KR20090051587A - 인공 낱눈을 구비한 이미지 검출장치 및 인공 낱눈 유닛의제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 인공 낱눈을 가진 이미지 검출장치에 관한 것이다. 본 발명에 의한 이미지 검출장치는, 오목한 초점면을 형성하는 결상 광학 렌즈군과, 오목한 초점면에 대응하는 곡면으로 형성되는 상면과 평면으로 형성되는 하면을 구비하며 상면이 상기 결상 광학 렌즈군의 오목한 초점면과 일치하도록 결상 광학 렌즈군의 아래에 설치되어 결상 광학 렌즈군으로부터 나오는 빛을 모아서 하면 쪽으로 안내하는 복수 개의 인공 낱눈(artificial ommatidium)을 포함하는 인공 낱눈 유닛, 및 인공 낱눈 유닛의 아래에 설치되는 이미지 센서를 포함하여 구성된다.
인공낱눈, 마이크로 렌즈, 웨이브가이드, 곡면배치, 자기기록
Description
본 발명은 이미지 검출장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 인공 낱눈을 구비한 이미지 검출장치 및 이와 같은 이미지 검출장치에 사용되는 인공 낱눈 유닛의 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로, 디지털 카메라와 같은 이미지 기록장치에 사용되는 이미지 검출장치는 외부로부터 입사된 빛이 이미지 센서에 초점을 맺도록 하는 결상 광학계를 구비하고 있다. 이와 같은 결상 광학계는 기본적으로 초점면이 곡면으로 형성된다. 그런데, 이미지 검출장치에 사용되는 이미지 센서는 평면으로 형성된 센싱면을 갖는 것이 일반적이다. 따라서, 결상 광학계를 통해 이미지 센서로 빛이 입사될 때, 이미지 센서의 주변부로는 중심부에 비해 적은 량의 빛이 입사되고, 만곡수차가 발생하여 화질이 저하하게 된다.
이를 해결하기 위해, 복수 개의 비구면 렌즈를 이용하여 평면으로 형성된 이미지 센서에 상이 맺힐 수 있도록 복잡한 결상 광학계를 형성할 수 있다. 그러나, 이와 같이 복잡한 결상 광학계를 사용하는 경우에도, 이미지 센서의 주변부로 입사되는 빛의 양이 적어, 비네팅(vignetting) 현상이 발생한다. 이를 방지하기 위해 이미지 센서의 주변부를 형성하는 화소(pixel)를 이동시킬 수 있다. 그러나, 이와 같은 방안은 이미지 센서를 구성하는 화소의 간격을 증가시켜야 하기 때문에 문제가 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 감안하여 창안한 것으로서, 이미지 센서의 주변부로 인입되는 빛의 양을 증가시킬 수 있는 인공 낱눈을 구비한 이미지 검출장치와, 이와 같은 이미지 검출장치에 사용되는 인공 낱눈 유닛의 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기와 같은 본 발명의 목적은, 오목한 초점면을 형성하는 결상 광학 렌즈군; 상기 오목한 초점면에 대응하는 곡면으로 형성되는 상면과 평면으로 형성되는 하면을 구비하며, 상기 상면이 상기 결상 광학 렌즈군의 오목한 초점면과 일치하도록 상기 결상 광학 렌즈군의 아래에 설치되어 상기 결상 광학 렌즈군으로부터 나오는 빛을 모아서 하면으로 안내하는 복수 개의 인공 낱눈(artificial ommatidium)을 포함하는 인공 낱눈 유닛; 및 상기 인공 낱눈 유닛의 아래에 설치되는 이미지 센서;을 포함하는 인공 낱눈을 구비한 이미지 검출장치를 제공함으로써 달성할 수 있다.
이때, 상기 인공 낱눈 유닛의 복수 개의 인공 낱눈의 각각은 상기 이미지 센서를 형성하는 복수 개의 화소(pixel) 중의 적어도 한 개의 화소에 대응하도록 배열하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 인공 낱눈 유닛의 복수 개의 인공 낱눈은, 각각 상기 인공 낱눈 유닛의 상면에 위치하는 마이크로 렌즈; 및 상기 마이크로 렌즈의 아래에 설치되며, 상기 마이크로 렌즈로 입사된 빛을 전달하는 웨이브 가이드;를 포함할 수 있 다.
또한, 상기 웨이브 가이드는 상기 인공 낱눈 유닛의 하면에 수직으로 형성할 수 있다.
또한, 상기 인공 낱눈 유닛은 포토센서티브 폴리머 수지(photosensitive polymer resin)로 형성할 수 있다.
