KR20110096796A - 플라스틱 렌즈, 렌즈 모듈, 및 렌즈 사출 금형 - Google Patents

플라스틱 렌즈, 렌즈 모듈, 및 렌즈 사출 금형 Download PDF

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Abstract

본 발명은 플라스틱 렌즈, 렌즈 모듈, 및 렌즈 사출 금형에 관한 것으로, 보다 상세하게는 렌즈의 광학면을 구성하는 유효경부(120)와 렌즈의 주변부를 구성하는 리브부(140)를 구비하고, 상기 유효경부(120)와 상기 리브부(140)는 중심축이 일치하는 동심원으로 형성되고, 상기 리브부(140)의 외주부에는 3개 이상의 복수의 오목부(160)가 상기 중심축에 대해 대칭인 위치에 형성된 것을 특징으로 하는 플라스틱 렌즈가 제공된다.
본 발명의 따른 플라스틱 렌즈는, 동심축에 대칭으로 형성되기 때문에 배럴 내에서 비대칭적으로 수축하는 현상이 발생하지 않으며, 또한 오목부는 배럴 내에 조립된 상태에서 배럴의 내주면과 접촉하지 않으므로 조립 압입력이 저감되어 과도한 압입력에 의해 변형이 발생하는 것을 방지할 수 있다.

