KR20220079100A - 차량용 라이다에 적용하기 위한 고굴절율 렌즈의 제조방법. - Google Patents
차량용 라이다에 적용하기 위한 고굴절율 렌즈의 제조방법. Download PDFInfo
- Publication number
- KR20220079100A KR20220079100A KR1020200168535A KR20200168535A KR20220079100A KR 20220079100 A KR20220079100 A KR 20220079100A KR 1020200168535 A KR1020200168535 A KR 1020200168535A KR 20200168535 A KR20200168535 A KR 20200168535A KR 20220079100 A KR20220079100 A KR 20220079100A
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- lens
- manufacturing
- high refractive
- mold
- refractive index
- Prior art date
Links
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 27
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 30
- 239000011521 glass Substances 0.000 claims abstract description 27
- 238000000465 moulding Methods 0.000 claims abstract description 8
- 238000002844 melting Methods 0.000 claims abstract description 4
- 230000008018 melting Effects 0.000 claims abstract description 4
- 230000003746 surface roughness Effects 0.000 claims description 8
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 6
- 230000009477 glass transition Effects 0.000 claims description 3
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 15
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 7
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 5
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 3
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 3
- 238000013461 design Methods 0.000 description 3
- UONOETXJSWQNOL-UHFFFAOYSA-N tungsten carbide Chemical compound [W+]#[C-] UONOETXJSWQNOL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 238000012500 good manufacturing practice method Methods 0.000 description 2
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 230000008602 contraction Effects 0.000 description 1
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 1
- 229910003460 diamond Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010432 diamond Substances 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 230000004927 fusion Effects 0.000 description 1
- 229910021397 glassy carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000003384 imaging method Methods 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 239000005304 optical glass Substances 0.000 description 1
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 description 1
- 230000000704 physical effect Effects 0.000 description 1
- 238000003672 processing method Methods 0.000 description 1
- HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N silicon carbide Chemical compound [Si+]#[C-] HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 1
- 238000002834 transmittance Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
- C03B—MANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
- C03B11/00—Pressing molten glass or performed glass reheated to equivalent low viscosity without blowing
- C03B11/06—Construction of plunger or mould
- C03B11/08—Construction of plunger or mould for making solid articles, e.g. lenses
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
- C03B—MANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
- C03B2215/00—Press-moulding glass
- C03B2215/40—Product characteristics
- C03B2215/46—Lenses, e.g. bi-convex
- C03B2215/47—Bi-concave
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Surface Treatment Of Glass (AREA)
Abstract
본 발명은 차량용 라이다에 적용하기 위한 고굴절율 렌즈의 제조방법에 관한 것으로서, 유리 재료를 용융하여 금형에 주입하는 단계, 상기 유리 재료를 렌즈 형상으로 성형하여 성형된 렌즈를 제조하는 단계, 상기 성형된 렌즈를 경화하여 경화된 렌즈를 제조하는 단계, 상기 경화된 렌즈를 탈형하고 취출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
Description
본 발명은 고굴절율 렌즈의 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 차량용 라이다(LiDAR)의 송수광부에 장착할 수 있는 고굴절율 렌즈의 제조방법에 관한 것이다.
차량용 라이다(light detection and ranging, LiDAR)는 자율 주행 모드로 운행하는 차량에 필수적인 부품으로서 펄스 레이저광을 대기 중에 발사해 그 반사체 또는 산란체를 이용하여 거리 또는 대기현상 등을 측정하는 레이저 레이더이다.
상기 차량용 라이다에 적용되기 위한 광학계는 대한민국 등록특허 10-2096676호에서와 같이 2차원 광학계를 적용할 수 있으며, 대한민국 등록특허 10-2100051호에서와 같은 3차원 광학계를 적용할 수도 있다. 이러한 광학계는 송광부와 수광부를 포함하는데, 상기 송광부에는 콜리메이터 렌즈가 적용되며 수광부에는 비구면렌즈와 구면렌즈를 포함하는 광학계가 적용되는데 상기 광학계에 사용되는 렌즈는 고굴절율의 광학적 특성을 나타내어야 한다. 이는 미약하게 수신되는 광신호를 증폭시키기 위한 것으로서, 이를 위하여 고해상, 저왜곡, 고효율의 렌즈가 적용되어야 한다.
또한, 기존의 라이다는 850~905㎚ 파장의 근적외선(NIR) 광원을 사용하였으나, 안전도 문제와 장거리 발진시 노이즈 발생의 문제를 해결하기 위하여 최근에는 1350~1550㎚의 단파장(SWIR)을 사용하고 있다. 이 경우 단파장 영역에서의 유리의 투과율이 저하되기 때문에 1.9~2.1 정도의 고굴절율을 가지는 소재를 활용하여 렌즈를 제조할 필요가 있다. 이러한 렌즈의 고굴절율 구현을 위해서는 렌즈의 형상, 코팅기술 등이 적용되어야 하나 이에 앞서 렌즈 자체의 고굴절율을 달성해야 할 필요가 있다.
