KR20100071010A - 정렬 부재를 갖는 유리 렌즈 어레이 모듈 및 그 제조방법 - Google Patents

정렬 부재를 갖는 유리 렌즈 어레이 모듈 및 그 제조방법 Download PDF

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보-하오 창
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이-핀 옵티칼 인더스트리 컴퍼니 리미티드
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Abstract

정렬 픽스춰(alignment fixture)를 갖는 광학 유리 렌즈 어레이 모듈 및 그 제조방법이 개시된다. 유리 렌즈 어레이는 멀티-캐비티 유리 몰딩(multi-cavity glass molding)에 의해 만들어지며, 정렬 부재들(alignment members)이 상기 유리 렌즈 어레이의 비광학 영역(non-optical area)의 외주면에 배열된다. 2개의 인접한 유리 렌즈 어레이들의 각 광학축은 대응되는 정렬 부재들에 의해 정렬되며, 상기 유리 렌즈 어레이들은 접착제에 의해 조립된다. 상기 2개의 인접한 유리 렌즈 어레이들 사이에 미리 설정된 간격을 형성하도록 스페이서(spacer)가 배치된다. 접착제의 경화 후, 유리 렌즈 어레이 모듈이 형성된다. 전술한 구성에 의해 유리 렌즈의 광학축의 정렬이 쉽게 이루어지며, 또한 광학 정밀도가 달성된다. 또한, 그 제조방법이 간단해지며, 제조비용이 절감된다.

Description

정렬 부재를 갖는 유리 렌즈 어레이 모듈 및 그 제조방법{GLASS LENS ARRAY MODULE WITH ALIGNMENT MEMBER AND MANUFACTURING METHOD THEREOF}
본 발명은 유리 렌즈 어레이 모듈 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 특히 복수개의 유리 렌즈 어레이들의 정밀 조립에 의해 형성되며, LED 광원 렌즈, 태양 에너지 변환 시스템의 렌즈 및 휴대폰의 광학 렌즈에 적용되는 유리 렌즈 어레이 모듈에 관한 것이다.
유리 정밀 몰딩 기술(glass precision molding technology)은 미국특허 US 2006/0107695, US 2007/0043463, 대만특허 TW 095101830, TW 095133807 및 일본특허 JP 63-295448 등에 개시된 렌즈와 같이, 해상도(resolution)가 높고, 안정성이 우수하며, 비용이 낮은 비구면 몰딩 유리 렌즈의 제조에 널리 적용되어 왔다. 유리 프리폼(glass preform) 또는 유리 재료가 가열 및 연화(softening)되는 상부 몰드 및 하부 몰드를 갖는 몰드 내부에 놓여진다. 이후, 상기 상부 몰드 및 하부 몰드가 클램핑되며, 연화된 유리 프리폼이 동일한 광학면들을 갖도록 만들기 위해 상기 상부 몰드 및 하부 몰드에 압력이 가해진다. 냉각 후, 상기 상부 몰드 및 하부 몰드의 몰딩면들을 갖는 몰딩된 유리 렌즈가 만들어진다. 제조 비용을 줄이기 위해, 종 래 기술인 일본특허 JP 63-304201 및 미국특허 US 2005/041215는 유리 몰딩에 의해 형성된 렌즈 어레이를 개시하고 있다. 일안 렌즈(single lens)로 불리는 렌즈 요소(lens element)와 관련하여, 일본특허 JP 02-044033는 렌즈 재료의 이동 및 다수의 몰딩 공정에 의해 제조된 복수개의 렌즈들을 갖는 렌즈 블랭크(lens blank)를 개시하고 있다. 이후, 렌즈 어레이는 복수개의 렌즈 요소들로 절단된다.
유리 몰딩에 의해 형성된 광학 렌즈는 조립된 LED 광원 렌즈, 태양 에너지 변환 시스템의 렌즈 및 휴대폰 카메라의 광학 렌즈에 널리 적용된다. 상기 조립 렌즈 또는 광학 렌즈는 광학축에 대해 서로 간에 특정 간격을 갖도록 배열된, 서로 다른 렌즈 굴절력(lens power)을 갖는 복수개의 광학 렌즈들에 의해 형성된다. 따라서, 조립시, 각 광학 렌즈의 광학축은 해상도의 감소를 피하기 위해 정확히 정렬되어야 한다. 또한, 2개의 인접한 광학 렌즈들 사이의 거리는 고정된다. 따라서 조립시 복잡한 절차들 및 정확한 교정 절차(calibration process)가 요구된다. 그 결과, 수율(yield rate)을 향상시킬 수 없고, 비용 절감이 어렵다. 조립시의 광학 정렬이 광학축으로부터 어긋나는 경우, 광학분할(optical resolution)(예를 들면, MTF(Modulation Transfer Function) 효과)가 악영향을 받기 때문에, 광학 렌즈 어레이의 렌즈 정렬은 더욱 복잡하고 중요하다. 광학 렌즈 어레이의 제조와 관련하여, 일본특허 JP 2001194508는 플라스틱 광학 렌즈 어레이의 제조방법을 개시하고 있다. 대만특허 TW M343166는 유리 광학 렌즈 어레이의 제조방법을 개시하고 있다. 제조된 후, 광학 렌즈 어레이는 렌즈 모듈에 조립되도록 하기 위해 단일 광학 렌즈 요소를 형성하도록 절단될 수 있다. 또는, 상기 광학 렌즈 어레이는 렌즈 서브모듈 어레이를 형성하도록 다른 광학 요소들(optical elements)에 조립된 후, 렌즈 서브모듈을 형성하도록 절단될 수 있다. 상기 렌즈 서브모듈은 렌즈 홀더, 이미지 센서들(이미지 촬상 장치들) 또는 다른 광학 요소들에 조립되어 렌즈 모듈을 형성한다.
