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나노포토닉스 기반 생체모사 인공곤충눈의 초소형 이미징시스템 적용에 관한 연구
Nanophotonics Enabled Biomimetic Artificial Compound Eyes

  • 과제명

    나노포토닉스 기반 생체모사 인공곤충눈의 초소형 이미징시스템 적용에 관한 연구

  • 주관연구기관

    한국과학기술원

  • 연구책임자

    정기훈

  • 참여연구자

    정혁진   금동민   김재준   송철   유주영  

  • 보고서유형

    최종보고서

  • 발행국가

    대한민국

  • 언어

    한국어

  • 발행년월

    2010-06

  • 과제시작년도

    2009

  • 주관부처

    교육과학기술부

  • 사업 관리 기관

    한국연구재단

  • 등록번호

    TRKO201000014453

  • 과제고유번호

    1345101256

  • 키워드

    생체모사,나노포토닉스,비선형광학,자기쓰임,고분자광도파로,인공 곤충눈,초소형 이미징BIOMIMETICS,NANOPHOTONICS,NONLINEAR OPTICS,SELF-WRITING,POLYMER WAVEGUIDE,ARTIFICIAL COMPOUND EYES,MINIATURIZED IMAGING SYSTEM

  • DB 구축일자

    2013-04-18

  • 초록 


    The project will perform four different directions: (1) the microfabrication of
    optimized self-aligned microlens and waveguide...

    The project will perform four different directions: (1) the microfabrication of
    optimized self-aligned microlens and waveguide in a photosensitive polymer
    resin, (2) the development of omnidirectional radial UV exposure techniques
    using a high NA lens, (3) the optical characterization techniques of artificial
    compound eyes, and (4) the development of functional artificial compound eye
    lenses.
    The project will be conducted for three years:
    $\circ$ The 1st year will be focused on optimizing the microfabrication of artificial
    compound eyes, the optical characterization methods, and the microfabrication
    of self-written waveguides.
    $\circ$ The 2nd year will be focused on optimizing the omnidirectional UV exposure techniques and developing the design and fabrication of afocal and non-uniform resolution artificial compound eye,
    $\circ$ The 3rd year will be focused on the development of binocular artificial compound eye and testing the feasibility of integrating artificial compound eye on CMOS image sensor arrays.


    본 과제는 연구책임자의 2006년 사이언스지에 게재된 연구를 바탕으로 제안된 개발 및 응용연구임. 본 과제를 수행하면서 최초 제안된 ACE에서 실제 공학적 적용을 위한 자기정렬된 광도파로의 길이를 1mm이상 확보하는데 성공하였고, ...