Description

플라스틱 렌즈, 렌즈 모듈, 및 렌즈 사출 금형{PLASTIC LENS, LENS MODULE, AND LENS INJECTION MOLD}
본 발명은 플라스틱 렌즈, 렌즈 모듈, 및 렌즈 사출 금형에 관한 것이다.
일반적으로 플라스틱 광학용 렌즈들은 렌즈 모듈의 형태로 사용되는데, 주로 사출 성형 등의 방법을 이용하여 광학용 렌즈를 성형하고 이를 안착시킬 수 있는 기구물(배럴, 하우징 등)에 자동 혹은 작업자가 조립하는 방법을 사용하여 렌즈 모듈을 제작한다.
최근 초소형 렌즈 모듈은 휴대전화, 웹캠, 보안용 등으로 용도가 다양해지고 있고 센서의 집적도 향상으로 고화소에 대응하여야 하는데, 이때 필요한 것이 최소의 형상 오차를 가지는 정밀한 렌즈의 성형과 모듈 제작에 있어서 광축을 정밀하게 위치 맞춤하기 위한 정밀한 조립이다.
그런데, 사출 성형에 의해 제작되는 플라스틱 렌즈는 사출 성형후 게이트(gate) 부분을 절단함으로 인하여 비축대칭 형상을 가지게 되고, 이러한 비축대칭 렌즈가 배럴 내에 압입 조립된 후에 수축 변형되면서 유효경부의 광축 중심이 이동하는 문제가 발생한다.
렌즈가 배럴 내에서 수축 하중을 받을 때 렌즈의 게이트 커트(gate-cut) 부분은 하중을 받지 않기 때문에, 종래의 사출 성형된 렌즈는 비축대칭 형상에 의해 배럴 내에서 비대칭적인 수축이 발생하게 되고, 특히 게이트 커트가 있는 부분의 방향과 그에 수직한 방향의 형상 오차가 발생하게 되어 정밀한 성형을 어렵게 한다.
또한, 원형의 리브부의 외주면은 배럴의 내주면에 압입되어 조립되므로 과도한 조립 압입력을 받게 되는데, 이러한 과도한 압입력에 의해 압입시 틸트가 발생하고, 렌즈 및 이를 안착시키는 배럴에 소성 변형을 유발하게 된다.
본 발명은 이러한 종래 기술의 문제점을 해결하고자 고안된 것으로, 렌즈가 배럴 내에 압입되어 조립될 때 대칭적이고 경감된 수축 하중을 받음으로써, 형상 오차를 최소화할 수 있는 플라스틱 렌즈, 렌즈 모듈, 및 렌즈 사출 금형을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제1 특징에 따르면, 렌즈의 광학면을 구성하는 유효경부와 렌즈의 주변부를 구성하는 리브부를 구비하고, 상기 리브부는 배럴의 내주부에 접촉하는 부분을 가지고, 상기 유효경부와 상기 리브부는 중심축이 일치하는 동심원으로 형성되고, 상기 리브부의 외주부에는 3개 이상의 복수의 오목부가 상기 중심축에 대해 대칭인 위치에 형성된 것을 특징으로 하는 플라스틱 렌즈가 제공된다.
상기 복수의 오목부는 크기와 형상이 동일하다.
상기 복수의 오목부의 외주면은 직선 또는 곡선으로 형성된다.
상기 복수의 오목부의 내접원은 상기 유효경부보다 크다.
본 발명의 제2 특징에 따르면, 상기 플라스틱 렌즈가 배럴 내에 압입되어 조립된 것을 특징으로 하는 렌즈 모듈이 제공된다.
본 발명의 제3 특징에 따르면, 상기 플라스틱 렌즈를 사출 성형하는 렌즈 사출 금형에 있어서, 상부 금형과 하부 금형, 상기 상부 금형 또는 상기 하부 금형에 형성되며 상기 오목부를 갖는 리브부를 형성하도록 상기 오목부를 갖는 리브부에 대응하는 형상으로 형성된 캐비티, 및 상기 상부 금형과 상기 하부 금형 내에 각각 이동 가능하게 배치되며 사출액을 가압하여 상기 유효경부를 형성하도록 상기 유효경부에 대응하는 형상으로 형성된 상부 팁부와 하부 팁부를 가지는 상부 코어와 하부 코어를 구비하는 것을 특징으로 하는 렌즈 사출 금형이 제공된다.
본 발명의 따른 플라스틱 렌즈는, 동심축에 대칭으로 형성되기 때문에 배럴 내에서 비대칭적으로 수축하는 현상이 발생하지 않으며, 또한 오목부는 배럴 내에 조립된 상태에서 배럴의 내주면과 접촉하지 않으므로 조립 압입력이 저감되어 과도한 압입력에 의해 변형이 발생하는 것을 방지할 수 있다.
도 1a 내지 도 1d는 본 발명에 따른 플라스틱 렌즈의 형상예를 도시한 것이다.
도 2는 도 1c의 렌즈가 배럴 내에 조립된 상태에서 수축 하중을 받는 것을 도시한 것이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 렌즈 사출 금형의 측단면도이다.
이하 본 발명의 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
본 발명자들은 상기한 종래의 렌즈 모듈의 문제점을 해결하기 위하여 다음과 같은 플라스틱 렌즈의 설계 조건을 제시하였다.
첫째, 렌즈의 형상이 렌즈의 중심축에 대해 대칭이 되게 형성되어야 한다.
둘째, 렌즈의 리브부의 외주면과 배럴의 내주면의 접촉 면적을 줄여야 한다.
렌즈를 렌즈의 중심축에 대해 대칭이 되게 형성하는 것은 종래의 비축대칭 형상을 가지는 렌즈가 배럴 내에 조립된 상태에서 비대칭적인 압입력을 받아 비대칭적으로 수축함으로써 렌즈의 유효경부의 중심과 배럴의 중심이 불일치하게 되는 것을 개선하기 위함이다.
그리고, 렌즈의 리브부의 외주면과 배럴의 내주면의 접촉 면적을 줄이는 것은 종래의 렌즈가 배럴 내에 조립된 상태에서 과도한 압입력을 받아 렌즈에 틸트나 소성 변형이 발생하는 것을 개선하기 위함이다.
상기의 2가지 설계 조건을 만족하는 렌즈의 구체적인 형상 조건은 다음과 같다.
첫째, 렌즈의 유효경부와 리브부는 중심축이 일치하는 동심원으로 형성되어야 한다.
둘째, 렌즈의 리브부의 외주부에 3개 이상의 오목부가 렌즈의 중심축에 대해 대칭인 위치에 형성되어야 한다.
셋째, 모든 오목부는 크기와 형상이 동일하여야 한다.
넷째, 오목부의 외주면은 직선 또는 곡선으로 형성될 수 있다.
다섯째, 오목부의 내접원은 렌즈의 유효경부보다 커야 한다.