렌즈 모듈 어레이의 제조와 관련하여, 미국특허 US 7,183,643, US 2007/0070511, 국제공개특허 WO 2008011003 등에 웨이퍼 레벨 렌즈 모듈들(wafer level lens modules)이 개시되어 있다. 도 1을 참조하면, 일반적으로 렌즈 모듈 어레이는 조리개(aperture: 711), 커버 유리(cover glass: 712), 복수개의 광학 렌즈들 및 적외선 차단 렌즈(infrared (IR) cut lens: 717)를 포함한다. 도 1에 도시된 바와 같이, 상기 복수개의 광학 렌즈들은 3-피스 타입의 광학 렌즈 세트를 형성한다. 상기 광학 렌즈 세트는 제1 광학 렌즈(714), 제2 광학 렌즈(715) 및 제3 광학 렌즈(716)를 포함한다. 2개의 인접한 광학 렌즈들은 스페이서(spacer: 713)에 의해 분할된다. 조립된 후, 렌즈 모듈 어레이가 형성되며, 나중에 복수개의 렌즈 모듈로 절단된다.
렌즈 모듈 어레이에 있어서, 렌즈 어레이를 복수개의 광학 렌즈들과 조립할 때, 렌즈 어레이의 정렬은 렌즈 모듈의 해상도에 영향을 미친다. 미국특허 US 2006/0249859에서는, 적층된 웨이퍼들이 정확히 정렬되었는지를 결정하기 위해 이미징 기술들(imaging techniques)이 이용된다. 적층된 각 웨이퍼에 미리 형성된 기준 마크들(fiducial marks)은 적외선에 의해 만들어진 이미지에 나타난다. 플라스틱 광학 렌즈 어레이들의 조립과 관련하여, 일본특허 JP 2000-321526 및 JP 2000-227505에는 양면 볼록(bi-convex) 타입의 광학 렌즈 어레이들이 개시되어 있다. 미 국특허 US 7,187,501의 경우, 수지 렌즈(resin lens)의 외주면에 콘 형상의 돌기들이 마련되어 있다. 플라스틱 렌즈 어레이는 상기 돌기들 및 대응되는 홀들을 서로 끼워 맞추어 수지 렌즈 플레이트들을 서로 적층하는 것에 의해 형성된다. 그러나, 플라스틱 광학 렌즈 어레이를 형성하기 위해 전술한 돌기들 및 홀들을 끼워 맞추는 종래의 조립 방식에 있어서, 플라스틱 사출성형 후의 물질 수축이 상기 돌기들 및 홀들의 크기 변화로 이어질 수 있다. 그 결과, 위치 정밀도가 나빠지며, 광학축의 정렬이 어렵게 된다. 따라서 플라스틱 광학 렌즈 어레이는 그 적용이 제한되며, 특히 소형 크기의 렌즈 모듈의 제조과정에서의 복잡한 공정들은 비용을 증가시킨다. 몰딩된 유리 렌즈는 플라스틱 렌즈보다 굴절률이 더 높고, 또한 더 나은 열안정성을 가져, 다양한 광학 시스템에 적용되어 왔다. 또한, 몰딩된 유리로 만들어진 광학 렌즈 어레이는 수축이 덜한 경향을 보인다.
따라서 LED 광원의 조립 렌즈들, 태양 에너지 변환 시스템의 조립 렌즈들 및 휴대폰 카메라의 광학 렌즈들을 위한 적층 렌즈 모듈을 제공하기 위해, 간단한 구조 및 높은 정밀도를 갖는 적층 렌즈 모듈 및 적층 광학 유리 렌즈 어레이의 제조방법에 대한 개발이 요구되고 있다.
본 발명의 목적은 LED 광원의 렌즈들, 태양 에너지 변환 시스템의 렌즈들 및 휴대폰의 광학 렌즈들에 적용되는 유리 렌즈 어레이 모듈을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 유리 렌즈 어레이 모듈의 제조방법을 제공하는 것이며, 그 제조방법은 적어도 2개의 유리 렌즈 어레이들의 정밀 조립에 의해 달성된다.
본 발명의 또 다른 목적은 복수개의 광학 요소들을 갖는 유리 렌즈 어레이 모듈을 제공하는 것이다. 조립의 편의를 위해, 상기 정렬 부재는 유리 렌즈 어레이의 광학 영역 또는 비광학 영역에 마련되는 관통홀이다. 조립시, 상기 유리 렌즈 어레이의 관통홀과 상기 광학 요소의 관통홀은 쉽고 정밀한 조립의 달성을 위해 정렬된다.
본 발명에 따른 유리 렌즈 어레이 모듈은 미리 설정된 간격을 갖도록 접착고정되는 적어도 2개의 유리 렌즈 어레이들을 포함한다. 상기 유리 렌즈 어레이는 멀티-캐비티 유리 몰딩(multi-cavity glass molding)에 의해 만들어지며, 복수개의 광학 유리 렌즈(광학 영역) 및 비광학 영역을 갖는다. 또한, 정렬 핀 및 정렬 캐비티(alignment cavity)와 같은 적어도 하나의 정렬 부재(alignment member)가 상기 비광학 영역의 외주면에 마련된다. 따라서, 상기 정렬 부재에 의해 상기 2개의 유리 렌즈 어레이들이 서로 연결조립된다. 정밀 조립을 달성하도록, 상기 2개의 유리 렌즈 어레이들의 각 광학 유리 렌즈들의 광학축이 정렬된다. 또한, 복수개의 유리 렌즈 어레이들은 오버랩되어 유리 렌즈 어레이 모듈을 형성하도록, 그 사이에 있는 상기 정렬 부재에 의해 정렬된다.
본 발명에 따른 유리 렌즈 어레이 모듈의 제조방법은 다음의 단계들을 포함한다:
S1 : 유리 블랭크(glass blank)를 제공하는 단계;
S2 : 정렬 부재들의 형성을 위한 몰드 핀들(mold pins) 및/또는 몰드 부싱들(mold bushings) 및 광학 유리 렌즈들(광학 영역)의 복수개의 몰드 인서트들(mold inserts)이 각각 마련된 상부 몰드 및 하부 몰드를 포함하는 유리 렌즈 어레이의 몰드를 제공하는 단계;
S3 : 정렬 핀 및 정렬 캐비티와 같은 정렬 부재들이 마련된 각 광학 유리 렌즈의 비광학 영역 및 복수개의 광학 유리 렌즈들을 갖는 유리 렌즈 어레이를 형성하는 몰딩 공정의 수행을 위해, 상기 상부 몰드 및 하부 몰드 속에 상기 유리 블랭크를 넣어 가열 및 가압하는 단계;
S4 : 적어도 하나의 제2 유리 렌즈 어레이를 형성하도록 상기 단계들을 반복하는 단계;
S5 : 인접한 2개의 상기 유리 렌즈 어레이들의 비광학 영역에 자외선(UV) 경화 접착제를 코팅하는 단계;
S6 : 대응되는 상기 정렬 부재들을 이용하여 상기 인접한 2개의 유리 렌즈 어레이들을 정렬하여 조립하는 단계; 및
S7 : 유리 렌즈 어레이 모듈의 형성을 위해 상기 접착제를 경화하는 단계.