이때, 상기 포토센서티브 폴리머 수지는 SU-8을 사용하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 웨이브 가이드는 자외선을 조사하여 형성한 자기 기록 웨이브 가이드(self-written waveguide)로 할 수 있다.
본 발명의 다른 측면에서, 상기와 같은 본 발명의 목적은, 인공 낱눈 유닛용 몰드를 형성하는 단계; 상기 인공 낱눈 유닛용 몰드를 이용하여 마이크로 렌즈 어레이를 갖는 인공 낱눈 유닛 몸체를 형성하는 단계; 및 상기 인공 낱눈 유닛 몸체에 자외선을 조사하여 상기 마이크로 렌즈 어레이에 대응되는 복수 개의 웨이브 가이드를 형성하는 단계;를 포함하는 인공 낱눈 유닛의 제조방법을 제공함으로써 달성할 수 있다.
이때, 상기 인공 낱눈 유닛용 몰드를 형성하는 단계는, 기판상에 포토 레지스트로 마이크로 렌즈 어레이를 형성하는 단계; 상기 마이크로 렌즈 어레이의 상측에 몰드층을 형성하는 단계; 및 마이크로 렌즈 어레이가 형성된 면이 볼록하도록 상기 몰드층을 굽히는 단계;를 포함할 수 있다.
또한, 상기 몰드층을 굽히는 단계는, 상기 몰드층의 상측에 몰드층 굽힘용 구조물을 형성하는 단계; 상기 몰드층에서 상기 기판을 분리하는 단계; 및 상기 몰 드층 굽힘용 구조물의 내측에 외부보다 높은 압력을 가하여 상기 마이크로 렌즈 어레이가 형성된 면이 볼록하도록 상기 몰드층을 굽히는 단계;를 포함할 수 있다.
이때, 상기 몰드층은 상기 마이크로 렌즈 어레이가 형성된 면이 결상광학 렌즈군의 오목한 초점면과 일치하는 곡률로 굽히는 것이 바람직하다.
또한, 상기 몰드층과 몰드층 굽힘용 구조물은 폴리디메틸실록산(PDMS: polydimethylsiloxane)으로 형성할 수 있다.
또한, 상기 인공 낱눈 유닛 몸체를 형성하는 단계는, 유리판을 준비하는 단계; 상기 유리판 위에 포토센서티브 폴리머 수지(photosensitive polymer resin)층을 형성하는 단계; 상기 인공 낱눈 유닛용 몰드로 상기 포토센서티브 폴리머 수지층의 상면을 가압하는 단계; 및 상기 인공 낱눈 유닛용 몰드를 상기 포토센서티브 폴리머 수지층으로부터 분리하는 단계;를 포함할 수 있다.
또한, 상기 복수 개의 웨이브 가이드를 형성하는 단계는, 렌즈를 통해 자외선을 조사하는 단계; 상기 자외선이 통과한 상기 인공 낱눈 유닛 몸체의 포토센서티브 폴리머 수지층의 일부분이 경화되어 코어를 형성하는 단계; 및 상기 인공 낱눈 유닛 몸체에 열을 가하여, 상기 단계에서 경화되지 않은 상기 포토센서티브 폴리머 수지층 부분을 경화시켜 매트릭스를 형성하는 단계;를 포함할 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 의한 인공 낱눈을 구비한 이미지 검출장치 및 인공 낱눈 유닛의 제조방법에 대하여 상세하게 설명한다.
다만, 이하에서 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 혹은 구성요소에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명 및 구체적인 도시를 생략한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 인공 낱눈을 구비한 이미지 검출장치(1)를 개념적으로 나타낸 단면도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 의한 인공 낱눈을 구비한 이미지 검출장치(1)는 결상 광학 렌즈군(10), 인공 낱눈 유닛(20), 및 이미지 센서(30)를 포함한다.
결상 광학 렌즈군(10)은 외부의 빛을 모아서 상을 형성하는 것으로서, 결상 광학 렌즈군(10)으로부터 일정 거리에 오목한 초점면(11)을 형성한다. 결상 광학 렌즈군(10)에 의해 형성되는 초점면(11)은 대략 구면에 유사한 오목한 곡면을 형성한다. 결상 광학 렌즈군(10)은 적어도 하나의 렌즈로 형성된다.
