KR102487512B1 - Stretchable lens with compound eye structure and manufacturing method thereof - Google Patents
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Abstract
본 발명의 신축성을 갖는 겹눈 구조 모사 렌즈를 제조방법은 기판 상에 디스펜서 인쇄 기법으로 액체상의 신축성 소재를 디스펜싱하고 경화시켜 반구형의 매크로 렌즈 형상을 형성하는 단계와, 반구형의 매크로 렌즈 형상 표면에 고체상의 원형 마이크로 입자를 러빙(rubbing)하여 마이크로 입자 단일층을 형성하는 단계와, 기판 표면과 마이크로 입자 단일층이 형성된 매크로 렌즈 형상 표면에 유착 방지(anti-adhesion)를 위해 소수성 표면 처리를 하는 단계와, 매크로 렌즈 형상이 형성된 기판 위에 액체상의 신축성 소재를 붓고 경화시키고, 경화된 신축성 소재를 박리시켜 몰드를 얻는 단계와, 해당 몰드를 이용하여 신축성 겹눈 구조 모사 렌즈를 형성하는 단계를 포함한다.The method of manufacturing a compound eye structure simulant lens having elasticity of the present invention includes the steps of dispensing and curing a liquid stretchable material on a substrate by a dispenser printing technique to form a hemispherical macro lens shape, and forming a solid phase on the surface of the hemispherical macro lens shape Forming a micro-particle monolayer by rubbing circular micro-particles of the step, and hydrophobic surface treatment for anti-adhesion on the surface of the substrate and the macro lens-shaped surface on which the micro-particle monolayer is formed; , pouring and curing a liquid stretchable material on a substrate on which a macro lens shape is formed, peeling off the hardened stretchable material to obtain a mold, and forming a stretchable compound eye structure simulating lens using the mold.
Description
겹눈 구조를 모사한 렌즈 제조 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 디스펜싱 인쇄 기법과 마이크로 입자의 러빙 공정을 이용하여 겹눈 구조 모사 렌즈를 제조하는 방법에 관한 것이다.It relates to a method for manufacturing a lens that simulates a compound eye structure, and more particularly, to a method for manufacturing a compound eye structure-simulating lens using a dispensing printing technique and a micro-particle rubbing process.
카메라는 인간의 눈의 구조인 단일 렌즈 눈의 구조와 기능을 모방해서 개발되었다. 이러한 견지에서 곤충 등의 눈의 구조인 겹눈 구조를 모방하여 새로운 시각 시스템을 개발하려는 노력이 계속 이루어지고 있다. 겹눈 시각 시스템의 모방 연구는 겹눈 이미징 시스템에 대한 연구, 겹눈 구조 모사 렌즈에 대한 연구 등이 있다.The camera was developed by mimicking the structure and function of the single-lens eye, the structure of the human eye. From this point of view, efforts are being made to develop a new visual system by imitating the compound eye structure, which is the structure of the eyes of insects and the like. Research on imitation of the compound eye visual system includes research on the compound eye imaging system and research on the compound eye structure mimic lens.
겹눈 구조 모사 렌즈는 곤충에서 일반적으로 관찰되는 겹눈 구조를 모사한 광학 요소 중 하나로, 넓은 시야각, 낮은 수차, 그리고 높은 광 민감성 등의 광학적 특성을 지니고 있다. 겹눈 구조 모사 렌즈를 제작하기 위해 기계적인 정밀 가공, 레이저 가공, 포토리소그래피 등 다양한 방법들이 연구되고 있다. 하지만 이러한 종래의 방법들은 렌즈 제작에 있어 공정 시간이 길고 비용이 많이 든다는 단점이 있다.A compound eye structure simulation lens is one of the optical elements that mimics a compound eye structure commonly observed in insects, and has optical properties such as a wide viewing angle, low aberration, and high light sensitivity. Various methods, such as mechanical precision processing, laser processing, and photolithography, are being studied to produce compound eye structure-simulating lenses. However, these conventional methods have a disadvantage in that the process time is long and the cost is high in manufacturing the lens.
종래의 방법들이 지닌 단점을 일부 보완하는 방법으로 액체상에서 마이크로 입자의 자기조립을 이용하여 겹눈 구조 모사 렌즈를 제조하는 방법이 있다. 이 방법은 기계적인 정밀 가공, 레이저 가공, 포토리소그래피 등의 방법에 비하여 상대적으로 공정이 단순하다는 장점이 있지만, 대면적 렌즈에 적용하기 어렵고 액체상에서 마이크로 입자를 제어하기가 어렵다는 단점이 있다. As a method to partially compensate for the disadvantages of conventional methods, there is a method of manufacturing a compound eye structure simulation lens using self-assembly of microparticles in a liquid phase. This method has the advantage of relatively simple process compared to methods such as mechanical precision processing, laser processing, and photolithography, but has a disadvantage in that it is difficult to apply to a large-area lens and difficult to control microparticles in a liquid phase.
또한, 이미 제조된 겹눈 구조 모사 렌즈의 광학적 특성을 조절하여 사용할 수 있는 방법이 요구되고 있다. 열 팽창(Thermal expansion)을 이용하여 렌즈의 광학적 특성을 조절하는 방법, 액체 렌즈에 액체를 주입하여 광학적 특성을 조절하는 방법, 화학적 팽창(Chemically swelling)을 이용하여 광학적 특성을 조절하는 방법이 있으나 광학적 특성을 조절하는 환경이 다소 제한적이라는 문제가 있다.In addition, there is a demand for a method capable of adjusting the optical properties of an already manufactured compound eye structure simulating lens. There are methods for adjusting the optical properties of a lens using thermal expansion, a method for adjusting optical properties by injecting a liquid into a liquid lens, and a method for adjusting optical properties using chemical swelling. There is a problem that the environment for controlling the characteristics is somewhat limited.
본 발명은 겹눈 구조 모사 렌즈를 단순한 제조 공정을 통해 공정 복잡도와 제조 시간 및 제조 비용을 줄일 수 있는 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.An object of the present invention is to provide a manufacturing method capable of reducing process complexity, manufacturing time and manufacturing cost through a simple manufacturing process of a compound eye structure simulation lens.