상기 유리 렌즈 어레이에 마련되는 정렬 부재의 형태나 개수는 제한되지 않는다. 상기 정렬 핀은 원기둥 또는 직사각형의 각주(角柱)일 수 있고, 상기 정렬 캐비티는 상기 정렬 핀과 대응되는 모양을 갖는 홈(slot)일 수 있다. 또한, 상기 정렬 핀은 원뿔일 수 있고, 상기 정렬 캐비티는 원뿔형 홀일 수 있다.
정렬 부재들로서의 관통홀들을 갖는 본 발명에 따른 유리 렌즈 어레이 모듈의 제조방법은 다음의 단계들을 포함한다:
SS1 : 유리 블랭크(glass blank)를 제공하는 단계;
SS2 : 관통홀들의 형성을 위한 몰드 스트레이트 리더들(mold straight leaders) 및/또는 몰드 스트레이트 슬리브들(mold straight sleeves) 및 광학 유리 렌즈들(광학 영역)의 복수개의 몰드 인서트들(mold inserts)이 각각 마련된 상부 몰드 및 하부 몰드를 갖는 유리 렌즈 어레이의 몰드를 제공하는 단계;
SS3 : 정렬 부재들로서의 관통홀들이 마련된 각 광학 유리 렌즈의 비광학 영역 및 복수개의 광학 유리 렌즈들을 갖는 유리 렌즈 어레이를 형성하기 위한 몰딩 공정의 수행을 위해, 상기 상부 몰드 및 하부 몰드 속에 상기 유리 블랭크를 넣어 가열 및 가압하는 단계;
SS4 : 적어도 하나의 제2 유리 렌즈 어레이를 형성하기 위해 상기 단계들을 반복하는 단계;
SS5 : 적어도 하나의 조립 센터 샤프트(assembly center shaft)를 갖는 조립 픽스춰(assembly fixture)를 준비하는 단계;
SS6 : 상기 유리 렌즈 어레이를 상기 조립 픽스춰에 놓고, 정렬을 위해 상기 관통홀에 상기 조립 센터 샤프트가 삽입되도록 하는 단계; 상기 유리 렌즈 어레이의 비광학 영역에 접착제를 코팅하는 단계;
SS7 : 상기 제2 유리 렌즈 어레이를 상기 조립 픽스춰에 놓고, 정렬을 위해 상기 관통홀에 상기 조립 센터 샤프트가 삽입되도록 하는 단계; 상기 제2 유리 렌즈 어레이를 접착제로 상기 유리 렌즈 어레이와 접착하는 단계;
SS8 : 유리 렌즈 어레이 모듈의 형성을 위해 상기 접착제를 경화하고, 상기 조립 픽스춰를 분리하는 단계.
정렬 부재들로서의 관통홀들을 갖는 본 발명에 따른 유리 렌즈 어레이 모듈은 적어도 하나의 정렬 로드(alignment rod)를 갖는 정렬 스페이서(alignment spacer)를 포함한다. 조립시, 상기 유리 렌즈 어레이의 관통홀과 상기 광학 요소의 관통홀은 쉽고 정밀한 조립의 달성을 위해 상기 정렬 스페이서의 정렬 로드에 의해 정렬된다.
본 발명에 따른 유리 렌즈 어레이 모듈이 광학 시스템에 적용되는 경우, 상기 유리 렌즈 어레이 모듈은 적어도 2개의 유리 렌즈 어레이들 및 다른 광학 요소들을 포함한다. 상기 광학 요소는 커버 유리(cover glass), 조리개(aperture), 스페이서(spacer), IR 필터(IR filter), 이미지 센서, 태양전지용 웨이퍼(solar grade wafer), 회로 기판 등일 수 있다. 상기 커버 유리는 유리로 만들어지며, 외부의 증기 또는 먼지를 차단하기 위해 유리 렌즈 어레이 모듈을 커버한다. 상기 조리개는 광학 영역으로 유입되는 빛의 제어를 위한 원형 필름이다. 상기 스페이서는 광학 효과를 위해 인접한 2개의 유리 렌즈 어레이들 사이의 간격을 유지하도록 상기 인접한 2개의 유리 렌즈 어레이들 사이에 배치된다. 상기 IR 필터는 빛의 유입을 차단하기 위해 카메라 렌즈들에 종종 적용된다. 다양한 렌즈 형태에 있어서, 상기 유리 렌즈 어레이의 외측면은 일반적으로 상기 IR 필터 대신 광학 필름으로 코팅된다. 상기 이미지 센서는 카메라 렌즈로 유입되는 빛을 이미지 신호로 변환하기 위해 이용되며, 상기 회로 기판은 상기 이미지 신호의 전송을 위해 상기 이미지 센서와 연결된다. 상기 태양전지용 웨이퍼는 태양 에너지 변환 시스템에 적용되며, 상기 유리 렌즈 어레이 및 광학 요소들에 의해 모아진 빛은 전기로 변환되어 상기 회로 기판에 의해 전달된다.
정렬 핀들 및 정렬 캐비티들과 같은 정렬 부재들, 관통홀과 같은 정렬 부재들 및 상기 관통홀에 삽입되는 조립 센터 샤프트를 갖는 조립 픽스춰 등을 통해 유리 렌즈 어레이들의 광학축의 정렬이 쉽게 이루어지며, 또한 광학 정밀도가 달성된다. 또한, 유리 렌즈 어레이 모듈의 제조방법이 간단해지며, 제조비용이 절감된다.
