는 몸통형에 의해 성형 소재로부터 광학 소자를 성형하는 성형법이다. 프레스 성형법에서는 예를 들면, 제 1 성형형에 성형 소재를 적재하고, 성형 소재를 가열 연화한 상태에서 제 1 및 제 2 성형형에서 가압하여 전사면을 전사하고, 전사를 유지한 상태에서 성형 소재를 냉각함으로써 소망하는 광학 소자가 성형된다. 여기서, 광학 소자용의 성형 소재로는 글래스, 플라스틱 등의 성형 소재가 이용된다.
본 실시형태에 관한 광학 유닛을 구성하는 광학 소자의 적어도 어느 하나에는 유효경 외의 광학 기능면에 조면(49)이 형성되어 있다. 또한, 출원인 등이 시험 제작한 제 1 광학 소자(40)에서는 유효경(D) 1.55㎜에 대해서 내경(D') 약 1. 65㎜, 즉, 유효경(D) 사이에 0.10㎜의 클리어런스(C)를 확보하도록 유효경 외의 광학 기능면(42b)의 전체 둘레에 조면(49)이 형성되었다.
조면의 거칠기는 조면을 제공하기 전의 플레어 발생의 정도, 요구되는 플레 어 억제의 정도, 및 배치상의 오차 등의 조건에 의해 결정된다. 여기서, 조면(49)은 10점 평균 거칠기(Rz)에서 4㎛ ~ 25㎛로 형성되는 것이 바람직하다. 이에 따라, 유효경 외의 광학 기능면(42b)에 충분한 거칠기의 조면(49)이 형성되므로 유효경 외의 광학 기능면(42b)에서 내부 반사되는 광이 충분히 산란된다. 조면(49)은 성형형의 작성시에 성형형의 대응하는 전사면에 미리 형성되어 있고, 사출 성형법이나 프레스 성형법 등에 의해 성형 공정에서 성형 소재에 유효경 내의 광학 기능면(42a)과 함께 전사된다. 출원인 등의 실증 시험에서는 이러한 정밀도를 갖는 조면(49)을 형성함으로써 플레어 현상의 발생이 바람직하게 억제되는 것이 확인되었다.
도 1(a)에 도시된 바와 같이, 제 1 광학 소자(10)에 기인해서 플레어 등이 발생하는 경우에는 도 2(b)에 도시된 바와 같은 제 1 광학 소자(40)가 제 1 광학 소자(10)[도 2(a)]의 대신에 적용됨으로써, 도 1(b)에 도시된 바와 같이, 플레어 등의 발생이 억제된다. 즉, 제 1 광학 소자(40)에 입사된 큰 입사각(θ)을 갖는 광이 유효경 외의 광학 기능면(42b)에 형성된 조면(49)에 의해 산란되므로 제 1 광학 소자(40)에 의한 내부 반사를 거친 광이 촬영 소자(8)에 도달하지 않고, 플레어 등의 발생이 억제된다. 또한, 출원인 등에 의한 실증 시험에 의하면 입사각(θ=70˚)의 입사광의 조건하에서 제 1 광학 소자(10)에서는 무지개 칼라의 플레어의 발생이 관찰되었지만, 유효경 외의 광학 기능면(42b)에 조면(49)이 형성된 제 1 광학 소자(40)에서는 플레어의 발생이 관찰되지 않았다. 또한, 유효경(D)과 조면(49)의 내경(D') 사이에 클리어런스(C)를 확보함으로써 결상 불량 등의 부작용도 생기지 않 고 소망의 렌즈 성능이 확인되었다.
또한, 조면이 형성되는 유효경 외의 광학 기능면은 사전에 실시되는 광학 시뮬레이션 등에 의해 특정된다. 광학 시뮬레이션의 결과에 따라서는, 복수의 광학 소자[예를 들면, 제 1, 제 2, 및 제 3 광학 소자(10, 20, 30)]의 유효경 외의 광학 기능면에 조면이 형성되도록 해도 좋다. 또한, 조면은 유효경 외의 광학 기능면의 전체에 형성되어도 좋고, 유효경 외의 광학 기능면의 일부에 형성되도록 해도 좋다.
이상과 같은 본 실시형태에 따른 광학 유닛에 의하면, 광학 소자(40)에 입사된 광으로서, 유효경 외의 광학 기능면(42b)에서 내부 반사됨으로써 플레어 등을 발생시키는 광이 유효경 외의 광학 기능면(42b)에 형성된 조면(49)에 의해 산란되므로 플레어 등의 발생이 억제된다. 또한, 이러한 조면(49)이 제공된 광학 소자(40)에 의해 광학 유닛이 구성되므로 광학 유닛에 있어서의 플레어 등의 발생이 억제된다. 그러므로, 광학 렌즈 성형 후의 2차 처리를 요하지 않고, 나아가서는 제어 공정의 복잡화, 제조 비용의 증가를 발생시키지 않고, 플레어 등의 발생을 억제할 수 있는 광학 유닛을 제공할 수 있다.
이상, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시형태에 관해 설명했지만, 본 발명은 관련 예에 한정되지 않는다. 당업자라면 특허청구범위에 기재된 기술적 사상의 범위 내에 있어서, 각종 변경 예 또는 수정 예에 생각이 미칠 수 있는 것은 분명하며, 그것에 대해서도 당연히 본 발명의 기술적 범위에 속하는 것이 이해된다.
예를 들면, 상기 실시형태의 설명에서는 유효경 외의 광학 기능면에만 조면이 형성되어 있는 경우에 있어서 나타내었지만, 본 발명의 적용은 이러한 경우에 한정되지 않고 예를 들면, 플랜지면을 포함하는 광학 기능면에 대해 외측의 면에도 조면이 형성되는 경우에 대해서도 마찬가지로 가능하다.
도 1은 본 발명의 실시형태에 관한 광학 유닛의 요부를 도시하는 단면도이다.
도 2는 도 1에 도시된 광학 소자를 도시하는 확대 단면도이다.
[부호의 설명]
10, 40: 제 1 광학 소자
20: 제 2 광학 소자
30: 제 3 광학 소자
12, 42: 광학 기능면
12a, 42a: 유효경 내의 광학 기능면
12b, 42b: 유효경 외의 광학 기능면
14: 광학 기능면보다 외측의 면
16, 26, 36, 46: 플랜지부
49: 조면

Claims (5)

  1. 입사된 광을 굴절시키기 위한 유효경 내의 광학 기능면; 및
    상기 유효경 외의 상기 광학 기능면에 형성되어 상기 입사된 광의 내부 반사에 의한 반사광을 산란시키기 위한 조면이 제공된 것을 특징으로 하는 광학 소자.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 조면은 10점 평균 거칠기(Rz) 4㎛ 이상 및 25㎛ 이하로 형성되는 것을 특징으로 하는 광학 소자.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    글래스로 형성되는 것을 특징으로 하는 광학 소자.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    플라스틱으로 형성되는 것을 특징으로 하는 광학 소자.
  5. 적어도 1개 이상의 광학 소자로 구성되는 광학 유닛으로서:
    적어도 어느 1개의 상기 광학 소자에 있어서 입사된 광을 굴절시키기 위한 유효경 내의 광학 기능면; 및
    상기 유효경 외의 상기 광학 기능면에 형성되어 상기 입사된 광의 내부 반사 에 의한 반사광을 산란시키기 위한 조면이 제공된 것을 특징으로 하는 광학 유닛.
KR1020070133009A 2007-01-17 2007-12-18 광학 소자 및 광학 유닛 KR20080067954A (ko)

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