또한, 본 발명은 신축성 소재를 이용하여 렌즈를 제작하여 스트레인 정도에 따라 간단하게 광학적 특성이 조절되는 겹눈 구조 모사 렌즈를 제공하는 것을 또 다른 목적으로 한다.In addition, another object of the present invention is to provide a compound eye structure-simulating lens in which optical characteristics are simply adjusted according to the degree of strain by manufacturing a lens using an elastic material.
본 발명의 일 실시 예에 따르면, 신축성 겹눈 구조 모사 렌즈의 제조 방법은 기판 상면에 액체상의 신축성 소재를 분사(dispensing)하고 경화(curing)시켜 매크로 렌즈 형상을 포함하는 제1 구조물을 형성하는 단계와, 제1 구조물의 매크로 렌즈 형상 표면에 고체상의 마이크로 입자를 러빙(rubbing)하여 마이크로 입자 단일층을 형성하는 단계와, 제1 구조물의 역 구조물 형상으로 제2 구조물을 형성하는 단계와, 제2 구조물을 몰드로 하여 액체상의 투명한 신축성 소재로 제1 구조물 형상의 겹눈 구조 모사 렌즈를 제조하는 단계를 포함한다.According to an embodiment of the present invention, a method of manufacturing a stretchable compound eye structure simulated lens includes the steps of dispensing and curing a liquid stretchable material on an upper surface of a substrate to form a first structure including a macro lens shape; Forming a single layer of microparticles by rubbing solid microparticles on the macrolens-shaped surface of the first structure, forming a second structure in the inverse shape of the first structure, and manufacturing a compound eye structure simulating lens in the shape of a first structure with a liquid transparent stretchable material using a mold as a mold.
추가적으로, 제2 구조물을 형성하는 단계는 마이크로 입자 단일층이 형성된 제1 구조물에 대하여 소수성 표면 처리를 하는 단계와, 제1 구조물 상부에 액체상의 신축성 소재를 부어 제2 구조물을 경화시키는 단계와, 경화된 제2 구조물을 제1 구조물과 박리하는 단계를 포함할 수 있다.Additionally, the forming of the second structure includes the steps of performing hydrophobic surface treatment on the first structure on which the micro particle monolayer is formed, curing the second structure by pouring a liquid stretchable material on top of the first structure, and curing the second structure. It may include the step of separating the second structure and the first structure.
추가적으로, 겹눈 구조 모사 렌즈를 제조하는 단계는 제2 구조물에 대하여 소수성 표면 처리를 하는 단계와, 제2 구조물 상부에 액체상의 신축성 소재를 붓고 경화시키는 단계와, 경화된 겹눈 구조 모사 렌즈를 제2 구조물과 박리하는 단계를 포함할 수 있다.Additionally, the manufacturing of the compound eye structure simulating lens includes the steps of subjecting the second structure to a hydrophobic surface treatment, pouring and curing a liquid stretchable material on top of the second structure, and curing the cured compound eye structure simulating lens to the second structure and peeling off.
본 발명의 일 양상에 따르면, 신축성 겹눈 구조 모사 렌즈는 매크로 렌즈와, 확장부를 포함한다. 매크로 렌즈 표면에는 복수의 마이크로 렌즈가 형성되어 있으며, 확장부는 매크로 렌즈를 둘러싸며 형성된다. 이때, 마이크로 렌즈, 매크로 렌즈 및 확장부는 동일한 신축성 소재로 이루어진 투명한 탄성 중합체이며 몰드를 통해 동시에 형성된다.According to one aspect of the present invention, the flexible compound eye structure simulating lens includes a macro lens and an extension part. A plurality of micro lenses are formed on the surface of the macro lens, and the extension part is formed surrounding the macro lens. In this case, the micro lens, the macro lens, and the expansion part are transparent elastic polymers made of the same stretchable material and are simultaneously formed through a mold.
신축성 소재는 PDMS(Polydimethyl siloxane), PU(Poly Urethane), EcoFlex, SEBS(Styrene Ethylene Butylene Styrene), PVDF-HFP(Poly vinlylidene fluoride-hexafluoropropvylene) 및 PMMA(Poly Methyl Metha Crylate) 중 어느 하나일 수 있다.The stretchable material may be any one of PDMS (Polydimethyl siloxane), PU (Poly Urethane), EcoFlex, SEBS (Styrene Ethylene Butylene Styrene), PVDF-HFP (Poly vinlylidene fluoride-hexafluoropropvylene), and PMMA (Poly Methyl Metha Crylate).
본 발명에 의하면 겹눈 구조 모사 렌즈를 단순한 제조 공정으로 제조 시간 및 제조 비용을 줄여 제조할 수 있다.According to the present invention, it is possible to manufacture a compound eye structure simulated lens through a simple manufacturing process by reducing manufacturing time and manufacturing cost.
또한, 본 발명에 의하면 겹눈 구조 모사 렌즈는 하나의 신축성 소재를 사용하여 제작되어 스트레인을 달리하여 간단하게 렌즈의 광학적 특성을 조절할 수 있다.In addition, according to the present invention, the compound eye structure simulated lens is manufactured using a single stretchable material, so that the optical characteristics of the lens can be easily adjusted by varying the strain.
도 1은 일 실시 예에 따르는 신축성 겹눈 구조 모사 렌즈 제조 공정을 개념적으로 도시한 것이다.
도 2는 일 실시 예에 따르는 신축성 겹눈 구조 모사 렌즈 제조 공정의 절차를 도시한 절차도이다.
도 3은 일 실시 예에 따른 제조 공정에 따라 제조된 겹눈 구조 모사 렌즈의 예를 도시하고 있다.
도 4는 일 실시 예에 따른 제조 공정에 따라 제조된 겹눈 구조 모사 렌즈를 주사 전자 현미경으로 촬영한 사진이다.
도 5는 일 실시 예에 따른 제조 공정에 따라 제조된 겹눈 구조 모사 렌즈의 상 맺힘 특성을 나타낸 것이다.
