본 연구에서는 3 메가픽셀, 2.5배 줌 카메라폰 모듈용 비구면 유리렌즈 개발을 목적으로 실험계획법(DOE)을 적용하여 성형용 초경 코어의 연삭가공조건을 구하고, 이를 활용하여 비구면 Glass렌즈 성형용 초경합금(WC) 코어를 초정밀 연삭가공을 수행하였다. 또한 가공된 성형용 코어의 가공면 위에 이온증착법으로 다이아몬드상 탄소(Diamond-Like Carbon; DLC) 코팅을 수행하여 DLC 코팅이 성형용 코어의 형상정도(PV)와 표면조도(Ra)에 미치는 영향을 평가하였으며, 비구면 Glass렌즈를 동일한 조건에서 성형하여 성형렌즈의 광학적 특성을 비교하여 성형용 코어면의 DLC 코팅 효과에 대하여 검토하였다.
본 연구에서는 3 메가픽셀, 2.5배 줌 카메라폰 모듈용 비구면 유리렌즈 개발을 목적으로 실험계획법(DOE)을 적용하여 성형용 초경 코어의 연삭가공조건을 구하고, 이를 활용하여 비구면 Glass렌즈 성형용 초경합금(WC) 코어를 초정밀 연삭가공을 수행하였다. 또한 가공된 성형용 코어의 가공면 위에 이온증착법으로 다이아몬드상 탄소(Diamond-Like Carbon; DLC) 코팅을 수행하여 DLC 코팅이 성형용 코어의 형상정도(PV)와 표면조도(Ra)에 미치는 영향을 평가하였으며, 비구면 Glass렌즈를 동일한 조건에서 성형하여 성형렌즈의 광학적 특성을 비교하여 성형용 코어면의 DLC 코팅 효과에 대하여 검토하였다.
In this research, the optimal grinding condition has been obtained by design of experiment (DOE) fur the development of aspheric lens for the 3 Mega Pixel, 2.5x optical zoom camera-phone module. Also, the tungsten carbide (WC) mold was processed by the method of ultra precision grinding under this o...
In this research, the optimal grinding condition has been obtained by design of experiment (DOE) fur the development of aspheric lens for the 3 Mega Pixel, 2.5x optical zoom camera-phone module. Also, the tungsten carbide (WC) mold was processed by the method of ultra precision grinding under this optimal grinding condition. The influence of diamond-liked carbon (DLC) coating on form accuracy (PV) and surface roughness (Ra) of the mold was evaluated through measurements after DCL coating using ion plating on the ground mold. Also, aspheric glass lenses were molded, some before DLC coating of the mold and some after the DLC coating. The optical characteristics of each sample, molded by the different molds, were compared with each other.
In this research, the optimal grinding condition has been obtained by design of experiment (DOE) fur the development of aspheric lens for the 3 Mega Pixel, 2.5x optical zoom camera-phone module. Also, the tungsten carbide (WC) mold was processed by the method of ultra precision grinding under this optimal grinding condition. The influence of diamond-liked carbon (DLC) coating on form accuracy (PV) and surface roughness (Ra) of the mold was evaluated through measurements after DCL coating using ion plating on the ground mold. Also, aspheric glass lenses were molded, some before DLC coating of the mold and some after the DLC coating. The optical characteristics of each sample, molded by the different molds, were compared with each other.
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문제 정의
현재 국내 Glass렌즈 양산업체에서 성형용 코어의 수명향상을 위하여백금계열의 코팅이 주로 사용되고 있으나 최근 관련산업이발달한 일본에서는 DLC 코팅이 사용되는 경향이 나타난다. 따라서 본 연구에서는 가공된 성형용 코어의 가공면 위에 이온증착법으로 DLC 코팅을 수행하여 DLC 코팅이 성형용 코어의 형상정도(PV)와 표면조도(Ra)에 미치는 영향을 평가하였으며, 비구면 Glass렌즈를 동일한 조건에서 성형하여 성형렌즈의 광학적 특성을 비교하여 성형용 코어면의 DLC 코팅효과에 대하여 검토하였다.
