KR20230080349A - 곤충 눈 모사를 통해 암시야 및 명시야에서 측정이 가능한 마이크로렌즈 어레이 기반 이미징 소자의 제조 방법 - Google Patents

곤충 눈 모사를 통해 암시야 및 명시야에서 측정이 가능한 마이크로렌즈 어레이 기반 이미징 소자의 제조 방법 Download PDF

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김규정
정지현
안희상
김태연
윤태림
신종석
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부산대학교 산학협력단
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Abstract

본 발명의 실시예에 따른 곤충 눈 모사를 통해 암시야 및 명시야에서 측정이 가능한 마이크로렌즈 어레이 기반 이미징 소자의 제조 방법은 베이스판 상에 복수개의 원기둥이 형성된 마이크로 구조체를 제작하는 포토리소그래피단계; 상기 마이크로 구조체에 열을 가하여 상기 원기둥의 상단을 볼록하게 하는 리플로우단계; 액체상의 신축성 소재로 상단이 볼록한 원기둥이 형성된 마이크로 구조체를 몰딩하여 음각 구조물을 제작하는 제1몰딩단계; 액체상의 신축성 소재로 상기 음각 구조물을 몰딩하여 마이크로렌즈 어레이 필름을 제작하는 제2몰딩단계; 및 기판 상에 마이크로렌즈 어레이 필름을 구비시켜 이미징소자를 제작하는 이미징소자제작단계;를 포함한다.

Description

곤충 눈 모사를 통해 암시야 및 명시야에서 측정이 가능한 마이크로렌즈 어레이 기반 이미징 소자의 제조 방법{Method of microlens array-based imaging device capable of measuring in dark field and bright field through imitation of insect eyes}
본 발명은 곤충 눈 모사를 통해 암시야 및 명시야에서 측정이 가능한 마이크로렌즈 어레이 기반 이미징 소자의 제조 방법에 관한 것이다.
생체모방 (Biomimetics)은 자연계에서 오랜 시간 동안 진화를 거쳐 최적화된 구조나 메커니즘을 모방하여 공학적으로 응용하는 것을 말한다. 이는 자연으로부터 영감을 얻어 인간의 삶에 편리함을 제공하고 기존의 방식으로는 해결할 수 없던 문제에 대한 해결의 실마리를 제공해준다는 점에서 의의가 있다.
이와 관련하여 파리나 나방, 노린재와 같은 곤충이나 새우와 갑각류와 같은 절지동물류에서 주로 관찰되는 겹눈의 구조를 모사하려는 연구도 활발히 진행되고 있다.
겹눈은 수많은 홑눈이 다발로 모여 있는 구조로, 각 홑눈은 각막 렌즈 (corneal lens), 원뿔형 수정체 (crystalline cone), 그리고 광수용체로 구성되며 이러한 하나의 단위가 육각형의 형태로 곡면 위에 나란히 배열되어 넓은 시야각 (약 140 ~ 180°)을 갖는 것이 특징이다.
또한, 각 홑눈 간 이미지 정보의 중첩이 없어 거의 모든 초점 거리에서 초점이 맞는 심도 깊은 이미지를 얻을 수 있다.
또한, 흔히 사용되는 카메라 렌즈의 경우 기본적으로 인간의 눈을 모방하여 제작되기 때문에 시야각이 50°로 제한되며 시야각과 이미지의 해상도 사이에 반비례 관계가 성립한다.
더불어 광학계를 사용하여 어떠한 상을 명확히 보기 위해서는 광학계의 이미지면과 초점면을 일치시켜야 하기 때문에 복잡한 렌즈 배열을 필요로 하게 된다.
이러한 문제 해결을 위해서는 어안렌즈, 광각렌즈와 같은 새로운 렌즈 설계를 통해 극복을 하지만 이 경우에는 렌즈를 통해 촬영하고자 하는 영상의 외각에서 왜곡이 일어난다는 단점이 있다.
종래의 발명을 기반하여 곤충의 눈 구조를 모사하여 광학적 수차를 줄이고 넓은 시야각, 깊은 심도를 가지며 더불어 암시야와 명시야에서 모두 측정이 용이한 이미징 소자의 개발이 필요하였다.