<제1실시예>
도 2를 참조하면, 유리 렌즈 어레이 모듈(10)은 2개의 유리 렌즈 어레이(11, 12) 및 4세트의 정렬 부재들(alignment members)을 포함한다. 상기 유리 렌즈 어레이들(11, 12)은 멀티-캐비티 유리 몰딩(multi-cavity glass molding)에 의해 만들어지며, 복수개의 광학 유리 렌즈(광학 영역)를 갖는다. 도 2에 도시된 바와 같이, 4개의 메니스커스 렌즈(meniscus lens)(광학 유리)와 비광학 영역(non-optical area)이 있다. 상기 정렬 부재들은 각각 상기 유리 렌즈 어레이들(11, 12)의 비광학 영역의 4개 모서리에 배치된다. 도 2에는 오직 2세트의 정렬 부재만이 도시되어 있으며, 상기 정렬 부재들은 상기 유리 렌즈 어레이(11)에 배치되는 2개의 정렬 핀(111)과 2개의 정렬 캐비티(alignment cavity: 112) 및 상기 유리 렌즈 어레이(12)에 대응되도록 배치되는 2개의 정렬 핀(121)과 2개의 정렬 캐비티(122)를 포함한다. 이 실시예에서, 상기 정렬 핀들(111, 121)은 원기둥형이며, 상기 정렬 캐비티들(112, 122)은 그와 대응되는 원주형 홀들이다. 상기 정렬 핀들(111, 121)과 정렬 캐비티들(112, 122)을 갖는 정렬 부재들은 멀티-캐비티 유리 몰딩(multi-cavity glass molding)에 의해 상기 유리 렌즈 어레이들(11, 12)과 함께 형성되기 때문에, 상기 정렬 부재들의 위치와 각 광학 유리 렌즈의 광학축(14)은 고정된다. 상기 정렬 부재들에 의해 상기 유리 렌즈 어레이들(11, 12)이 서로 정렬되어 조립된 후, 상기 유리 렌즈 어레이들(11, 12)의 각 광학축(14)은 정밀 조립을 달성하도록 미리 설정된 허용 공차 범위 내에서 조립된다. 조립된 유리 렌즈 어레이 모듈(10)을 고정하기 위해, 접착제(13)가 상기 유리 렌즈 어레이(12)의 비광학 영역에 코팅된다. 이 실시예에서, 상기 접착제(13)는 자외선(UV) 경화 접착제이다. 상기 유리 렌즈 어레이(11)와 접착된 후, 조립된 유리 렌즈 어레이 모듈(10)이 형성된다.
도 3을 참조하면, 상기 유리 렌즈 어레이 모듈(10)의 제조방법은 다음의 단계들을 포함한다:
S1 : 직사각형 판 모양의 유리 블랭크(glass blank: 21)를 제공하는 단계;
S2 : 정렬 부재들의 형성을 위한 몰드 핀들(mold pins: 223) 및/또는 몰드 부싱들(mold bushings: 224) 및 광학 유리 렌즈들의 복수개의 몰드 인서트들(mold inserts: 227, 228)이 각각 마련되어 서로 대응되는 상부 몰드(221) 및 하부 몰드(222)를 갖는 유리 렌즈 어레이(11)의 몰드(22)를 제공하는 단계;
S3 : 상기 상부 몰드(221) 및 하부 몰드(222) 속에 상기 유리 블랭크(21)를 넣어 히터(225)를 통해 가열하고, 용융된 유리 블랭크(21)에 상기 상부 몰드(221) 및 하부 몰드(222)의 몰드 부싱들, 몰드 핀들 및 몰드 인서트들을 찍어눌러 정렬 핀(111) 및 정렬 캐비티(112)와 같은 정렬 부재들을 갖는 유리 렌즈 어레이(11)를 형성하는 몰딩 공정의 수행을 위해 가압하는 단계;
S4 : 상기 유리 렌즈 어레이(11)의 정렬 부재들에 대응하는 정렬 캐비티(122) 및 정렬 핀(121)과 같은 정렬 부재들을 갖는 또 하나의 유리 렌즈 어레이(12)를 몰딩하도록 상기 단계들을 반복하는 단계;
S5 : 상기 유리 렌즈 어레이(11) 또는 상기 유리 렌즈 어레이(12)의 비광학 영역에 자외선(UV) 경화 접착제(13)를 코팅하는 단계;
S6 : 미리 설정된 허용 공차 범위 내에서 광학축(14)을 따라 상기 유리 렌즈 어레이(11)의 정렬 핀(111) 및 정렬 캐비티(112)를 대응되는 상기 유리 렌즈 어레이(12)의 정렬 캐비티(122) 및 정렬 핀(121)과 연결하여 2개의 유리 렌즈 어레이들(11, 12)을 조립하는 단계; 및
S7 : 유리 렌즈 어레이 모듈(10)의 제조를 위해 자외선(UV)을 조사하여 상기 자외선(UV) 경화 접착제(13)를 경화하는 단계.
<제2실시예>
도 4를 참조하면, 본 실시예의 유리 렌즈 어레이 모듈(10)은 2개의 유리 렌즈 어레이(11, 12) 및 4세트의 정렬 부재들로 구성되며, 상기 정렬 부재들은 각각 원뿔형의 정렬 핀(conical alignment pin: 113) 및 원뿔형의 정렬 캐비티(conical alignment cavity: 123)를 갖는다. 도 4에는 1세트의 정렬 부재만 도시되어 있다. 상기 정렬 핀(113)과 정렬 캐비티(123)는 각각 상기 유리 렌즈 어레이(11) 및 상기 유리 렌즈 어레이(12)의 비광학 영역과 동시에 형성된다. 상기 2개의 유리 렌즈 어레이(11, 12)의 조립 후, 각 광학축이 정렬되며, 접착제의 의해 고정된다. 본 실시예의 제조방법 및 조립방식은, 몰드(22)에 배치된 원뿔형의 몰드 핀(conical mold pin) 및 원뿔형의 몰드 부싱(conical mold bushing)을 제외하고는, 전술한 제1실시예와 유사하다.
<제3실시예>
도 5를 참조하면, 본 실시예의 유리 렌즈 어레이 모듈(10)은 2개의 유리 렌즈 어레이(11, 12) 및 4개의 정렬 부재들로 구성된다. 상기 정렬 부재들은 4세트의 관통홀들이다. 도 5에는 2세트의 관통홀들(114, 124)만 도시되어 있다. 상기 2개의 유리 렌즈 어레이(11, 12)의 관통홀들(114, 124)의 정렬 후, 상기 2개의 유리 렌즈 어레이(11, 12)의 각 광학축(14)이 정렬되며, 이후 상기 2개의 유리 렌즈 어레이(11, 12)가 연결되어 경화되며, 접착제(13)에 의해 고정된다.