본 연구에서는 3 메가픽셀, 2.5배 줌 카메라폰 모듈용 비구면 Glass렌즈 개발을 목적으로 실험계획법(DOE)을 적용하여연삭조건을 구하고, 연삭조건를 활용하여 초경합금(WC) 성형용 코어를 초정밀 연삭가공을 수행하였다. 현재 국내 Glass렌즈 양산업체에서 성형용 코어의 수명향상을 위하여백금계열의 코팅이 주로 사용되고 있으나 최근 관련산업이발달한 일본에서는 DLC 코팅이 사용되는 경향이 나타난다.
본 연구에서는 3 메가픽셀, 2.5배 줌 카메라폰 모듈용 비구면 유리렌즈 개발을 목적으로 실험계획법을 적용하여 성형용 초경코어의 연삭조건을 구하고, 이를 활용하여 초정밀 연삭 가공을 수행하였다. 가공된 성형용 코어의 가공면 위에 이온 증착법으로 DLC 코팅을 수행하여 DLC 코팅이 성형용 코어의 형상정도(PV)와 표면조도(Ra)에 미치는 영향을 평가하였으며, 비구면 Glass렌즈를 동일한 조건에서 성형하여 성형 렌즈의 광학적 특성을 비교하여 성형용 코어면의 DLC 코팅 효과에 대하여 검토하였다.
제안 방법
DLC 코팅 전후의 성형용코어를 활용하여 각각 성형한 비구면 유리렌즈의 형상정도와 표면조도를 측정하였다. 측정결과 전자는 형상정도(PV) 0.
DLC 코팅 전후의 성형용코어를 활용하여 각각 성형한 비구면 유리렌즈의 형상정도와 표면조도를 측정하였다. 측정결과 전자는 형상정도(PV) 0.
현재 국내 Glass렌즈 양산업체에서 성형용 코어의 수명향상을 위하여백금계열의 코팅이 주로 사용되고 있으나 최근 관련산업이발달한 일본에서는 DLC 코팅이 사용되는 경향이 나타난다. 따라서 본 연구에서는 가공된 성형용 코어의 가공면 위에 이온증착법으로 DLC 코팅을 수행하여 DLC 코팅이 성형용 코어의 형상정도(PV)와 표면조도(Ra)에 미치는 영향을 평가하였으며, 비구면 Glass렌즈를 동일한 조건에서 성형하여 성형렌즈의 광학적 특성을 비교하여 성형용 코어면의 DLC 코팅효과에 대하여 검토하였다.
세 번째 단계에서 냉각이 이루어지고 성형렌즈를 취출하게 된다. 본 연구에서는 DLC 코팅 전후의 성형용코어를 사용하여 비구면유리렌즈를 각각 성형하였다. Table 2는 본 연구에서 사용한비구면 유리렌즈의 최적성형조건을 나타낸다.
비구면 성형용 코어와 성형렌즈의 형상정도(PV)측정은 측 정물 표면에 손상을 주지 않으며, 측정물 표면 반사도에 영향이 없는 초정밀 자유곡면 3-D 형상 측정기(일본, Pana sonic 社, UA3P)를 사용하였다.'"'"'
성형된 렌즈의 광학적 특성평가를 위해 투과파면수차(일본 Olympus 社, KIF-202T1-P55), 표면조도(미국, Zygo 社, NewView5000), 유효초점거리(독일 Trioptics 社, OptiCentric), 그리고, MTF[해상도](독일, Trioptics 社, ImageMaster Compact HR) 등을 각각 측정하고 비교 검토하였다.
연삭가공조건을 사용하여 가공완료된 성형용 코어는 형상 정도(PV) 및 표면조도(Ra)향상을 위해 비구면 폴리싱 가공기(일본, Kuroda 社, KRP-2200F)를 사용하여 폴리싱하였다. Table 1은 초경합금 성형용 코어의 연삭가공조건과 폴리싱 가공조건을 나타낸다.