대한민국 공개특허 10-2021-0142940
본 발명은 이미징소자에 주입하는 액체의 굴절률 및 마이크로렌즈 어레이 필름 곡률을 조절하여 미세한 초점거리의 조절이 가능한 곤충 눈 모사를 통해 암시야 및 명시야에서 측정이 가능한 마이크로렌즈 어레이 기반 이미징 소자의 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
한편, 본 발명에서 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 실시예에 따른 곤충 눈 모사를 통해 암시야 및 명시야에서 측정이 가능한 마이크로렌즈 어레이 기반 이미징 소자의 제조 방법은 베이스판 상에 복수개의 원기둥이 형성된 마이크로 구조체를 제작하는 포토리소그래피단계; 상기 마이크로 구조체에 열을 가하여 상기 원기둥의 상단을 볼록하게 하는 리플로우단계; 액체상의 신축성 소재로 상단이 볼록한 원기둥이 형성된 마이크로 구조체를 몰딩하여 음각 구조물을 제작하는 제1몰딩단계; 액체상의 신축성 소재로 상기 음각 구조물을 몰딩하여 마이크로렌즈 어레이 필름을 제작하는 제2몰딩단계; 및 기판 상에 마이크로렌즈 어레이 필름을 구비시켜 이미징소자를 제작하는 이미징소자제작단계;를 포함한다.
또한, 상기 이미징소자제작단계는, 상기 기판과 마이크로렌즈 어레이 필름 사이에 액체를 주입 및 배출시키는 액체조절부를 더 구비시키고, 상기 액체조절부를 통해 상기 마이크로렌즈 어레이 필름의 팽창 및 수축이 이루어진다.
또한, 상기 액체조절부는, 상기 기판과 마이크로렌즈 어레이 필름 사이 일측에 구비되고, 상기 기판과 마이크로렌즈 어레이 필름 사이로 액체를 주입하는 주입부; 및 상기 기판과 마이크로렌즈 어레이 필름 사이 타측에 구비되고, 상기 기판과 마이크로렌즈 어레이 필름 사이에 주입된 액체가 배출되는 배출부;를 포함한다.
또한, 상기 주입부는, 제1액체가 저장된 제1저장부와, 제2액체가 저장된 제2저장부 및 상기 제1저장부와 제2저장부 및 기판과 마이크로렌즈 어레이 필름 사이 일측을 서로 연결하는 연결부를 포함한다.
본 발명의 실시예에 따르면, 이미징소자에 주입하는 액체의 굴절률 및 마이크로렌즈 어레이 필름 곡률을 조절하여 미세한 초점거리의 조절이 가능하다.
한편, 본 발명에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 곤충 눈 모사를 통해 암시야 및 명시야에서 측정이 가능한 마이크로렌즈 어레이 기반 이미징 소자의 제조 방법을 나타낸 순서도이고,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 곤충 눈 모사를 통해 암시야 및 명시야에서 측정이 가능한 마이크로렌즈 어레이 기반 이미징 소자의 제조 방법을 나타낸 개략도이고,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 곤충 눈 모사를 통해 암시야 및 명시야에서 측정이 가능한 마이크로렌즈 어레이 기반 이미징 소자의 제조 방법으로 제조된 이미징소자의 마이크로렌즈 어레이 필름 내부에 액체가 주입되는 상태를 나타낸 사진이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 곤충 눈 모사를 통해 암시야 및 명시야에서 측정이 가능한 마이크로렌즈 어레이 기반 이미징 소자의 제조 방법으로 제조된 이미징소자를 나타낸 구조도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 곤충 눈 모사를 통해 암시야 및 명시야에서 측정이 가능한 마이크로렌즈 어레이 기반 이미징 소자의 제조 방법으로 제조된 이미징소자의 마이크로렌즈 어레이 필름이 평면일 때 주사전자현미경으로 본 확대도 및 광세기의 측정을 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 곤충 눈 모사를 통해 암시야 및 명시야에서 측정이 가능한 마이크로렌즈 어레이 기반 이미징 소자의 제조 방법으로 제조된 이미징소자의 마이크로렌즈 어레이 필름에 액체가 주입되어 곡면일 때 주사전자현미경으로 본 확대도 및 광세기의 측정을 나타낸 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 곤충 눈 모사를 통해 암시야 및 명시야에서 측정이 가능한 마이크로렌즈 어레이 기반 이미징 소자의 제조 방법으로 제조된 이미징소자에 주입되는 액체의 굴절률에 따라 초점거리가 조절되는 상태를 나타낸 그래프이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 곤충 눈 모사를 통해 암시야 및 명시야에서 측정이 가능한 마이크로렌즈 어레이 기반 이미징 소자의 제조 방법으로 제조된 이미징소자에 주입된 액체와 액체의 굴절률에 따라 초점거리가 조절되는 상태를 나타낸 도면이다.