본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 감안하여 안출된 것으로서, 고굴절율의 유리 소재를 이용하여 라이다의 송수광부에 적용할 수 있는 고굴절율 렌즈를 제조하는 방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 차량용 라이다에 적용하기 위한 고굴절율 렌즈의 제조방법은 유리 재료를 용융하여 금형에 주입하는 단계, 상기 유리 재료를 렌즈 형상으로 성형하여 성형된 렌즈를 제조하는 단계, 상기 성형된 렌즈를 경화하여 경화된 렌즈를 제조하는 단계, 상기 경화된 렌즈를 탈형하고 취출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 유리 재료는 굴절율(nd)이 1.8 내지 2.1이며, 유리전이온도(Tg)가 450 내지 550℃인 것이 바람직하다.
또한, 상기 금형은 형상 정밀도가 0.8㎛ 이하이며, 금형 표면 거칠기가 10㎚ 이하인 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 제조방법을 적용하면 고굴절율의 렌즈를 제조할 수 있으므로 라이다의 송수광부에 적용하여 광학적 특성을 나타낼 수 있는 고굴절율 렌즈를 제공할 수 있다.
도 1은 차량용 라이다에 적용되는 송수광부의 구조를 나타낸 개념도이다.
도 2는 본 발명의 렌즈를 제조하기 위한 금형 코어의 가공방법을 도시한 개념도이다.
도 2는 본 발명의 렌즈를 제조하기 위한 금형 코어의 가공방법을 도시한 개념도이다.
이하 본 발명을 상세히 설명한다.
본 발명에 따른 차량용 라이다에 적용하기 위한 고굴절율 렌즈의 제조방법은 유리 재료를 용융하여 금형에 주입하는 단계, 상기 유리 재료를 렌즈 형상으로 성형하여 성형된 렌즈를 제조하는 단계, 상기 성형된 렌즈를 경화하여 경화된 렌즈를 제조하는 단계, 상기 경화된 렌즈를 탈형하고 취출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
차량용 라이다는 도 1에서와 같이 송수광부로 이루어진 광학계를 포함하여 이루어진다. 이때, 상기 수광부에는 실외 환경의 노이즈에 대응할 수 있는 안전도(eye safety) 1급의 기준에 부합하는 수광부 렌즈(콜리메이터 렌즈)가 필요하다. 또한, 상기 수광부의 렌즈는 미약한 광신호 수신을 최대화하기 위한 고해상, 저왜곡, 고효율의 렌즈이어야 하며 산란되는 레이저 광의 신호를 수신살 수 있도록 광시야각의 렌즈를 적용해야 한다.
이러한 광학 특성을 달성하기 위하여 상기 제조공정에서 유리 재료를 최적화하고 렌즈 및 이를 제조하기 위한 금형의 설계를 최적화할 필요가 있다.
상기 금형은, 특히, 비구면 렌즈를 제조하기 위한 것으로서 유리 재료의 성형성과 렌즈 구조의 가공성을 고려하여 GMP(Glass Molding Press) 방법을 적용할 수 있는 금형 코어를 제조해야 한다.
GMP 방법으로 금형 코어를 제조하는 경우 도 2에서와 같이 다이아몬드 휠의 회전에 의해 정삭 가공을 하여 비구면 렌즈용 금형을 제조할 수 있다. 상기 렌즈 성형 부위에 대한 정삭 가공은 렌즈가 직접 성형되는 금형과 유리 재료의 접촉면에 대한 정밀 가공으로 열팽창 및 수축률을 고려하여 가공해야 하며 정삭이 완료된 후 금형의 형상 정밀도(P-V) 및 금형 표면 거칠기(Ra)를 측정한 후 금형 코어를 완성하게 된다.
상기 금형 형상 정밀도는 비접촉 측정기 또는 접촉시 측정장비에 금형 코어를 장착하고 측정기의 팁(tip)을 이동하며 측정함으로써 구할 수 있다. 또한, 상기 금형 표면 거칠기는 비접촉 측정기 또는 접촉시 측정장비에 금형 코어를 장착하고 측정기의 팁을 이동하며 측정할 수 있다.
