KR20210074767A - 비구면 형상을 겸비한 uv-ir 흡수필터 및 이의 제조방법 - Google Patents

비구면 형상을 겸비한 uv-ir 흡수필터 및 이의 제조방법 Download PDF

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KR20210074767A KR1020190165818A KR20190165818A KR20210074767A KR 20210074767 A KR20210074767 A KR 20210074767A KR 1020190165818 A KR1020190165818 A KR 1020190165818A KR 20190165818 A KR20190165818 A KR 20190165818A KR 20210074767 A KR20210074767 A KR 20210074767A
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Abstract

본 발명의 일실시예는, 광학 장치에 사용되는 비구면 형상을 겸비한 UV-IR 흡수필터를 제공한다. 비구면 형상을 겸비한 UV-IR 흡수필터는 전방으로부터 빛인 입사되는 제1 렌즈; 적외선 흡수제를 함유하며, 상기 제1 렌즈에 접합되어, 공기층이 개재되지 않도록, 제1 접합면을 형성하되, 상기 제1 접합면이 상기 전방으로 볼록하도록 형성된 곡면 형상을 가지도록 상기 제1 렌즈에 접합되는 제2 렌즈; 그리고 상기 제1 렌즈의 반대편에서 상기 제2 렌즈에 접합되어, 공기층이 개재되지 않도록, 제2 접합면을 형성하되, 상기 제2 접합면이 후방으로 볼록하도록 형성된 곡면 형상을 가지도록 상기 제2 렌즈에 접합되는 제3 렌즈;를 포함하며, 수학식, a - d =
Figure pat00076
=
Figure pat00077
= Δd, 에서, a는 상기 제1 렌즈에 입사하는 빛의 입사각 (θ1)에 따라 굴절각(θ2)로 굴절된 빛의 상기 제2 렌즈 내에서의 진행거리이고, d는 상기 입사각이 0도인 수직입사된 빛의 상기 제2 렌즈의 중심축을 따라 진행하는 진행거리이고, 상기 Δd를 거리차로 정의할 때, 상기 제1 접합면 및 상기 제2 접합면은, 상기 제1 렌즈에 입사하는 빛의 위치에 따라 상기 거리차(Δd)가 실질적으로 제로(zero)가 되도록(Δd
Figure pat00078
0) 곡면 형상으로 형성된다.

Description

비구면 형상을 겸비한 UV-IR 흡수필터 및 이의 제조방법{UV-IR ABSORPTION FILTER WITH ASPHERICAL SHAPE AND MANUFACTURING METHOD THEREOF}
본 발명은 비구면 형상을 겸비한 UV-IR 흡수필터 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 필터 표면 상의 위치에 따라 빛의 입사각이 달라져도 적외선 흡수율의 차이를 억제한 비구면 형상을 겸비한 UV-IR 흡수필터 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
최근 스마트폰과 태블릿 PC와 같은 모바일 기기의 보급의 확대 등으로 인해 이미지 센서를 이용한 디지털 카메라 모듈의 수요가 크게 늘어나고 있다. 이러한 모바일 기기에 이용되는 디지털 카메라 모듈은 박형화와 고화질을 추구하는 방향으로 발전되고 있다.
이러한 디지털 카메라 모듈은 이미지 센서를 통해서 영상 신호를 받아들인다. 반도체로 이루어진 이미지 센서는 가시광선 영역에서 사람의 눈의 반응성과 유사한 파장 반응성을 가지도록 설계가 되어 있다.
그러나 이미지 센서는 사람의 눈과는 다르게 적외선 영역의 파장에서도 반응을 하는 특징을 가진다. 이에 따라, 이미지 센서를 사용하여 사람의 눈으로 보는 것과 유사한 영상 정보를 얻기 위해서는 적외선 영역의 파장을 차단하는 비구면 형상을 겸비한 UV-IR 흡수필터(IR Cut Filter)가 필요하다.
저화소의 모듈의 경우에는 유리 또는 플라스틱 재료의 양면에 AR/IR Coating을 함으로써, 이러한 비구면 형상을 겸비한 UV-IR 흡수필터를 구현하였다. 그러나, 이러한 구조를 고화소의 모듈에 적용하는 경우에는 입사광의 입사각이 모듈의 표면의 위치에 따라 다른 경우 상기 표면의 위치에 따라 분광특성이 변화의 정도가 고화소의 기준으로 볼 때는 문제가 될 정도로 큰 것이 될 수 있다. 그 결과, 디바이스의 화상의 품질이 떨어지게 된다.
이러한 입사각의 차이에 따른 분광특성의 차이 문제를 최소화할 수 있도록, 적외선 흡수제가 함유된 필름을 포함하는 비구면 형상을 겸비한 UV-IR 흡수필터가 고화소의 카메라 모듈에 많이 사용된다.