본 실시예의 제조방법은 다음의 단계들을 포함한다:
SS1 : 유리 블랭크(glass blank)를 제공하는 단계;
SS2 : 관통홀들의 형성을 위한 4개의 몰드 스트레이트 리더들(mold straight leaders: 243) 및/또는 몰드 스트레이트 슬리브들(mold straight sleeves: 224) 및 광학 유리 렌즈들의 복수개의 몰드 인서트들(mold inserts: 227, 228)이 각각 마련되어 서로 대응되는 상부 몰드(241) 및 하부 몰드(242)를 갖는 유리 렌즈 어레이(11)의 몰드(24)를 제공하는 단계;
SS3 : 상기 상부 몰드(241) 및 하부 몰드(242) 속에 상기 유리 블랭크(21)를 넣어 정렬 부재들로서의 관통홀들(115)을 갖는 유리 렌즈 어레이(11)를 형성하기 위한 몰딩 공정의 수행을 위해 가열 및 가압하는 단계;
SS4 : 또 하나의 유리 렌즈 어레이(12)를 형성하기 위해 상기 단계들을 반복하는 단계;
SS5 : 적어도 하나의 조립 센터 샤프트(assembly center shaft: 231)를 갖는 조립 픽스춰(assembly fixture: 23)를 준비하는 단계;
SS6 : 상기 유리 렌즈 어레이(12)를 상기 조립 픽스춰(23)에 놓고, 상기 관통홀(115)에 상기 조립 센터 샤프트(231)가 삽입되도록 하여 상기 유리 렌즈 어레이(12)의 비광학 영역에 접착제(13)를 코팅하는 단계;
SS7 : 상기 유리 렌즈 어레이(11)를 상기 조립 픽스춰(23)에 놓고, 정렬을 위해 상기 관통홀(115)에 상기 조립 센터 샤프트(231)가 삽입되도록 하는 단계; 및
SS8 : 유리 렌즈 어레이 모듈(10)의 형성을 위해 상기 접착제를 경화하고, 상기 조립 픽스춰(23)를 분리하는 단계.
<제4실시예>
도 7을 참조하면, 본 실시예의 유리 렌즈 어레이 모듈은 태양 에너지 변환 시스템에 적용된다. 태양 에너지 변환 효율을 향상시키기 위해, 복수개의 유리 렌즈 어레이들이 오버랩되어 있다. 따라서 태양 에너지를 회로 기판(36)을 통해 출력되는 전력으로 변환하기 위해, 태양광이 태양전지용 웨이퍼(solar grade wafer: 35)에 집중된다. 본 실시예에서, 2개의 유리 렌즈 어레이들이 조립되어 유리 렌즈 어레이 모듈을 형성한다. 제1 유리 렌즈 어레이(31)는 16개의 양면 볼록 광학 영역들(biconvex optical areas)을 포함하며, 제2 유리 렌즈 어레이(32)는 대응되는 16개의 메니스커스 광학 영역들(meniscus optical areas)을 갖는다. 광학 파라미터들(optical parameters)은 [표 1]에 나와 있다. 상기 [표 1]은 각 광학면의 면 넘버, 타입, 광학축에 대한 각 광학면의 곡률 반경, 축상 면 간격(on-axis surface spacing) 및 렌즈 물질(lens material)을 보여준다. 광학 광 집중 효과(optical light concentration effect)를 달성하기 위해, 상기 2개의 유리 렌즈 어레이들(31, 32)의 각 광학 영역의 광학축(14)이 정렬되어야 하며, 두 광학축들(14) 사이가 일정 간격으로 유지되어야 한다. 또한, 상기 제1 및 제2 유리 렌즈 어레이들(31, 32)의 모서리들에 2세트의 대응되는 정렬 핀들(311, 321) 및 정렬 캐비티들(322, 312)이 각각 정렬된다. 4세트의 정렬 부재들이 있어야 한다. 조립시, 열경화성 접착제(thermosetting glue: 33)가 상기 제2 유리 렌즈 어레이(32)의 비광학 영역에 코팅되며, 이후 상기 제1 유리 렌즈 어레이(31)가 상기 제2 유리 렌즈 어레이(32) 위에 오버랩된다. 상기 정렬 핀들(311, 321)은 정렬을 위해 대응되는 상기 정렬 캐비티들(322, 312)에 각각 삽입된다. 그 결과, 상기 광학축(14)이 정렬되며, 미리 설정된 간격이 유지된다. 이후, 조립체는 상기 접착제(33)의 경화를 위해 오븐(oven)에 넣어져 가열되어, 태양 에너지 변환 시스템에 적용되는 유리 렌즈 어레이 모듈이 형성된다.
면 넘버(Surf＃) 타입(Type) R(mm) D(mm) 렌즈 물질
(lens material)
1 비구면(aspherical)
직경 10mm		 34.4616 4.0 BK7
Nd(굴절률)=1.5168;
Vd(아베수)=64.167336
2 비구면(aspherical) -19.5377 0.50
3 구면(spherical)
직경 8.8mm		 -19.7630 4.0 BK7
Nd(굴절률)=1.5168;
Vd(아베수)=64.167336
4 비구면(aspherical) -6.2302 10.0
태양전지용 웨이퍼
(solar grade wafer)		 표준(STANDARD) ∞
<제5실시예>
도 8을 참조하면, 본 실시예의 유리 렌즈 어레이 모듈은 휴대폰 카메라 렌즈들에 적용된다. 물체측으로부터, 유리 렌즈 어레이는 그 오목면이 이미지측을 향하는 메니스커스 제1 광학 렌즈(41)와, 그 볼록면이 상기 이미지측을 향하는 메니스커스 제2 광학 렌즈(42)와, m-모양의 제3 광학 렌즈(43) 및 복수개의 광학 요소들(optical elements)을 포함하며, 상기 광학 요소들은 커버 유리(cover glass: 44), 조리개(aperture: 45), 3개의 스페이서들(spacers: 47), IR 필터(IR filter: 48), 이미지 센서(46) 및 회로 기판(36)을 포함한다. 광학 파라미터들(optical parameters)은 [표 2]에 나와 있다.