상기 GMP 방법으로 정삭 가공하여 제조되는 금형은 형상 정밀도가 0.8㎛ 이하이며, 금형 표면 거칠기가 10㎚ 이하인 것이어야 제조된 렌즈의 목적하는 고굴절율을 달성할 수 있다. 또한, 상기 금형 코어의 초정밀 가공과 금형의 성능을 확보하기 위하여 탄화텅스텐(WC), 탄화규소(SiC), 유리상 탄소(glassy carbon) 중 어느 하나의 소재를 사용하는 것이 바람직하다. 특히, 탄화텅스텐 재질의 몰드에 대한 성형성을 평가한 결과 이형 반응성이 양호하고 내부결함이 관찰되지 않아 우수한 물성을 가지는 것으로 나타났다.
또한, 상기 금형 코어에 코팅 처리함으로써 이형막을 형성하는데, 이를 통해 유리 재료가 금형에 융착되거나 쿠모리 현상 등의 불량이 발생하지 않는 것으로 나타났다.
또한, 상기 고굴절율 렌즈의 비구면 광학 설계를 하기 위하여, 비선형 커브 근사법(nonlinear curve fitting)의 수치해석을 활용한 결상광학계 설계 프로그램인 CODE V를 이용하여 설계할 수 있다.
또한, 상기 유리 재료로는 통상의 유리 재질 렌즈의 제조에 사용되는 유리 재료를 사용할 수도 있으나, 본 발명에서와 같이 초정밀 가공에 적합하며 접합한 고굴절율의 소재를 이용하는 것이 바람직하다. 이러한 소재는 렌즈 성형 공정을 고려하여 굴절율(nd)이 1.8 내지 2.1이며, 유리전이온도(Tg)가 450 내지 550℃인 것이 바람직하다. 이러한 유리 재료의 예로는 Sumita사의 광학 유리 재료인 K-VC89, K-VC91, K-PSFn-202 등을 들 수 있다.
유리 재료에 따른 렌즈의 광학 특성을 확인하기 위하여 탄화텅스텐 재질의 금형을 제조하되 형상 정밀도가 0.8㎛이며, 금형 표면 거칠기가 10㎚인 금형을 제조하고, K-VC89(실시예 1) 및 K-PSFn-202(실시예 2), K-BOC30(nd=2.00680, Tg=733℃)(비교예 1), K-PSFn214P(nd=2.14400, Tg=427℃)(비교예 2)를 유리 재료로 하여 비구면 렌즈를 제조하였다. 동일한 렌즈 성형방법으로 제조된 렌즈의 유리 재질에 따른 광학적 특성을 비교한 결과는 표 1과 같다.
표 1에서 렌즈 형상 정밀도는 비접촉 측정기 또는 접촉시 측정장비에 렌즈를 장착하고 측정기의 팁을 이동하며 측정하였으며, 렌즈 표면 거칠기는 비접촉 측정기 또는 접촉시 측정장비에 렌즈를 장착하고 측정기의 팁을 이동하며 측정하였다. 또한, 반사율 변화는 평판 샘플과 30°의 경사를 갖는 샘플에 무반사 코팅을 한 다음 반사율 차이를 측정하였으며, 고온 고습 시험은 렌즈의 중심 파장의 투과율을 측정하기 전후를 비교하여 1000시간 동안 렌즈를 노출시켜 시험하였다.
| 항목 | 실시예1 | 실시예2 | 비교예1 | 비교예2 |
| 렌즈형상정밀도(㎛) | 0.95 | 0.92 | 1.05 | 1.08 |
| 렌즈표면거칠기(㎚) | 9.85 | 9.84 | 10.02 | 10.01 |
| 반사율변화(%) | 0.45 | 0.48 | 0.48 | 0.51 |
| 고온고습시험(℃/%) | 85/85 | 85/85 | 85/85 | 85/85 |
| 굴절율 | 1.62 | 1.63 | 1.55 | 1.46 |
표 1의 결과를 살펴보면, 실시예 1 및 2의 유리 재료를 사용하는 경우 렌즈 형상 정밀도와 표면 거칠기가 우수한 렌즈를 제조할 수 있으나, 비교예 1 및 2의 경우 실시예에 비해 정밀도가 낮고 표면 거칠기가 큰 렌즈를 제조하는 것으로 나타나 초정밀 가공 조건에 부합하지 않는 것으로 나타났다.
이러한 유리 재료의 선정에 의한 차이는 다른 공정 조건의 영향도 있을 수 있으나 적어도 동일한 렌즈 제조 조건에서 실시예 1 및 2의 유리 재료가 가장 적합한 고굴절율 렌즈를 제조할 수 있는 것을 확인할 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예에 의해 한정되는 것은 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능함은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명백한 것이다.
