KR20180129162A - 다층 렌즈 및 그 제조 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 렌즈에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 단일 렌즈가 아닌 복수의 렌즈를 다층 렌즈로 구성하여서, 렌즈의 성형 과정에서 발생하는 변형을 최소화한 다층 렌즈 및 그 제조 방법에 관한 것으로서, 본 발명은,
적어도 세 개의 렌즈 부재가 순차적으로 배치되되, 상기 렌즈 부재들이 일체의 렌즈로 형성되는 다층 구조의 렌즈로서, 렌즈 부재들은 광축을 따라 제1 렌즈 부재, 제2 렌즈 부재 및 제3 렌즈 부재의 순서로 배치되고, 렌즈 부재들은 모두 동일한 재질의 렌즈로 형성되되, 이중 사출 공정에 의하여 1차적으로는 제2 렌즈 부재가 형성되고, 2차적으로 제1 렌즈 부재 및 제3 렌즈 부재가 동시에 형성되며, 제2 렌즈 부재의 두께는, 제1 렌즈 부재 또는 제3 렌즈 부재 각각의 두께보다 크거나 동일한 것을 특징으로 한다.

Description

다층 렌즈 및 그 제조 방법{MULTILAYER LENS AND MANUFACTURING METHOD THEROF}

본 발명은 렌즈에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 기존의 두꺼운 단일 렌즈가 아닌 복수의 렌즈 부재를 다층 렌즈로 구성하여서, 렌즈의 성형 과정에서 발생하는 변형을 최소화한 다층 렌즈 및 그 제조 방법에 관한 것이다.

일반적으로, 자동차용 헤드램프는 운전자가 자동차를 안전하게 주행하기 위해 전방을 조명하는 조명등으로서, LED 전조등이 사용되고 있다. 종래의 자동차 헤드램프 시장에서는, 헤드램프에 사용되는 헤드램프용 프로젝션 렌즈로서 투명성이 우수한 유리를 사용하였다.

그러나 이러한 유리 소재의 렌즈는 내구성이 낮고, 무게가 무거울 뿐만 아니라 생산 비용이 높은 단점이 있다. 특히, 렌즈의 두께가 두꺼운 경우엔 그 생산 비용이 더 높아진다는 문제가 있었다.

이에 따라, 현재 생산되는 헤드램프용 렌즈는 투명성 및 성형성이 뛰어난, 플라스틱을 사용하여 소재의 경량화와 함께, 생산 비용을 절감하고 있다.

그러나, 일반적으로 자동차 헤드램프용 렌즈는 박형의 얇은 렌즈를 사용하는 것이 아니라, 도 1에 도시된 바와 같은, 어느 정도의 두께를 갖는 두꺼운 렌즈(101)를 사용하고 있는데, 이러한 종래의 두꺼운 단일 렌즈를 사출 성형 등의 방법으로 제조할 경우, 사출 성형한 렌즈를 취출한 후에, 렌즈를 냉각시키는 과정 중에 두꺼운 단일 렌즈 자체의 두께로 인해서 렌즈가 수축되면서 변형이 발생하는 문제가 있었다. 즉, 렌즈의 두께가 높아짐에 따라, 렌즈 내부의 식는 속도 또는 시간이 상이하여 그 밀도차로 인한 내부 굴절율이 변화되면서 렌즈의 변형이 발생하게 된다. 이로 인해, 렌즈의 성능에 큰 영향을 미치게 된다는 큰 문제가 있다.

이를 해결하기 위하여, 종래에는 플라스틱 렌즈의 특성을 활용하여, 헤드램프용 렌즈를 구면 렌즈가 아닌 비구면 렌즈로 형성함으로써 렌즈 전체의 두께를 줄이는 방법을 사용해서 렌즈의 두께를 줄이는 방법을 고려하였다. 하지만, 이는 단순히 유리 렌즈와 플라스틱 렌즈 간의 제조 방법에 따른 차이만을 나타낼 뿐, 실질적인 렌즈 자체의 두께로 인하여 성형 과정에서 발생할 수 있는 렌즈의 수축으로 인한 변형 문제를 해결하진 못한다는 문제가 있다. 다시 말해, 헤드램프용 렌즈를 비구면 렌즈로 생산하더라도, 그 비구면 렌즈 자체가 가지는 어느 정도의 두께로 인해, 렌즈를 사출 성형한 후에 성형 된 렌즈를 식히는 과정에서 발생하는, 렌즈의 수축으로 인한 변형을 완전히 해결할 수는 없다는 문제가 있다.