그러나, 이러한 적외선 흡수제를 필름에 사용한다고 하더라도, 여전히 필름의 표면 상의 위치에 따라 입사각이 다르고, 이에 따라 필름을 통과하는 광의 경로의 길이가 위치마다 달라서, 적외선 흡수제에 의한 흡수효과가 불균일한 문제가 여전히 남아 있다. 그 결과, 필름 상의 위치에 따라 분광특성의 차이로 인해 색수차 문제를 야기하는 등의 한계가 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 필름에 비구면을 형성하여 위치에 따라 입사각이 달라져도 적외선 흡수제에 의한 흡수효과의 차이를 억제하여 분광특성의 차이를 감소시킨 비구면 형상을 겸비한 UV-IR 흡수필터 및 이의 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 일실시예는 광학 장치에 사용되는 비구면 형상을 겸비한 UV-IR 흡수필터를 제공한다. 비구면 형상을 겸비한 UV-IR 흡수필터는 전방으로부터 빛인 입사되는 제1 렌즈; 적외선 흡수제를 함유하며, 상기 제1 렌즈에 접합되어, 공기층이 개재되지 않도록, 제1 접합면을 형성하되, 상기 제1 접합면이 상기 전방으로 볼록하도록 형성된 곡면 형상을 가지도록 상기 제1 렌즈에 접합되는 제2 렌즈; 그리고 상기 제1 렌즈의 반대편에서 상기 제2 렌즈에 접합되어, 공기층이 개재되지 않도록, 제2 접합면을 형성하되, 상기 제2 접합면이 후방으로 볼록하도록 형성된 곡면 형상을 가지도록 상기 제2 렌즈에 접합되는 제3 렌즈;를 포함하며,
수학식, a - d =
Figure pat00001
=
Figure pat00002
= Δd, 에서, a는 상기 제1 렌즈에 입사하는 빛의 입사각 (θ1)에 따라 굴절각(θ2)로 굴절된 빛의 상기 제2 렌즈 내에서의 진행거리이고, d는 상기 입사각이 0도인 수직입사된 빛의 상기 제2 렌즈의 중심축을 따라 진행하는 진행거리이고, 상기 Δd를 거리차로 정의할 때, 상기 제1 접합면 및 상기 제2 접합면은, 상기 제1 렌즈에 입사하는 빛의 위치에 따라 상기 거리차(Δd)가 실질적으로 제로(zero)가 되도록(Δd
Figure pat00003
0) 곡면 형상으로 형성된다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 제1 렌즈, 상기 제2 렌즈 및 상기 제3 렌즈 중 상기 제2 렌즈만 상기 적외선 흡수제를 함유할 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 제1 접합면 및 상기 제2 접합면은 비구면 형상을 가질 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 제1 렌즈, 상기 제2 렌즈 및 상기 제3 렌즈는 굴절률이 서로 같은 UV레진으로 이루어질 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 UV레진의 굴절률은 1.42
Figure pat00004
Figure pat00005
Figure pat00006
1.72 일 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 입사각이 0˚
Figure pat00007
θ1
Figure pat00008
70 ˚일 때, 상기 거리차(Δd)의 범위는 0
Figure pat00009
Δd
Figure pat00010
0.34d가 되도록 상기 제1 접합면 및 상기 제2 접합면이 비구면 형상을 가지도록 형성될 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 제1 렌즈, 상기 제2 렌즈 및 상기 제3 렌즈를 하나의 필름 형태로 결합될 수 있다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 다른 실시예는 비구면 형상을 겸비한 UV-IR 흡수필터를 제조하는 방법을 제공한다. 비구면 형상을 겸비한 UV-IR 흡수필터를 제조하는 방법은 하부 몰드 상에 제1 UV레진을 도포하는 단계; 상기 제1 UV레진을 제1 가압면이 형성된 제1 상부 몰드로 가압하고, 경화하여 상기 제1 가압면의 형상에 대응하도록 청구항 1의 상기 제1 접합면을 가지는 제1 렌즈를 형성하는 단계; 상기 제1 접합면 상에 자외선 흡수제를 함유하는 제2 UV레진을 도포하는 단계; 상기 제2 UV레진을 제2 가압면이 형성된 제2 상부 몰드로 가압하고, 경화하여 상기 제2 가압면의 형상에 대응하도록 청구항 1의 상기 제2 접합면을 가지는 제2 렌즈를 형성하는 단계; 그리고 상기 제2 접합면 상에 제3 UV레진을 도포하고 경화하여 제3 렌즈를 형성하는 단계;를 포함한다.