이하, 본 발명의 실시 예를 첨부된 도면들을 참조하여 더욱 상세하게 설명한다. 본 발명의 실시 예는 여러 가지 형태로 변형할 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래의 실시 예들로 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 실시 예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해 제공되는 것이다. 따라서 도면에서의 요소의 형상은 보다 명확한 설명을 강조하기 위해 과장되었다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제의 해결 방안을 명확하게 하기 위한 발명의 구성을 본 발명의 바람직한 실시 예에 근거하여 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명하되, 도면의 구성요소들에 참조번호를 부여함에 있어서 동일 구성요소에 대해서는 비록 다른 도면상에 있더라도 동일 참조번호를 부여하였으며 당해 도면에 대한 설명 시 필요한 경우 다른 도면의 구성요소를 인용할 수 있음을 미리 밝혀둔다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 곤충 눈 모사를 통해 암시야 및 명시야에서 측정이 가능한 마이크로렌즈 어레이 기반 이미징 소자의 제조 방법은, 포토리소그래피단계(S10), 리플로우단계(S20), 제1몰딩단계(S30), 제2몰딩단계(S40) 및 이미징소자제작단계(S50)를 포함할 수 있다.
먼저, 도 2의 (a)를 참조하면, 포토리소그래피단계(S10)는, 베이스판(11) 상에 복수개의 원기둥이 형성된 마이크로 구조체(12)를 제작할 수 있다.
이때, 포토리소그래피(photolithography)는 반도체의 표면에 사진 인쇄 기술을 써서 집적 회로, 부품, 박막 회로, 프린트 배선 패턴 등을 만들어 넣는 기법이다.
즉, 포토리소그래피단계(S10)는, 포토리소그래피를 통하여 베이스판(11) 상에 복수개의 원기둥이 형성된 마이크로 구조체(12)를 제작할 수 있다.
이때, 마이크로 구조체(12)는, 포토레지스트(photoresist) 등의 고분자물질로 이루어질 수 있다.
또한, 베이스판(11)은 유리 기판(예:BK7 glass)이 일반적으로 사용되나 이에 제한되는 것은 아니며 석영(Quartz) 기판, 실리콘(Si) 기판 등의 표면이 깨끗하고 평평한 기판이면 사용될 수 있다.
리플로우단계(S20)는, 도 2의 (b)와 같이, 마이크로 구조체(12)에 열을 가하여 원기둥의 상단을 볼록하게 할 수 있다.
즉, 리플로우단계(S20)는, 고분자 포토레지스트의 유리전이온도 이상의 고온에서 마이크로 구조체(12)에 열을 가하여 원기둥의 상단이 렌즈형태로 제작할 수 있다.
이때, 렌즈형태는 볼록한 형상일 수 있다.
도 2의 (c)를 참조하면, 제1몰딩단계(S30)는, 액체상의 신축성 소재로 상단이 볼록한 원기둥이 형성된 마이크로 구조체(12)를 몰딩하여 음각 구조물(13)을 제작할 수 있다.
구체적으로, 액체상의 신축성 소재를 마이크로 구조체(12)에 붓고, 경화시킨 다음, 마이크로 구조체(12)로부터 박리된 음각 구조물(13)을 제작할 수 있다.
이때, 도 2의 (d)와 같이, 음각 구조물(13)은, 후술할 마이크로렌즈 어레이 필름(22)의 역 구조물의 형상이다. 즉, 음각 구조물(13)을 다시 몰딩하여 마이크로렌즈 어레이 필름(22)을 제작할 수 있다.
또한, 액체상의 신축성 소재는, PDMS(Polydimethyl siloxane)가 사용될 수 있다. 이에 제한되는 것은 아니며 PU(PolyUrethane), EcoFlex, SEBS(Styrene Ethylene Butylene Styrene), PVDF-HFP(Poly Vinlylidene fluoridehexafluoropropylene), PMMA(Poly Methyl Metha Crylate) 등이 사용될 수 있다.
도 2의 (e)를 참조하면, 제2몰딩단계(S40)는, 액체상의 신축성 소재로 음각 구조물(13)을 몰딩하여 신축성 재질의 마이크로렌즈 어레이 필름(22)을 제작할 수 있다.
구체적으로, 액체상의 신축성 소재를 음각 구조물(13)에 붓고, 경화시킨 다음, 음각 구조물(13)로부터 박리된 신축성 재질의 마이크로렌즈 어레이 필름(22)을 도 2의 (f)와 같이, 제작할 수 있다.