결론적으로, 헤드램프는 정해진 규격에 따라 일정한 포인트에 맞춰지도록 설계되는바, 특히 전방을 향해 방출되는 광의 직진성이 높도록 설계되는데, 종래의 방법으로 생산된 렌즈의 경우, 렌즈의 내부 굴절율이 변화됨에 따라, 광원으로부터 나온 광이 렌즈를 통과하면서 정확히 직진성을 나타내지 못하고, 일부 광이 분산되어 광효율 또한 감소시키는 문제가 발생한다.

또한, 종래의 방식으로 제작된 단일 렌즈의 경우, 렌즈가 두꺼워질수록, 제조시 렌즈의 두께로 인한 냉각 과정의 소요 시간이 증가하여, 시간당 제조 가능한 렌즈의 생산량이 감소한다는 문제가 있다.

따라서, 본 발명은 종래의 방법으로 제작된 렌즈에서 제기되고 있는 전술한 문제점을 해결하기 위하여 발명된 것으로서, 본 발명의 목적은 렌즈의 제조시 발생하는 렌즈의 변형을 최소화할 수 있는 렌즈 및 그 제조 방법을 제공하는데 있다.

전술한 목적을 해결하기 위해 본 발명에 따른 장치는, 적어도 세 개의 렌즈 부재가 순차적으로 배치되되, 상기 렌즈 부재들이 이중 사출 공정에 의해 일체의 렌즈로 형성되는 다층 구조의 렌즈로서, 렌즈 부재들은 광축을 따라 제1 렌즈 부재, 제2 렌즈 부재 및 제3 렌즈 부재의 순서로 배치되고, 렌즈 부재들은 모두 동일한 재질의 렌즈로 형성되며, 제2 렌즈 부재의 두께는, 제1 렌즈 부재 및 제3 렌즈 부재 각각의 두께보다 큰 것을 특징으로 한다.

전술한 바와 같은 본 발명에 따른 다층 렌즈 및 그 제조 방법은, 렌즈를 제조하는 경우에, 렌즈를 단일 렌즈가 아닌, 다층 구조의 렌즈로 구성함에 따라, 렌즈의 두께로 인해 발생하는 렌즈의 수축으로 인한 변형을 최소화할 수 있다.

또한, 두꺼운 두께의 렌즈를 다층 구조의 렌즈로 구성함에 따라, 렌즈의 두께로 인한 냉각 속도를 줄여, 성형 사이클 타임을 단축시킬 수 있으며, 이로 인해 일 생산량의 증대를 가져올 수 있게 된다.

도 1은 종래의 일반적인 단일 렌즈의 구조를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 다층 렌즈의 구조를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 다층 렌즈의 단면을 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 제5 실시예에 따른 다층 렌즈의 단면을 나타낸 도면이다.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되는 실시 예를 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이다.

본 명세서에서 본 실시 예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 그리고 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 따라서, 몇몇 실시 예들에서, 잘 알려진 구성 요소, 잘 알려진 동작 및 잘 알려진 기술들은 본 발명이 모호하게 해석되는 것을 피하기 위하여 구체적으로 설명되지 않는다.

명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다. 그리고 본 명세서에서 사용된(언급된) 용어들은 실시 예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 또한, '포함(또는, 구비)한다'로 언급된 구성 요소 및 동작은 하나 이상의 다른 구성요소 및 동작의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.

다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 정의되어 있지 않은 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 다층 렌즈 및 그 제조 방법의 기술적 특징을 구체적으로 설명한다.

본 발명은 일반적으로 어느 정도의 두께를 갖는 두꺼운 단일 렌즈에 관한 것으로서, 렌즈의 제조시 단일 렌즈의 두께로 인하여, 성형 공정에서 렌즈를 식히는 냉각 과정 도중에 발생하는 수축 현상으로 인한 렌즈의 변형을 최소화하기 위한 것이다. 다시 말해, 렌즈의 두께가 커질수록 사출 성형 후의 식는 속도가 늦춰지면서 냉각 시간이 증가하게 되고, 이로 인해서 밀도차로 인한 내부의 굴절율 변화가 발생하게 되는데, 이를 해결하기 위해, 렌즈를 단일 렌즈가 아닌 복수의 렌즈 부재들로 이루어진 다층 구조의 렌즈로 구성하여서, 렌즈의 두께로 인해 성형 과정에서 발생하는 변형을 최소화할 수 있는 다층 렌즈 및 그 제조 방법에 관한 것이다.