본 발명의 실시예에 있어서,
수학식, a - d =
Figure pat00011
=
Figure pat00012
= Δd, 에서, a는 상기 제1 렌즈에 입사하는 빛의 입사각 (θ1)에 따라 굴절각(θ2)로 굴절된 빛의 상기 제2 렌즈 내에서의 진행거리이고, d는 상기 입사각이 0도인 수직입사된 빛의 상기 제2 렌즈의 중심축을 따라 진행하는 진행거리이고, 상기 Δd를 거리차로 정의할 때, 상기 제1 접합면 및 상기 제2 접합면은, 상기 제1 렌즈에 입사하는 빛의 위치에 따라 상기 거리차(Δd)가 실질적으로 제로(zero)가 되도록(Δd
Figure pat00013
0) 곡면 형상으로 형성되도록, 상기 제1 가압면 및 상기 제2 가압면이 가공될 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 제1 UV레진, 상기 제2 UV레진 및 상기 제3 UV레진 중 상기 제2 UV레진에만 상기 적외선 흡수제를 함유시켜 상기 제2 렌즈가 형성되며, 상기 제1 접합면 및 상기 제2 접합면은 비구면 형상을 가지도록 형성될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 필름에 비구면을 형성하여 위치에 따라 입사각이 달라져도 적외선 흡수제에 의한 흡수효과의 차이를 억제하여 분광특성의 차이를 감소시킴으로써 렌즈시스템의 안정적인 화상을 제공하는 비구면 형상을 겸비한 UV-IR 흡수필터 및 이의 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 효과는 상기한 효과로 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 상세한 설명 또는 특허청구범위에 기재된 발명의 구성으로부터 추론 가능한 모든 효과를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
도 1은 종래의 적외선 흡수필터를 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 비구면 형상을 겸비한 UV-IR 흡수필터 및 이를 가지는 카메라 모듈을 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 비구면 형상을 겸비한 UV-IR 흡수필터의 특성을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 비구면 형상을 겸비한 UV-IR 흡수필터를 제조하는 방법의 일 예를 나타내는 도면이다.
이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 따라서 여기에서 설명하는 실시예로 한정되는 것은 아니다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결(접속, 접촉, 결합)"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 부재를 사이에 두고 "간접적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 구비할 수 있다는 것을 의미한다.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
이하 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 종래의 적외선 흡수필터를 나타내는 도면이다.
광학 장치, 예를 들어, 카메라 모듈에 적용되는 블루필터는 적외선 흡수제(11)를 포함한 종래의 적외선 흡수필터(IR Cut Filter)를 포함할 수 있다. 이러한 종래의 적외선 흡수필터는 도 1에 예시한 바와 같은 적외선 흡수제(11)가 함유되어 있는 필름(10)을 포함할 수 있다.
이하, 이러한 종래의 적외선 흡수필터의 입사각에 따른 흡수율을 검토한다.
굴절률이 n1과　n2 로 서로 다른 두　매질이 맞닿아 있고 빛이 제1 매질(n1)에서 제2 매질(n2)로 입사하는 경우,　매질마다　광속이 다르므로 빛의 경로가 휘게 된다. 이러한 빛의 휜 정도, 즉 굴절의 정도를 빛의 입사 평면 상에서 각도로 표시하면　θ1과　θ2가 된다.
입사각을　θ1,　굴절각을　θ2라고 하면,　비율 sinθ1/sinθ2의 값은 매질의 절대 굴절률의 비율과 같다.　절대 굴절률이란 진공에서 어떤 물질로 빛이 입사할 때의 굴절률이다. sinθ1/sinθ2의 값,　혹은 두 매질의 절대 굴절률의 비를 상대 굴절률이라고 한다.　상대 굴절률은 언제나 일정하다는 것이 스넬의 법칙이다.
이때 스넬의 법칙은 다음과 같이 정의된다.
Figure pat00014
또는 n1 sinθ1 = n2 sinθ2 이고,
이에 따라 θ2의 값은 sin-1(
Figure pat00015
sinθ1)로 정의된다.
굴절이 일어나지 않는 수직입사시 제2 매질에서 빛의 진행 거리가 d라고 할 때, 필름 표면에서 입사각에 따른 제2 매질 내에서 거리 값은
a =
Figure pat00016
=
Figure pat00017
와 같이 표현된다.
위에 식을 이용하여 확인하면, 입사각에 따라 제2 매질(필름)을 지나는 거리가 달라지고, 거리가 달라짐에 따라 적외선 흡수제(11)에 의한 흡수율에 차이가 발생된다.
즉, 입사각이 위치에 따라 달라지는 경우 필름 상의 위치에 따라 분광특성이 달라진다. 이로 인해, 입사각에 따른 색수차가 발생하는 문제점이 여전히 존재한다.
도2는 본 발명의 일 실시예에 따른 비구면 형상을 겸비한 UV-IR 흡수필터(100) 및 이를 가지는 카메라 모듈(200)을 나타내는 도면이다. 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 비구면 형상을 겸비한 UV-IR 흡수필터(100)의 특성을 설명하기 위한 도면이다.
본 실시예에 따른 비구면 형상을 겸비한 UV-IR 흡수필터(100)는 제1 렌즈(110), 제2 렌즈(120) 및 제3 렌즈(130)를 포함한다.
제2 렌즈(120)는 제1 렌즈(110)와 제3 렌즈(130)의 사이에 개재되어 있다. 제1 렌즈(110)와 제2 렌즈(120)는 그 사이에 공기층이 개재되지 않도록 서로 접합되어 있고, 이 접합에 의해 제1 접합면(112)이 형성된다. 제2 렌즈(120)와 제3 렌즈(130)도 그 사이에 공기층이 개재되지 않도록 서로 접합되어 제2 접합면(312)이 형성된다.