대상 데이터
본 연구에서는 3 메가픽셀, 2.5배 줌 카메라폰 모듈에 사용되며 지름 4 mm(유효경 3 mm), 한면은 볼록 비구면, 반대면은 평면인 비구면 유리렌즈를 제작하였다. 볼록 비구면의 계수 식은 다음과 같다.
비구면 Glass렌즈 성형을 위하여 GMP(일본 Sumitomo 社, Nano Press-S)를 사용하였다. 유리렌즈 소재는 전이점(Trans formation point; Tg) 572°C, 항복점(Yielding point; At) 63 0°C 의 열적특성을 갖는 K-BK7(일본, Sumita 社)을 사용하였다.
비구면 유리렌즈 성형용 코어 가공을 위해 초정밀가공기 (일본 Nachi 社, ASP01)# 사용하였다 성형용 코어의 재질은 초경합금(WC, Co 0.5%)이고, 연삭가공에 사용된 공구는다이아몬드 휠 #2000을 사용하였다. 초경합금의 연삭가공조건을 구하기 위해 실험계획법(Design of Experimental; DOE) 을 사용하였다.
Press-S)를 사용하였다. 유리렌즈 소재는 전이점(Trans formation point; Tg) 572°C, 항복점(Yielding point; At) 63 0°C 의 열적특성을 갖는 K-BK7(일본, Sumita 社)을 사용하였다. K-BK7은 아베수 64.
이론/모형
초경합금의 연삭가공조건을 구하기 위해 실험계획법(Design of Experimental; DOE) 을 사용하였다. 연삭깊이, 이송속도, 주축회전속도 및 터빈회전속도를 인자로 24 요인배치법을 적용하였다. 이때, 특성치는 연삭가공 후의 표면조도(Ra)를 사용하였다.
5%)이고, 연삭가공에 사용된 공구는다이아몬드 휠 #2000을 사용하였다. 초경합금의 연삭가공조건을 구하기 위해 실험계획법(Design of Experimental; DOE) 을 사용하였다. 연삭깊이, 이송속도, 주축회전속도 및 터빈회전속도를 인자로 24 요인배치법을 적용하였다.
초정밀 연삭가공되어진 성형용 코어의 가공면에 이온 증착법으로 DLC 코팅(일보 Nanotech 社, NC400)을 수행하였다. Fig.
이때, 특성치는 연삭가공 후의 표면조도(Ra)를 사용하였다. 표면조도의 측정결과는 실험계획법 상용프로그램인 MINITAB을 이용하여 분석하였다.
성능/효과
0 nm(평면)의 결과를 얻었다. DLC 코팅 성형용 코어를 활용한 비구면 유리렌즈는 형상정도(PV) 0.171 um(비구면)와 0.141 um(평면), 표면조도(Ra) 2.6 nm(비구면)와 1.0 nm(평면)의 결과를 얻었다. DLC 코팅 후의 성형용 코어를 활용한 비구면 유리렌즈의 형상정도(PV) 및 표면조도(Ra)가 향상됨을 확인할 수 있었다.
0 nm(평면)의 결과를 얻었다. DLC 코팅 후의 성형용 코어를 활용한 비구면 유리렌즈의 형상정도(PV) 및 표면조도(Ra)가 향상됨을 확인할 수 있었다. 또한 투과파면간섭계는 0.
DLC 코팅 후의 성형용 코어를 활용한 비구면 유리렌즈의 형상정도(PV) 및 표면조도(Ra)가 향상됨을 확인할 수 있었다. 또한 투과파면간섭계는 0.319 um에서 0.295 |im로 향상되었고 MTF(해상도)는 34.3%에서 35.6%로 각각 향상됨을 알 수 있었다.
Table 3은 DLC 코팅 전후의 성형용 코어를활용하여 성형한 비구면 유리렌즈의 측정결과를 나타낸다. 성형된 렌즈의 광학적 특성 측정결과, DLC 코팅된 성형용코어를 활용하여 성형된 비구면 유리렌즈의 광학적 특성이우수함을 알 수 있었다. Fig.