이때, 본 발명에서 사용되는 렌즈는 통상의 플라스틱 재질을 사용한 비구면 렌즈가 될 수 있으며, 특히 차량에 사용되는 헤드램프용 프로젝션 렌즈로 활용될 수 있다. 이러한 헤드램프용 프로젝션 렌즈는 광원을 통해서 입사된 광이 방출될 때, 약 10˚에서 20˚의 각도를 가지는 것이 바람직하다.

이때, 본 발명에 따른 다층 렌즈는 동일한 재질의 렌즈들이 일체로 형성되는바, 이들은 이중 사출 공정에 의해서 하나의 렌즈로 형성된다. 이러한 다층 렌즈는 통상의 플라스틱 재질의 렌즈로서 사용될 수 있으며, 예를 들면, 폴리카보네이트나 아크릴 등의 플라스틱 소재를 이용할 수 있다.

도 2는 본 발명에 따른 다층 렌즈(참조번호 1로 도시)를 나타낸 도면이다. 도면에 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 다층 렌즈는 다수의 렌즈 부재, 바람직하게는 적어도 세 개의 렌즈 부재들이 일체로 형성되는 다층 구조의 렌즈를 나타내는바, 광축을 따라 순차적으로 배치되는 제1 렌즈 부재(10), 제2 렌즈 부재(20) 및 제3 렌즈 부재(30)를 포함하여 이루어질 수 있다.

이하에서는, 본 발명의 바람직한 실시예들에 대해 설명하고자 한다.

아래의 표 1은 본 발명의 각 실시예들에 의한 다층 렌즈와 기존 방식의 단일 렌즈의 각 렌즈 부재별 두께 정보를 나타낸 표이고, 표 2는 각 실시예들에 의한 렌즈 부재들 및 기존 방식의 단일 렌즈의 성형시 발생되는 수축율을 나타낸 표이다.

[표 1]

[표 2]

표 1 및 표 2에 따르면, 본 발명의 각각의 실시예들은 다층 렌즈의 전체 두께의 합은 동일하게 28(mm)의 값(기존 방식의 단일 렌즈 두께와 동일)을 나타내고 있음을 알 수 있으며, 다층 렌즈를 이루고 있는 각 렌즈 부재들의 두께는 실시예별로 서로 차이가 있음을 알 수 있다. 이렇게 각 실시예별로 본 발명에 따른 다층 렌즈는, 각 렌즈 부재들마다 상이한 두께로 인하여, 표 2에 해당하는 상이한 렌즈 수축율 정보를 얻을 수 있게 된다.

위에 도시된 표들을 간단하게 비교하면, 표 1에 도시한 바와 같이, 제1 실시예에서 제5 실시예 쪽으로 갈수록, 전체 렌즈의 두께 중 제2 렌즈 부재(20)의 두께가 차지하는 비중이 커지며, 이로 인해 표 2에 도시한 바와 같이 제2 렌즈 부재(20)의 수축율도 커짐을 알 수 있다. 이와 반대로, 제1 실시예에서 제5 실시예 쪽으로 갈수록 제1 렌즈 부재(10) 및 제3 렌즈 부재(30)의 두께가 얇아져 차지하는 비중이 작아지고, 이에 따라 각 렌즈 부재들의 수축율은 점차 감소하는 것을 알 수 있다.

이 중, 본 발명에서는 제2 렌즈 부재(20)의 수축율의 값보단, 제1 렌즈 부재(10) 및 제3 렌즈 부재(30)의 수축율의 값이 거의 0%에 근접한 수치를 기록한 실시예를 가장 좋은 실시예로 보고 있으며, 이는 렌즈 구조상 내측에 마련된 제2 렌즈 부재(20)의 수축으로 인한 렌즈의 두께 감소는, 2차 성형시 금형내에서 제1 렌즈 부재(10) 및 제3 렌즈 부재(30)의 두께가 채워지면서 전체 렌즈의 두께를 유지하는 방향으로 제작된다는 점에 의하여 판단하였다. 즉, 1차 성형시 제2 렌즈 부재(20)가 수축하더라도, 2차 성형시 제1 렌즈 부재(10)와 제3 렌즈 부재(30)가 수축된 만큼의 두께를 채우는 형태로 사출 성형될 수 있으므로, 어느 정도의 수축율은 보완할 수 있다.

한편, 각 실시예를 설명함에 있어서, 첨부된 도 2는 본 발명에 따른 다층 렌즈의 모습을 나타낸 도면이고, 도 3 및 도 4는 제1 실시예와 제5 실시예의 다층 렌즈의 단면을 나타낸 도면이다.

이하에서는, 상기 표와 도면들을 참조하여 각 실시예를 설명하도록 한다.

