KR20160134237A

KR20160134237A - 렌즈

Info

Publication number: KR20160134237A
Application number: KR1020150067958A
Authority: KR
Inventors: 엄기태; 바딤 보리소비치 블라코; 글레프 안드레이비치 오디노키흐; 올레그 유리에비치 쿠페르바세르
Original assignee: 엘지이노텍 주식회사; 엘지전자 주식회사
Priority date: 2015-05-15
Filing date: 2015-05-15
Publication date: 2016-11-23

Abstract

실시예는 몸체; 상기 몸체의 중앙 영역에 배치되고, 제1 방향으로 곡률을 가지는 유효경; 및 상기 몸체의 가장 자리 영역에 배치되고, 상기 유효경의 둘레에서 제1 방향으로 배치되는 복수 개의 링 형상의 돌출부들을 포함하고, 상기 복수 개의 돌출부들의 높이들 중, 상기 유효경과 가장 인접한 제1 돌출부의 높이가 가장 높고, 상기 유효경과 가장 이격된 제n 돌출부의 높이가 가장 낮고, 여기서 n은 2 이상의 정수인 렌즈를 제공한다.

Description

렌즈{LENS}

실시예는 렌즈에 관한 것이다.

종래의 필름 카메라는 CCD와 CMOS 등의 소형 고체 촬상 소자를 사용하는 휴대 단말기용 카메라 모듈, 디지털 스틸 카메라(DSC; Digital Still Camera), 캠코더, PC 카메라(퍼스널 컴퓨터에 부속된 촬상장치) 등으로 대체되고 있으며, 이러한 촬상 장치는 소형화, 박형화가 이루어지고 있다.

이러한 추세에 있어서, 소형화 촬상 장치에 탑재되는 CCD(Charge Coupled Device)와 같은 수광소자의 소형화가 진행되고 있으나, 촬상 장치에서 가장 부피를 차지하는 부분은 촬상 렌즈 부분이다.

렌즈는 다양한 형태가 사용 가능한데, 그 일례로, 회절광학소자 렌즈(Diffractive Optical Element Lens)는 몸체의 표면에 임의의 피치와 임의의 깊이로 형성된 요철면을 형성하여 비구면화 함으로써 통과하는 빛을 회절 시킬 수 있다.

회절광학소자 렌즈(이하 'DOE 렌즈'라 함)는 LD, LSU(Laser Scanning Unit), CD, DVD 등의 콜리메이트 렌즈로 사용되거나, 프로젝션 TV 등의 디스플레이용 광학 렌즈로 사용되거나, 광통신용 커넥터 렌즈 등으로 사용될 수 있다. DOE 렌즈의 크기는 대부분 직경이 약 1mm내외, 두께가 몇 ㎛에 지나지 않는 마이크로 렌즈이다.

이와 같은 DOE 렌즈를 제조하는 방법으로는 기계가공방법, 에폭시 성형(Epoxy molding) 또는 사출성형(Injection molding) 방법이 있다.

종래의 DOE 렌즈는 굴절이 아닌 회절을 이용하여 광 경로를 변경시키는데, 굴절을 이용하지 않으므로 색수차 보정을 하지 않을 수 있으나 차수가 존재할 수 있다. 즉, 광의 중심 파장과 주변 파장에서 회절이 각각 다르게 이루어지고, 또한 광의 입사 각도에 따라 회절 효율도 달라질 수 있다.

또한, 종래의 DOE 렌즈에서는 중앙 영역에서는 렌즈의 법선과 평행에 가까운 빛이 입사되고 가장 자리 영역에서는 상술한 법선과 이루는 각도가 큰 빛이 입사되는데, 따라서 렌즈의 중앙 영역에서는 장파장 예를 들면 적색이 많이 분포하고 렌즈의 가장 자리 영역에서는 단파장 예를 들면 청색이 많이 분포하여 광효율이 저하될 수 있다.

실시예는 중앙 영역과 가장 자리 영역에서 광효율이 고른 DOE 렌즈를 제공하고자 한다.

제1 돌출부의 높이는 상기 유효경의 높이보다 높을 수 있다.

제n 돌출부의 높이는 상기 유효경의 높이보다 낮을 수 있다.

복수 개의 돌출부의 높이는, 상기 제1 돌출부로부터 상기 제n 돌출부까지 점점 작아질 수 있다.

복수 개의 돌출부의 넓이들 중, 상기 유효경과 가장 인접한 제1 돌출부의 넓이가 가장 크고, 상기 유효경과 가장 이격된 제n 돌출부의 넓이가 가장 작을 수 있다.

제1 돌출부의 넓이는 상기 유효경의 넓이보다 작을 수 있다.