인공 낱눈 유닛(20)은 결상 광학 렌즈군(10)의 오목한 초점면(11)에 맺히는 빛(3)을 모아 이미지 센서(30)로 안내하는 것으로서, 결상 광학 렌즈군(10)의 오목한 초점면(11)에 대응되는 상면(21)과, 평면으로 형성되는 하면(22)을 포함한다. 인공 낱눈 유닛(20)의 하면(22)에는 유리판(29)이 설치될 수 있다. 인공 낱눈 유닛(20)의 상면(21)에는 결상 광학 렌즈군(10)으로부터 나오는 빛(3)을 집광하는 복수 개의 마이크로 렌즈(micro lens)(23)가 형성된다. 즉, 복수 개의 마이크로 렌즈(23)가 결상 광학 렌즈군(10)의 오목한 초점면(11)에 배치되어 있다. 복수 개의 마이크로 렌즈(23)는 구면 또는 비구면의 볼록렌즈로 형성되며, 일정한 간격으로 배치되어 마이크로 렌즈 어레이(micro lens array)를 형성한다. 즉, 복수 개의 마이크로 렌즈(23)는 도 2에 도시된 바와 같이 오목한 인공 낱눈 유닛(20)의 상면(21)에 대략 육각형 형상으로 배열될 수 있다. 또는, 다른 예로서, 도시하지는 않았으나 복수 개의 마이크로 렌즈(23)는 대략 사각형 형상으로 배열될 수도 있다. 이외에도 복수 개의 마이크로 렌즈(23)는 결상 광학 렌즈군(10)으로부터 나오는 빛(3)을 효율적으로 집광할 수 있으면, 어떠한 형태로도 배열될 수 있다. 또한, 복수 개의 마이크로 렌즈(23)는 이미지 센서(30)를 형성하는 화소(pixel)에 일대 일로 대응되도록 배열할 수 있다. 또는 복수 개의 마이크로 렌즈(23)의 각각은 이미지 센서(30)를 형성하는 화소와 일대 복수 개로 대응하도록 배열할 수 있다. 즉, 한 개의 마이크로 렌즈(23)는 2개 이상의 화소에 대응하도록 배열될 수 있다. 예를 들면, 한 개의 마이크로 렌즈(23)가 이미지 센서(30)의 레드(red), 그린(green), 블루(blue)의 3개의 화소에 대응되도록 배열될 수 있다.
복수 개의 마이크로 렌즈(23)의 하부에는 도 3에 도시된 바와 같이 복수 개의 마이크로 렌즈(23)에 일대 일로 대응되게 웨이브 가이드(waveguide)(24)가 형성된다. 웨이브 가이드(24)는 마이크로 렌즈(23)에 의해 집광된 빛(3)을 인공 낱눈 유닛(20)의 하면(22) 쪽으로 안내하여 빛이 이미지 센서(30)로 입사되도록 한다. 따라서, 복수 개의 웨이브 가이드(24)는 결상 광학 렌즈군(10)의 광축(10c) 부근의 중앙 부분에 있는 웨이브 가이드(24)는 길이(L1)가 짧고, 광축(10c)에서 주변부로 갈수록 웨이브 가이드(24)의 길이가 길어지게 된다. 따라서, 최외각의 웨이브 가이드(24)는 최대의 길이(L2)를 갖는다. 또한, 웨이브 가이드(24)는 도 1에 도시된 바 와 같이 인공 낱눈 유닛(20)의 하면(22)에 대해 대략 수직하게 형성할 수 있다.
한 개의 마이크로 렌즈(23)와 한 개의 웨이브 가이드(24)가 연결된 단위 광학계는 한 개의 인공 낱눈(artificial ommatidium)(25)을 형성한다. 따라서, 인공 낱눈 유닛(20)은 복수 개의 마이크로 렌즈(23)의 개수에 대응되는 복수 개의 인공 낱눈(25)을 포함한다.
웨이브 가이드(24)는 도 3에 도시된 바와 같이 코어(core)(26)와 매트릭스(matrix)(27)를 포함한다. 코어(26)는 마이크로 렌즈(23)에 의해 집광된 빛(3)이 통과하는 경로이다. 빛(3)이 웨이브 가이드(24)의 코어(26)를 통해 전달되기 위해서는 코어(26)와 매트릭스(27) 사이의 경계면(28)에서 전반사(total reflection)가 일어나야 한다. 이를 위해서는 코어(26)의 굴절률이 매트릭스(27)의 굴절률보다 크고, 마이크로 렌즈(23)에서 굴절되어 웨이브 가이드(24)의 코어(26)와 매트릭스(27) 사이의 경계면(28)으로 입사되는 빛(3)의 입사각이 코어(26)와 매트릭스(27) 사이의 경계면(28)의 임계각보다 커야 한다. 따라서, 웨이브 가이드(24)는 이러한 조건을 만족하는 재질로 형성하여야 한다.