도 6은 외부 스트레인에 따라 겹눈 구조 모사 렌즈를 신장시킨 예를 촬영한 사진이다.
도 7은 신축성 겹눈 구조 모사 렌즈의 광학적 특성 조절에 대한 개념도이다.
도 8은 신축성 겹눈 구조 모사 렌즈의 외부 스트레인 분산 특성을 도시하고 있다.1 conceptually illustrates a manufacturing process of a flexible compound eye structure simulating lens according to an embodiment.
2 is a flowchart illustrating a process of manufacturing a flexible compound eye structure simulating lens according to an embodiment.
3 illustrates an example of a compound eye structure simulated lens manufactured according to a manufacturing process according to an embodiment.
4 is a photograph taken with a scanning electron microscope of a compound eye structure simulation lens manufactured according to a manufacturing process according to an embodiment.
5 illustrates image formation characteristics of a compound eye structure simulation lens manufactured according to a manufacturing process according to an embodiment.
6 is a photograph of an example in which a compound eye structure simulation lens is stretched according to an external strain.
7 is a conceptual diagram for adjusting the optical properties of a flexible compound eye structure simulating lens.
8 illustrates the external strain distribution characteristics of the flexible compound eye structure simulated lens.
전술한, 그리고 추가적인 양상들은 첨부된 도면을 참조하여 설명하는 실시 예들을 통해 구체화된다. 각 실시 예들의 구성 요소들은 다른 언급이나 상호간에 모순이 없는 한 실시 예 내에서 다양한 조합이 가능한 것으로 이해된다. 블록도의 각 블록은 어느 경우에 있어서 물리적인 부품을 표현할 수 있으나 또 다른 경우에 있어서 하나의 물리적인 부품의 기능의 일부 혹은 복수의 물리적인 부품에 걸친 기능의 논리적인 표현일 수 있다. 때로는 블록 혹은 그 일부의 실체는 프로그램 명령어들의 집합(set)일 수 있다. 이러한 블록들은 전부 혹은 일부가 하드웨어, 소프트웨어 혹은 이들의 결합에 의해 구현될 수 있다.The foregoing and additional aspects are embodied through embodiments described with reference to the accompanying drawings. It is understood that the components of each embodiment are possible in various combinations within an embodiment unless otherwise stated or contradictory to each other. Each block in the block diagram may represent a physical component in one case, but in another case, it may be a logical representation of a function of a portion of a function of one physical component or a function across multiple physical components. Sometimes the substance of a block or part thereof may be a set of program instructions. All or part of these blocks may be implemented by hardware, software, or a combination thereof.
도 1은 일 실시 예에 따르는 신축성 겹눈 구조 모사 렌즈 제조 공정을 개념적으로 도시하고 있다. 1 conceptually illustrates a manufacturing process of a flexible compound eye structure simulating lens according to an embodiment.
도 1에 따르면, 신축성을 갖는 겹눈 구조 모사 렌즈를 제조하기 위해서는 미리 고온으로 가열된 유리 기판 상에 디스펜서 인쇄 기법으로 액체상의 신축성 소재를 디스펜싱하고 경화시켜 반구형의 매크로 렌즈 형상을 얻는다. 이때 신축성 소재로 PDMS(Polydimethyl siloxane)가 사용될 수 있다. 이에 제한되는 것은 아니며 PU(Poly Urethane), EcoFlex, SEBS(Styrene Ethylene Butylene Styrene), PVDF-HFP(Poly Vinlylidene fluoride-hexafluoropropylene), PMMA(Poly Methyl Metha Crylate) 등이 사용될 수 있다. 액체상의 신축성 소재를 디스펜싱하는 기판은 유리 기판이 일반적으로 사용되나 이에 제한되는 것은 아니며 석영(Quartz) 기판, 실리콘(Si) 기판 등의 표면이 깨끗하고 평평한 기판이면 사용될 수 있다. 기판 상에 디스펜싱된 액체상의 신축성 소재가 퍼지지 않고 반구형으로 경화되도록 기판을 고온으로 미리 가열하는데 이때의 가열 온도는 약 80~200도 정도이며 120도로 가열하는 것이 바람직하다.According to FIG. 1, in order to manufacture a compound eye structure simulation lens having elasticity, a liquid stretchable material is dispensed and cured using a dispenser printing technique on a glass substrate heated to a high temperature in advance to obtain a hemispherical macro lens shape. At this time, PDMS (Polydimethyl siloxane) may be used as an elastic material. It is not limited thereto, and PU (Poly Urethane), EcoFlex, SEBS (Styrene Ethylene Butylene Styrene), PVDF-HFP (Poly Vinlylidene fluoride-hexafluoropropylene), PMMA (Poly Methyl Metha Crylate), and the like may be used. As a substrate for dispensing the liquid stretchable material, a glass substrate is generally used, but is not limited thereto, and any substrate having a clean and flat surface, such as a quartz substrate or a silicon (Si) substrate, may be used. The substrate is pre-heated to a high temperature so that the liquid stretchable material dispensed on the substrate is hardened into a hemispherical shape without spreading.
기판 위에서 경화된 반구형의 매크로 렌즈 형상 표면에 고체상의 원형 마이크로 입자, 예를 들어 PS(Polystyrene) 입자 등을 뿌린 뒤 러빙(rubbing)하여 마찰을 이용하여 반구형의 매크로 렌즈 형상 표면에 마이크로 입자 단일층을 형성한다.After spraying solid circular microparticles, for example, PS (Polystyrene) particles, on the hemispherical macrolens-shaped surface cured on the substrate, rubbing is used to form a single layer of microparticles on the hemispherical macrolens-shaped surface. form
기판 표면과 마이크로 입자 단일층이 형성된 매크로 렌즈 형상 표면에 유착 방지(anti-adhesion)를 위해 소수성 표면 처리를 한다. 도 1의 예에서는 유착 방지를 위해 FOTS를 도포한다.A hydrophobic surface treatment is applied to the substrate surface and the macro lens-shaped surface on which the micro particle monolayer is formed to prevent adhesion (anti-adhesion). In the example of FIG. 1, FOTS is applied to prevent adhesion.