복수 개의 돌출부의 넓이는, 상기 제1 돌출부로부터 상기 제n 돌출부까지 점점 작아질 수 있다.

복수 개의 돌출부들은, 상기 유효경의 중심에 대하여 동심원을 이루며 배치될 수 있다.

복수 개의 돌출부들 중 적어도 하나는, 상기 유효경 방향의 제1 면이 상기 몸체의 바닥면에 대하여 수직일 수 있다.

복수 개의 돌출부들 중 적어도 하나는, 상기 제1 면과 마주보는 제2 면이 상기 몸체의 바닥면에 대하여 경사를 이룰 수 있다.

복수 개의 돌출부들의 제2 면들은 서로 평행할 수 있다.

실시예에 따른 렌즈는 유효경의 둘레에서 돌출부의 높이와 폭(피치)이 중앙 영역으로부터 가장 자리 영역으로 갈수록 작아지게 배치되어, 중앙 영역에서 R의 노이즈가 많아지지는 문제점과 가장 자리 영역에서 B의 노이즈가 많아지는 문제점을 해결하고 있다.

도 1 및 도 2는 실시예에 따른 렌즈의 사시도와 단면도이고,
도 3은 렌즈의 돌출부들의 구조를 상세히 나타낸 도면이고,
도 4 내지 도 5는 비교예에 따른 렌즈의 단면도이다.

이하 상기의 목적을 구체적으로 실현할 수 있는 본 발명의 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 설명한다.

본 발명에 따른 실시예의 설명에 있어서, 각 element의 " 상(위) 또는 하(아래)(on or under)"에 형성되는 것으로 기재되는 경우에 있어, 상(위) 또는 하(아래)(on or under)는 두개의 element가 서로 직접(directly)접촉되거나 하나 이상의 다른 element가 상기 두 element사이에 배치되어(indirectly) 형성되는 것을 모두 포함한다. 또한 “상(위) 또는 하(아래)(on or under)”으로 표현되는 경우 하나의 element를 기준으로 위쪽 방향 뿐만 아니라 아래쪽 방향의 의미도 포함할 수 있다.

본 발명에 따른 회절광학소자 렌즈(Diffractive Optical Element Lens, DOE 렌즈)는 굴절이 아닌, 회절을 통하여 광경로를 변경하며, 파장이 길수록 굴절률이 작아지는 굴절 광학계와 달리 회절 광학계는 파장이 길수록 회절이 잘 이루어질 수 있다.

굴절광학 재료로 회절 형상을 구현하면, 1장으로 RGB의 구현이 가능하고 색수차 보정을 하지 않을 수 있다. 그리고, 중심 파장과 주변 파장에서 회절 효율이 다른 문제점을 해결하기 위하여 유효경 주변의 돌출부들의 높이와 피치(폭)을 아래와 같이 설계할 수 있다.

도 1 및 도 2는 실시예에 따른 렌즈의 사시도와 단면도이다.

본 실시예에 따른 회절광학소자 렌즈(Diffractive Optical Element Lens, DOE 렌즈, 300)는 몸체(300a)와, 유효경(310)과, 복수 개의 링 형상의 돌출부들(320~360)을 포함하여 이루어진다.

몸체(300a)와 유효경(310)과 돌출부들(320~360)은 투광성을 갖는 동일할 재질로 이루어지고, 서로 일체형으로 이루어질 수 있다. 그리고, 유효경(310)과 돌출부들(320~360)은 몸체(300a) 상에 필름 또는 레진이 부착되어 형성될 수도 이TEk.

도 1과 도 2에서 몸체(300a)의 상부 방향을 제1 방향이라 하고 하부 방향을 제2 방향이라 할 때, 유효경(310)과 돌출부들(320~360)은 몸체(300a)에서 제1 방향에 배치될 수 있다.

유효경(310)은 몸체(300a)의 중앙 영역에 배치되고, 몸체(300a)의 바닥면(b)으로부터 일정 높이(h₁₁)를 가지고 배치되고, 일정 반경(w11)를 가지며, 표면은 구면 또는 비구면일 수 있다.

본 실시예에서는 돌출부(320~360)들은 몸체(300a)의 가장 자리 영역에 배치되고, 유효경(310)의 둘레에서 배치되되 링(ring) 형상일 수 있다. 여기서, 링 형상이라 함은, 각각의 돌출부들(320~360)이 동심원을 이룰 수 있으며, 동심원의 중심은 유효경(310)의 중심일 수 있다.