도 1a 내지 도 1d는 상기의 조건을 만족하는 플라스틱 렌즈의 형상예를 도시한 것이다.
도 1a에 도시된 렌즈는 유효경부(120)와 리브부(140)가 동심원으로 형성되며, 리브부(140)의 외주부에 4개의 오목부(160)가 90도의 간격으로 동심축에 대칭되게 형성된 것을 알 수 있다. 4개의 오목부(160)의 크기와 형상이 동일하며, 오목부(160)의 외주면은 직선으로 형성되어 있다. 그리고, 4개의 오목부(160)의 내접원(C)은 렌즈의 유효경부(120)보다 커서 오목부(160)가 렌즈의 유효경부(120)를 침범하지 않으므로, 렌즈의 성능에는 영향이 없다.
이와 같이 구성된 플라스틱 렌즈는 동심축에 대칭으로 형성되기 때문에 배럴 내에서 비대칭적으로 수축하는 현상이 발생하지 않으며, 또한 오목부(160)는 배럴 내에 조립된 상태에서 배럴의 내주면과 접촉하지 않으므로, 그만큼 렌즈는 조립 압입력이 저감되어 과도한 압입력에 의해 변형이 발생하는 것을 방지할 수 있다.
도 1b에 도시된 렌즈는 리브부(140)의 외주부에 4개의 오목부(160)가 대칭되게 형성되어 있어 도 1a에 도시된 렌즈와 동일하지만, 도 1a의 렌즈는 오목부(160)의 외주면이 직선으로 형성되어 있는데 비해, 도 1b의 렌즈는 오목부(160)의 외주면이 리브부(140)의 외주면의 곡률 반경보다 큰 곡선으로 형성되어 있다는 점에서 차이가 있다.
도 1c에 도시된 렌즈도 리브부(140)의 외주부에 4개의 오목부(160)가 대칭되게 형성되어 있다는 점에서 도 1b에 도시된 렌즈와 동일하지만, 도 1b의 렌즈는 오목부(160)의 외주면이 외측으로 돌출되게 형성되어 있는데 비해, 도 1c의 렌즈는 오목부(160)의 외주면이 내측으로 형성되어 있어서 굴곡이 역전되었다는 점에서 차이가 있다.
도 1d에 도시된 렌즈는 리브부(140)의 외주부에 8개의 오목부(160)가 대칭되게 형성되어 있고, 8개의 오목부(160)의 외주면은 직선으로 형성되어 있다. 즉, 오목부(160)의 외주면이 직선이라는 점에서 도 1a의 렌즈와 동일하지만, 오목부(160)의 개수에 있어서 도 1a의 렌즈와 상이하다.
상기의 실시예들의 리브부(140)의 외주부는 배럴 내주부와 접촉되는 면이 존재할 수 있다.
이 외에도 상기의 5가지 조건을 만족하는 렌즈의 형상은 다양하게 존재할 수 있으며, 어떠한 형상이든 상기 5가지 조건을 만족하면 렌즈가 배럴 내에서 비대칭적으로 수축하는 현상이 발생하지 않으며, 조립 압입력이 저감되어 과도한 압입력에 의해 변형이 발생하는 것이 방지된다.
도 2는 도 1c의 렌즈가 배럴 내에 조립된 상태에서 수축 하중을 받는 것을 도시한 것이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 렌즈는 대칭적인 수축 하중을 받으며, 전방위로 수축 압받을 받는 종래의 렌즈에 비해 훨씬 저감된 하중을 받는 것을 알 수 있다.
다음으로, 본 발명의 실시예에 따른 플라스틱 렌즈의 성형 방법을 설명한다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 렌즈 사출 금형의 측단면도이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 렌즈 사출 금형은 상부 금형(220)과 하부 금형(240), 상부 코어(222)와 하부 코어(242), 상부 코어 삽입부(224)와 하부 코어 삽입부(244), 및 캐비티(230)를 포함하여 이루어진다.
상부 금형(220)과 하부 금형(240)은 사출액을 렌즈로 제조하기 위한 제조 금형으로, 상부 금형(220)과 하부 금형(240) 중 어느 하나는 고정 금형이고 다른 하나는 가동 금형일 수 있다.
상부 코어(222)와 하부 코어(242)는 렌즈의 유효경부(120)를 형성하도록, 유효경부(120)의 내면과 외면에 대응하는 형상의 상부 팁부(223)와 하부 팁부(243)를 구비한다. 즉, 팁부(223, 243)의 형상을 변경함으로써 오목 렌즈 또는 볼록 렌즈로 성형할 수 있는 것이다.
상부 코어 삽입부(224)와 하부 코어 삽입부(244)는 상부 코어(222)와 하부 코어(242)가 삽입되어 이동할 수 있는 공간을 제공한다.
코어(222, 242)와 코어 삽입부(224, 244)는 원통형의 형상으로 형성되며, 코어(222, 242)는 코어 삽입부(224, 244) 내에서 렌즈의 압축을 위해 이동할 수 있다.
캐비티(230)는 렌즈의 리브부(140)를 형성하도록 그에 대응되는 형상으로 형성된다. 본 발명에 따른 리브부(140)는 외주부에 오목부(160)가 형성되어 있으므로, 캐비티(230)도 오목부(160)가 형성된 리브부(140)에 대응하는 형상으로 형성되어야 할 것이다.
도시된 예에서는 캐비티(230)가 하부 금형(240)에 형성되었지만 상부 금형(220)에 형성될 수도 있다.
렌즈 사출액이 캐비티(230)에 제공되면, 상부 금형(220)과 하부 금형(240) 내에 배치되는 상부 코어(222)와 하부 코어(242)가 이동하여 사출액을 압축함으로써 렌즈가 성형될 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 플라스틱 렌즈는 사출 성형 방법 이외에 프레스 성형 방법으로 제작할 수도 있다. 프레스 성형 방법으로 제작할 때에는 광학 소재를 틀에 넣고 압박함으로써 원하는 형상의 렌즈를 제작할 수 있다.
120 유효경부 140 리브부
160 오목부 220 상부 금형
222 상부 코어 223 상부 팁부
230 캐비티 240 하부 금형
242 하부 코어 243 하부 팁부