예로서, 웨이브 가이드(24)를 포토센서티브 폴리머 수지(photosensitive polymer resin)의 일종인 SU-8로 형성하는 경우에, 코어(26)의 굴절률(n1)은 1.584이고, 매트릭스(27)의 굴절률(n2)은 1.614이다. 이때, 스넬의 법칙(Snell's Law)으로 웨이브 가이드(24)의 코어(26)와 매트릭스(27) 사이의 경계면(28)의 임계각을 구하면 약 11도 정도가 된다. 이때, 마이크로 렌즈(23)로 입사되는 빛은 입사각이 약 15도 정도이고 마이크로 렌즈면에서 더 작은 각으로 굴절되므로, SU-8은 웨이브 가이드(24)로서의 역할을 충분히 할 수 있다.
이미지 센서(30)는 인공 낱눈 유닛(20)의 하측에 설치되며, 인공 낱눈 유닛(20)을 구성하는 복수 개의 인공 낱눈(25)을 통해 입사되는 빛을 인식한다. 이미지 센서(30)는 센싱면이 평면으로 형성되어 있으며, 인공 낱눈 유닛(20)의 하면(22)과 평행을 이루도록 설치된다. 이미지 센서(30)로는 CIS(CMOS image sensor) 등과 같이 공지된 다양한 이미지 센서가 사용될 수 있으므로, 상세한 설명은 생략한다.
이하, 상기와 같은 구조를 갖는 본 발명의 일 실시예에 의한 인공 낱눈을 구비한 이미지 검출장치(1)의 작용에 대해 첨부된 도 1 및 도 3을 참조하여 설명한다.
도 1에 도시된 바와 같이 결상 광학 렌즈군(10)을 통과한 빛(3)은 결상 광학 렌즈군(10)의 오목한 초점면(11)에 초점을 맺게 된다. 이때, 결상 광학 렌즈군(10)의 초점면(11)에는 인공 낱눈 유닛(20)이 위치하므로, 결상 광학 렌즈군(10)을 통과한 빛(3)은 인공 낱눈 유닛(20)을 형성하는 복수 개의 인공 낱눈(25)을 통해 이미지 센서(30)로 안내된다.
여기서, 인공 낱눈 유닛(20)에 의해 빛(3)이 이미지 센서(30)로 안내되는 과정을 상세하게 설명하면 다음과 같다.
결상 광학 렌즈군(10)을 통과한 빛(3)은 도 1에 도시된 바와 같이 인공 낱눈 유닛(20)의 상면(21)에 형성된 복수 개의 마이크로 렌즈(23)로 입사하게 된다. 마이크로 렌즈(23)로 입사된 빛(3)은 도 3에 도시된 바와 같이 마이크로 렌즈면에서 굴절되어 웨이브 가이드(24)로 인입된다. 웨이브 가이드(24)로 인입된 빛(3)은 웨이브 가이드(24)의 코어(26)와 매트릭스(27) 사이의 경계면(28)에 입사하게 된다. 이때, 코어(26)와 매트릭스(27) 사이의 경계면(28)으로 입사되는 빛(3)은 그 입사각이 코어(26)와 매트릭스(27) 사이의 경계면(28)의 임계각보다 크므로 전반사를 하게 된다. 따라서, 마이크로 렌즈(23)를 통해 웨이브 가이드(24)로 입사된 빛(3)은 웨이브 가이드(24)의 코어(26)를 따라 하측으로 이동하여 이미지 센서(30)로 안내된다.
이때, 인공 낱눈 유닛(20)에 형성된 복수 개의 마이크로 렌즈(23)는 결상 광학 렌즈군(10)의 오목한 초점면(11)에 배치되어 있으므로, 인공 낱눈 유닛(20)의 주변부에 배치된 마이크로 렌즈(23)도 결상 광학 렌즈군(10)으로부터 나오는 빛(3)을 효율적으로 집광할 수 있다.
또한, 종래 기술에 의한 이미지 검출장치에서는 오목한 초점면(11)을 갖는 결상 광학 렌즈군(10)을 이용하여 평면으로 형성된 센싱면을 갖는 이미지 센서(30)로 빛을 안내할 경우에 이미지 센서(30)로 인입되는 빛의 CRA(Chief Ray Angle)가 대략 25도 정도였다. 그러나, 본 발명의 일 실시예에 의한 인공 낱눈을 구비한 이미지 검출장치(1)는 복수 개의 마이크로 렌즈(23)가 결상 광학 렌즈군(10)의 초점면(11)에 배치되기 때문에, CRA가 최대 3.8도 정도이다. 따라서, 결상 광학 렌즈군(10)의 광축(10c)에서 멀리 떨어진 이미지 센서(30)의 주변부의 수광량이 부족하지 않게 된다. 그러므로, 본 발명의 일 실시예에 의한 인공 낱눈을 구비한 이미지 검출장치(1)를 사용하는 경우에는 비네팅(vignetting) 현상이 발생하지 않는 다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 의한 인공 낱눈을 구비한 이미지 검출장치(1)는 상기와 같이 인공 낱눈 유닛(20)을 사용하여 결상 광학 렌즈군(10)의 초점면(11)과 이미지 센서(30)의 센싱면의 형상이 불일치하여 생기는 현상을 해결하였으므로, 만곡수차와 같은 화질왜곡현상이 발생하지 않는다.