이때, 위에 나타난 표들과, 도 2 및 3을 참조하여 제1 실시예에 따른 다층 렌즈의 각 렌즈 부재별 두께 정보와, 수축율을 설명하고자 한다. 여기서, 도 3의 경우, 제1 실시예에 따른 각 렌즈 부재들(10a, 20b, 20c)이 전체의 다층 렌즈의 두께에 대해 어느 정도의 두께를 차지하고 있는지를 이해하기 쉽도록 다층 렌즈의 단면을 도시하고 있는데, 이하의 실시예들은 도 3에 나타난 제1 실시예의 다층 렌즈의 단면 형태와 유사한 모습을 보이나, 그 두께에 따른 각 렌즈의 높이로 인한 차이만을 가지고 있으므로, 각 실시예별 단면도는 첨부하지 않고 제1 실시예의 도면만을 예시로서 제공하였으며, 도 4(제5 실시예)의 경우에는 제1 실시예의 다층 도면과 제5 실시예의 다층 도면 상의 두께 차이가 어느 정도인지를 위해 제공되었다. 또한, 이하의 실시예에서 나타나는 렌즈 부재들의 도면 부호는, 각 실시예별로 다른 부호를 갖도록 "a" 내지 "e"의 순차적인 부호를 가진다.

먼저, 도시된 표 1을 참조하면 제1 실시예에 따른 다층 렌즈의 각 렌즈 부재별 두께 정보가 나타나 있는데, 이를 살펴보면 도 3에 도시된 바와 같이 상측에 배치된 제1 렌즈 부재(10a)의 두께는 11을 만족하고, 중간에 배치된 제2 렌즈 부재(20a)의 두께는 11을 만족하며, 하측에 배치된 제3 렌즈 부재(30a)의 두께는 6을 만족하는 것을 알 수 있다.

즉, 다시 말하면 다층 렌즈의 전체 두께를 기준으로 했을 때, 제1 렌즈 부재(10a)는 전체 두께의 최대 약 40%의 비율을 만족하고, 제3 렌즈 부재(30a)는 전체 두께의 최대 약 25%의 비율을 만족한다.

여기서, 도 3에 도시한 바와 같이, 제1 렌즈 부재(10a)와 제2 렌즈 부재(20a)의 두께 차이가 거의 동일하고, 2차로 사출 성형되는 제1 렌즈 부재(10a)의 두께가 두껍더라도 수축율이 크지 않아 허용되는 범위 내에서 최적의 두께를 선택할 수 있다.

이때, 표 2에는 제1 실시예에 따른 다층 렌즈의 각 렌즈 부재별 수축율 정보가 나타나 있는데, 1차로 성형된 제2 렌즈 부재(20a)의 경우 3.85%의 수축율을 보여 이하에 나타나는 다른 실시예에 비해서 가장 양호한 것으로 나타나 있으나, 2차로 성형된 제1 렌즈 부재(10a) 및 제3 렌즈 부재(30a)의 수축율이 각각 1.98%와 0.65%를 나타내고 있음을 알 수 있으며, 이는 이하의 실시예들 중에서 제1 렌즈 부재(10a)의 가장 높은 수축율을 기록하고 있는 것을 알 수 있다.

이러한 수축율 수치는, 본 발명에 의한 방법이 아닌, 통상의 단일 렌즈로 이루어진 렌즈와 비교했을 경우에는 상당히 양호한 수준인 것을 나타내며, 본 발명에서 제시하고 있는 실시예들 중에서는 낮은 성능을 기록하고 있는 것을 알 수 있다. 다만, 제3 렌즈 부재(30a)의 수축율의 경우 1% 이하의 수치를 보여주고 있으므로, 렌즈의 굴절율의 변화량이 적어 그 성능은 향상될 수 있게 된다.

한편, 표 2를 참조하면, 다중으로 분할되지 않은 기존의 단일 구조로 이루어진 렌즈 성형시의 수축율을 나타낸다.

이와 같은 종래의 단일 렌즈에 의하면, 표 2에서와 같이, 4.9% 이상의 수축율을 갖는 것으로서, 약 0.7mm 정도의 두께 수축이 발생함을 알 수 있으며, 이는 렌즈의 광학적 특성에 커다란 저해 요소로 작용하게 된다.

다음으로, 위에 나타난 표들을 참조하여 제2 실시예에 따른 다층 렌즈의 각 렌즈 부재별 두께 정보와, 수축율을 설명하고자 한다.