Claims (6)

  1. 렌즈의 광학면을 구성하는 유효경부와 렌즈의 주변부를 구성하는 리브부를 구비하고,
    상기 리브부는 배럴의 내주부에 접촉하는 부분을 가지며,
    상기 유효경부와 상기 리브부는 중심축이 일치하는 동심원으로 형성되고,
    상기 리브부의 외주부에는 3개 이상의 복수의 오목부가 상기 중심축에 대해 대칭인 위치에 형성된 것을 특징으로 하는 플라스틱 렌즈.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 복수의 오목부는 크기와 형상이 동일한 것을 특징으로 하는 플라스틱 렌즈.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 복수의 오목부의 외주면은 직선 또는 곡선으로 형성되는 것을 특징으로 하는 플라스틱 렌즈.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 복수의 오목부의 내접원은 상기 유효경부보다 큰 것을 특징으로 하는 플라스틱 렌즈.
  5. 청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 따른 플라스틱 렌즈가 배럴 내에 압입되어 조립된 것을 특징으로 하는 렌즈 모듈.
  6. 청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 따른 플라스틱 렌즈를 사출 성형하는 렌즈 사출 금형에 있어서,
    상부 금형과 하부 금형,
    상기 상부 금형 또는 상기 하부 금형에 형성되며, 상기 오목부를 갖는 리브부를 형성하도록 상기 오목부를 갖는 리브부에 대응하는 형상으로 형성된 캐비티, 및
    상기 상부 금형과 상기 하부 금형 내에 각각 이동 가능하게 배치되며, 사출액을 가압하여 상기 유효경부를 형성하도록 상기 유효경부에 대응하는 형상으로 형성된 상부 팁부와 하부 팁부를 가지는 상부 코어와 하부 코어를 구비하는 것을 특징으로 하는 렌즈 사출 금형.
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