따라서, 본 발명의 일 실시예에 의한 인공 낱눈을 구비한 이미지 검출장치(1)에서는 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 다수의 렌즈 및/또는 복잡한 프로파일의 렌즈를 사용할 필요가 없으므로 구조가 간단하고 제작이 용이하다. 예를 들면, 휴대폰 카메라에 사용되는 종래의 이미지 검출장치(미도시)는 3개의 렌즈를 사용하였으나, 본 발명의 일 실시예에 의한 인공 낱눈을 구비한 이미지 검출장치(1)를 휴대폰 카메라에 적용할 경우에, 렌즈 수를 1개 또는 2개로 줄일 수 있다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 의한 인공 낱눈을 구비한 이미지 검출장치(1')를 개념적으로 나타낸 단면도이다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 의한 인공 낱눈을 구비한 이미지 검출장치(1')는 결상 광학 렌즈군(10), 인공 낱눈 유닛(40), 및 이미지 센서(30)를 포함한다.
인공 낱눈 유닛(40)은 복수 개의 마이크로 렌즈(43)와 복수 개의 마이크로 렌즈(43)에 일대 일로 대응되는 웨이브 가이드(44)를 포함한다. 한 개의 마이크로 렌즈(43)와 웨이브 가이드(44)는 한 개의 인공 낱눈(45)을 형성한다. 복수 개의 마 이크로 렌즈(43)는 결상 광학 렌즈군(10)의 초점면(11)을 형성하는 인공 낱눈 유닛(40)의 상면(41)에 배치되며, 복수 개의 웨이브 가이드(44)는 도 4에 도시된 바와 같이 결상 광학 렌즈군(10)의 광축(10c)에 대해 경사지게 형성된다. 즉, 복수 개의 웨이브 가이드(44)가 인공 낱눈 유닛(40)의 하면(42)에 대해 경사지게 형성된다. 이때, 결상 광학 렌즈군(10)의 광축(10c)과 일치하는 웨이브 가이드(44)는 광축과 평행하게, 즉 인공 낱눈 유닛(40)의 하면(42)에 수직하게 형성된다. 일 예로서, 복수 개의 웨이브 가이드(44)는 결상 광학 렌즈군(10)의 광축(10c) 상의 임의의 점을 중심으로 방사상에 배치되도록 형성할 수 있다. 웨이브 가이드(44)가 결상 광학 렌즈군(10)의 광축(10c)에 대해 경사지도록 형성된 것 외에는 상술한 이미지 검출장치(1)의 인공 낱눈 유닛(20)과 유사하므로 상세한 설명은 생략한다.
또한, 본 실시예에 의한 이미지 검출장치(1')의 결상 광학 렌즈군(10)과 이미지 센서(20)의 구조, 및 그 작용은 상술한 실시예에 의한 이미지 검출장치(1)와 동일하므로 상세한 설명은 생략한다.
이하, 본 발명의 일 실시예에 의한 인공 낱눈을 구비한 이미지 검출장치(1)에 사용되는 인공 낱눈 유닛(20)을 제조하는 방법에 대해 첨부된 도 5a 내지 도 5h를 참조하여 상세하게 설명한다.
본 발명의 일 실시예에 의한 인공 낱눈 유닛(20)의 제조방법은 크게 인공 낱눈 유닛(20)의 상면(21)을 형성하는 공구로 사용하는 인공 낱눈 유닛용 몰드(110, 도 5d)를 만드는 공정과, 인공 낱눈 유닛용 몰드(110)를 이용하여 인공 낱눈 유닛(20)을 형성하는 공정으로 이루어진다.
먼저, 인공 낱눈 유닛용 몰드(110)를 제조하는 공정에 대해 도 5a 내지 도 5d를 참조하여 설명한다.
도 5a와 같이, 실리콘 웨이퍼와 같은 기판(101) 상에 포토 레지스트(photo resist)를 이용하여 복수 개의 마이크로 렌즈로 이루어진 마이크로 렌즈 어레이(micro lens array)(102)를 형성한다.