표 1에는 제2 실시예에 따른 다층 렌즈의 각 렌즈 부재별 두께 정보가 나타나 있는데, 이를 살펴보면, 상측에 배치된 제1 렌즈 부재(10b)의 두께는 10을 만족하고, 중간에 배치된 제2 렌즈 부재(20b)의 두께는 11을 만족하며, 하측에 배치된 제3 렌즈 부재(30b)의 두께는 7을 만족하는 것을 알 수 있다.

즉, 다층 렌즈의 전체 두께를 기준으로 했을 때, 제1 렌즈 부재(10b)는 전체 두께의 35.71%의 비율을 만족하고, 제2 렌즈 부재(20b)는 전체 두께의 39.29%의 비율을 만족하며, 제3 렌즈 부재(30b)는 전체 두께의 25%의 비율을 만족한다.

여기서, 제1 렌즈 부재(10b)와 제2 렌즈 부재(20b)의 두께 차이가 크게 나지 않지만, 1차 사출 성형으로 성형되는 제2 렌즈 부재(20b)의 두께가 제일 두꺼운 것을 알 수 있다.

이때, 표 2에는 제2 실시예에 따른 다층 렌즈의 각 렌즈 부재별 수축율 정보가 나타나 있는데, 1차로 성형된 제2 렌즈 부재(20b)의 경우 3.85%의 수축율을 보이며, 2차로 성형된 제1 렌즈 부재(10b) 및 제3 렌즈 부재(30b)의 수축율은 각각 1.73%와 1.01%를 나타내고 있음을 알 수 있다.

이러한 수축율 수치는, 제1 실시예에 나타난 렌즈보다는 성능이 양호한 편임을 이해할 수 있는데, 즉, 제1 렌즈 부재(10b)의 수축율 감소로 인하여, 렌즈의 굴절율 변화량이 더 적게 나타나게 된다. 다시 말하면 제3 렌즈 부재(30b)의 수축율은 제1 실시예보다 증가하였지만, 제3 렌즈 부재(30b)가 전체 렌즈의 두께에서 차지하는 비율은 25% 정도로서, 이보다 더 큰 약 40%의 두께 비율을 갖는 제1 렌즈 부재(10b)의 수축율로 인한 굴절율의 변화량과 비교했을 때는 상대적으로 적어, 제1 렌즈 부재(10b)의 수축율에 의해 어느정도 보상되는 수치로 나타나며, 결과적으로는 제1 실시예 보다는 렌즈의 굴절율 변화량이 더 적게 나타날 수 있다.

또한, 위의 표들을 참조하여 제3 실시예에 따른 다층 렌즈의 각 렌즈 부재별 두께 정보와, 수축율을 설명하고자 한다.

위의 표 1에는 제3 실시예에 따른 다층 렌즈의 각 렌즈 부재별 두께 정보가 나타나 있는데, 이를 살펴보면, 상측에 배치된 제1 렌즈 부재(10c)의 두께는 8을 만족하고, 중간에 배치된 제2 렌즈 부재(20c)의 두께는 13.5를 만족하며, 하측에 배치된 제3 렌즈 부재(30c)의 두께는 6.5를 만족하는 것을 알 수 있다.

즉, 다시 말하면 다층 렌즈의 전체 두께를 기준으로, 제1 렌즈 부재(10c)는 전체 두께의 28.57%의 비율을 만족하고, 제2 렌즈 부재(20c)는 전체 두께의 48.215%의 비율을 만족하며, 제3 렌즈 부재(30c)는 전체 두께의 23.215%의 비율을 만족한다. 여기서, 제2 렌즈 부재(20c)가 렌즈 전체 두께의 절반 정도를 차지하며, 이 두께는 제1 렌즈 부재(10c)와 제3 렌즈 부재(30c)의 두께의 합과 거의 비슷한 것을 알 수 있다.

이때, 표 2를 참조하면, 제3 실시예에 따른 다층 렌즈의 각 렌즈 부재별 수축율 정보가 나타나 있는데, 1차로 성형된 제2 렌즈 부재(20c)의 경우 5.61%의 수축율을 보이며, 2차로 성형된 제1 렌즈 부재(10c) 및 제3 렌즈 부재(30c)의 수축율은 각각 1.47%와 0.889%를 나타내고 있음을 알 수 있다. 이러한 수축율 수치는, 제1 및 제2 실시예에 나타난 렌즈보다는 성능이 양호한 편임을 이해할 수 있다. 다시 말하면, 제3 렌즈 부재(30c)의 수축율이 1% 이하의 수치를 보여주고 있는데, 이와 같이 수축율 감소로 인해, 이들 렌즈의 굴절율의 변화량이 더 적게 나타나게 된다.