Claims (3)
- 유리 재료를 용융하여 금형에 주입하는 단계;
상기 유리 재료를 렌즈 형상으로 성형하여 성형된 렌즈를 제조하는 단계;
상기 성형된 렌즈를 경화하여 경화된 렌즈를 제조하는 단계;
상기 경화된 렌즈를 탈형하고 취출하는 단계;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 라이다에 적용하기 위한 고굴절율 렌즈의 제조방법.
- 청구항 1에 있어서,
상기 유리 재료는 굴절율(nd)이 1.8 내지 2.1이며, 유리전이온도(Tg)가 450 내지 550℃인 것을 특징으로 하는 차량용 라이다에 적용하기 위한 고굴절율 렌즈의 제조방법.
- 청구항 1에 있어서,
상기 금형은 형상 정밀도가 0.8㎛ 이하이며, 금형 표면 거칠기가 10㎚ 이하인 것을 특징으로 하는 차량용 라이다에 적용하기 위한 고굴절율 렌즈의 제조방법.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020200168535A KR20220079100A (ko) | 2020-12-04 | 2020-12-04 | 차량용 라이다에 적용하기 위한 고굴절율 렌즈의 제조방법. |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020200168535A KR20220079100A (ko) | 2020-12-04 | 2020-12-04 | 차량용 라이다에 적용하기 위한 고굴절율 렌즈의 제조방법. |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20220079100A true KR20220079100A (ko) | 2022-06-13 |
Family
ID=81984192
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020200168535A KR20220079100A (ko) | 2020-12-04 | 2020-12-04 | 차량용 라이다에 적용하기 위한 고굴절율 렌즈의 제조방법. |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR20220079100A (ko) |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR102096676B1 (ko) | 2014-12-24 | 2020-04-02 | 전자부품연구원 | 차량용 2차원 라이더 스캐너 및 제어장치 |
| KR102100051B1 (ko) | 2017-10-27 | 2020-04-10 | 바이두 유에스에이 엘엘씨 | 색 선별 거울을 이용하는 자율 주행 차량용 3d lidar 시스템 |
-
2020
- 2020-12-04 KR KR1020200168535A patent/KR20220079100A/ko not_active Application Discontinuation
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR102096676B1 (ko) | 2014-12-24 | 2020-04-02 | 전자부품연구원 | 차량용 2차원 라이더 스캐너 및 제어장치 |
| KR102100051B1 (ko) | 2017-10-27 | 2020-04-10 | 바이두 유에스에이 엘엘씨 | 색 선별 거울을 이용하는 자율 주행 차량용 3d lidar 시스템 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US4797144A (en) | Deep pressing mold and process for molded optical elements | |
| US7885018B2 (en) | Bonded optical element and manufacturing method thereof | |
| US20050238067A1 (en) | Simple fiber optic cavity | |
| US7764446B2 (en) | Bonded optical element | |
| KR20220079100A (ko) | 차량용 라이다에 적용하기 위한 고굴절율 렌즈의 제조방법. | |
| US20050104238A1 (en) | Method of manufacturing an optical device by means of a replication method | |
| US7790071B2 (en) | Ceramic hybrid lens and method for manufacturing the same | |
| US7746573B2 (en) | Bonded optical element and manufacturing method thereof | |
| US7746574B2 (en) | Bonded optical element | |
| US6567223B2 (en) | Molded lens element having a two-dimensional reference molded therein | |
| KR20230097572A (ko) | 차량용 라이다에 적용하기 위한 고굴절율 렌즈의 제조방법. | |
| WO2011105186A1 (ja) | 光学素子の製造方法及び光学素子成形金型 | |
| JPH1045419A (ja) | ガラス被覆層を有するガラスレンズ及びその製造方法 | |
| JP4214694B2 (ja) | 斜面付円柱レンズ | |
| JP4663482B2 (ja) | 受光モジュール | |
| Chang et al. | Microforging technique for fabrication of spherical lens array mold | |
| KR101633874B1 (ko) | 비구면 렌즈의 성형금형 | |
| KR102709949B1 (ko) | 비등온 성형 공정을 이용한 양면 비구면 렌즈의 제조방법. | |
| KR20220079146A (ko) | 비등온 성형 공정을 이용한 양면 비구면 렌즈의 제조방법. | |
| CN102955182B (zh) | 复合透镜单元的制造方法 | |
| JP2000247653A (ja) | 光学素子成形用金型及び光学素子 | |
| US6476973B1 (en) | Compound surface to aid in the fabrication of a lens with a plano surface | |
| Hwang et al. | Fabrication and evaluation of chalcogenide glass molding lens for car night-vision system | |
| RU196896U1 (ru) | Мастер-матрица для копирования оптических поверхностей | |
| JP2004085221A (ja) | プレス用成形型及びレンズの製造方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| E902 | Notification of reason for refusal |