이때, 제2몰딩단계(S40)에서 액체상의 신축성 소재는, 상술한 PDMS일 수 있으며, PU(PolyUrethane), EcoFlex, SEBS(Styrene Ethylene Butylene Styrene), PVDF-HFP(Poly Vinlylidene fluoridehexafluoropropylene), PMMA(Poly Methyl Metha Crylate) 등이 사용될 수 있다.
예를 들어, 제1몰딩단계(S30)와 제2몰딩단계(S40)에서 액체상의 신축성 소재가 동일한 PDMS일 경우에는, 경화된 PDMS가 박리되지 않을 수 있다.
이에 따라, 제1몰딩단계(S30)에서의 음각 구조물(13)이 갖는 소수성을 친수성으로 변경시킬 수 있다.
예를 들어, 산소플라즈마 공정을 이용할 수 있다. 또한, FOTS(tridecafluoro-1,1,2,2-tetrahydrooctyltrichlorosilane) 등을 유착 방지 물질을 음각 구조물(13) 표면에 증착시켜 소수성 표면 처리를 할 수 있다.
소수성 표면 처리된 상태에서, 제2몰딩단계(S40)가 이루어짐에 따라, 음각 구조물(13)로부터 마이크로렌즈 어레이 필름(22)을 용이하게 박리할 수 있으며, 이에 따라 마이크로렌즈 어레이 필름(22)이 제작된다.
여기서, 마이크로렌즈 어레이 필름(22) 중에, 팽창하는 양 끝단의 폭은 6mm일 수 있으나, 이에 한정하지 않는다.
이렇게 제작된 마이크로렌즈 어레이 필름(22)은, 마이크로렌즈(23)가 다수 형성된 렌즈로서, 홑눈이 다수 모여있는 겹눈의 구조 모사 렌즈가 제작된 것이다.
도 2의 (g)를 참조하면, 이미징소자제작단계(S50)는, 기판(21) 상에 마이크로렌즈 어레이 필름(22)을 구비시켜 이미징소자(20)를 제작할 수 있다.
여기서, 기판(21)은 유리 기판(예:BK7 glass)이 일반적으로 사용되나 이에 제한되는 것은 아니며 석영(Quartz) 기판, 실리콘(Si) 기판 등의 표면이 깨끗하고 평평한 기판이면 사용될 수 있다.
이때, 이미징소자제작단계(S50)는, 기판(21) 상에 마이크로렌즈 어레이 필름(22)을 구비시킬 때, 기판(21)과 마이크로렌즈 어레이 필름(22) 사이에 액체를 주입 및 배출시키는 액체조절부(30)를 더 구비시킬 수 있다.
이에 따라, 도 2의 (g)와 (h)를 참조하면, 마이크로렌즈 어레이 필름(22)은, 액체조절부(30)를 통해 팽창과 수축이 가능할 수 있다.
즉, 액체조절부(30)로부터 액체가 주입되고 배출되면서, 팽창과 수축이 이루어지는 마이크로렌즈 어레이 필름(22)의 곡률이 변형된다. 이러한 곡률 변형은 마이크로렌즈 어레이 필름(22)의 미세한 초점 조절이 가능하게 할 수 있다.
예를 들어, 도 3의 (a) 내지 (f)에 도시된 바와 같이, 주입되는 액체의 양에 따라 마이크로렌즈 어레이 필름(22)의 곡률 또는 높이가 변경됨을 확인할 수 있다.
더불어, 액체조절부(30)를 통해서, 주행성 곤충과 야행성 곤충의 눈 특징을 모사하여 상황에 맞춰 서로 스위칭을 할 수 있다.
예를 들어, 낮에 활동하는 주행성 곤충의 경우에는 빛이 충분하기 때문에 각막 렌즈와 원뿔형 수정체, 그리고 광수용체가 일대일로 대응되어 각각의 홑눈으로부터 들어온 빛이 하나의 광수용체로 모이게 된다. 이렇게 렌즈로부터 들어온 빛이 각각 초점을 맺게 되는 주행성 곤충 눈의 구조는 평면형(액체가 주입되지 않은 상태) 마이크로렌즈 어레이 필름(22)으로 구현할 수 있다.
또한, 야간에 활동하는 야행성 곤충의 경우 광량이 부족하기 때문에 각막 렌즈를 통해 들어온 빛을 광수용체로 모아주는 형태로 진화해왔고, 원뿔형 수정체와 광수용체 사이에 투명대(clear zone)가 존재하기 때문에 여러 개의 렌즈로부터 들어온 빛이 하나의 광수용체로 모이게 되는 구조로 되어 있다. 따라서 야행성 곤충 눈의 구조는 곡면형(액체가 주입된 상태) 마이크로렌즈 어레이 필름(22)으로 구현할 수 있다.