본 실시예에서 사용한 제1 렌즈(110), 제2 렌즈(120), 제3 렌즈(130) 용어 대신, 제1 층, 제2층 및 제3 층으로 명칭을 사용할 수도 있다. 즉, 본 실시예의 비구면 형상을 겸비한 UV-IR 흡수필터(100)는 적층된 렌즈 구조일 수도 있고, 적층된 필름층 구조일 수도 있다.
빛은 제1 렌즈(110)의 전면으로 입사되며 제1 접합면(112) 및 제2 접합면(312)을 통과하며 제3 렌즈(130)의 후면으로 빠져 나아갈 수 있다. 따라서, 제1 렌즈(110)의 전면, 제1 접합면(112), 제2 접합면(312), 제3 렌즈(130)의 후면에서 굴절이 발생될 수 있다.
본 실시예에서는 제2 렌즈(120)가 적외선 흡수제(11)를 함유하고, 제1 렌즈(110) 및 제2 렌즈(120)를 적외선 흡수제(11)를 함유하지 않는다. 또한, 제1 접합면(112)과 제2 접합면(312)이 곡면 형상, 바람직하게는 비구면 형상을 가질 수 있다. 제2 렌즈(120)가 적외선 흡수제(11)와 함께, UV 흡수제도 함유할 수 있다. 즉, 본 실시예의 비구면 형상을 겸비한 UV-IR 흡수필터(100)는 적외선 및 자외선(UV)을 흡수할 수 있다.
따라서, 제1 접합면(112) 및 제2 접합면(312)은 비구면 형상의 굴절면일 수 있다. 즉, 본 실시예에 따른 비구면 형상을 겸비한 UV-IR 흡수필터(100)는 비구면 형상의 굴절면 구조를 가질 수 있다.
이와 같이, 구성함으로써, 제1 렌즈(110)의 전면(front face) 상의 위치에 따라 입사각이 다르더라도, 적외선 흡수제(11)가 존재하는 부분, 즉 제2 렌즈(120)를 통과하는 거리가 실질적으로 동일하게 하거나 차이가 극히 작아지도록 할 수 있다.
구체적으로, 제1 렌즈(110)의 전면(front face) 대한 수직선을 기준으로 측정되는 입사각을 기준으로, 입사각이 0도 인 경우(수직입사인 경우)의 제2 렌즈(120)에서의 거리(빛의 진행 경로의 거리)를 d(수직입사 거리)라고 하고, 입사각이 변경됨에 따른 거리를 a(입사각에 따른 거리)라고 두면, a와 d의 관계는 아래의 식과 같이 표시될 수 있다.
a - d =
Figure pat00018
=
Figure pat00019
= Δd
이러한 관계식을 이용하여 a(입사각에 따른 거리) - d(수직입사 거리)인 보정 경로 차(Δd)가 실직적으로 0에 가까운 값을 갖도록 비구면 형상의 구조, 즉 제1 접합면(112) 및 제2 접합면(312)을 가지는 비구면 형상을 겸비한 UV-IR 흡수필터(100)를 제조할 수 있다. 이에 대해서는 더 후술된다.
즉, 제1 렌즈(110) 및 제3 렌즈(130)는 적외선 흡수제(11)를 함유하지 않으므로, 제1 렌즈(110) 및 제3 렌즈(130) 내에서 빛의 경로에 있어서 거리차가 있어도 적외선 흡수량 차이와 무관하게 된다.
또한, 본 실시예에 의하면, 입사각에 차이가 있어도, 제2 렌즈(120)를 통과하는 빛의 거리가 실질적으로 동일하거나 차이가 극히 작아서, 적외선 흡수량이 실질적으로 동일하거나 차이를 극히 작게 억제할 수 있다.
그 결과 제3 렌즈(130)를 통해 빠져 나오는 빛의 색수차 차이가 현저히 억제된다. 따라서, 이러한 비구면 형상을 겸비한 UV-IR 흡수필터(100)를 사용하는 블루필터가 양질의 화상을 얻기 위한 더 안정적인 기능을 할 수 있다.
여기서 색수차란, 굴절율이 빛의 파장에 따라 다르기 때문에 렌즈를 통과한 빛을 받으면 파란색과 빨간색의 초점이 다르게 나타나는 것과 같은 현상을 말하며, 동일한 면에 초점을 맺지 못하는 렌즈의 결점을 의미한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 비구면 형상을 겸비한 UV-IR 흡수필터(100)를 제조하는 방법의 일 예를 나타내는 도면이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 비구면 형상의 접합면 구조를 갖는 비구면 형상을 겸비한 UV-IR 흡수필터(100)를 제조하는 방법은 다음과 같다.
예를 들어, 도4(a)에 도시된 바와 같이, 먼저, 하부 몰드(300)가 구비된 몸체(400)에 UV레진을 도포한 뒤, 도 4(b)에 도시된 바와 같이 제1 상부 몰드(500)를 사용하여 가압한 후 경화시켜 제1 렌즈(110)를 형성한다. 이때, 제1 렌즈(110)의 경화된 상면(제1 접합면(112))은 전술된 a(입사각에 따른 거리) - d(수직입사 거리)인 보정 경로 차(Δd)가 0에 가까운 값을 갖도록 하는 비구면 형상을 가지도록 형성될 수 있다.