복수 개의 돌출부들(320~360)의 높이(h₁₂~h₁₆)들 중, 유효경(310)과 가장 인접한 제1 돌출부(320)의 높이(h₁₂)가 가장 높고, 유효경(310)과 가장 이격된 제6 돌출부의 높이(h₁₆)가 가장 낮을 수 있다.

본 실시예에서는 돌출부들(320~360)이 5개 배치되나 6개 이상 배치될 수도 있고, 이때 복수 개의 돌출부들의 높이들 중 유효경과 가장 인접한 제1 돌출부(320)의 높이(h₁₂)가 가장 높고, 유효경(310)과 가장 이격된 제n 돌출부의 높이가 가장 낮을 수 있으며, 이때 n은 2 이상의 정수일 수 있다.

그리고, 제1 돌출부(320)의 높이(h₁₂)는 유효경(310)의 높이(h₁₁)보다 높고, 제6 돌출부(360)의 높이(h₁₆)는 유효경(310)의 높이(h₁₁)보다 낮을 수 있다.

복수 개의 돌출부들(320~360)의 높이(h₁₂~h₁₆)들은, 유효경(310)과 가장 인접한 제1 돌출부(320)로부터 유효경(310)과 가장 이격된 제6 돌출부 방향으로 점차 감소할 수 있다.

복수 개의 돌출부들(320~360)의 넓이(W₁₂~W₁₆)들 중, 유효경(310)과 가장 인접한 제1 돌출부(320)의 넓이(W₁₂)가 가장 크고, 유효경(310)과 가장 이격된 제6 돌출부의 넓이(W₁₆)가 가장 작을 수 있다.

본 실시예에서는 돌출부들(320~360)이 5개 배치되나 6개 이상 배치될 수도 있고, 이때 복수 개의 돌출부들의 넓이들 중 유효경과 가장 인접한 제1 돌출부(320)의 넓이(W₁₂)가 가장 크고, 유효경(310)과 가장 이격된 제n 돌출부의 넓이가 가장 작을 수 있으며, 이때 n은 2 이상의 정수일 수 있다.

그리고, 제1 돌출부(320)의 넓이(W₁₂)는 유효경(310)의 넓이(W₁₁)보다 크고, 제6 돌출부(360)의 넙이(W₁₆)는 유효경(310)의 넓이(W₁₁)보다 작을 수 있다.

복수 개의 돌출부들(320~360)의 넓이(W₁₂~W₁₆)들은, 유효경(310)과 가장 인접한 제1 돌출부(320)로부터 유효경(310)과 가장 이격된 제6 돌출부 방향으로 점차 감소할 수 있다.

도 3은 렌즈의 돌출부들의 구조를 상세히 나타낸 도면이다.

제1 돌출부 내지 제5 돌출부들(320~360)은 각각 제1 면들(320a~360a)과 제2 면들(320b~360b)을 포함하는데, 제1 면들(320a~360a)은 유효경(310) 방향에 배치되고, 제2 면들(320b~360b)은 제1 면(320a~360a)들과 마주보며 렌즈의 가장 자리 방향에 배치될 수 있다.

제1 면들(320a~360a)은 몸체의 바닥면에 대하여 수직을 이루며 배치되고, 제2 면들(320b~360b)은 몸체의 바닥면에 대하여 기설정된 경사들(θ₁₂~θ₁₆)을 이루며 배치될 수 있다. 상술한 기설정된 경사들(θ₁₂~θ₁₆)은 예각일 수 있다.

그리고, 복수 개의 돌출부들(320~360)의 제1 면들(320a~360a)은 서로 평행할 수 있고, 제2 면들(320b~360b)은 서로 평행할 수 있다.

렌즈에 빛이 입사할 때, 렌즈의 중앙 영역과 광원이 대응하여 배치되면 렌즈의 중앙 영역에서는 0도에 가까운 빛이 입사되고 가장 자리 영역에서는 각도가 상대적으로 큰 빛이 입사될 수 있다.

따라서, 렌즈의 중앙 영역에서는 R(적색)의 광이 많이 방출되고 가장 자리 영역에서는 B(적색)의 광이 많이 방출되어 중앙 영역에서는 R의 노이즈가 많아서 효율이 떨어지고, 주변에서는 B의 노이즈가 많아서 효율이 떨어질 수 있다.

상술한 실시예에 따른 렌즈는 유효경의 주변의 돌출부의 높이와 폭(피치)이 중앙 영역으로부터 가장 자리 영역으로 갈수록 작아지게 배치되어, 상술한 문제점을 해결하고 있다.

즉, 돌출부의 높이가 높아지면 기준 파장이 길어지므로, R의 노이즈가 많아지면 돌출부의 높이를 높이고, B의 노이즈가 많아지면 돌출부의 높이를 낮추고 있다.