즉, 제조된 마이크로렌즈 어레이 필름(22)에 설치된 액체조절부(30)를 통해서, 액체를 주입 및 배출시키는 것을 통하여 평면형과 곡면형 마이크로렌즈 어레이 필름(22)을 스위칭할 수 있다. 이는 도 3을 통해서, 액체 주입을 통해 주변 환경에 따른 마이크로렌즈 어레이 필름(22)이 평면형, 곡면형으로 스위칭될 수 있음을 확인할 수 있다.
이하, 액체조절부(30)를 통해 액체의 주입과 배출에 대하여 설명한다.
상술한, 액체조절부(30)는, 도 4를 참조하면, 주입부(31) 및 배출부(35)를 포함할 수 있다.
주입부(31)는, 기판(21)과 마이크로렌즈 어레이 필름(22) 사이 일측에 구비되고, 기판(21)과 마이크로렌즈 어레이 필름(22) 사이로 액체를 주입할 수 있다.
주입부(31)는, 제1저장부(32), 제2저장부(33) 및 연결부(34)를 포함할 수 있다.
제1저장부(32)는, 제1액체가 저장된다. 여기서, 제1액체는 제1굴절률을 갖을 수 있다.
제2저장부(33)는, 제2액체가 저장된다. 그리고, 제2액체는 제2굴절률을 갖을 수 있다.
이때, 제1액체와 상기 제2액체의 굴절률은, 서로 다를 수 있으나, 이에 한정하지 않는다.
예를 들어, 제1액체는 이온을 제거한 순수한 상태의 순수한 물 즉, Deionized (DI) water일 수 있다. 이때, DI water의 굴절률(RI, refractive index)은 1.33 을 갖을 수 있다.
또한, 제2액체는 에틸렌글리콜(ethylene glycol)일 수 있다. 이때, 에틸렌글리콜의 굴절률은 1.43 을 갖을 수 있다.
즉, 기판(21)과 마이크로렌즈 어레이 필름(22) 사이에는 제1액체 또는 제2액체가 주입 및 배출될 수 있으며, 각 액체에 따른 굴절률과 마이크로렌즈 어레이 필름(22)의 곡률에 의해 이미징소자(20)의 초점 길이가 조절될 수 있다.
연결부(34)는, 제1저장부(32)와 제2저장부(33) 및 기판(21)과 마이크로렌즈 어레이 필름(22) 사이 일측을 서로 연결한다. 또한, 연결부(34)는 실리콘 재질의 관으로 이루어질 수 있으며, 500㎛의 폭을 갖을 수 있다.
다시 말해, 연결부(34)는, 일단이 분기되어 제1저장부(32)와 제2저장부(33)에 각각 연결되고, 타단이 기판(21)과 마이크로렌즈 어레이 필름(22) 사이 일측에 구비될 수 있다.
이에 따라, 주입부(31)는, 제1저장부(32)의 제1액체만 마이크로렌즈 어레이 필름(22) 내부로 주입시킬 수 있고, 제2저장부(33)의 제2액체만 마이크로렌즈 어레이 필름(22) 내부로 주입시킬 수 있다.
또한, 주입부(31)는, 분기된 연결부(34)의 일단에서 제1저장부(32)와 제2저장부(33)의 제1액채와 제2액체가 각각 유입되어 혼합된 후, 혼합액을 마이크로렌즈 어레이 필름(22) 내부로 주입시킬 수 있다.
여기서, 제1액체와 제2액체가 혼합되는 경우, 굴절률은 달라질 수 있다.
즉, 마이크로렌즈 어레이 필름(22) 내부로 주입되는 액체는 굴절률 1.33 ~ 1.43 범위에서 조절이 가능하다.
배출부(35)는, 기판(21)과 마이크로렌즈 어레이 필름(22) 사이 타측에 구비되고, 기판(21)과 마이크로렌즈 어레이 필름(22) 사이에 주입된 액체가 배출될 수 있다. 또한, 배출부(35)는, 액체를 배출시킬 수 있다.
그리고, 액체조절부(30)는, 주입부(31)와 배출부(35)를 제어할 수 있는 제어부를 포함할 수 있다.
예를 들어, 제어부는, 주입부(31)의 제1액체, 제2액체를 선택 제어할 수 있고, 제1액체와 제2액체의 혼합비율을 제어할 수 있다. 그리고, 제어부는, 주입된 액체를 배출부(35)의 제어로 배출시킬 수 있다. 이에 따라, 액체의 굴절률과 마이크로렌즈 어레이 필름(22) 곡률 또는 높이를 통해서 초점 거리를 미세하게 조절할 수 있다.