FOTS 도포 후 매크로 렌즈 형상이 형성된 기판 위에 액체상의 신축성 소재를 붓고 경화시킨다. 이후 경화된 신축성 소재를 박리시켜 몰드를 얻는다. 해당 몰드는 마이크로 입자 단일층이 형성된 매크로 렌즈 형상과 역구조를 갖는다. 즉, 해당 몰드는 매크로 렌즈 형상과 동일한 크기의 오목한 부위를 갖는다.After applying the FOTS, the liquid stretchable material is poured and cured on the substrate on which the macro lens shape is formed. Thereafter, the cured elastic material is peeled off to obtain a mold. The mold has a macro lens shape and an inverse structure in which a micro particle monolayer is formed. That is, the mold has a concave portion having the same size as the macro lens shape.
몰드의 오목한 부위를 상면으로 하여 그 위에 액체상의 신축성 소재를 붓고 경화시킨 후 경화된 신축성 소재를 박리시켜 신축성 겹눈 구조 모사 렌즈를 얻는다. 이후 해당 몰드에 대하여 이 과정을 반복하면 동일한 렌즈를 계속하여 제조할 수 있다.With the concave part of the mold as the upper surface, a liquid stretchable material is poured and cured thereon, and then the hardened stretchable material is peeled off to obtain a stretchable compound eye structure simulating lens. Thereafter, by repeating this process with respect to the corresponding mold, the same lens can be continuously manufactured.
도 2는 일 실시 예에 따르는 신축성 겹눈 구조 모사 렌즈 제조 공정의 절차를 도시하고 있다. 발명의 일 실시 예에 따르면, 신축성 겹눈 구조 모사 렌즈의 제조 방법은 제1 구조물을 형성하는 단계와, 마이크로 입자 단일층을 형성하는 단계와, 제2 구조물을 형성하는 단계와, 겹눈 구조 모사 렌즈를 제조하는 단계를 포함한다.2 illustrates a process of manufacturing a flexible compound eye structure simulating lens according to an embodiment. According to an embodiment of the present invention, a method of manufacturing a stretchable compound eye structure simulating lens includes forming a first structure, forming a micro particle monolayer, forming a second structure, and forming a compound eye structure simulating lens. It includes manufacturing steps.
제1 구조물을 형성하는 단계는 신축성 겹눈 구조 모사 렌즈의 제조 방법은 기판 상면에 액체상의 신축성 소재를 분사(dispensing)하고 경화(curing)시켜 매크로 렌즈 형상을 포함하는 제1 구조물을 형성하는 단계이다(S1000). 제1 구조물은 기판과 기판 상에 형성된 매크로 렌즈 형상을 포함한다. 제1 구조물의 형상이 제조될 신축성 겹눈 구조 모사 렌즈의 형상과 거의 일치한다. 기판은 일반적으로 유리 기판이 일반적으로 사용되나 다른 기판으로 석영(Quartz) 기판, 실리콘(Si) 기판 등의 표면이 깨끗하고 평평한 기판이 사용될 수 있다. 기판을 고온으로 가열하여 디스펜싱된 액체상의 신축성 소재가 퍼지지 않고 반구형으로 경화될 수 있도록 한다. 미리 가열하는 온도는 약 80~200도 정도이며 120도로 가열하는 것이 바람직하다. 신축성 소재로 PDMS(Polydimethyl siloxane), PU(Poly Urethane), EcoFlex, SEBS(Styrene Ethylene Butylene Styrene), PVDF-HFP(Poly Vinlylidene fluoride-hexafluoropropylene), PMMA(Poly Methyl Metha Crylate) 등이 사용될 수 있다. Forming the first structure is a step of forming a first structure including a macro lens shape by dispensing and curing a liquid stretchable material on the upper surface of a substrate in the method of manufacturing a stretchable compound eye structure simulated lens ( S1000). The first structure includes a substrate and a macro lens shape formed on the substrate. The shape of the first structure almost coincides with the shape of the flexible compound eye structure simulated lens to be manufactured. As the substrate, a glass substrate is generally used, but as another substrate, a substrate having a clean and flat surface, such as a quartz substrate or a silicon (Si) substrate, may be used. The substrate is heated to a high temperature so that the dispensed liquid stretchable material can be cured into a hemispherical shape without spreading. The pre-heating temperature is about 80 to 200 degrees, and it is preferable to heat to 120 degrees. As the stretchable material, PDMS (Polydimethyl siloxane), PU (Poly Urethane), EcoFlex, SEBS (Styrene Ethylene Butylene Styrene), PVDF-HFP (Poly Vinlylidene fluoride-hexafluoropropylene), PMMA (Poly Methyl Metha Crylate), and the like may be used.
마이크로 입자 단일층을 형성하는 단계는 제1 구조물의 매크로 렌즈 형상 표면에 고체상의 원형 마이크로 입자를 러빙(rubbing)하여 마이크로 입자 단일층을 형성하는 단계이다(S1020). 겹눈 구조를 모사하기 위해 반구형의 매크로 렌즈 형상에 직접 원형 마이크로 입자를 뿌리고 러빙하여 쉽게 매크로 렌즈 형상이 겹눈 구조를 모사하도록 한다. 마이크로 입자의 크기를 달리하여 겹눈 구조 모사 렌즈를 다양하게 제조할 수 있다. 종래에는 미리 패턴이 형성된 평면 기판에 마이크로 입자(예, dry silica beads)를 러빙한 후 볼록한 렌즈 형상 위에 평면 기판을 접합시키거나, 마이크로 입자(예, silica beads)를 물속에 분산시킨 후 균일한 기름방울을 주입하여 물과 기름과 마이크로 입자 사이의 표면화학적 힘의 균형을 유지시켜 마이크로 입자가 물과 기름의 경계면으로 이동하게 하는 자기조립방식을 이용하여 겹눈 구조를 모사하는 방식을 사용하였다. 본 발명은 마이크로 입자를 볼록한 매크로 렌즈 형상에 직접 러빙하여 마이크로 입자 단일층을 형성하므로 공정이 단순하며 쉬운 장점이 있다.Forming the micro-particle monolayer is a step of forming a micro-particle monolayer by rubbing solid circular micro-particles on the macro lens-shaped surface of the first structure (S1020). In order to simulate the compound eye structure, circular micro-particles are directly sprayed and rubbed on the hemispherical macro lens shape so that the macro lens shape easily simulates the compound eye structure. By varying the size of the micro-particles, compound eye structure simulating lenses can be manufactured in various ways. Conventionally, after rubbing micro particles (e.g., dry silica beads) on a pre-patterned flat substrate, bonding the flat substrate onto a convex lens shape, or dispersing micro particles (e.g., silica beads) in water, and then applying uniform oil A method of simulating the compound eye structure was used by injecting droplets to maintain the balance of surface chemical forces between water, oil, and microparticles, so that microparticles move to the interface between water and oil. Since the present invention directly rubs microparticles on a convex macro lens shape to form a single layer of microparticles, the process is simple and easy.
