KR102178589B1 - 다중 초점 투과 렌즈 및 그 제조 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 다중 초점 투과 렌즈 및 그 제조 방법에 관한 것으로서, 특히, 평판 상의 웨이퍼의 일면을 소정 패턴의 음각으로 에칭하여 베이스 바디를 준비하는 웨이퍼 에칭 단계, 상기 웨이퍼 에칭 단계를 통하여 형성된 상기 베이스 바디의 소정 패턴의 음각 부위 및 상기 일면을 덮도록 폴리디메틸실록산(PDMS, Polydimethylsiloxane) 재질로 몰딩하여 성형체를 성형하는 몰딩 단계, 상기 몰딩 단계에 의하여 성형된 성형체를 상기 베이스 바디로부터 분리하는 성형물 분리 단계, 상기 성형물 분리 단계를 통해 분리된 상기 성형체의 일면에 소정 물질을 증착시키는 증착 단계 및 상기 증착 단계에 증착된 상기 소정 물질 중 상기 성형물의 일면과 평행된 부위를 에칭 제거하는 성형체 에칭 단계를 포함함으로써, 핀홀 효과를 증대시켜 다중 초점이 형성되는 화상이 투과 가능한 바, 사용자의 눈이 쉽게 피로해지는 것을 방지하는 이점을 제공한다.

Description

다중 초점 투과 렌즈 및 그 제조 방법{LENS AVAILABLE PASSING MULTI FOCUS ABOUT IMAGE AND MANUFACTURING METHOD FOR THE SAME}

본 발명은 다중 초점 투과 렌즈 및 그 제조 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 투사되는 이미지의 초점을 다수 개소에서 형성하여 보다 선명하고 사용자의 눈의 피로감을 덜어줄 수 있는 다중 초점 투과 렌즈 및 그 제조 방법에 관한 것이다.

가상 현실 기술은, 국방, 건축, 관광, 영화, 멀티미디어, 게임 분야 등에 널리 적용되고 있다. 가상 현실은 입체 영상 기술을 이용하여 실제 환경과 유사하게 느껴지는 특정한 환경 또는 상황을 널리 총칭한다.

이와 같은 가상 현실 기술은, 개인 몰입형 장치를 통해 구현되는데, 개인 몰입형 장치는 HMD(Head Mounted Display), FMD((Face Mounted Display), EDG(Eye Glasses-type Display) 등 다양한 형태로 개발되고 있다. 개인 몰입형 장치는 가상 현실(Virtual Reality, VR) 기기 또는 증강 현실(Augmented Reality, AR) 기기로 나뉘어진다.

가상 현실 기기는 HMD나 FMD 형태의 디자인으로 개발되고 있는 한편, 증강 현실 기기는 외부 환경의 투시와 영상 디스플레이가 가능한 EDG 형태로 개발되고 있다.

도 1은 증강 현실 기기를 이용한 사용 태양을 간략화한 구성도이다.

종래의 증강 현실 기기(6)는, 미도시의 프로젝터 또는 영상 출력부로부터 출력된 영상을 표시하는 표시패널(2)에 표시된 정적 이미지 또는 동적 이미지를 어안 렌즈(Fisheye)(4)를 통해 외부 환경과 함께 투사하여 사용자의 눈으로 전달하도록 구비되어 있다.

그러나, 이와 같은 구성의 종래의 증강 현실 기기(6)는, 사용자가 실제 바라보는 물체와 어안 렌즈를 통해 구현되는 영상 사이에 초점 불일치 문제로 인해 특정 물체나 영상만 또렷하게 보이는 한편 나머지 물체는 흐릿하게 보여 사용자의 눈이 쉽게 피로가 쌓이는 단점을 가진다.

본 발명은 상기한 기술적 과제를 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 사용자의 눈의 피로감을 덜어주고, 생동감 있는 증강현실 화면을 사용자에게 제공할 수 있는 다중 초점 투과 렌즈 및 그 제조 방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

본 발명에 따른 다중 초점 투과 렌즈의 제조 방법의 일 실시예는, 평판 상의 웨이퍼의 일면을 소정 패턴의 음각으로 에칭하여 베이스 바디를 준비하는 웨이퍼 에칭 단계, 상기 웨이퍼 에칭 단계를 통하여 형성된 상기 베이스 바디의 소정 패턴의 음각 부위 및 상기 일면을 덮도록 폴리디메틸실록산(PDMS, Polydimethylsiloxane) 재질로 몰딩하여 성형체를 성형하는 몰딩 단계, 상기 몰딩 단계에 의하여 성형된 성형체를 상기 베이스 바디로부터 분리하는 성형물 분리 단계, 상기 성형물 분리 단계를 통해 분리된 상기 성형체의 일면에 소정 물질을 증착시키는 증착 단계 및 상기 증착 단계에 증착된 상기 소정 물질 중 상기 성형물의 일면과 평행된 부위를 에칭 제거하는 성형체 에칭 단계를 포함할 수 있다.