도 5 및 도 6을 참조하면, 액체의 주입 유무에 따른 마이크로렌즈 어레이 필름(22) 표면을 주사전자현미경(SEM)으로 확인하고, 광세기를 확인할 수 있다. 즉, 도 5 및 도 6은, 곡면형과 평면형 마이크로렌즈 어레이 필름(22)이 외부에서 들어오는 광원과 어떻게 대응되는지를 확인할 수 있다.
구체적으로, 도 5의 (a)는, 액체가 주입되기 전인 평면형일 때, 마이크로렌즈(23)를 확인할 수 있다. 그리고, 도 5의 (b)를 살펴보면, 광세기가 마이크로렌즈(23) 각각에 동일하게 나타나는 것을 확인할 수 있다. 즉, 평면형 마이크로렌즈 어레이 필름(22)의 마이크로렌즈(23) 별로 빛이 1:1로 대응되는 것을 확인할 수 있다.
또한, 도 6의 (b)는, 액체가 주입된 후로서 마이크로렌즈 어레이 필름(22)이 곡면형일 때, 마이크로렌즈(23)를 확인할 수 있다. 그리고, 도 6의 (b)를 살펴보면, 광세기가 마이크로렌즈 어레이 필름(22) 중앙이 가장 세게 나타나고, 주변으로 갈수록 약해지는 것을 확인할 수 있다. 즉, 곡면형 마이크로렌즈 어레이 필름(22)은 중앙의 마이크로렌즈(23)로 빛이 모이는 것을 확인할 수 있다.
한편, 도 7 및 도 8을 참조하면, 마이크로렌즈 어레이 필름(22) 내부에 주입되는 액체의 굴절률과 주입량에 따라 변화하는 마이크로렌즈 어레이 필름(22) 곡률에 따른 초점거리를 확인할 수 있다.
먼저, 도 7을 참조하면, 굴절률(RI) 1.33(제1액체) 및 1.43(제2액체) 일 경우, 제1액체와 제2액체가 각각 주입되는 주입양에 따라 초점거리를 35.14 ~ 6.98mm 까지 조절할 수 있음을 구체적으로 확인할 수 있다.
이와 관련하여, 도 8을 참조하면, 굴절률 1.33을 갖는 제1액체가 마이크로렌즈 어레이 필름(22) 내부에 주입될 때, 마이크로렌즈 어레이 필름(22) 높이(h1)가 0.623mm인 경우 이미징소자(20)의 초점거리(f)는 21.03mm 이다. 여기서, 마이크로렌즈 어레이 필름(22) 높이는, 액체의 주입량 또는 필름의 곡률로 표시할 수 있다.
또한, 굴절률 1.43을 갖는 제2액체가 마이크로렌즈 어레이 필름(22) 내부에 주입될 때, 마이크로렌즈 어레이 필름(22) 높이(h1)가 0.623mm인 경우 이미징소자(20)의 초점거리(f)는 16.14mm 이다.
게다가, 제1액체와 제2액체가 혼합되어 굴절률 1.383을 갖는 혼합액이 마이크로렌즈 어레이 필름(22) 내부에 주입될 때, 마이크로렌즈 어레이 필름(22) 높이(h1)가 0.623mm인 경우 이미징소자(20)의 초점거리(f)는 18.12mm 이다.
이 외에도, 마이크로렌즈 어레이 필름(22) 높이 h2와 h3 일 경우, 굴절률에 따라 초점거리가 각각 다른 것을 확인할 수 있다.
즉, 본 발명에 따른 곤충 눈 모사를 통해 암시야 및 명시야에서 측정이 가능한 마이크로렌즈 어레이 기반 이미징 소자의 제조 방법에 의해 제조된 이미징소자(20)는 주입하는 액체의 굴절률 및 마이크로렌즈 어레이 필름(22) 곡률(또는 액체 주입량이나 높이)을 조절하여 미세한 초점거리를 조절할 수 있다.
이하, 본 발명에 따른 곤충 눈 모사를 통해 암시야 및 명시야에서 측정이 가능한 마이크로렌즈 어레이 기반 이미징 소자의 제조 방법을 통해 제조된 이미징소자(20)에 대해 설명하고, 상술한 이미징소자(20)와 동일한 내용은 생략할 수 있다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 !!는, 기판(21), 마이크로렌즈 어레이 필름(22), 주입부(31) 및 배출부(35)를 포함할 수 있다.
먼저, 기판(21)은, 후술할 마이크로렌즈 어레이 필름(22)이 구비될 수 있다.