제2 구조물을 형성하는 단계는 제1 구조물을 이용하여 제1 구조물의 역 구조물 형상의 제2 구조물을 얻는 단계이다(S1040). 역 구조물 형상은 제1 구조물을 몰드로 하였을 때 얻을 수 있는 형상으로 볼록한 매크로 렌즈 형상을 포함하는 제1 구조물과 대응되게 오목한 매크로 렌즈 형상을 갖는다. 도 1의 (5) 형상이 (2) 형상인 제1 구조물의 형상의 역 구조물 형상이다.Forming the second structure is a step of obtaining a second structure having an inverse structure shape of the first structure by using the first structure (S1040). The inverse structure shape is a shape that can be obtained when the first structure is used as a mold, and has a concave macro lens shape corresponding to the first structure including a convex macro lens shape. The shape (5) in Fig. 1 is the inverse structure shape of the shape of the first structure which is the shape (2).
추가적으로, 제2 구조물을 형성하는 단계는 제1 구조물에 대하여 소수성 표면 처리를 하는 단계와, 제2 구조물을 경화시키는 단계와, 제2 구조물을 박리하는 단계를 포함하여 구성될 수 있다.Additionally, forming the second structure may include performing a hydrophobic surface treatment on the first structure, curing the second structure, and peeling the second structure.
제1 구조물에 대하여 소수성 표면 처리를 하는 단계는 제1 구조물과 제2 구조물의 분리를 용이하게 하기 위한 목적으로 마이크로 입자 단일층이 형성된 제1 구조물에 대하여 제2 구조물이 유착되지 않고 쉽게 박리되도록 FOTS(tridecafluoro-1,1,2,2-tetrahydrooctyltrichlorosilane) 등을 유착 방지 물질을 증착시켜 소수성 표면 처리를 하는 단계이다(S1042).The step of subjecting the first structure to a hydrophobic surface treatment is to facilitate separation of the first structure and the second structure, so that the second structure does not adhere to the first structure on which the microparticle monolayer is formed and is easily separated from the FOTS This is a step of performing hydrophobic surface treatment by depositing an anti-adhesion material such as (tridecafluoro-1,1,2,2-tetrahydrooctyltrichlorosilane) (S1042).
제2 구조물을 경화시키는 단계는 소수성 표면 처리가 된 제1 구조물 상부에 액체상의 신축성 소재를 부어 제2 구조물을 경화시키는 단계이다(S1044). The step of curing the second structure is a step of curing the second structure by pouring a liquid stretchable material on top of the hydrophobic surface-treated first structure (S1044).
제2 구조물을 박리하는 단계는 제1 구조물 상부에서 경화된 제2 구조물을 제1 구조물과 박리 즉, 분리하는 단계이다(S1046).The step of peeling the second structure is a step of separating the second structure cured from the top of the first structure from the first structure (S1046).
겹눈 구조 모사 렌즈를 제조하는 단계는 제2 구조물을 몰드로 하여 액체상의 투명한 신축성 소재로 제1 구조물 형상의 겹눈 구조 모사 렌즈를 제조하는 단계이다(S1060). 이 단계를 반복적으로 수행하여 동일한 형상의 겹눈 구조 모사 렌즈를 제조할 수 있다.The step of manufacturing the compound eye structure simulation lens is a step of manufacturing the compound eye structure simulation lens in the shape of the first structure with a liquid transparent stretchable material using the second structure as a mold (S1060). By repeatedly performing this step, a compound eye structure simulation lens having the same shape may be manufactured.
추가적으로, 겹눈 구조 모사 렌즈를 제조하는 단계는 제2 구조물에 대하여 소수성 표면 처리를 하는 단계와, 제2 구조물 상부에 액체상의 신축성 소재를 붓고 겹눈 구조 모사 렌즈를 경화시키는 단계와, 경화된 겹눈 구조 모사 렌즈를 제2 구조물과 박리하는 단계를 포함할 수 있다.In addition, the step of manufacturing a compound eye structure simulating lens is a step of performing a hydrophobic surface treatment on the second structure, pouring a liquid stretchable material on top of the second structure and curing the compound eye structure simulating lens, and curing the compound eye structure simulating Separating the lens from the second structure may be included.
제2 구조물에 대하여 소수성 표면 처리를 하는 단계는 제2 구조물과 형성될 겹눈 구조 모사 렌즈의 분리를 용이하게 하기 위한 목적으로 제2 구조물에 대하여 형성된 겹눈 구조 모사 렌즈가 유착되지 않고 쉽게 박리되도록 FOTS(tridecafluoro-1,1,2,2-tetrahydrooctyltrichlorosilane) 등을 유착 방지 물질을 증착시켜 소수성 표면 처리를 하는 단계이다(S1062).The step of subjecting the second structure to a hydrophobic surface treatment is performed in order to facilitate separation of the second structure and the compound eye structure simulation lens to be formed, so that the compound eye structure simulation lens formed on the second structure does not adhere and is easily separated from the FOTS ( Tridecafluoro-1,1,2,2-tetrahydrooctyltrichlorosilane) is a step of depositing an anti-adhesion material to treat the hydrophobic surface (S1062).