성형용 초경코어면의 초정밀 연삭가공결과 형상정도(PV) 는 0.155 um(비구면)와 0.1 nm(평면), 표면조도(Ra)는 3.4 nm(비구면)와 1.9 nm(평면)인 반면, DLC 코팅을 행한 성형용 코어의 형상정도(PV)는 0.137 um(비구면)와 0.082 um(평면), 표면조도(Ra)는 2.2 nm(비구면)와 1.5 nm(평면)로 DLC 코팅으로 인해 성형용 초경코어의 형상정도(PV) 및 표면 조도(Ra)가 향상됨을 알 수 있었다.
성형용 코어의 가공면에 이온 증착법을 활용하여 DLC 코팅을 수행한 후 측정한 결과 형상정도(PV) 0.137 um(비구면) 와 0.082 uim(평면), 표면조도(Ra) 2.2 nm(비구면)와 1.5 nm (평면)의 결과를 얻었다. Fig.
연삭가공조건을 활용하여 초정밀 연삭가공한 성형용 코어를 초정밀 자유곡면 3-D 측정기와 3차원 표면조도 측정기로 측정한 결과 형상정도(PV) 0.155 um(비구면)와 0.1 um(평면), 표면조도(Ra) 3.4 nm(비구면)과 1.9 nm(평면)의 결과를 얻었다.
0 nm(평면)의 결과를 얻었다. 이는 성형용 코어의 전사성이 90~95%로서 본연구에서의 비구면 유리렌즈 성형조건의 최적화로 판단된다. Fig.
이상의 연구결과를 통하여 성형용 초경코어면의 DLC 코팅이 일반적으로 성형용 코어와 유리렌즈의 이형성 및 코어수명 향상은 물론 코어면의 형싱.정도(PV)와 표면조도(Ra)의향상에 영향을 미침을 알 수 있었고, 형상정도와 표면조도의향상이 비구면 유리렌즈의 광학적 성능 향상에 영향을 미침을 투과파면간섭과 MTF 측정결과를 통하여 알 수 있었다.
향상은 물론 코어면의 형싱.정도(PV)와 표면조도(Ra)의향상에 영향을 미침을 알 수 있었고, 형상정도와 표면조도의향상이 비구면 유리렌즈의 광학적 성능 향상에 영향을 미침을 투과파면간섭과 MTF 측정결과를 통하여 알 수 있었다.
측정결과 DLC 코팅 전 성형용 코어를 활용한 비구면 유리렌즈는 형상정도(PV) 0.187 um(비구면)와 0.161 um(평면), 표면조도(Ra) 3.0 nm(비구면)와 2.0 nm(평면)의 결과를 얻었다. DLC 코팅 성형용 코어를 활용한 비구면 유리렌즈는 형상정도(PV) 0.
유리렌즈의 형상정도와 표면조도를 측정하였다. 측정결과 전자는 형상정도(PV) 0.187 um(비구면)와 0.161 um(평면), 표면조도(Ra) 3.0 nm(비구면)와 2.0 nm(평면)의 결과를얻었다. 후자는 형상정도(PV) 0.
참고문헌 (11)
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N. Alagumurthi, K. Palaniradja, and V. Soundararajan, 'Optimization of Grinding Process Through Design of Experiment (DOE),' Materials and Manufacturing Processes, vol. 21, no. 1, pp. 19, 2006
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Technical Report of Nanotech Co. LTD, 'Introduce of Nanotech,' Nanotech Co. LTD, 2005
Hideki Tsutsumi, Keiichi Yosizumi, and Hiroyuki Takeuchi, 'Presentation of Ultrahigh Accurate 3-D Profilometer and Case Examples of Measurement,' Presentation of Matsushita Electronic Industrial Co. LTD, 2002
Keiichi Yoshizumi, Heishi Kubo, Hiroyuki Takeuchi, Koji Handa, and Takaaki Kassal, 'Ultra Accurate 3-D Profilometer Using Atomic Force Probe Measure Nanometer,' 情密工學會誌, vol. 68, no. 3, pp. 361, 2002
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