이때, 기판(21)은 유리 기판(21)(예:BK7 glass)이 일반적으로 사용되나 이에 제한되는 것은 아니며 석영(Quartz) 기판(21), 실리콘(Si) 기판(21) 등의 표면이 깨끗하고 평평한 기판(21)이면 사용될 수 있다.
마이크로렌즈 어레이 필름(22)은, 기판(21) 상에 구비되며 마이크로렌즈가 다수개 형성되고, 신축성 소재된 박막형 필름이다.
이때, 신축성 소재는, PDMS(Polydimethyl siloxane)가 사용될 수 있다. 이에 제한되는 것은 아니며 PU(PolyUrethane), EcoFlex, SEBS(Styrene Ethylene Butylene Styrene), PVDF-HFP(Poly Vinlylidene fluoridehexafluoropropylene), PMMA(Poly Methyl Metha Crylate) 등이 사용될 수 있다.
즉, 마이크로렌즈 어레이 필름(22)은, 마이크로렌즈가 홑눈에 대응됨에 따라 겹눈의 구조 모사 렌즈인 것이다.
그리고, 마이크로렌즈 어레이 필름(22)은, 신축성 재질로 이루어짐에 따라 팽창과 수축이 이루어질 수 있다.
주입부(31)는, 기판(21)과 마이크로렌즈 어레이 필름(22) 사이에 연결되어 마이크로렌즈 어레이 필름(22) 내부, 즉 기판(21)과의 사이에 액체를 주입시킬 수 있다.
이러한, 주입부(31)는, 제1저장부(32), 제2저장부(33) 및 연결부(34)를 포함할 수 있다.
제1저장부(32)는, 제1액체가 저장된다. 여기서, 제1액체는 제1굴절률을 갖을 수 있다.
제2저장부(33)는, 제2액체가 저장된다. 그리고, 제2액체는 제2굴절률을 갖을 수 있다.
이때, 제1액체와 제2액체의 굴절률은, 서로 다를 수 있으나, 이에 한정하지 않는다.
예를 들어, 제1액체는 이온을 제거한 순수한 상태의 순수한 물 즉, Deionized (DI)) water일 수 있다. 이때, DI water의 굴절률(RI, refractive index)은 1.33 을 갖을 수 있다.
또한, 제2액체는 에틸렌글리콜(ethylene glycol)일 수 있다. 이때, 에틸렌글리콜의 굴절률은 1.43 을 갖을 수 있다.
즉, 기판(21)과 마이크로렌즈 어레이 필름(22) 사이에는 제1액체 또는 제2액체가 주입될 수 있으며, 제1액체와 제2액체가 혼합되어 주입될 수도 있다.
연결부(34)는, 실리콘재질의 관으로 이루어져 제1저장부(32)와 제2저장부(33) 및 기판(21)과 마이크로렌즈 어레이 필름(22) 사이 일측을 서로 연결한다.
다시 말해, 연결부(34)는, 일단이 분기되어 제1저장부(32)와 제2저장부(33)에 각각 연결되고, 타단이 기판(21)과 마이크로렌즈 어레이 필름(22) 사이 일측에 구비될 수 있다.
이에 따라, 주입부(31)는, 제1저장부(32)의 제1액체만 마이크로렌즈 어레이 필름(22) 내부로 주입시킬 수 있고, 제2저장부(33)의 제2액체만 마이크로렌즈 어레이 필름(22) 내부로 주입시킬 수 있다.
또한, 주입부(31)는, 분기된 연결부(34)의 일단에서 제1저장부(32)와 제2저장부(33)의 제1액채와 제2액체가 각각 유입되어 혼합된 후, 혼합액을 마이크로렌즈 어레이 필름(22) 내부로 주입시킬 수 있다.
이때, 연결부(34)는 기 설정된 길이를 갖음에 따라, 제1액체와 제2액체는 연결부(34)를 통과하면서 혼합되어 혼합액이 될 수 있다.
여기서, 제1액체와 제2액체가 혼합된 혼합액의 굴절률은 1.33 ~ 1.43 범위에서 달라질 수 있다.
즉, 마이크로렌즈 어레이 필름(22) 내부로 주입되는 액체는 굴절률 1.33 ~ 1.43 범위에서 조절이 가능하다.
배출부(35)는, 기판(21)과 마이크로렌즈 어레이 필름(22) 사이 타측에 구비되고, 기판(21)과 마이크로렌즈 어레이 필름(22) 사이에 주입된 액체가 배출될 수 있다. 또한, 배출부(35)는, 액체를 배출시킬 수 있다.