이어서, 도 5b와 같이, 폴리디메틸실록산(PDMS: polydimethylsiloxane)을 상기 마이크로 렌즈 어레이(102) 위에 적층하여 몰드층(104)을 형성한다.
몰드층(104) 위에 몰드층 굽힘용 구조물(106)을 형성한다. 몰드층 굽힙용 구조물(106)은 폴리디메틸실록산을 이용하여 몰드층(104) 위에 바로 형성할 수도 있으나, 별도의 공정으로 형성하는 것이 바람직하다, 즉, 별도의 반도체 공정을 이용하여 도 5c와 같이 공간부(107)와 공간부(107)와 연통되는 공기주입구(108)를 갖는 몰드층 굽힘용 구조물(106)을 형성한다. 이와 같은 몰드층 굽힘용 구조물(106)은 폴리디메틸실록산을 사용하여 만들 수 있다. 그 후, 몰드층 굽힘용 구조물(106)을 몰드층(104)의 상면에 결합한다. 그러면, 몰드층(104)의 상면과 몰드층 굽힘용 구조물(106) 사이에 공간(107)이 형성된다.
이어서, 기판(101)을 몰드층(104)으로부터 분리한다. 그러면, 몰드층(104)의 외면(104a)에는 복수 개의 마이크로 렌즈를 형성하는 마이크로 렌즈 어레이(102a)가 음각된다. 몰드층 굽힘용 구조물(106)의 공기주입구(108)로 공기(A)를 불어 넣어 몰드층(104) 아래의 공간(107)의 압력이 몰드층(104) 외부의 압력보다 높게 만든다. 그러면, 몰드층(104)이 굽어 몰드층(104)의 외면(104a)이 볼록한 곡면으로 형성되어, 인공 낱눈 유닛(20)의 상면을 형성할 인공 낱눈 유닛용 몰드(110)가 완성된다. 이때, 공기의 압력을 조절하여, 몰드층(104)의 외면(104a)이 결상 광학 렌즈군(10)의 오목한 초점면(11, 도 1 참조)과 일치하도록 형성한다.
다음으로, 별도의 공정으로 인공 낱눈 유닛 몸체를 형성하는 방법에 대해 설명한다.
먼저, 유리판(29)을 준비한다. 그리고, 유리판(29) 위에 인공 낱눈 유닛(20)에 대응되는 높이로 포토센서티브 폴리머 수지층(photosensitive polymer resin layer)(120)을 형성한다(도 5e 참조).
이어서, 도 5f에 도시된 바와 같이 전 공정에서 제작한 인공 낱눈 유닛용 몰드(110)를 이용하여 포토센서티브 폴리머 수지층(120)의 상면을 가압한다. 그 후, 인공 낱눈 유닛용 몰드(110)를 포토센서티브 폴리머 수지층(120)으로부터 분리하면, 도 5g에 도시된 바와 같이 포토센서티브 폴리머 수지층(120)의 상면에 복수 개의 마이크로 렌즈(23)가 형성된 인공 낱눈 유닛 몸체가 완성된다.
다음으로, 도 5h에 도시된 바와 같이, 인공 낱눈 유닛 몸체에 자외선(131)을 조사하여 복수 개의 웨이브 가이드(26)를 형성한다. 이때, 인공 낱눈 유닛 몸체를 구성하는 포토센서티브 폴리머 수지층(120)에 자외선(131)을 조사하면 자외선(131)이 통과하는 포토센서티브 폴리머 수지층(120)의 부분만이 경화되는 현상을 이용한다.
따라서, 렌즈(130) 등을 이용하여 자외선 발생기(미도시)에서 방출된 자외선(131)이 인공 낱눈 유닛 몸체의 상면에 형성된 복수 개의 마이크로 렌즈(23)의 각각으로 입사되도록 한다. 도 5h에서는 콘덴서 렌즈(130)를 사용하여 자외선 발생기에서 방출된 자외선(131)이 인공 낱눈 유닛(20)의 중심축(20c) 상에서 초점(132)을 형성한 후, 인공 낱눈 유닛(20)의 복수 개의 마이크로 렌즈(23)로 각각 입사되도록 구성하였다. 그러면, 마이크로 렌즈(23)의 하측으로 자외선(131)이 통과한 포토센서티브 폴리머 수지층(120)의 영역이 경화된다. 이 자외선(131)에 의해 경화된 포토센서티브 폴리머 수지층(120) 영역이 웨이브 가이드(24, 도 3 참조)의 코어(26)가 된다.