여기서, 상기 웨이퍼 에칭 단계에서 에칭되는 상기 웨이퍼는 실리콘 재질의 실리콘 웨이퍼일 수 있다.

또한, 상기 소정 패턴은, 상기 성형체에 사각 형상의 양각 돌기가 다수개 형성되도록 격자 형상으로 형성될 수 있다.

또한, 상기 증착 단계는, 알루미늄 재질을 이방성으로 증착시키는 단계일 수 있다.

또한, 상기 성형체 에칭 단계는, 플라즈마 에칭 공법으로 에칭시키는 단계일 수 있다.

또한, 상기 성형체 에칭 단계에 의하여 에칭된 상기 성형체를 일반 렌즈의 표면에 결합시키는 렌즈 결합 단계를 더 포함하고, 상기 렌즈 결합 단계는, 상기 성형체의 평면 부위를 상기 일반 렌즈의 표면 곡률에 매칭되게 밴딩 결합시키는 단계일 수 있다.

본 발명에 따른 다중 초점 투과 렌즈의 일 실시예는, 상기 제조 방법에 의해 생산될 수 있다.

본 발명에 따른 다중 초점 투과 렌즈의 다른 실시예는, 사용자의 눈(또는 망막)과 광 형태로서 입사되는 외부 환경 이미지 및 프로젝터로부터 송출된 가상 이미지 사이에 구비된 성형체 및 기 성형체의 일면이 접하도록 결합되는 소정의 곡면을 가진 일반 렌즈를 포함하고, 기 일반 렌즈의 소정의 곡면에 접합된 상기 성형체의 외측면에는, 평행되게 입사되는 상기 외부 환경 이미지 및 가상 이미지를 각각 상기 사용자의 눈(또는 망막)을 향하여 반사 굴절시키는 반사면이 구비된 다수의 미세 채널이 형성될 수 있다.

본 발명에 따른 다중 초점 투과 렌즈 및 그 제조 방법의 일 실시예에 따르면 다음과 같은 다양한 효과를 달성할 수 있다.

첫째, 다수의 격자 구멍을 가진 돌출부를 통해 광을 투사시켜 다중 초점을 구현하므로, 사용자가 증강 현실 기기를 사용하면서 눈이 쉽게 피로해지는 것을 방지할 수 있는 효과를 가진다.

둘째, 비교적 간단한 제조 방법으로 제조 가능하므로, 제품의 제조 단가를 절감시키는 효과를 가진다.

도 1은 종래의 증강 현실 기기를 이용한 사용 태양을 간략화한 구성도이고,
도 2는 본 발명에 따른 다중 초점 투과 렌즈의 원리를 설명하기 위한 사용례이며,
도 3 내지 도 6은 본 발명에 따른 다중 초점 투과 렌즈의 제조 방법을 나타낸 제조 방법도이며,
도 7은 본 발명에 따른 다중 초점 투과 렌즈의 제조 방법의 일 실시예를 나타낸 순서 블록도이다.

이하, 본 발명에 따른 다중 초점 투과 렌즈 및 그 제조 방법의 일 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하기로 한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명의 실시예를 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 실시예에 대한 이해를 방해한다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.

본 발명의 실시예의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제1, 제2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 또한, 다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가진 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

도 2는 본 발명에 따른 다중 초점 투과 렌즈의 원리를 설명하기 위한 사용례이고, 도 3 내지 도 6은 본 발명에 따른 다중 초점 투과 렌즈의 제조 방법을 나타낸 제조 방법도이며, 도 7은 본 발명에 따른 다중 초점 투과 렌즈의 제조 방법의 일 실시예를 나타낸 순서 블록도이다.

본 발명에 따른 다중 초점 투과 렌즈의 일 실시예는, 도 2 내지 도 7에 참조된 바와 같이, 사용자의 눈(또는 망막)(1)과 광 형태로서 입사되는 외부 환경 이미지 및 프로젝터로부터 송출된 가상 이미지 사이에 구비된 성형체(100)와, 성형체(100)의 일면이 접하도록 결합되는 소정의 곡면을 가진 일반 렌즈(300)를 포함하고, 일반 렌즈(300)의 소정의 곡면에 접합된 성형체(100)의 외측면에는, 평행되게 입사되는 상기 외부 환경 이미지 및 가상 이미지를 각각 상기 사용자의 눈(또는 망막)(1)을 향하여 반사시키는 반사면(130)이 구비된 다수의 미세 채널(120)이 형성될 수 있다.