그리고, 액체조절부(30)는, 주입부(31)와 배출부(35)를 제어할 수 있는 제어부를 더 포함할 수 있다.
예를 들어, 제어부는, 주입부(31)의 제1액체, 제2액체를 선택 제어할 수 있고, 제1액체와 제2액체의 혼합비율을 제어할 수 있다. 그리고, 제어부는, 주입된 액체를 배출부(35)의 제어로 배출시킬 수 있다. 이에 따라, 액체의 굴절률과 마이크로렌즈 어레이 필름(22) 곡률 또는 높이를 통해서 초점 거리를 미세하게 조절할 수 있다.
이상의 상세한 설명은 본 발명을 예시하는 것이다. 또한 전술한 내용은 본 발명의 바람직한 실시 형태를 나타내어 설명하는 것이며, 본 발명은 다양한 다른 조합, 변경 및 환경에서 사용할 수 있다. 즉 본 명세서에 개시된 발명의 개념의 범위, 저술한 개시 내용과 균등한 범위 및/또는 당업계의 기술 또는 지식의 범위내에서 변경 또는 수정이 가능하다. 저술한 실시예는 본 발명의 기술적 사상을 구현하기 위한 최선의 상태를 설명하는 것이며, 본 발명의 구체적인 적용 분야 및 용도에서 요구되는 다양한 변경도 가능하다. 따라서 이상의 발명의 상세한 설명은 개시된 실시 상태로 본 발명을 제한하려는 의도가 아니다. 또한 첨부된 청구범위는 다른 실시 상태도 포함하는 것으로 해석되어야 한다.
S10 : 포토리소그래피단계 S20 : 리플로우단계
S30 : 제1몰딩단계 S40 : 제2몰딩단계
S50 : 이미징소자제작단계
11 : 베이스판 12 : 마이크로 구조체
13 : 음각 구조물 20 : 이미징소자
21 : 기판 22 : 마이크로렌즈 어레이 필름
23 : 마이크로렌즈 30 : 액체조절부
31 : 주입부 32 : 제1저장부
33 : 제2저장부 34 : 연결부
35 : 배출부

Claims (4)

  1. 베이스판 상에 복수개의 원기둥이 형성된 마이크로 구조체를 제작하는 포토리소그래피단계;
    상기 마이크로 구조체에 열을 가하여 상기 원기둥의 상단을 볼록하게 하는 리플로우단계;
    액체상의 신축성 소재로 상단이 볼록한 원기둥이 형성된 마이크로 구조체를 몰딩하여 음각 구조물을 제작하는 제1몰딩단계;
    액체상의 신축성 소재로 상기 음각 구조물을 몰딩하여 마이크로렌즈 어레이 필름을 제작하는 제2몰딩단계; 및
    기판 상에 마이크로렌즈 어레이 필름을 구비시켜 이미징소자를 제작하는 이미징소자제작단계;를 포함하는 곤충 눈 모사를 통해 암시야 및 명시야에서 측정이 가능한 마이크로렌즈 어레이 기반 이미징 소자의 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 이미징소자제작단계는,
    상기 기판과 마이크로렌즈 어레이 필름 사이에 액체를 주입 및 배출시키는 액체조절부를 더 구비시키고,
    상기 액체조절부를 통해 상기 마이크로렌즈 어레이 필름의 팽창 및 수축이 이루어지는 곤충 눈 모사를 통해 암시야 및 명시야에서 측정이 가능한 마이크로렌즈 어레이 기반 이미징 소자의 제조 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 액체조절부는,
    상기 기판과 마이크로렌즈 어레이 필름 사이 일측에 구비되고, 상기 기판과 마이크로렌즈 어레이 필름 사이로 액체를 주입하는 주입부; 및
    상기 기판과 마이크로렌즈 어레이 필름 사이 타측에 구비되고, 상기 기판과 마이크로렌즈 어레이 필름 사이에 주입된 액체가 배출되는 배출부;를 포함하는 곤충 눈 모사를 통해 암시야 및 명시야에서 측정이 가능한 마이크로렌즈 어레이 기반 이미징 소자의 제조 방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 주입부는,
    제1액체가 저장된 제1저장부와,
    제2액체가 저장된 제2저장부 및
    상기 제1저장부와 제2저장부 및 기판과 마이크로렌즈 어레이 필름 사이 일측을 서로 연결하는 연결부를 포함하는 곤충 눈 모사를 통해 암시야 및 명시야에서 측정이 가능한 마이크로렌즈 어레이 기반 이미징 소자의 제조 방법.
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