이후, 인공 낱눈 유닛 몸체에 열을 가한다. 그러면, 자외선(131)에 의해 경화되지 않은 인공 낱눈 유닛 몸체의 포토센서티브 폴리머 수지층(120)의 부분이 열에 의해 경화되어 인공 낱눈 유닛(20)이 완성된다. 이 열에 의해 경화된 포토센서티브 폴리머 수지층(120) 부분이 웨이브 가이드(24)의 매트릭스(27, 도 3 참조)를 형성한다.
상기와 같이 자외선을 조사하여 코어(26)를 형성하는 웨이브 가이드(24)를 자기 기록 웨이브 가이드(self-written waveguide)라 한다.
이와 같은 자기 기록 웨이브 가이드(24)가 마이크로 렌즈(23)로 입사된 빛(3)을 아래쪽으로 전달하기 위해서는 코어(26)와 매트릭스(27) 사이의 경계면(28)에서 전반사가 일어나야 한다. 따라서, 인공 낱눈 유닛(20)을 형성하는 포토센서티브 폴리머 수지(120)는 자외선(131)에 의해 경화된 코어(26)를 통과하는 빛의 굴절률이 열에 의해 경화된 매트릭스(27)의 굴절률보다 커야한다. 포토센서티브 폴리머 수지(120)로 SU-8을 사용하여 인공 낱눈 유닛(20)을 만드는 경우에는, 웨이 브 가이드(24)의 코어(26)와 매트릭스(27) 사이의 경계면(28)의 임계각이 약 11도 정도가 된다. 따라서, SU-8을 이용하여 자기 기록 방식으로 형성한 웨이브 가이드(24)는 마이크로 렌즈(23)로부터 입사된 빛을 전달할 수 있다.
이상에서는, 설명의 편의를 위해 한 개의 인공 낱눈 유닛(20)을 형성하는 경우에 대해서 설명하였지만, 상기와 동일한 방법을 이용하여 복수 개의 인공 낱눈 유닛(20)을 동시에 생산할 수 있음은 당연하다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 의한 인공 낱눈 유닛의 제조방법은 반도체 제조공정을 이용할 수 있으므로 인공 낱눈 유닛(20)을 용이하게 제조할 수 있다.
본 발명은 상술한 특정의 실시예들에 한정되지 아니하며, 후술하는 청구범위에 기재된 본 발명의 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 행할 수 있는 단순한 구성요소의 치환, 부가, 삭제, 변경은 본 발명의 청구범위 기재 범위 내에 속하게 된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 인공 낱눈을 구비한 이미지 검출장치를 개념적으로 나타낸 단면도;
도 2는 도 1의 인공 낱눈을 구비한 이미지 검출장치의 인공 낱눈 유닛의 부분 평면도;
도 3은 도 1의 인공 낱눈을 구비한 이미지 검출장치의 인공 낱눈 유닛의 부분 단면도;
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 의한 인공 낱눈을 구비한 이미지 검출장치를 개념적으로 나타낸 단면도;
도 5a 내지 도 5h는 본 발명의 일 실시예에 의한 인공 낱눈 유닛을 제조하는 공정을 나타내는 공정도이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
1, 1'; 이미지 검출장치 3; 빛
10; 결상 광학 렌즈군 11; 초점면
20,40; 인공 낱눈 유닛 23,43; 마이크로 렌즈
24,44; 웨이브 가이드 25,45; 인공 낱눈
26; 코어 27; 매트릭스
28; 경계면 29; 유리판
30; 이미지 센서 101; 기판
102; 마이크로 렌즈 어레이 104; 몰드층
106; 몰드층 굽힘용 구조물 107; 공간부
110; 인공 낱눈 유닛용 몰드 120; 포토센서티브 폴리머 수지
130; 렌즈 131; 자외선
Claims (14)
- 오목한 초점면을 형성하는 결상 광학 렌즈군;상기 오목한 초점면에 대응하는 곡면으로 형성되는 상면과 평면으로 형성되는 하면을 구비하며, 상기 상면이 상기 결상 광학 렌즈군의 오목한 초점면과 일치하도록 상기 결상 광학 렌즈군의 아래에 설치되어 상기 결상 광학 렌즈군으로부터 나오는 빛을 모아서 상기 하면 쪽으로 안내하는 복수 개의 인공 낱눈(artificial ommatidium)을 포함하는 인공 낱눈 유닛; 및상기 인공 낱눈 유닛의 아래에 설치되는 이미지 센서;을 포함하는 것을 특징으로 하는 인공 낱눈을 구비한 이미지 검출장치.
- 제 1 항에 있어서,상기 인공 낱눈 유닛의 복수 개의 인공 낱눈의 각각은 상기 이미지 센서를 형성하는 복수 개의 화소(pixel) 중 적어도 한 개의 화소와 대응하는 것을 특징으로 하는 인공 낱눈을 구비한 이미지 검출장치.