겹눈 구조 모사 렌즈를 경화시키는 단계는 소수성 표면 처리가 된 제2 구조물 상부에 액체상의 신축성 소재를 부어 겹눈 구조 모사 렌즈를 경화시키는 단계이다(S1064). The curing of the compound eye structure simulating lens is a step of curing the compound eye structure simulating lens by pouring a liquid stretchable material on top of the hydrophobic surface-treated second structure (S1064).
겹눈 구조 모사 렌즈를 박리하는 단계는 제2 구조물 상부에서 경화된 겹눈 구조 모사 렌즈를 제2 구조물과 박리 즉, 분리하는 단계이다(S1066).Separating the compound eye structure simulation lens is a step of separating the compound eye structure simulation lens cured on the second structure from the second structure (S1066).
도 3은 일 실시 예에 따른 제조 공정에 따라 제조된 겹눈 구조 모사 렌즈의 예를 도시하고 있다. 도 3의 (a)는 일 실시 예에 따라 제조된 겹눈 구조 모사 렌즈를 촬영한 사진이고, (b)는 겹눈 구조 모사 렌즈 형상을 모델링한 것이다.3 illustrates an example of a compound eye structure simulated lens manufactured according to a manufacturing process according to an embodiment. 3 (a) is a photograph of a compound eye structure simulating lens manufactured according to an embodiment, and (b) is a model of a compound eye structure simulating lens shape.
사진 상으로 매크로 렌즈 표면에 형성된 마이크로 렌즈가 잘 구별되지 않지만 마이크로 렌즈는 볼록한 매크로 렌즈 표면에 전체적으로 고르게 형성되어 있다.Although the micro lenses formed on the surface of the macro lens are not well distinguished in the photograph, the micro lenses are formed evenly on the convex surface of the macro lens as a whole.
모델링된 겹문 모사 렌즈 형상의 마이크로 렌즈는 실제 보다 확장되어 모델링되어 있다. 이는 후술할 스트레인에 따른 분산 특성을 시뮬레이션할 때 계산량을 줄이기 위함이다.The modeled double-moon simulated lens shape microlens is modeled to be larger than the actual one. This is to reduce the amount of calculation when simulating dispersion characteristics according to strain, which will be described later.
제조된 겹눈 구조 모사 렌즈는 동일한 신축성 소재로 동시에 형성된 매크로 렌즈와 마이크로 렌즈를 갖는다. 또한 매크로 렌즈 주위를 둘러싼 동일한 신축성 소재의 확장부가 있어 이 확장부에 스트레인을 가하여 매크로 렌즈를 크기를 변형할 수 있다. 이때, 겹눈 구조 모사 렌즈의 광 시야각(FOV)를 포함하는 광학적 특성이 조절될 수 있다.The compound eye structure simulant lens manufactured has a macro lens and a micro lens formed at the same time with the same stretchable material. There is also an extension of the same stretchable material wrapped around the macro lens, allowing the macro lens to be resized by applying strain to the extension. At this time, optical characteristics including a wide field of view (FOV) of the compound eye structure simulation lens may be adjusted.
도 4는 일 실시 예에 따른 제조 공정에 따라 제조된 겹눈 구조 모사 렌즈를 주사 전자 현미경으로 촬영한 사진이다. 도 4는 러빙 공정으로 매크로 렌즈 형상 표면에 형성한 마이크로 입자 단일층의 조밀한 정도를 확인하기 위해 물체의 표면 구조를 관찰하는 데 주로 사용되는 주사 전자 현미경(SEM)으로 촬영한 사진이다. 도 4의 사진과 같이 마이크로 입자를 러빙 공정으로 매크로 렌즈 형상 표면에 부착시켜도 균일하면서도 조밀하게 단일층이 형성되는 것을 확인할 수 있다.4 is a photograph taken with a scanning electron microscope of a compound eye structure simulation lens manufactured according to a manufacturing process according to an embodiment. 4 is a photograph taken with a scanning electron microscope (SEM), which is mainly used to observe the surface structure of an object in order to confirm the degree of density of the micro-particle monolayer formed on the macrolens-shaped surface by the rubbing process. As shown in the photograph of FIG. 4 , it can be confirmed that a single layer is uniformly and densely formed even when the microparticles are attached to the macro lens-shaped surface through a rubbing process.
도 5는 일 실시 예에 따른 제조 공정에 따라 제조된 겹눈 구조 모사 렌즈의 상 맺힘 특성을 나타낸 것이다. 도 5는 광학 현미경(OM)으로 촬영한 겹눈 구조 모사 렌즈의 상 맺힘 특성을 표시한다. 바닥에 배치된 글자 위에 겹눈 구조 모사 렌즈를 올려 놓고 초점을 이미지와 마이크로 렌즈에 각각 맞춰 촬영한 사진으로 마이크로 렌즈에 상이 잘 맺히는 것을 확인할 수 있다. 일 실시 예에 따른 제조 공정에 따라 제조된 겹눈 모사 렌즈의 마이크로 렌즈의 초점 거리는 <수학식1>과 같이 이론적으로 계산할 수 있다.5 illustrates image formation characteristics of a compound eye structure simulation lens manufactured according to a manufacturing process according to an embodiment. 5 shows image formation characteristics of a compound eye structure simulation lens photographed with an optical microscope (OM). It can be confirmed that the image is formed well on the micro lens with the photo taken by placing the compound eye structure simulation lens on the letters placed on the floor and focusing on the image and the micro lens respectively. The focal length of the micro lens of the compound eye simulant lens manufactured according to the manufacturing process according to an embodiment can be theoretically calculated as in <
RPS는 마이크로 입자로 사용된 PS(polystyrene) 입자의 반지름이고, nPDMS는 신축성 소재로 사용된 PDMS의 굴절률이다. R PS is the radius of PS (polystyrene) particles used as microparticles, and n PDMS is the refractive index of PDMS used as a stretchable material.