도 4 내지 도 5는 비교예에 따른 렌즈의 단면도이다.

도 4의 DOE 렌즈(100)는 중앙 영역의 유효경(10)을 중심으로 양측에 복수 개의 링 형상의 돌출부들(20,...70)이 배치되고, DOE 렌즈(100)은 세로 방향의 중심의 I-I' 축을 중심으로 대칭을 이룰 수 있다.

그리고, 각각의 돌출부들(20,...70)의 높이(h)는 일정하고, 인접한 돌출부들(20,...,70) 사이의 거리(d)는 유효경(10)으로부터 멀어질수록 감소할 수 있다.

도 4의 종래의 DOE 렌즈는 돌출부들(20,..,70)의 높이가 일정하므로, 렌즈의 중앙 영역에서는 R의 노이즈가 많아서 효율이 떨어지고, 주변 영역에서는 B의 노이즈가 많아서 효율이 떨어질 수 있다.

도 5의 DOE 렌즈는 유사한 패턴을 이루는 2매의 렌즈가 서로 맞물리고 있다. 하부의 렌즈(110, 120, 130)와 상부의 렌즈(111, 121, 131)는 에어(air, 115, 125, 135)를 사이에 두고 배치된다.

하부의 렌즈(110, 120, 130)의 굴절률(n₁)은 상부의 렌즈(111, 121, 131)의 굴절률(n₂)과 서로 다를 수 있고, 하부의 렌즈(110, 120, 130)의 높이(h₁)는 상부의 렌즈(111, 121, 131)의 높이(h₂)와 다를 수 있다.

도 5의 DOE 렌즈에서도 중앙 영역에서는 장파장 예를 들면 적색이 많이 분포하고 렌즈의 가장 자리 영역에서는 단파장 예를 들면 청색이 많이 분포하여 광효율이 저하될 수 있다.

이상에서 실시예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 실시예에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

10, 310: 유효경 20~70, 320~360: 돌출부
100, 300: 렌즈 110, 120, 130: 하부의 렌즈
111, 121, 131: 상부의 렌즈 115, 125, 135: 에어
300a: 몸체 320a~360a: 제1 면
320b~360b: 제2 면 b: 몸체의 바닥면
h: 돌출부의 높이 d: 돌출부 사이의 거리

Claims

몸체;
상기 몸체의 중앙 영역에 배치되고, 제1 방향으로 곡률을 가지는 유효경; 및
상기 몸체의 가장 자리 영역에 배치되고, 상기 유효경의 둘레에서 제1 방향으로 배치되는 복수 개의 링 형상의 돌출부를 포함하고,
상기 복수 개의 돌출부들의 높이들 중, 상기 유효경과 가장 인접한 제1 돌출부의 높이가 가장 높고, 상기 유효경과 가장 이격된 제n 돌출부의 높이가 가장 낮고, 여기서 n은 2 이상의 정수인 렌즈.
제1 항에 있어서,
상기 제1 돌출부의 높이는 상기 유효경의 높이보다 높은 렌즈.
제1 항 또는 제2 항에 있어서,
상기 제n 돌출부의 높이는 상기 유효경의 높이보다 낮은 렌즈.
제1 항에 있어서,
상기 복수 개의 돌출부의 높이는, 상기 제1 돌출부로부터 상기 제n 돌출부까지 점점 작아지는 렌즈.
제1 항에 있어서,
상기 복수 개의 돌출부의 넓이들 중, 상기 유효경과 가장 인접한 제1 돌출부의 넓이가 가장 크고, 상기 유효경과 가장 이격된 제n 돌출부의 넓이가 가장 작은 렌즈.
제5 항에 있어서,
상기 제1 돌출부의 넓이는 상기 유효경의 넓이보다 작은 렌즈.
제5 항 또는 제6 항에 있어서,
상기 복수 개의 돌출부의 넓이는, 상기 제1 돌출부로부터 상기 제n 돌출부까지 점점 작아지는 렌즈.
제1 항에 있어서,
상기 복수 개의 돌출부들은, 상기 유효경의 중심에 대하여 동심원을 이루며 배치되는 렌즈.
제1 항에 있어서,
상기 복수 개의 돌출부들 중 적어도 하나는, 상기 유효경 방향의 제1 면이 상기 몸체의 바닥면에 대하여 수직인 렌즈.
제1 항 또는 제9 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 복수 개의 돌출부들 중 적어도 하나는, 상기 제1 면과 마주보는 제2 면이 상기 몸체의 바닥면에 대하여 경사를 이루는 렌즈.
제10 항에 있어서,
상기 복수 개의 돌출부들의 제2 면들은 서로 평행한 렌즈.