![[마이크로나노공학] 곤충의 눈을 응용한 초소형 카메라 설계-1](http://images.happyhaksul.com/thumb/389/388102-0001.gif)
![[마이크로나노공학] 곤충의 눈을 응용한 초소형 카메라 설계-2](http://images.happyhaksul.com/thumb/389/388102-0002.gif)
![[마이크로나노공학] 곤충의 눈을 응용한 초소형 카메라 설계-3](http://images.happyhaksul.com/thumb/389/388102-0003.gif)
![[마이크로나노공학] 곤충의 눈을 응용한 초소형 카메라 설계-4](http://images.happyhaksul.com/thumb/389/388102-0004.gif)
![[마이크로나노공학] 곤충의 눈을 응용한 초소형 카메라 설계-5](http://images.happyhaksul.com/thumb/389/388102-0005.gif)
![[마이크로나노공학] 곤충의 눈을 응용한 초소형 카메라 설계-6](http://images.happyhaksul.com/thumb/389/388102-0006.gif)
분야
doc2. 연구 개발의 내용 및 범위 (이론 및 연구수행방법)
i ) 곤충(잠자리)의 눈 응용
ii ) 잠자리 눈과 비슷한 다 초점 렌즈
iii ) 카메라 렌즈의 구조, 동작원리, 모듈
iv ) 렌즈 제작의 기본적인 개요
v ) 렌즈의 제작 공정(MEMS 공정)
3. 연구개발결과
4. 연구개발 결과의 활용계획
5. 참고문헌
i ) 곤충(잠자리)의 눈 응용
프로젝트를 진행하기에 앞서 기존의 감시 카메라 시스템을 개선 및 보완시키기 위한 방향을 설정하기 위해 자연 모방 공학을 참조하게 되었고, 그 중에서도 곤충(잠자리)의 눈의 구조를 참고하여 설계를 진행하기로 결정하였다. 곤충의 눈은 수 만개의 ‘낱눈’과 낱눈이 하나로 모여 이루는 ‘겹눈’의 복눈 구조를 가지고 있다. 또한 겹눈의 경우 반구형의 형태로 곤충의 머리 밖으로 돌출되어 거의 180도에 이르는 시야 각을 가지고 있어 넓은 범위의 물체를 관찰할 수 있다. 이러한 구조의 눈은 비록 대상을 선명하게 볼 수는 없다는 단점이 있지만, 반대로 조그만 움직임이라도 수 만개의 낱눈을 통해 확실히 포착할 수 있다는 장점을 가지고 있다. 이러한 원리는 다초점 렌즈에서도 볼 수 있는데, 이는 한 가지 물체에 초점을 두어도 주위의 다른 물체 역시 흐릿하지 않은 선명한 영상을 볼 수 있는 결과를 가져온다. 그러므로 우리 조는 곤충의 눈 중에서 낱눈 구조를 개개의 카메라에 적용시켜, 기존의 감시 카메라 시스템에 비해 감시 대상을 좀 더 선명히 포착할 수 있는 방향으로 프로젝트를 진행하기로 결정하였다.
ii ) 잠자리 눈과 비슷한 다 초점 렌즈
다 초점 렌즈는 잠자리 눈과 같이 여러 개의 카메라가 모여 구성된 렌즈이다. 이 렌즈들로 출력되는 영상은 아래 사진과 같이 그 모양을 제대로 알아보기 힘들다. 그러나 같은 부분도 여러 개의 카메라가 중첩되어 있어, 작은 움직임도 쉽게 잡아낼 수 있다. 이런 카메라를 좀 더 넓은 범위를 볼 수 있도록 다각도로 배치 함으로서, 한 개의 카메라로 잠자리의 눈처럼 180도 가까이 잡아낼 수 있을 것이다. 부가적인 기능으로는 렌즈로 들어오는 영상들을 하나로 합쳐서 사진의 인물과 주변의 배경까지 모두 초점을 잡아주는 카메라로도 사용 할 수 있다. 이 기술을 사용하면 사진을 찍는 대상과 그 배경의 초점을 모두 맞출 수 있는 장점을 가지게 된다.
그림 1. 곤충의 눈을 통해서 관찰한 대상의 모습
iii ) 카메라 렌즈의 구조, 동작원리, 모듈
카메라 렌즈 모듈이란 카메라로 들어오는 빛을 여러 개의 렌즈로 원하는 만큼 빛을 모아주는데, 이러한 렌즈들을 하나의 렌즈로 해석하는 방법이다. 카메라의 렌즈는 여러 개의 군으로 되어있는데, 렌즈의 개수가 작을수록 소형 카메라에 적용 할 수 있다. 이 중 렌즈의 개수도 적고, 약 2배의 줌을 할 수 있는 3군 렌즈를 이용하여 소형 카메라의 모듈로서 최적화 하였다.
3군 렌즈 모듈은 총 7개의 렌즈를 가진 모듈이다. 여기서 1군 2군은 각각 1개의 렌즈가 1개의 모듈을 구성하고 있지만, 3군은 총 5개의 렌즈로 구성된다.
이를 간소화된 방법으로 계산하기 위해 단일화된 모듈의 계산으로 최적화 설계를 할 수 있다.
복잡하고 시간이 많이 소요되는 수치해석적인 방법에 의한 실제렌즈 설계보다는 각 군에 대해 적절한 구성을 선정하고, 각각의 렌즈 모듈과 동일한 1차량을 갖는 실제 렌즈를 최적 설계 법을 이용해 구하고, 이로부터 각 렌즈 군에 대한 공기 간격을 조정함으로써 줌 궤적을 일치 시키는 과정을 통해 초기 실제 렌즈 줌 광학계를 얻고, 수차 보정을 통해 최적의 광학계를 얻는 과정이다.
고정인 1군의 초점거리를 결정하고, 2군도 단일 렌즈로 설정하였다. 3군은 상면의 위치를 고정시키는 역할을 하므로 전체적인 굴절능은 (+)로 한다. 3군의 렌즈는 5개 이지만, 설계 파라미터를 확보하기 위하여 단렌즈로 구성하였다. 이후 3군은 실제로 5개의 렌즈를 가지고 있기 때문에 수차 보정을 해야 한다. 수차 보정을 위해서 먼저 독립적으로 설계된 각각의 군을 일정하게 주어진 값대로 공기간격을 설정하면 줌 궤적을 포함한 모든 1차 특성 내에서 렌즈모듈 줌 광학계와 동일한 실제 렌즈를 얻을 수 있다.
iv ) 렌즈 제작의 기본적인 개요
마이크로 렌즈는 광학 시스템에서 매우 중요한 구성요소로써 원하는