면 넘버(Surf＃) 타입(Type) R(mm) D(mm) 렌즈 물질
(lens material)
1: (STO) 조리개 및 제1 광학 렌즈의 볼록면 비구면(aspherical) 1.0613 0.625417 SCHOTT_BAC2
2: 제1 광학 렌즈의 오목면 비구면(aspherical) 2.8968 0.333
3: 제2 광학 렌즈의 오목면 비구면(aspherical) -1.2031 0.3 OHARA_FTM16
4: 제2 광학 렌즈의 볼록면 비구면(aspherical) -1.4586 0.71
5: 제3 광학 렌즈의 물체측 비구면(aspherical) 7.6865 0.635 SCHOTT_BAC2
6: 제3 광학 렌즈의 이미지측 비구면(aspherical) 3.4879 0.3
7: IR 필터의 물체측 ∞ 0.3 BK7
8: IR 필터의 이미지측
이미지 센서의 센싱면		 ∞
∞		 0.6895
본 실시예의 제조방법은 상기 제1실시예와 유사하다. 도 9를 참조하면, 먼저, 16(4×4)개의 제1 및 제2 광학 렌즈들(41, 42)을 갖는 유리 렌즈 어레이 모듈이 만들어진다. 그리고, 상기 제1 광학 렌즈(41) 및 제2 광학 렌즈(42)의 광학축(14)의 정렬을 위해, 상기 유리 렌즈 어레이 모듈의 비광학 영역에, 도 8에 도시된 정렬 캐비티들(412) 및 정렬 핀들(421)과 같은 정렬 부재들이 배치된다. 이후, 멀티-캐비티 인젝션 몰딩(multi-cavity injection molding)에 의해 16(4×4)개의 제3 광학 렌즈들(43)을 갖는 유리 렌즈 어레이를 만든다. 조리개(45) 및 스페이서(47)가 16(4×4)개의 유닛들을 갖는 판의 형태로 만들어진다. 16(4×4)개의 광학 센서들(46)이 회로 기판(36)의 미리 설정된 위치에 용접된다. 광학 요소들을 갖는 각 판, 상기 제1 및 제2 광학 렌즈들(41, 42)에 의해 형성된 상기 유리 렌즈 어레이 모듈 및 상기 제3 광학 렌즈들(43)의 유리 렌즈 어레이가 UV 경화 접착제(49)에 의해 서로 조립된다. UV 오븐에서의 자외선 조사 후, 16개의 카메라 렌즈들을 갖는 유리 렌즈 어레이 모듈이 형성된다. 이후, 도 9에 도시된 바와 같이, 레이저 절단에 의해 16개의 카메라 렌즈들이 얻어진다. 전술한 제조 방법에 의해, 매번 16개의 카메라 렌즈들이 얻어진다. 각 카메라 렌즈에 있어서, 상기 제1 광학 렌즈(41), 제2 광학 렌즈(42) 및 제3 광학 렌즈(43)는 모두 광학축에 따라 정렬되며, 각 광학 요소로부터 일정 거리를 갖는다. 따라서 제조 비용이 절감되며, 특정 광학 기능들이 달성된다.
<제6실시예>
도 10을 참조하면, 본 실시예의 유리 렌즈 어레이 모듈은 휴대폰 카메라 렌즈들에 적용되며, 전술한 제5실시예와 유사하다. 본 실시예와 상기 제5실시예의 차이는 상기 정렬 부재이다. 적어도 하나의 관통홀(515)이 본 실시예에 사용된다. 전술한 제1실시예와 유사하게, 16(4×4)개의 제1 광학 렌즈들(51), 제2 광학 렌즈들(52) 및 제3 광학 렌즈들(53)을 갖는 개의 유리 렌즈 어레이들이 멀티-캐비티 유리 몰딩(multi-cavity glass molding)에 의해 만들어진다. 4개의 관통홀들(515)이 각 유리 렌즈 어레이의 네 모서리의 비광학 영역에 배치된다. 조리개(55) 및 스페이서(57)가 16(4×4)개의 유닛들을 갖는 판 형태로 만들어진다. 각 판의 대응되는 위치에는 관통홀들(515)이 배치된다. 각 판은 4개의 관통홀들(515)을 포함한다. 도 10에는 오직 하나의 관통홀(515) 만이 도시되어 있다. 16(4×4)개의 광학 센서들(56)이 회로 기판(36)의 미리 설정된 위치에 용접된다. 4개의 조립 센터 샤프트들(assembly center shafts)을 갖는 조립 픽스춰(assembly fixture)를 준비한다. 광학 요소들 및 유리 렌즈 어레이들을 갖는 각 판에 있는 관통홀들(515)에 상기 조립 픽스춰의 조립 센터 샤프트들(미도시)이 삽입된다. 광학 요소들 및 유리 렌즈 어레이들을 갖는 각 판이 순차적으로 오버랩되어 UV 경화 접착제에 의해 조립된다. UV 오븐에서의 자외선 조사 후, 상기 조립 픽스춰를 분리하여, 16개의 카메라 렌즈들을 갖는 유리 렌즈 어레이 모듈이 얻어진다. 이후, 상기 유리 렌즈 어레이 모듈은 16개의 광학 센서들(56)과 용접된 회로 기판(36)과 조립되며, 16개의 카메라 렌즈들을 형성하도록 레이저에 의해 절단된다.
<제7실시예> : 휴대폰 카메라 렌즈들에 적용되는 유리 렌즈 어레이 모듈
도 11 및 도 12를 참조하면, 본 실시예의 유리 렌즈 어레이 모듈은 휴대폰 카메라 렌즈들에 적용된다. 본 실시예의 제조 공정들 및 기능들은 전술한 제6실시예와 유사하다. 그러나, 본 실시예는 전술한 제6실시예의 스페이서(57) 대신에 정렬 스페이서(alignment spacer: 61)를 제공한다. 상기 유리 렌즈 어레이의 관통홀에 대응하는 정렬 로드(alignment rod: 611) 및 각 광학 요소는 상기 정렬 스페이서(61)의 네 모서리들 각각에 마련된다. 상기 정렬 스페이서(61)는 전술한 제6실시예의 조립 픽스춰 및 조립 센터 샤프트들을 대신한다. 따라서, 조립시, 광학 요소들 및 유리 렌즈 어레이를 갖는 각 판의 관통홀들에 상기 정렬 로드들(611)이 삽입된 후, 조립 및 정렬을 위해 순차적으로 오버랩되어 접착된다.