다음은, 위의 표들을 참조하여 제4 실시예에 따른 다층 렌즈의 각 렌즈 부재별 두께 정보와, 수축율을 설명하고자 한다.

위의 표 1에는 제4 실시예에 따른 다층 렌즈의 각 렌즈 부재별 두께 정보가 나타나 있는데, 이를 살펴보면, 상측에 배치된 제1 렌즈 부재(10d)의 두께는 6을 만족하고, 중간에 배치된 제2 렌즈 부재(20d)의 두께는 16을 만족하며, 하측에 배치된 제3 렌즈 부재(30d)의 두께는 6을 만족하는 것을 알 수 있다.

즉, 다시 말하면 다층 렌즈의 전체 두께를 기준으로, 제1 렌즈 부재(10d)는 전체 두께의 21.43%의 비율을 만족하고, 제2 렌즈 부재(20d)는 전체 두께의 57.14%의 비율을 만족하며, 제3 렌즈 부재(30d)는 전체 두께의 21.43%의 비율을 만족한다. 여기서, 제2 렌즈 부재(20d)는 렌즈 전체 두께의 절반 이상을 차지하고, 제1 렌즈 부재(10d)와 제3 렌즈 부재(30d)의 두께는 동일하며, 이들의 두께 합보다 제2 렌즈 부재(20d)의 두께가 더 큰 것을 알 수 있다. 즉, 제2 렌즈 부재(20d)의 두께는 제1 실시예의 제2 렌즈 부재(20d)의 두께에 비해 약 70% 가량 더 두꺼워진 것을 알 수 있으며, 이로 인해 제2 렌즈 부재(20d)의 수축율은 더 증가하리란 것을 예상할 수 있다. 대신, 제1 렌즈 부재(10d) 및 제3 렌즈 부재(30d)의 두께 감소로 인해서, 다층 렌즈 전체의 수축율은 감소하게 될 것이다.

이때, 표 2를 참조하면, 제4 실시예에 따른 다층 렌즈의 각 렌즈 부재별 수축율 정보가 나타나 있는데, 1차로 성형된 제2 렌즈 부재(20d)의 경우 6.03%의 수축율을 보이며, 2차로 성형된 제1 렌즈 부재(10d) 및 제3 렌즈 부재(30d)의 수축율은 각각 0.47%와 0.742%를 나타내고 있음을 알 수 있다. 이러한 수축율 수치는, 제1 및 제2 실시예에 나타난 렌즈보다도 성능이 양호한 편임을 이해할 수 있다. 다시 말하면, 제1 렌즈 부재(10d)와 제3 렌즈 부재(30d)의 수축율이 모두 0%에 근접하게 감소함으로 인해, 이들 렌즈의 굴절율의 변화량이 더 적게 나타나게 되고, 그 성능 또한 향상될 것이다.

다음은, 위의 표들을 참조하여 제5 실시예에 따른 다층 렌즈의 각 렌즈 부재별 두께 정보와, 수축율을 설명하고자 한다.

앞서 도시된 표 1에는 제5 실시예에 따른 다층 렌즈의 각 렌즈 부재별 두께 정보가 나타나 있는데, 이를 살펴보면, 상측에 배치된 제1 렌즈 부재(10e)의 두께는 5를 만족하고, 중간에 배치된 제2 렌즈 부재(20e)의 두께는 18을 만족하며, 하측에 배치된 제3 렌즈 부재(30e)의 두께는 5를 만족하는 것을 알 수 있다.

즉, 다시 말하면 다층 렌즈의 전체 두께를 기준으로, 제1 렌즈 부재(10e)는 전체 두께의 17.86%의 비율을 만족하고, 제2 렌즈 부재(20e)는 전체 두께의 64.28%의 비율을 만족하며, 제3 렌즈 부재(30e)는 전체 두께의 17.86%의 비율을 만족한다. 여기서, 제2 렌즈 부재(20e)의 두께는 렌즈 전체 두께의 대략 2/3를 차지할 정도로 두꺼워진 것을 알 수 있으며, 제1 렌즈 부재(10e)와 제3 렌즈 부재(30e)의 두께의 합보다 2배 정도가 된 것을 알 수 있다. 이로 인해 제1 렌즈 부재(10e) 및 제3 렌즈 부재(30e)의 굴절율은 더 감소될 것으로 예상할 수 있다.