- 제 1 항에 있어서,상기 인공 낱눈 유닛의 복수 개의 인공 낱눈은, 각각상기 인공 낱눈 유닛의 상면에 위치하는 마이크로 렌즈; 및상기 마이크로 렌즈의 아래에 설치되며, 상기 마이크로 렌즈로 입사된 빛을 전달하는 웨이브 가이드;를 포함하는 것을 특징으로 하는 인공 낱눈을 구비한 이미지 검출장치.
- 제 3 항에 있어서,상기 웨이브 가이드는 상기 인공 낱눈 유닛의 하면에 수직으로 형성된 것을 특징으로 하는 인공 낱눈을 구비한 이미지 검출장치.
- 제 3 항에 있어서,상기 인공 낱눈 유닛은 포토센서티브 폴리머 수지(photosensitive polymer resin)로 형성된 것을 특징으로 하는 인공 낱눈을 구비한 이미지 검출장치.
- 제 5 항에 있어서,상기 포토센서티브 폴리머 수지는 SU-8인 것을 특징으로 하는 인공 낱눈을 구비한 이미지 검출장치.
- 제 5 항 또는 제 6 항에 있어서,상기 웨이브 가이드는 자외선을 조사하여 형성한 자기 기록 웨이브 가이드(self-written waveguide)인 것을 특징으로 하는 인공 낱눈을 구비한 이미지 검출장치.
- 인공 낱눈 유닛용 몰드를 형성하는 단계;상기 인공 낱눈 유닛용 몰드를 이용하여 마이크로 렌즈 어레이를 갖는 인공 낱눈 유닛 몸체를 형성하는 단계; 및상기 인공 낱눈 유닛 몸체에 자외선을 조사하여 상기 마이크로 렌즈 어레이에 대응되는 복수 개의 웨이브 가이드를 형성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 인공 낱눈 유닛의 제조방법.
- 제 8 항에 있어서,상기 인공 낱눈 유닛용 몰드를 형성하는 단계는,기판상에 포토 레지스트로 마이크로 렌즈 어레이를 형성하는 단계;상기 마이크로 렌즈 어레이의 상측에 몰드층을 형성하는 단계; 및마이크로 렌즈 어레이가 형성된 면이 볼록하도록 상기 몰드층을 굽히는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 인공 낱눈 유닛의 제조방법.
- 제 9 항에 있어서,상기 몰드층을 굽히는 단계는,상기 몰드층의 상측에 몰드층 굽힘용 구조물을 형성하는 단계;상기 몰드층에서 상기 기판을 분리하는 단계; 및상기 몰드층 굽힘용 구조물의 내측에 외부보다 높은 압력을 가하여 상기 마이크로 렌즈 어레이가 형성된 면이 볼록하도록 상기 몰드층을 굽히는 단계;를 포함 하는 것을 특징으로 하는 인공 낱눈 유닛의 제조방법.
- 제 9 항에 있어서,상기 몰드층은 상기 마이크로 렌즈 어레이가 형성된 면이 결상광학 렌즈군의 오목한 초점면과 일치하는 곡률로 굽혀지는 것을 특징으로 하는 인공 낱눈 유닛의 제조방법.
- 제 9 항 또는 제 10 항에 있어서,상기 몰드층과 몰드층 굽힘용 구조물은 폴리디메틸실록산(PDMS: polydimethylsiloxane)으로 형성된 것을 특징으로 하는 인공 낱눈 유닛의 제조방법.
- 제 8 항에 있어서,상기 인공 낱눈 유닛 몸체를 형성하는 단계는,유리판을 준비하는 단계;상기 유리판 위에 포토센서티브 폴리머 수지(photosensitive polymer resin)층을 형성하는 단계;상기 인공 낱눈 유닛용 몰드로 상기 포토센서티브 폴리머 수지층의 상면을 가압하는 단계; 및상기 인공 낱눈 유닛용 몰드를 상기 포토센서티브 폴리머 수지층으로부터 분 리하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 인공 낱눈 유닛의 제조방법.
- 제 8 항에 있어서,상기 복수 개의 웨이브 가이드를 형성하는 단계는,렌즈를 통해 자외선을 조사하는 단계;상기 자외선이 통과한 상기 인공 낱눈 유닛 몸체의 포토센서티브 폴리머 수지층의 일부분이 경화되어 코어를 형성하는 단계; 및상기 인공 낱눈 유닛 몸체에 열을 가하여, 상기 단계에서 경화되지 않은 상기 포토센서티브 폴리머 수지층 부분을 경화시켜 매트릭스를 형성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 인공 낱눈 유닛의 제조방법.
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