예를 들어, 제1 상부 몰드(500)의 가압면이 상기 비구면 형상을 가지도록 형성된 면일 수 있다. 이러한 비구면 형상의 면을 형성하기 위해 컴퓨터를 이용한 절삭, 3D프린팅 등의 가공방법이 사용될 수 있다.
절삭, 3D프린팅 등의 가공방법을 통해 본 실시예와 같이, 상부 몰드의 가압면을 형성하고, UV레진을 가압 및 경화하여 비구면 형상 구조(제1 접합면(112), 제2 접합면(312))을 형성할 수도 있지만, 이와 다르게 UV레진을 경화시켜 렌즈 부재를 형성한 후, 직접적으로 렌즈 부재를 절삭하거나, 3D 프린팅할 수도 있다.
이후, 도4(c)에 도시된 바와 같이, 경화된 제1 렌즈(110) 위로 적외선 흡수제(11)가 포함된 UV레진을 도포한 뒤, 도 4(d)에 도시된 바와 같이, 제2 상부 몰드(600)를 사용하여 가압한 후 경화시켜 제2 접합면(312)을 가지는 제2 렌즈(120)를 형성할 수 있다.
제2 렌즈(120)의 경화된 상면(제2 접합면(312))은 전술된 a(입사각에 따른 거리) - d(수직입사 거리)인 보정 경로 차(Δd)가 0에 가까운 값을 갖도록 하는 비구면 형상을 가지도록 형성될 수 있다.
예를 들어, 제2 렌즈(120) 형성을 위한 자외선 흡수제를 포함한 UV레진을 가압하는 제2 상부 몰드(600)의 가압면이 상기 비구면 형상을 가지도록 형성된 면일 수 있다.
이후, 경화된 제2 렌즈(120) 위로 UV레진을 도포한 후, 평면 몰드(700)를 사용하여 가압 한 후 경화시킨다.
이렇게 형성된 제1 렌즈(110), 제2 렌즈(120) 및 제3 렌즈(130)의 결합체를 몸체(400)로부터 분리시키고 마무리 가공하여 비구면 형상을 겸비한 UV-IR 흡수필터(100)를 제조할 수 있다.
이러한, 비구면 형상을 겸비한 UV-IR 흡수필터(100)를 가지는 블루필터를 카메라 모듈(200)에 사용할 수 있다.
위의 설명과 다르게, 제3 렌즈(130), 제2 렌즈(120) 및 제1 렌즈(110)의 순서로 형성되는 실시예도 물론 가능하다.
이와 같은 비구면 형상을 겸비한 UV-IR 흡수필터(100)에 의하면, 전술한 바와 같이, 제1 렌즈(110)로의 입사각이 위치에 따라 다르더라도, 제2 렌즈(120)를 통과하는 거리(빛의 진행거리)가 실질적으로 동일할 수 있다. 이에 따라, 입사각이 달라도 적외선 흡수율이 실질적으로 동일하게 된다.
그 결과 색수차가 거의 없거나 극히 작게 만들 수 있다. 이러한 비구면 형상을 겸비한 UV-IR 흡수필터(100)를 블루필터에 사용할 수 있다. 이와 같은 블루필터는 고해상도 카메라 모듈의 전 분야에 적용될 수 있으며, 이러한 디바이스가 고해상도의 영상을 제공할 수 있도록 해준다.
본 발명의 실시예에 따른 비구면 형상을 겸비한 UV-IR 흡수필터(100)의 특성에 대해 더 구체적으로 설명한다.
비구면 형상을 겸비한 UV-IR 흡수필터(100)의 제조를 위한 UV레진의 굴절률은,
1.42
Figure pat00020
Figure pat00021
Figure pat00022
1.72 범위 내의 UV레진을 사용할 수 있다.
공기 층에서 비구면 형상을 겸비한 UV-IR 흡수필터(100)로 빛이 진행한다고 할 때, 스넬의 법칙에 의해 nair sinθ1 = nresin sinθ2 이고,
Figure pat00023
범위를 적용하면,
입사각 θ1에 의한 θ2의 값은 sin-1(
Figure pat00024
sinθ1) 이다.
따라서,
Figure pat00025
의 범위를 sin-1(
Figure pat00026
sinθ1)
Figure pat00027
sin-1(
Figure pat00028
sinθ1)으로 정할 수 있다.
위와 같이 UV레진의 굴절률 범위가 1.42
Figure pat00029
Figure pat00030
Figure pat00031
1.72 이고, 입사각 θ1의 범위가 0˚
Figure pat00032
θ1
Figure pat00033
70 ˚으로 가정된다면, 위 식에 따라,
Figure pat00034
의 값은
θ1= 0˚ 수직입사 일 때,
Figure pat00035
0 ˚
θ1= 30˚ 입사 일 때, 16.89 ˚
Figure pat00036
20.62 ˚
θ1= 50˚ 입사 일 때, 26.44 ˚
Figure pat00037
32.65 ˚
θ1= 60˚ 입사 일 때, 30.23 ˚
Figure pat00038
37.58 ˚
θ1= 70˚ 입사 일 때, 33.11 ˚
Figure pat00039
41.43 ˚ 이므로,
굴절률이 1.42
Figure pat00040
Figure pat00041
Figure pat00042
1.72 일 때, 입사각에 따른 θ2의 범위는 0˚
Figure pat00043
θ1
Figure pat00044
41.43 ˚ 일 수 있다.