성형체(100)의 외측면에 형성된 다수의 미세 채널(120)을 통하여 상술한 외부 환경 이미지 및 가상 이미지가 통과하고, 사용자는 눈(또는 망막)(1) 조절을 통하여 특정 미세 채널(120)을 통해 초점을 맞추게 되면, 특정 미세 채널(120)을 통하여 입사되는 이미지는 선명하게 보이고 나머지 미세 채널(120)을 통하여 입사되는 이미지는 흐릿하게 보이는 현상을 경험할 수 있다.

본 발명에 따른 다중 초점 투과 렌즈의 제조 방법은, 증강 현실 기기를 통하여 투사되는 외부 이미지 및 프로젝터를 통하여 송출되는 가상 이미지가 다양한 초점을 형성하면서 사용자의 눈(또는 망막)(1)으로 공급되도록 개선 설계한 렌즈의 제조 방법에 관한 것이다.

이를 위해, 본 발명에 따른 다중 초점 렌즈의 일 실시예는, 도 2에 참조된 바와 같이, 사용자의 눈(망막)(1) 앞에 다수의 정사각형 튜브 형상의 채널(120)이 구비되고, 다수의 정사각형 튜브 형상의 내부에는 별도의 굴절 렌즈가 필요 없이 각각 광 투사 방향에 대하여 적어도 둔각을 형성하는 반사면(130)을 구비할 수 있다.

여기서, 반사면(130)은, 정사각형의 너비(즉, 일변의 길이)에 대하여 투사 방향으로 2배 내지는 3배에 해당하는 깊이를 가지도록 정사각형 튜브 형상의 채널(120) 내측면에 형성될 수 있다. 이에 대해서는 뒤에 보다 상세하게 설명하기로 한다.

이와 같은 다수의 반사면(130)이 형성된 다수의 정사각형 튜브 형상의 채널(120)에 의하여, 사용자의 눈에 입사되는 화상은 다수의 초점이 형성되는 일종의 핀홀 효과(Pin-hole Effect)를 달성할 수 있다. 핀홀 효과가 구현되는 본 발명에 따른 다중 초점 렌즈의 일 실시예에 따르면, 프로젝터 또는 외부의 환경 이미지가 광 형태로 투사될 때 사용자는 평소 3차원 환경을 주시할 때와 마찬가지의 눈(망막)(1)의 조절을 통해 다수의 초점으로 구현되는 이미지를 입사받게 됨으로써, 눈의 피로감이 크게 저하되는 이점을 가질 수 있다.

본 발명에 따른 다중 초점 투과 렌즈의 제조 방법은, 상술한 핀홀 효과가 구현되는 렌즈(300)의 제조 방법을 개시하되, 매우 간명한 방법으로 제조할 수 있으므로, 생산성이 크게 향상됨은 물론 제품의 제조 단가를 절감시킬 수 있다.

이와 같은 효과를 달성하는 본 발명에 따른 다중 초점 투과 렌즈의 제조 방법의 일 실시예는, 도 2 내지 도 7에 참조된 바와 같이, 평판 상의 웨이퍼의 일면을 소정 패턴의 음각으로 에칭하여 베이스 바디(200)를 준비하는 웨이퍼 에칭 단계(S10)와, 웨이퍼 에칭 단계(S10)를 통하여 형성된 베이스 바디(200)의 소정 패턴의 음각 부위 및 일면을 덮도록 폴리디메틸실록산(PDMS, Polydimethylsiloxane) 재질로 몰딩하여 성형체(100)를 성형하는 몰딩 단계(S20)와, 몰딩 단계(S20)에 의하여 성형된 성형체(100)를 베이스 바디(200)로부터 분리하는 성형물 분리 단계(S30)와, 성형물 분리 단계(S30)를 통해 분리된 성형체(100)의 일면에 소정 물질을 증착시키는 증착 단계(S40) 및 증착 단계(S40)에 의하여 증착된 소정 물질 중 성형물의 일면과 평행된 부위를 에칭 제거하는 성형체 에칭 단계(S50)를 포함할 수 있다.