본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진자들이라면 추가적인 이점들 및 수정들을 쉽게 생각해낼 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 더 넓은 특징들이 본 명세서에서 설명된 실시예들 및 대표 장치들로 제한되지 않는다. 즉, 본 발명의 특허청구범위 및 이와 동등한 것들에 의해 정의되는 본 발명의 발명 컨셉의 범위 또는 사상으로부터 벗어나지 않은 다양한 변형들이 만들어질 수 있다.
도 1은 종래의 유리 렌즈 어레이 모듈의 단면도이다.
도 2는 본 발명에 따른 유리 렌즈 어레이 모듈의 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 제조 공정들을 보여주는 개략도이다.
도 4는 본 발명에 따른 원뿔형 정렬 부재를 갖는 다른 실시예의 부분적 단면도이다.
도 5는 본 발명에 따른 정렬 부재로서의 관통홀들을 갖는 또 다른 실시예의 조립도이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 제조 공정들을 보여주는 개략도이다.
도 7은 태양 에너지 변환 시스템에 적용되는 본 발명의 또 다른 실시예의 단면도이다.
도 8은 휴대폰 카메라 렌즈에 적용되는 본 발명의 또 다른 실시예의 단면도이다.
도 9는 레이저에 의해 절단되는 도 5에 도시된 실시예를 보여주는 개략도이다.
도 10은 본 발명에 따른 관통홀들을 갖는 또 다른 실시예의 단면도이다.
도 11은 본 발명에 따른 정렬 스페이서들을 갖는 또 다른 실시예의 단면도이다.
도 12는 도 11에 도시된 실시예에 따른 조립체의 단면도이다.

Claims (19)

  1. 서로 인접한 2개의 유리 렌즈 어레이들 사이에 미리 설정된 간격을 갖는, 접착제에 의해 조립고정되는 복수개의 유리 렌즈 어레이들을 포함하며,
    상기 유리 렌즈 어레이는 광학 영역과 비광학 영역을 가지며, 유리 몰딩(glass molding)에 의해 만들어지고,
    상기 유리 렌즈 어레이의 비광학 영역의 외주면에 정렬 부재(alignment member)가 마련되며, 조립된 2개의 인접한 유리 렌즈 어레이들의 정렬 부재들이 서로 연결조립되어 상기 조립된 2개의 인접한 유리 렌즈 어레이들의 각 광학 영역이 광학축에 따라 정렬되도록 하는 것을 특징으로 하는 유리 렌즈 어레이 모듈.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 조립된 2개의 인접한 유리 렌즈 어레이들의 정렬 부재들은 정렬 핀과 정렬 캐비티(alignment cavity)인 것을 특징으로 하는 유리 렌즈 어레이 모듈.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 정렬 핀은 원기둥이고, 상기 정렬 캐비티는 상기 원기둥에 대응되는 원주형 홀인 것을 특징으로 하는 유리 렌즈 어레이 모듈.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 정렬 핀은 원뿔이고, 상기 정렬 캐비티는 상기 원뿔에 대응되는 원뿔형 홀인 것을 특징으로 하는 유리 렌즈 어레이 모듈.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 조립된 2개의 인접한 유리 렌즈 어레이들의 정렬 부재들은 조립 픽스춰(assembly fixture)의 조립 센터 샤프트(assembly center shaft)가 삽입되는 관통홀들이며, 상기 조립된 2개의 인접한 유리 렌즈 어레이들이 광학축에 따라 정렬되게 하는 것을 특징으로 하는 유리 렌즈 어레이 모듈.
  6. 제1항에 있어서,
    접착제에 의해 인접한 유리 렌즈 어레이와 조립고정되어 미리 설정된 간격을 형성하게 하는 스페이서(spacer)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 유리 렌즈 어레이 모듈.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 조립된 2개의 인접한 유리 렌즈 어레이들이 광학축에 따라 정렬되도록 하기 위해 상기 관통홀들에 삽입되는 정렬 로드(alignment rod)를 갖는 정렬 스페이서(alignment spacer)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 유리 렌즈 어레이 모듈.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 접착제는 열에 의해 경화되는 열경화성 접착제인 것을 특징으로 하는 유리 렌즈 어레이 모듈.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 접착제는 자외선(UV) 조사에 의해 경화되는 UV 경화 접착제인 것을 특징으로 하는 유리 렌즈 어레이 모듈.
  10. 제1항에 있어서,
    커버 유리(cover glass), 조리개(aperture), IR 필터(IR filter), 이미지 센서, 태양전지용 웨이퍼(solar grade wafer), 회로 기판 또는 이들의 조합으로부터 선택된 광학 요소들(optical elements)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 유리 렌즈 어레이 모듈.
  11. 유리 블랭크(glass blank)를 제공하는 단계;
    정렬 부재들의 형성을 위한 몰드 핀들(mold pins) 및/또는 몰드 부싱들(mold bushings)과 광학 면들의 형성을 위한 복수개의 몰드 인서트들(mold inserts)이 각각 마련된, 유리 렌즈 어레이를 형성하기 위한 상부 몰드 및 하부 몰드를 제공하는 단계;
    비광학 영역에 마련된 복수개의 정렬 부재들 및 복수개의 광학 영역을 갖는 제1 유리 렌즈 어레이를 형성하기 위한 몰딩 공정의 수행을 위해, 상기 상부 몰드 및 하부 몰드 속에 상기 유리 블랭크를 넣어 가열 및 가압하는 단계;
    제2 유리 렌즈 어레이를 몰딩하기 위해 상기 단계들을 반복하는 단계;
    상기 제1 유리 렌즈 어레이 또는 상기 제2 유리 렌즈 어레이의 비광학 영역에 접착제를 코팅하는 단계;
    상기 정렬 부재들을 이용하여 상기 제1 유리 렌즈 어레이와 상기 제2 유리 렌즈 어레이를 조립하는 단계; 및
    유리 렌즈 어레이 모듈의 형성을 위해 상기 접착제를 경화하는 단계;
    를 포함하는 유리 렌즈 어레이 모듈의 제조방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 제1 유리 렌즈 어레이의 비광학 영역과 상기 제2 유리 렌즈 어레이의 비광학 영역 사이에 스페이서가 배치되며, 상기 스페이서, 제1 유리 렌즈 어레이 및 제2 유리 렌즈 어레이는 접착제에 의해 서로 조립되는 것을 특징으로 하는 유리 렌즈 어레이 모듈의 제조방법.