상기 범위 내의 값을 이용하여, 입사각에 따른 거리차를 검토해 보면,
a(입사각에 따른 거리) - d(수직입사 거리)
=
Figure pat00045
=
Figure pat00046
와 같음은 전술한 바와 같다.
여기서, θ1의 범위가 0˚
Figure pat00047
θ1
Figure pat00048
70 ˚일 때, a(입사각에 따른 거리)를 d(수직입사 거리) 값으로 표현하면 d
Figure pat00049
a
Figure pat00050
1.34d가 되고, Δd, 즉 (a-d)의 범위는 0
Figure pat00051
Δd
Figure pat00052
0.34d가 된다.
따라서 이러한 관계식을 이용하여 Δd = a(입사각에 따른 거리) - d(수직입사 거리)
Figure pat00053
Figure pat00054
0 가 되도록, 데이터를 생성하고 소프트웨어를 통해 제어되는 가공기계나 3D 프린터를 사용하여, 전술한 바와 같이 몰드의 가압면을 가공함으로써, 비구면 형상 구조를 갖는 비구면 형상을 겸비한 UV-IR 흡수필터(100)를 제조할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 비구면 형상을 겸비한 UV-IR 흡수필터(100)를 가지는 블루필터와 이러한 블루필터를 가지는 렌즈시스템(예: 카메라 모듈)의 실제 적용예를 표로 살표보면 아래와 같다.
아래의 표1, 2에서, 블루필터의 굴절률이란, 렌즈의 재질로서 UV레진의 굴절률을 의미하며, 렌즈시스템이란 카메라 모듈과 같이 디바이스를 의미할 수 있다.
아래의 표1,2에 제시된 결과를 참조하면, 렌즈시스템에 따라 입사각이 달라질 수 있고, 전술된 비구면 형상(제1 접합면(112), 제2 접합면(312)) 제작에 필요한 입사각에 따른 굴절각, 입사각에 따른 거리 및 거리차가 나타나 있다.
SYSTEM #1 블루필터 굴절률이 같고, 렌즈시스템이 다를 때 (n1=1.590로 동일)
Field 0f 0.2f 0.4f 0.6f 0.8f 1f
입사각
(θ1)		 0° 2.79389° 5.65296° 8.44694° 11.13033° 13.60376°
굴절각
(θ2)		 0° 1.75586° 3.55004° 5.29820° 6.96994° 8.50257°
ax a0=d a0.2=1.00047d a0.4=1.00192d a0.6=1.00429d a0.8=1.00744d a1=1.01111d
Δd(a-d) 0 0.00047d 0.00192d 0.00429d 0.00744d 0.01111d
SYSTEM #2 블루필터 굴절률이 같고, 렌즈시스템이 다를 때 (n2=1.590로 동일)
Field 0f 0.2f 0.4f 0.6f 0.8f 1f
입사각
(θ1)		 0° 3.51667° 7.00860° 10.44817° 13.80642° 17.05402°
굴절각
(θ2)		 0° 2.20979° 4.39905° 6.54576° 8.62774° 10.62358°
ax a0=d a0.2=1.00074d a0.4=1.00295d a0.6=1.00656d a0.8=1.01144d a1=1.01744d
Δd(a-d) 0 0.00074d 0.00295d 0.00656d 0.01144d 0.01744d
상기 표1에는 블루필터 굴절률이 동일하고(n1=n2=1.590), 렌즈시스템이 다를 때의 렌즈시스템들을 나타낸다. 즉, 렌즈시스템이 달라서 입사각이 다를 수 있고, 렌즈들의 굴절률은 동일한 경우일 수 있다.
시스템 1, 2에서, 입사각, 굴절률 통해 Δd값을 구하고, 광선 추적을 통해 Δd 값을 보정할 수 있다. 이러한 데이터를 사용하여 절삭장치나 3D 프린터에 의해 몰드의 가압면을 가공하고, 비구면 형상 구조를 가지는 비구면 형상을 겸비한 UV-IR 흡수필터(100)를 제작할 수 있다.
표1에 예시된 실시예들에서 비구면 형상 구조를 결정 짓는 Δd 값을 살펴보면,
시스템 1 의 비구면 형상을 위한 형상 보정값의 범위는 0 < Δd < 0.01111d
Figure pat00055
)이다.
또한, 시스템 2 의 비구면 형상을 위한 형상 보정값의 범위는 0 < Δd < 0.01744d (
Figure pat00056
인 것을 알 수 있다.