웨이퍼 에칭 단계(S10)에서 에칭되는 소정 패턴은, 상술한 바와 같이, 후술하는 성형체(100)의 일면에 기하학적인 정사각형 튜브 형상의 채널(120)이 구비되도록 형성됨이 바람직하다. 보다 바람직하게는, 소정 패턴은, 성형체(100)에 사각 형상의 채널(120)이 다수개 형성되도록 다수의 양각 돌기(210)가 외측으로 돌출되게 형성될 수 있다.

여기서, 소정 패턴의 깊이는, 후술하는 바와 같이, 몰딩 단계(S20)에서 성형되는 성형체(100)에 형성된 다수의 격자 구멍(120)을 가진 돌출부(110)의 높이에 대응되되, 정사각형의 일변(일면의 길이)에 비하여 2배 내지 3배의 길이를 가지도록 형성될 수 있다.

한편, 웨이퍼 에칭 단계(S10)에서 에칭되는 평판 상의 웨이퍼는, 실리콘은 실리콘 웨이퍼로 구비되되, 상술한 바와 같은 소정 패턴의 음각의 깊이를 고려하여 적어도 웨이퍼 에칭 단계(S10)에서 형성되는 정사각형 튜브의 일변의 길이보다 4배 이상 큰 두께를 가진 실리콘 웨이퍼로 구비됨이 바람직하다.

몰딩 단계(S20)에서, PDMS 재질로 몰딩되는 성형체(100)는, 웨이퍼 에칭 단계(S10)에서 에칭을 통해 형성된 소정 패턴의 음각 내부로 유입되도록 몰딩되되, 다수의 격자 구멍(120)을 가진 돌출부(110)의 저면으로부터 대략 소정의 두께를 형성하도록 몰딩되며, 성형체(100)의 일면으로는 상술한 음각 내부에 의하여 다수의 돌출부(110)로 형성됨과 아울러, 성형체(100)의 타면은 평탄하게 형성될 수 있다.

몰딩 단계(S20)에서, PDMS 재질로 몰딩되어 성형된 성형체(100)는, 도 4에 참조된 바와 같이, 성형물 분리 단계(S30)를 통해 분리될 수 있다.

성형물 분리 단계(S30)에 의하여 분리된 성형체(100)는, 상술한 바와 같이, 일면으로는 다수의 격자 구멍(120)을 가진 돌출부(110)가 형성되고, 타면은 평평하게 형성될 수 있다. 여기서, 성형체(100)는, 프로젝터 및 증강 현실 기기의 외부로부터 유입되어 투사되는 외부 환경 이미지가 투광되어 사용자의 눈으로 투사되도록 투명하게 형성될 수 있다.

한편, 증착 단계(S40)에서 증착되는 소정 물질은 알루미늄 재질로 이루어질 수 있다. 다만, 증착 단계(S40)에서 알루미늄 재질이 증착되는 부위는 성형체(100)의 다수의 격자 구멍(120)이 형성된 돌출부(110)가 구비된 일면으로서, 상기 격자 구멍(120)의 내부에 균일한 두께로 알루미늄 재질이 증착되도록 이방성으로 증착되는 것이 바람직하다.

이로 인해, 도 5의 (a)에 참조된 바와 같이, 알루미늄 재질은 격자 구멍(120)의 저면 뿐만 아니라 격자 구멍(120)의 측면에도 균일하게 증착됨은 물론, 돌출부(110)의 외면에도 알루미늄 재질이 증착될 수 있다. 성형체(100)의 일면에 증착된 알루미늄 재질은 후술하는 일반 렌즈(300)에 결합된 후 투사되는 광을 소정 각도 굴절시키는 역할을 할 수 있다.

이와 같이, 증착 단계(S40)에 의하여 알루미늄 재질이 증착된 후에는 성형체 에칭 단계(S50)를 통하여 증착된 알루미늄 층(150) 일부를 에칭시켜 제거할 수 있다.

보다 상세하게는, 도 5의 (b)에 참조된 바와 같이, 성형체(100)의 일면에 증착된 알루미늄 층(150)은, 상술한 플라즈마 에칭 공법을 통해 광이 투사되는 방향의 면 부위만 선택적으로 에칭 제거될 수 있다.

따라서, 전방의 프로젝터를 통하여 입사되는 광 또는 외부의 환경 이미지인 광은 직진성을 가지고 투사되는 직진광과 알루미늄 층(150)을 통해 반사되는 반사광으로 분류될 수 있다. 여기서, 알루미늄 층(150)이 제거되어 직진광이 투과하는 부위는 상술한 격자 구멍(120)에 의하여 형성되는 부위로서 마이크로 단위의 미세 채널(120)로 정의할 수 있고, 이때, 알루미늄 층(150)이 제거되지 않고 반사광을 형성하는 부위를 반사면(130)이라 정의할 수 있다.