이때, 표 2를 참조하면, 제5 실시예에 따른 다층 렌즈의 각 렌즈 부재별 수축율 정보가 나타나 있는데, 1차로 성형된 제2 렌즈 부재(20e)의 경우 6.05%의 수축율을 보이며, 2차로 성형된 제1 렌즈 부재(10e) 및 제3 렌즈 부재(30e)의 수축율은 각각 0.07%와 0.242%를 나타내고 있음을 알 수 있다. 이러한 수축율 수치를 보면, 제2 렌즈 부재(20e)의 수축율은 제4 실시예의 것과 비교했을 때, 큰 차이가 없는 반면에, 제1 렌즈 부재(10e) 및 제3 렌즈 부재(30e)의 수축율은 약 0.4~0.5% 가량이 감소한 것을 알 수 있다.

즉, 제5 실시예는, 다층 렌즈의 내측을 이루는 제2 렌즈 부재(20e)의 굴절율 변화량이 제4 실시예의 변화량과 거의 비슷하면서, 제1 렌즈 부재(10e) 및 제3 렌즈 부재(30e)의 굴절율 변화량은 훨씬 더 감소하여서, 거의 0%에 근접한 변화량을 나타냄에 따라 렌즈 성능은 훨씬 더 향상될 것을 예상할 수 있으며, 앞서 실시한 실시예들 중에서 가장 좋은 성능을 나타낸다고 이해할 수 있다.

다시 말해, 제5 실시예에서는, 2차 성형이 되는 제1 렌즈 부재(10e) 및 제3 렌즈 부재(30e)의 수축율이 각각 0.07%와 0.242%로, 전체 렌즈의 수축되는 두께는 0.02mm로 예상되어서 렌즈의 광학적 특성에 영향이 최소화됨을 알 수 있다.

이와 같이, 본 발명에 따른 다층 렌즈는, 각 실시예별로 상이한 렌즈 두께비와 수축율을 확인할 수 있으며, 본 발명의 실시예들 중에서는 제5실시예에 따른 렌즈 구성이 가장 좋은 성능을 나타낸다고 볼 수 있다. 특히, 광원으로부터 출사된 광이 입사되고, 최종으로 출사되는 렌즈인 제1 렌즈 부재(10)와 제3 렌즈 부재(30)의 수축율은 제5 실시예에서 거의 0%에 가까운 수축율을 보임에 따라, 렌즈 전체의 굴절율 변화량이 적은 것을 알 수 있다. 이로 인해, 렌즈의 제조시, 단일 렌즈만으로 두꺼운 렌즈를 구성하는 경우보다 상당히 적은 수축율을 나타냄에 따라, 미비한 굴절율 변화를 가져오게 되어, 훨씬 양호한 성능의 렌즈를 사용할 수 있게 되는 것이다.

여기서, 허용 가능한 수축율의 한계는 최종으로 제작된 렌즈를 배광특성 분석기에 장착하고, 자동차용 헤드램프의 배광특성이 만족하게 되면 되므로 반드시 작을 필요는 없다. 실험적으로 3% 이상의 수축율을 가지고 있어도 수축을 고려한 형상보정을 하면 양호한 특성을 확보 할 수 있다.

한편, 전술한 바와 같은 구성을 갖는 다층 구조의 비구면 플라스틱 렌즈를 제조하기 위하여, 본 발명은 다층 렌즈를 제조하기 위한 제조 방법으로서, 이중 사출 금형 공정을 이용할 수 있으며, 이러한 제조 방법은, 제1 금형기와 제2 금형기를 포함하여 이루어질 수 있다.

제1 금형기는 다층 렌즈의 가운데 위치한 렌즈를 이루는 제2 렌즈 부재(20)를 성형하며, 제2 금형기는 제2 렌즈 부재(20)의 상하측에 위치한 제1 렌즈 부재(10) 및 제3 렌즈 부재(30)를 성형한다.

이러한 제1 및 제2 금형기는, 별개의 금형기로 마련될 수 있으나, 통상의 이중 사출 금형기로서 사용하는 것이 바람직하므로, 하나의 금형기에 각각 형성될 수 있다.

이에 따라, 제1 금형기가 1차적으로 제2 렌즈 부재(20)를 성형하고 나면, 제2 금형기가 2차적으로 제2 렌즈 부재(20)와 일체로 제1 및 제3 렌즈 부재(10, 30)를 성형하게 되며, 이로 인해서, 다층 구조를 갖는 다층 렌즈의 제조가 완료된다.