표1에 예시된 실시예들로부터 렌즈시스템이 달라짐에 따라 입사각이 달라지고 이에 따라 굴절각 또한 달라지므로 Δd 값(비구면 형상의 보정값)이 시스템에 따라 동일하지 않다. 따라서 렌즈시스템이 달라짐에 따라 비구면의 형상이 달라지는 것을 확인할 수 있다.
SYSTEM #3 렌즈시스템이 같고, 블루필터 굴절률이 다를 때 (n3=1.418)
Field 0f 0.2f 0.4f 0.6f 0.8f 1f
입사각
(θ1)		 0° 2.79389° 5.65296° 8.44694° 11.13033° 13.60376°
굴절각
(θ2)		 0° 1.96991° 3.98331° 5.94605° 7.82433° 9.54787°
ax a0=d a0.2=1.00059d a0.4=1.00242d a0.6=1.00541d a0.8=1.00940d a1=1.014045d
Δd(a-d) 0 0.00059d 0.00242d 0.00541d 0.00940d 0.01405d
SYSTEM # 렌즈시스템이 같고, 블루필터 굴절률이 다를 때 (n4=1.723)
Field 0f 0.2f 0.4f 0.6f 0.8f 1f
입사각
(θ1)		 0° 2.79389° 5.65296° 8.44694° 11.13033° 13.60376°
굴절각
(θ2)		 0° 1.62110° 3.27735° 4.89066° 6.43281° 7.84592°
ax a0=d a0.2=1.00040d a0.4=1.00164d a0.6=1.00365d a0.8=1.00634d a1=1.00945d
Δd(a-d) 0 0.00040d 0.00164d 0.00365d 0.00634d 0.00945d
상기 표2에는 블루필터 굴절률이 다르고(n3=1.418, n4=1.723), 렌즈시스템이 같은 렌즈시스템들을 나타낸다. 즉, 렌즈시스템이 같아서 입사각이 같을 수 있고, 렌즈들의 굴절률은 시스템 간에 서로 다른 경우일 수 있다.
상기 표 2를 참조하면, 시스템 3, 4와 같이 렌즈시스템에 따른 입사각, 굴절률을 통해 Δd값을 구하고, 광선 추적을 통해 Δd 값을 보정한 후, 비구면 형상을 갖는 블루필터 제작할 수 있다.
표 2에 제시된 실시예들에서 비구면 형상 구조(제1 접합면(112) 및 제2 접합면(312))을 결정 짓는 Δd 값을 살펴보면,
시스템3 의 경우 비구면 형상을 위한 형상 보정값의 범위는 0 < Δd < 0.01405d (
Figure pat00057
임을 알 수 있다.
또한, 시스템4 의 경우 비구면 형상을 위한 형상 보정값의 범위는 0 < Δd < 0.00945d (
Figure pat00058
)임을 확인할 수 있다.
표 2에 제시된 결과를 참조하면, 렌즈시스템이 같아도 서로 다른 굴절률에 의해 굴절각이 달라지고, 이에 따라 Δd 값 또한 달라지므로, 비구면 형상의 보정값이 동일하게 나오지 않는다.
따라서 UV레진의 굴절률이 달라지면 필터가 적용되는 카메라 시스템이 같아도 비구면 형상은 다르게 제작될 수 있다.
위의 표1 및 표2에 제시된 실시예를 통해 본 발명에 따른 비구면 형상을 가지는 비구면 형상을 겸비한 UV-IR 흡수필터(100)의 제조에 있어서, UV레진의 굴절률, 카메라 시스템 등에 따라 비구면 형상의 보정값이 달라지는 것을 확인할 수 있다.
광선 추적을 통해 Δd 값이
Figure pat00059
0이 되도록 Δd 값을 보정하는 비구면 형상을 갖는 적외선 차단 필터를 제작할 수 있고, 거리 보정값의 범위는 0
Figure pat00060
Δd
Figure pat00061
0.34d 일 수 있다.
또한 보정값 (Δd)
Figure pat00062
범위의 오차 범위를 허용하여 제조할 수 있다.
전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.