또한, 마이크로 렌즈의 초점 거리는 이미지에 대한 측정 거리 Zimage와 마이크로 렌즈 외곽부에 대한 측정 거리 Zmicrolens를 이용하여 그 차이의 절대값으로 계산할 수 있다. RPS가 15μm이고, nPDMS가 1.4일 때, 37.5μm로 이론적으로 계산된다. 제조된 겹눈 구조 모사 렌즈의 마이크로 렌즈 초점 거리는 이론적으로 계산된 값과 유사하게 약 40μm 이내로 측정되었다.In addition, the focal length of the microlens can be calculated as an absolute value of the difference between the measurement distance Z image for the image and the measurement distance Z microlens for the outer portion of the microlens. When R PS is 15 μm and n PDMS is 1.4, it is theoretically calculated as 37.5 μm. The microlens focal length of the compound eye structure simulating lens was measured to be within about 40 μm, similar to the theoretically calculated value.
도 6은 외부 스트레인에 따라 겹눈 구조 모사 렌즈를 신장시킨 예를 촬영한 사진이다. 도 6은 광학 현미경을 통해 외부 스트레인을 가하지 않았을 때와, 20% 신장시켰을 때와, 40% 신장시켰을 때와, 60% 신장시켰을 때의 렌즈의 형상 유지와 시야각의 변화를 촬영한 사진이다. 스트레인 정도가 커짐에 따라 상이 맺히는 마이크로 렌즈의 수가 줄어드는 것을 알 수 있으며 이는 시야각이 작아지는 것을 의미한다. 즉, 도 6은 겹눈 구조 모사 렌즈가 렌즈의 형상을 유지하며 광학적 특성을 조절할 수 있음을 보여 준다.6 is a photograph of an example in which a compound eye structure simulation lens is stretched according to an external strain. Figure 6 is a photograph of the shape maintenance of the lens and the change in viewing angle when no external strain is applied, when stretched by 20%, when stretched by 40%, and when stretched by 60% through an optical microscope. As the degree of strain increases, it can be seen that the number of microlenses on which the image is formed decreases, which means that the viewing angle decreases. That is, FIG. 6 shows that the compound eye structure simulation lens can adjust the optical characteristics while maintaining the shape of the lens.
본 발명의 일 양상에 따르면, 신축성 겹눈 구조 모사 렌즈는 매크로 렌즈와, 확장부를 포함한다. According to one aspect of the present invention, the flexible compound eye structure simulating lens includes a macro lens and an extension part.
매크로 렌즈는 신축성 소재로 이루어진 투명한 탄성 중합체로 형성되며 그 표면에 복수의 마이크로 렌즈가 형성되어 있다. 복수의 마이크로 렌즈 또한 매크로 렌즈와 동일한 신축성 소재로 이루어진 투명한 탄성 중합체이다. 확장부는 매크로 렌즈를 둘러싸며 형성되며, 확장부 또한 동일한 신축성 소재로 이루어진 투명한 탄성 중합체이다. 매크로 렌즈와, 마이크로 렌즈와, 확장부는 몰드를 통해 동시에 형성된다.The macro lens is formed of a transparent elastomer made of a stretchable material, and a plurality of micro lenses are formed on its surface. A plurality of micro lenses are also transparent elastomers made of the same stretchable material as the macro lenses. The extension part is formed surrounding the macro lens, and the extension part is also a transparent elastic polymer made of the same stretchable material. A macro lens, a micro lens, and an extended portion are simultaneously formed through a mold.
겹눈 구조 모사 렌즈는 하나의 신축성 소재로 형성되므로 신축성을 가진다. 도 6에 도시된 것과 같이 외부 스트레인을 가해 겹눈 구조 모사 렌즈의 변형을 가하여도 렌즈 형상을 유지한다. 다만, 렌즈의 변형으로 인해 시야각을 포함하는 광학적 특성이 변경되므로 스트레인을 조절하여 광학적 특성을 조절할 수 있다. 종래에는 열 팽창, 액체 주입, 화학적 팽창을 이용하여 렌즈의 광학적 특성을 변경하였는데 종래의 방법에 비하여 렌즈에 스트레인을 가해 늘리는 것만으로 간단하고 쉽게 광학적 특성을 조절할 수 있다.The compound eye structure simulant lens has elasticity because it is formed of one stretchable material. As shown in FIG. 6 , the shape of the lens is maintained even when deformation of the compound eye structure simulated lens is applied by applying an external strain. However, since the optical characteristics including the viewing angle are changed due to the deformation of the lens, the optical characteristics may be adjusted by adjusting the strain. Conventionally, the optical properties of a lens are changed using thermal expansion, liquid injection, and chemical expansion, but compared to conventional methods, the optical properties can be easily and simply adjusted by simply applying strain to the lens and stretching it.
도 7은 신축성 겹눈 구조 모사 렌즈의 광학적 특성 조절에 대한 개념도이다. 도 7은 신축성 겹눈 구조 모사 렌즈를 스트레인을 가해 늘리거나 스트레인을 제거하여 원래의 형상을 복귀하는 경우 시야각이 달라지는 것에 대한 개념을 도시하고 있다.7 is a conceptual diagram for adjusting the optical properties of a flexible compound eye structure simulating lens. FIG. 7 illustrates the concept of changing the viewing angle when the stretchable compound eye structure simulating lens is stretched by applying a strain or returned to its original shape by removing the strain.
도 8은 신축성 겹눈 구조 모사 렌즈의 외부 스트레인 분산 특성을 도시하고 있다. 도 8은 모델링한 신축성 겹눈 구조 모사 렌즈의 확장부에 스트레인을 가했을 때 스트레인이 분산되는 것을 도시하고 있다. 도 8의 신축성 겹눈 구조 모사 렌즈는 시뮬레이션의 계산을 단순하게 하기 위하여 마이크로 렌즈의 크기를 늘리고 개수를 줄여 모델링하였다. 동일한 물성으로 모델링하였으므로 실제 겹눈 구조 모사 렌즈도 동일하게 스트레인이 분산될 것으로 예측되며 도 6의 결과에도 육안으로 스트레인으로 인해 렌즈가 왜곡되지 않는 것이 나타나 있어 스트레인이 잘 분산되는 것을 알 수 있다.8 illustrates the external strain distribution characteristics of the flexible compound eye structure simulated lens. 8 illustrates that the strain is dispersed when a strain is applied to the extension part of the modeled flexible compound eye structure simulating lens. In order to simplify the calculation of the simulation, the stretchable compound eye structure simulated lens of FIG. 8 was modeled by increasing the size and reducing the number of micro lenses. Since it is modeled with the same physical properties, it is predicted that the strain will be equally distributed in the actual compound eye structure simulated lens, and the result of FIG. 6 also shows that the lens is not distorted due to the strain with the naked eye, indicating that the strain is well distributed.