  13. 제12항에 있어서,
    다른 광학 요소들이 오버랩되어 접착제에 의해 조립되는 것을 특징으로 하는 유리 렌즈 어레이 모듈의 제조방법.
  14. 제5항에 따른 유리 렌즈 어레이 모듈의 제조방법에 있어서,
    유리 블랭크(glass blank)를 제공하는 단계;
    관통홀들의 형성을 위한 몰드 스트레이트 리더들(mold straight leaders) 및/또는 몰드 스트레이트 슬리브들(mold straight sleeves)과 광학 면들의 형성을 위한 복수개의 몰드 인서트들(mold inserts)이 각각 마련된, 유리 렌즈 어레이를 형성하기 위한 상부 몰드 및 하부 몰드를 제공하는 단계;
    비광학 영역에 마련된 적어도 하나의 관통홀 및 복수개의 광학 영역을 갖는 제1 유리 렌즈 어레이를 형성하기 위한 몰딩 공정의 수행을 위해, 상기 상부 몰드 및 하부 몰드 속에 상기 유리 블랭크를 넣어 가열 및 가압하는 단계;
    제2 유리 렌즈 어레이를 몰딩하기 위해 상기 단계들을 반복하는 단계;
    적어도 하나의 조립 센터 샤프트(assembly center shaft)를 갖는 조립 픽스춰(assembly fixture)에 상기 제2 유리 렌즈 어레이를 놓고, 상기 제2 유리 렌즈 어레이의 관통홀에 상기 조립 센터 샤프트가 삽입되게 하는 단계; 상기 제2 유리 렌즈 어레이의 비광학 영역에 접착제를 코팅하는 단계;
    상기 제1 유리 렌즈 어레이를 상기 조립 픽스춰에 놓고, 정렬을 위해 상기 제1 유리 렌즈 어레이의 관통홀에 상기 조립 센터 샤프트가 삽입되게 하는 단계;
    유리 렌즈 어레이 모듈의 형성을 위해 상기 접착제를 경화하고, 상기 조립 픽스춰를 분리하는 단계;
    를 포함하는 유리 렌즈 어레이 모듈의 제조방법.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 제1 유리 렌즈 어레이의 비광학 영역과 상기 제2 유리 렌즈 어레이의 비광학 영역 사이에 스페이서가 배치되며, 상기 스페이서는 대응되는 관통홀을 가져 상기 조립 픽스춰 및 접착제에 의해 상기 제1 유리 렌즈 어레이 및 제2 유리 렌즈 어레이와 조립되는 것을 특징으로 하는 유리 렌즈 어레이 모듈의 제조방법.
  16. 제14항에 있어서,
    대응되는 관통홀을 갖는 적어도 하나의 광학 요소(optical element)가 제공되어, 상기 광학 요소와 상기 유리 렌즈 어레이 모듈이 오버랩되어 상기 조립 픽스춰 및 접착제에 의해 조립되는 것을 특징으로 하는 유리 렌즈 어레이 모듈의 제조방법.
  17. 유리 블랭크(glass blank)를 제공하는 단계;
    관통홀들의 형성을 위한 몰드 스트레이트 리더들(mold straight leaders) 및/또는 몰드 스트레이트 슬리브들(mold straight sleeves)과 광학 면들의 형성을 위한 복수개의 몰드 인서트들(mold inserts)이 각각 마련된, 유리 렌즈 어레이를 형성하기 위한 상부 몰드 및 하부 몰드를 제공하는 단계;
    비광학 영역에 마련된 적어도 하나의 관통홀 및 복수개의 광학 영역을 갖는 제1 유리 렌즈 어레이를 형성하기 위한 몰딩 공정의 수행을 위해, 상기 상부 몰드 및 하부 몰드 속에 상기 유리 블랭크를 넣어 가열 및 가압하는 단계;
    제2 유리 렌즈 어레이를 몰딩하기 위해 상기 단계들을 반복하는 단계;
    적어도 하나의 정렬 로드(alignment rod)를 갖는 정렬 스페이서(alignment spacer)를 만드는 단계;
    상기 제2 유리 렌즈 어레이를 상기 정렬 스페이서에 놓고, 상기 제2 유리 렌즈 어레이의 관통홀에 상기 정렬 로드가 삽입되게 하는 단계; 상기 제2 유리 렌즈 어레이의 비광학 영역에 접착제를 코팅하는 단계;
    상기 제1 유리 렌즈 어레이를 상기 정렬 스페이서에 놓고, 정렬을 위해 상기 제1 유리 렌즈 어레이의 관통홀에 상기 정렬 로드가 삽입되게 하는 단계; 및
    유리 렌즈 어레이 모듈의 형성을 위해 상기 접착제를 경화하는 단계;
    를 포함하는 유리 렌즈 어레이 모듈의 제조방법.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 제1 유리 렌즈 어레이의 비광학 영역과 상기 제2 유리 렌즈 어레이의 비광학 영역 사이에 스페이서가 배치되며, 상기 스페이서는 대응되는 관통홀을 가져 상기 정렬 로드 및 접착제에 의해 상기 제1 유리 렌즈 어레이 및 제2 유리 렌즈 어레이와 조립되는 것을 특징으로 하는 유리 렌즈 어레이 모듈의 제조방법.
  19. 제17항에 있어서,
    대응되는 관통홀을 갖는 적어도 하나의 광학 요소(optical element)가 제공되어, 상기 광학 요소와 상기 유리 렌즈 어레이 모듈이 오버랩되어 상기 정렬 스페 이서의 정렬 로드가 상기 관통홀에 삽입되는 것 및 접착제에 의해 조립되는 것을 특징으로 하는 유리 렌즈 어레이 모듈의 제조방법.
KR1020090126157A 2008-12-18 2009-12-17 정렬 부재를 갖는 유리 렌즈 어레이 모듈 및 그 제조방법 KR20100071010A (ko)

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