여기서, 종래의 단일 렌즈의 경우, 본 발명과 동일한 두께의 렌즈를 형성할 경우, 렌즈의 두꺼운 두께로 인하여 금형으로부터 취출 후에 렌즈를 식힐 때 변화가 발생하여 내부 굴절율이 의도된 설계 범위 내에서 벗어날 수도 있었던 것과는 달리, 본 발명에 따른 다층 렌즈 제조 방법에 의해서 제조된 다층 렌즈는, 렌즈 부재를를 단일 렌즈가 아닌 적어도 3개의 렌즈 부재가 배치된 다층 구조를 형성함으로써, 렌즈 부재 각각의 두께가 줄어들면서, 금형으로부터 취출한 후에 렌즈를 식히는 과정에서 온도차에 의해 발생하는 수축율이 감소한 것을 위의 실시예들을 통해 알 수 있으며, 수축율의 감소로 인해 굴절율의 변화폭이 줄어들면서 결과적으로 균일한 렌즈 성능을 나타낼 수 있게 된다.

한편, 본 발명에 따른 다층 구조를 갖는 다층 렌즈는, 광원을 통해서 입사된 광이 방출될 때, 설계시 의도되는 소정 각도를 가지면서 방출될 수 있는 것이 바람직한데, 전술한 바와 같이 제조시 굴절율의 변화폭이 줄어들게 됨에 따라 최종적으로 균일한 렌즈 성능을 가질 수 있게 되어서 의도된 각도에서 벗어나지 않으면서 직진성이 우수한 렌즈를 얻을 수 있게 된다.

이에 더하여, 본 발명에 따른 다층 렌즈와 동일한 두께를 가진, 종래의 단일 렌즈를 제조하는데 약 900초(15분)이 소요되었던 것에 비해, 본 발명에 따른 제조 방법에 의하면, 렌즈를 제조하는데 소요되는 시간이 약 200 ~ 300초(3~5분) 정도로 상당히 감소한 것으로 나타났다.

즉, 본 발명은, 성형 사이클 타임을 단축 시킴으로써, 훨씬 많은 양의 렌즈를 생산할 수 있으며, 렌즈 성능 자체의 변화폭도 상당히 줄어들어, 양호한 성능의 렌즈를 생산할 수 있다는 효과가 있다.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 갖는 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 게시된 실시 예는 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아닌 설명을 위한 것이고, 이런 실시 예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다.

따라서 본 발명의 보호 범위는 전술한 실시예 에 의해 제한되기보다는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

1 : 다층 렌즈
10 : 제1 렌즈 부재
20 : 제2 렌즈 부재
30 : 제3 렌즈 부재
101 : 종래의 단일 렌즈

Claims (5)

1. 적어도 세 개의 렌즈 부재가 순차적으로 배치되되, 상기 렌즈 부재들이 일체의 렌즈로 형성되는 다층 구조의 렌즈에 있어서,
   상기 렌즈 부재들은 광축을 따라 제1 렌즈 부재, 제2 렌즈 부재 및 제3 렌즈 부재의 순서로 배치되고,
   상기 렌즈 부재들은 모두 동일한 재질의 렌즈로 형성되되, 이중 사출 공정에 의하여 1차적으로는 상기 제2 렌즈 부재가 형성되고, 2차적으로 상기 제1 렌즈 부재 및 제3 렌즈 부재가 동시에 형성되며,
   상기 제2 렌즈 부재의 두께는, 상기 제1 렌즈 부재 또는 제3 렌즈 부재 각각의 두께보다 크거나 동일한 것을 특징으로 하는 다층 렌즈.
   
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 제1 렌즈 부재 또는 제2 렌즈 부재의 각각의 두께는, 렌즈 전체 두께의 14% 내지 40%를 만족하는 것을 특징으로 하는 다층 렌즈.
   
3. 제1 렌즈 부재 내지 제3 렌즈 부재로 이루어진 다층 구조의 렌즈를 일체로 이중 사출하기 위한 방법에 있어서,
   상기 렌즈에서 내측에 위치되는 상기 제2 렌즈 부재를 형성하기 위한 제1 금형기; 및
   상기 제2 렌즈 부재의 상하측에 위치한 각각 제1 렌즈 부재와 제2 렌즈 부재를 형성하기 위한 제2 금형기를 포함하며,
   상기 제1 렌즈 부재 내지 제3 렌즈 부재는 동일한 재질로 형성되는 것을 특징으로 하는 다층 렌즈를 제조하기 위한 제조 방법.
   
4. 제 3 항에 있어서,
   상기 제1 또는 제3 렌즈 부재의 두께는 수축율이 3% 이내인 것을 특징으로 하는 다층 렌즈를 제조하기 위한 제조 방법.
   
5. 제 3 항에 있어서,
   상기 제1 또는 제3 렌즈 부재는 렌즈 제조에 소요되는 시간이 300초 이내인 것을 특징으로 하는 다층 렌즈를 제조하기 위한 제조 방법.
   

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