이를 통해, 사용자의 일반적인 망막(1)의 조절을 통해 다중 초점의 핀홀 효과를 창출할 수 있게 된다. 이에 대해서는 뒤에 보다 상세하게 설명한다.

본 발명에 따른 다중 초점 투과 렌즈의 제조 방법의 일 실시예는, 도 6에 참조된 바와 같이, 성형체 에칭 단계(S50)에 의하여 에칭된 성형체(100)를 일반 렌즈(300)의 표면에 결합시키는 렌즈 결합 단계(S60)를 더 포함할 수 있다.

렌즈 결합 단계(S60)는, 상술한 성형체(100)의 평면 부위를 일반 렌즈(300)의 표면 곡률에 매칭되게 밴딩 결합시키는 단계로 정의될 수 있다.

여기서, 일반 렌즈(300)는, 전체적으로 동일한 두께의 렌즈(300)로서 일면에 부착되는 성형체(100)가 소정 곡률로 밴딩되어 부착되도록 소정의 표면 곡률을 가지도록 형성될 수 있다. 일반 렌즈(300)는 소정의 표면 곡률을 가질 수 있다. 일반 렌즈(300)는 초점이 양의 또는 음의 무한대이거나 매우 큰 값이 바람직하다.

이와 같이 제조된 본 발명에 따른 다중 초점 렌즈에 의하면, 도 2에 참조된 바와 같이, 평행되게 입사되는 다수의 초점을 가진 다수의 이미지(여기의 다수의 이미지에는 증강 현실 기기의 외부로부터 입사되는 환경 이미지 및 프로젝터를 통한 가상 이미지를 모두 포함함)가 평행되게 입사된 후 입사되는 위치에 따라 다수의 격자 구멍(120) 내의 내측면에 증착 형성된 반사면(130)을 통해 다중 초점을 형성하면서 사용자의 망막(1)으로 투사됨으로써, 사용자의 망막(1)의 두께 조절만으로도 초점 조절이 가능하다. 따라서, 사용자의 눈(1)이 쉽게 피로해지는 것을 방지할 수 있을 뿐만 아니라, 프로젝터를 통한 이미지와 함께 외부 환경 이미지와의 자유로운 초점 조절이 가능하므로 보다 현실감 있는 증강현실 체험이 가능한 이점을 가진다.

이상, 본 발명에 따른 다중 초점 투과 렌즈 및 그 제조 방법의 일 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하였다. 그러나, 본 발명의 실시예가 반드시 상술한 일 실시예에 의하여 한정되는 것은 아니고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의한 다양한 변형 및 균등한 범위에서의 실시가 가능함은 당연하다고 할 것이다. 그러므로, 본 발명의 진정한 권리범위는 후술하는 청구범위에 의하여 정해진다고 할 것이다.

100: 성형체 110: 돌출부
120: 격자 구멍(또는 채널) 130: 반사면
150: 알루미늄 층 200: 베이스 바디
210: 양각 돌기 300: 렌즈
S10: 웨이퍼 에칭 단계 S20: 몰딩 단계
S30: 성형물 분리 단계 S40: 증착 단계
S50: 성형체 에칭 단계 S60: 렌즈 결합 단계

Claims (8)

1. 사용자의 눈(또는 망막)과 광 형태로서 입사되는 외부 환경 이미지 및 프로젝터로부터 송출된 가상 이미지 사이에 구비된 성형체; 및
   상기 성형체의 일면이 접하도록 결합되는 소정의 곡면을 가진 일반 렌즈; 를 포함하고,
   상기 일반 렌즈의 소정의 곡면에 접합된 상기 성형체의 외측면에는, 입사되는 상기 외부 환경 이미지 및 가상 이미지를 각각 상기 사용자의 눈(또는 망막)을 향하여 반사시키는 반사면이 구비된 다수의 미세 채널이 형성된, 다중 초점 투과 렌즈.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 미세 채널은 단면이 정사각형인 튜브 형상인 것인, 다중 초점 투과 렌즈.
3. 제 2 항에 있어서,
   상기 반사면의 길이는 상기 정사각형의 일변의 길이의 2배 내지 3배인 것인, 다중 초점 투과 렌즈.
4. 삭제
5. 삭제
6. 삭제
7. 삭제
8. 삭제

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