본 발명의 범위는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
11 : 흡수제
100 : 비구면 형상을 겸비한 UV-IR 흡수필터
110 : 제1 렌즈
112 : 제1 접합면
120 : 제2 렌즈
130 : 제3 렌즈
132 : 제2 접합면
200 : 모듈
300 : 하부 몰드
400 : 몸체
500 : 제1 상부 몰드
600 : 제2 상부 몰드
700 : 평면 몰드

Claims (10)

  1. 광학 장치에 사용되는 비구면 형상을 겸비한 UV-IR 흡수필터에 있어서,
    전방으로부터 빛인 입사되는 제1 렌즈;
    적외선 흡수제를 함유하며, 상기 제1 렌즈에 접합되어, 공기층이 개재되지 않도록, 제1 접합면을 형성하되, 상기 제1 접합면이 상기 전방으로 볼록하도록 형성된 곡면 형상을 가지도록 상기 제1 렌즈에 접합되는 제2 렌즈; 그리고
    상기 제1 렌즈의 반대편에서 상기 제2 렌즈에 접합되어, 공기층이 개재되지 않도록, 제2 접합면을 형성하되, 상기 제2 접합면이 후방으로 볼록하도록 형성된 곡면 형상을 가지도록 상기 제2 렌즈에 접합되는 제3 렌즈;를 포함하며,
    수학식, a - d =
    Figure pat00063
    =
    Figure pat00064
    = Δd, 에서
    a는 상기 제1 렌즈에 입사하는 빛의 입사각 (θ1)에 따라 굴절각(θ2)로 굴절된 빛의 상기 제2 렌즈 내에서의 진행거리이고,
    d는 상기 입사각이 0도인 수직입사된 빛의 상기 제2 렌즈의 중심축을 따라 진행하는 진행거리이고,
    상기 Δd를 거리차로 정의할 때,
    상기 제1 접합면 및 상기 제2 접합면은, 상기 제1 렌즈에 입사하는 빛의 위치에 따라 상기 거리차(Δd)가 실질적으로 제로(zero)가 되도록(Δd
    Figure pat00065
    0) 곡면 형상으로 형성된 것을 특징으로 하는 비구면 형상을 겸비한 UV-IR 흡수필터.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 렌즈, 상기 제2 렌즈 및 상기 제3 렌즈 중 상기 제2 렌즈만 상기 적외선 흡수제를 함유하는 것을 특징으로 하는 비구면 형상을 겸비한 UV-IR 흡수필터.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1 접합면 및 상기 제2 접합면은 비구면 형상을 가지는 것을 특징으로 하는 비구면 형상을 겸비한 UV-IR 흡수필터.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1 렌즈, 상기 제2 렌즈 및 상기 제3 렌즈는 굴절률이 서로 같은 UV레진으로 이루어진 것을 특징으로 하는 비구면 형상을 겸비한 UV-IR 흡수필터.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 UV레진의 굴절률은 1.42
    Figure pat00066
    Figure pat00067
    Figure pat00068
    1.72 인 것을 특징으로 하는 비구면 형상을 겸비한 UV-IR 흡수필터.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 입사각이 0˚
    Figure pat00069
    θ1
    Figure pat00070
    70 ˚일 때,
    상기 거리차(Δd)의 범위는 0
    Figure pat00071
    Δd
    Figure pat00072
    0.34d가 되도록 상기 제1 접합면 및 상기 제2 접합면이 비구면 형상을 가지도록 형성된 것을 특징으로 하는 비구면 형상을 겸비한 UV-IR 흡수필터.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제1 렌즈, 상기 제2 렌즈 및 상기 제3 렌즈를 하나의 필름 형태로 결합된 것을 특징으로 하는 비구면 형상을 겸비한 UV-IR 흡수필터.
  8. 비구면 형상을 겸비한 UV-IR 흡수필터를 제조하는 방법에 있어서,
    하부 몰드 상에 제1 UV레진을 도포하는 단계;
    상기 제1 UV레진을 제1 가압면이 형성된 제1 상부 몰드로 가압하고, 경화하여 상기 제1 가압면의 형상에 대응하도록 청구항 1의 상기 제1 접합면을 가지는 제1 렌즈를 형성하는 단계;
    상기 제1 접합면 상에 자외선 흡수제를 함유하는 제2 UV레진을 도포하는 단계;
    상기 제2 UV레진을 제2 가압면이 형성된 제2 상부 몰드로 가압하고, 경화하여 상기 제2 가압면의 형상에 대응하도록 청구항 1의 상기 제2 접합면을 가지는 제2 렌즈를 형성하는 단계; 그리고
    상기 제2 접합면 상에 제3 UV레진을 도포하고 경화하여 제3 렌즈를 형성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 비구면 형상을 겸비한 UV-IR 흡수필터를 제조하는 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    수학식, a - d =
    Figure pat00073
    =
    Figure pat00074
    = Δd, 에서
    a는 상기 제1 렌즈에 입사하는 빛의 입사각 (θ1)에 따라 굴절각(θ2)로 굴절된 빛의 상기 제2 렌즈 내에서의 진행거리이고,
    d는 상기 입사각이 0도인 수직입사된 빛의 상기 제2 렌즈의 중심축을 따라 진행하는 진행거리이고,
    상기 Δd를 거리차로 정의할 때,
    상기 제1 접합면 및 상기 제2 접합면은, 상기 제1 렌즈에 입사하는 빛의 위치에 따라 상기 거리차(Δd)가 실질적으로 제로(zero)가 되도록(Δd
    Figure pat00075
    0) 곡면 형상으로 형성되도록, 상기 제1 가압면 및 상기 제2 가압면이 가공된 것을 특징으로 하는 비구면 형상을 겸비한 UV-IR 흡수필터의 제조방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 제1 UV레진, 상기 제2 UV레진 및 상기 제3 UV레진 중 상기 제2 UV레진에만 상기 적외선 흡수제를 함유시켜 상기 제2 렌즈가 형성되며,
    상기 제1 접합면 및 상기 제2 접합면은 비구면 형상을 가지도록 형성되는 것을 특징으로 하는 비구면 형상을 겸비한 UV-IR 흡수필터의 제조방법.
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