도시되어있지 않지만, 신축성 겹눈 구조 모사 렌즈는 확장부 상에 마련되어 겹눈 구조 모사 렌즈에 스트레인을 가하여 렌즈를 신장시켜 광학적 특성을 조절하는 액츄에이터를 더 포함할 수 있다.Although not shown, the stretchable compound eye structure simulating lens may further include an actuator provided on the expansion unit to stretch the lens by applying a strain to the compound eye structure simulating lens to adjust optical characteristics.
이상에서 본 발명을 첨부된 도면을 참조하는 실시 예들을 통해 설명하였지만 이에 한정되는 것은 아니며, 이들로부터 당업자라면 자명하게 도출할 수 있는 다양한 변형 예들을 포괄하도록 해석되어야 한다. 특허청구범위는 이러한 변형 예들을 포괄하도록 의도되었다.In the above, the present invention has been described through embodiments with reference to the accompanying drawings, but is not limited thereto, and should be interpreted to cover various modifications that can be obviously derived by those skilled in the art. The claims are intended to cover such variations.
Claims (5)
80~200도로 미리 가열된 기판 상면에 액체상의 신축성 소재를 분사(dispensing)하고 경화(curing)시켜 반구형의 매크로 렌즈 형상을 포함하는 제1 구조물을 형성하는 단계;
반구형의 제1 구조물의 매크로 렌즈 형상 표면에 고체상의 원형 마이크로 입자를 뿌린 뒤 러빙(rubbing)하여 마이크로 입자 단일층을 형성하는 단계;
제1 구조물의 역 구조물 형상으로 제2 구조물을 형성하는 단계; 및
제2 구조물을 몰드로 사용하여 액체상의 투명한 신축성 소재를 붓고 경화시켜 제1 구조물 형상의 겹눈 구조 모사 렌즈를 제조하는 단계;
를 포함하되,
제2 구조물을 형성하는 단계는 마이크로 입자 단일층이 형성된 제1 구조물에 대하여 소수성 표면 처리를 하는 단계와, 제1 구조물 상부에 액체상의 신축성 소재를 부어 제2 구조물을 경화시키는 단계와, 경화된 제2 구조물을 제1 구조물과 박리하는 단계를 포함하는 신축성 겹눈 구조 모사 렌즈 제조 방법.
In the manufacturing method of the compound eye structure simulated lens,
Forming a first structure including a hemispherical macro lens shape by dispensing and curing a liquid stretchable material on an upper surface of a substrate previously heated to 80 to 200 degrees;
Forming a micro-particle monolayer by spraying solid circular micro-particles on the macro lens-shaped surface of the first hemispherical structure and then rubbing;
forming a second structure in the inverse shape of the first structure; and
manufacturing a compound eye structure simulating lens in the shape of the first structure by pouring and curing a liquid transparent stretchable material using the second structure as a mold;
Including,
Forming the second structure includes performing hydrophobic surface treatment on the first structure on which the microparticle monolayer is formed, pouring a liquid stretchable material on top of the first structure and curing the second structure, and curing the second structure. 2. A method of manufacturing a flexible compound eye structure simulating lens, comprising the step of separating the structure from the first structure.
제2 구조물에 대하여 소수성 표면 처리를 하는 단계와, 제2 구조물 상부에 액체상의 신축성 소재를 붓고 경화시키는 단계와, 경화된 겹눈 구조 모사 렌즈를 제2 구조물과 박리하는 단계를 포함하는 신축성 겹눈 구조 모사 렌즈 제조 방법.
The method of claim 1, wherein the step of manufacturing a compound eye structure simulating lens
Stretchable compound eye structure simulation including the steps of subjecting the second structure to a hydrophobic surface treatment, pouring and curing a liquid stretchable material on top of the second structure, and peeling the cured compound eye structure simulation lens from the second structure How to make a lens.
매크로 렌즈를 둘러싸는 확장부;
를 포함하되,
마이크로 렌즈, 매크로 렌즈 및 확장부는 동일한 신축성 소재로 이루어진 투명한 탄성 중합체이며 몰드를 통해 동시에 형성되고,
몰드는 80~200도로 미리 가열된 기판 상면에 액체상의 신축성 소재를 분사하여 경화시켜 형성한 반구형의 매크로 렌즈 형상 표면에 고체상의 원형 마이크로 입자를 뿌린 뒤 러빙하여 형성한 겹눈 구조 모사 구조물의 역 구조물 형상으로 형성되는 신축성 겹눈 구조 모사 렌즈.
A macro lens having a plurality of micro lenses formed on its surface; and
an extension that surrounds the macro lens;
Including,
The micro lens, the macro lens and the extension are transparent elastomers made of the same stretchable material and are simultaneously formed through a mold,
The mold is formed by spraying and hardening a liquid stretchable material on the upper surface of a substrate pre-heated to 80-200 degrees, spraying solid circular micro-particles on the surface of a hemispherical macro lens and then rubbing it. Formed with a flexible compound eye structure mimic lens.
신축성 소재는 PDMS(Polydimethyl siloxane), PU(Poly Urethane), EcoFlex, SEBS(Styrene Ethylene Butylene Styrene), PVDF-HFP(Poly vinlylidene fluoride-hexafluoropropvylene) 및 PMMA(Poly Methyl Metha Crylate) 중 어느 하나인 신축성 겹눈 구조 모사 렌즈.According to claim 4,
The stretchable material has a compound eye structure that is any one of PDMS (Polydimethyl siloxane), PU (Poly Urethane), EcoFlex, SEBS (Styrene Ethylene Butylene Styrene), PVDF-HFP (Poly vinlylidene fluoride-hexafluoropropvylene), and PMMA (Poly Methyl Metha Crylate). simulated lens.
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