    본 과제는 연구책임자의 2006년 사이언스지에 게재된 연구를 바탕으로 제안된 개발 및 응용연구임. 본 과제를 수행하면서 최초 제안된 ACE에서 실제 공학적 적용을 위한 자기정렬된 광도파로의 길이를 1mm이상 확보하는데 성공하였고, 이를 이용하여 실제 이미지를 확보하는데 까지 연구가 진행되었음. 또 고분해능 ACE 발을 위한 필수적인 정보인 곤충 눈의 광특성을 규명하기 위해 평면 형태로 곤충 눈의 구조를 모사하여 조적 변화에 따른 광학적 특성을 분석. 본 연구 결과는 2009년 Transducers 국제 MEMS 학술대회에서 발표하였고, SCI 급 우수광학저널인 Optics express에 게재되었음(Vol. 17, No. 17, 2009). 본 연구의 또 다른 응용 분야로 ACE 렌즈의 수광 및 발광 소자로서의 양방향성을 고려한 복잡형상미세렌즈를 제작함으로써 초소형 단일 조명 소자로서 고효율, 광방출각을 갖는 렌즈의 사용 가능성을 실험적으로 입증. 본 연구 결과는 2009년 Transducers 국제 MEMS 학술대회에서 발표하였고, SCI 급 우수광학저널인 Optics letters에 게재되었음 (Vol. 35, No.6, 2010). 평면 인공 곤충 눈을 제작하여 자연계가 가지고 있는 다양한 구조의 곤충 눈을 모사하여 그 특성을 분석하였고, 해당 소자를 이용해 광학 터치 센서와 같은 새로운 개념의 소자로 개발하기 위한 연구를 진행 중임. 본 연구 결과는 2009년 IEEE Optical MEMS and Nanophotonics 학회에서 발표하였고,해당 분야 최우수 저널 Nature에 투고하여 현재 심사 중임. 본 연구과제의 성과 중 3차원 구조 ACE의 경우 현재 광학이미지를 확보하는데 까지 성공하였고, 후속 연구를 통해 분해능을 향상시킬 경우 초소형 이미징 시스템이 필요한 내시경이나 핸드폰 카메라등에 적용이 가능할 것이라 매우 기대됨. 특히, 초소형 이미징 시스템의 경우 기존의 광학 시스템을 단순히 소형화함으로써 가지게 되는 한계를 ACE 기반의 렌즈가 극복할 수 있어 많은 수요가 예상됨. 복잡형상미세렌즈의 경우 LED시스템의 Back-light-unit 에 적용 가능. 현재 LED TV 시장이 폭발적으로 증가하는 것을 감안하면 해당 분야에 상당한 파급효과를 가질 것으로 예상됨. 평면 인공 곤충 눈의 경우 현재 많은 주목을 받고 있는 디스플레이상의 광학 터치 센서로 개발이 가능함. 특히, 대형 스크린으로 갈수록 평면 인공 곤충 눈 기반의 광학 터치 센서가 가격, 파워소모 등의 측면에서 기존의 방식에 비해 가지는 장점이 커지므로 대형 디스플레이 시스템의 시장 증가와 함께 상당한 수요를 가질 것으로 기대됨. 본 연구성과를 바탕으로 ACE 기반 핸드폰카메라, 내시경, 초소형이미징시스템에 적용가능성을 현실화 시킬 수 있을 것으로 매우 기대됨. 현재 핸드폰카메라에 접사이미징을 위한 광시야각렌즈의 필요성이 크게 대두되고 있으므로, ACE-CMOS 이미징센서 제작을 위한 기업체와의 합작연구를 병행함과 더불어 관련 기술이전을 통해 국내 핸드폰적용 원천기술 확보에 크게 이바지 할 것으로 기대됨. 또한 빛의 양방향성을 고려한 광시야각 이미징 뿐만아니라 광방출이 가능한 소자로서의 적용관련 연구를 계속적으로 진행하고 있으므로 본연구의 결과는 LCD 시스템의 LED기반 Back-light-unit 시스템의 핵심소자로 사용될 수 있을 것으로 크게 기대됨. 또, 적외선 영역을 감지하는 평면 인공 곤충 눈을 터치 스크린 상에 쌍안 형으로 integration 시키면 스크린 상에서 손가락의 위치를 감지하는 센서로 활용할 수 있을 것이라 예상됨.


  • 목차(Contents) 

    1. 표지 ...1
    2. 제출문 ...2
    3. 초록 ...3
    4. 국문요약문 ...4
    5. SUMMARY ...8
    6. CONTENTS ...9
    7. 목차 ...10
    8. 제1장 연구개발과제의 개요 ...11
    9. 1절. 연구개발의 배경 및 필요성 ...11
    10. 제2장 국내외 기...
    1. 표지 ...1
    2. 제출문 ...2
    3. 초록 ...3
    4. 국문요약문 ...4
    5. SUMMARY ...8
    6. CONTENTS ...9
    7. 목차 ...10
    8. 제1장 연구개발과제의 개요 ...11
    9. 1절. 연구개발의 배경 및 필요성 ...11
    10. 제2장 국내외 기술개발 현황 ...13
    11. 제3장 연구개발수행 내용 및 결과 ...15
    12. 1절. 인공곤충눈렌즈 제작 기반기술 확보 ...15
    13. 2절. 인공곤충눈렌즈의 공학적 적용을 위한 세부기술 확보 ...32
    14. 3절. 목적형 고감도-고분해능 ACE렌즈 제작에 관한 연구 ...46
    15. 제4장 목표달성도 및 관련분야에의 기여도 ...66
    16. 제5장 연구개발결과의 활용계획 ...71
    17. 1절. 추가연구 방향 ...71
    18. 2절. 나노원천기술개발사업 파생연구 ...73
    19. 3절. 기술이전 및 산업화 ...75
    20. 제6장 연구개발과정에서 수집한 해외과학기술정보 ...76
    21. 제7장 참고문헌 ...77
    22. 별첨 1. Nature지 투고 논문 covering letter ...81
    23. 별첨 2. Nature지 투고 논문 manuscript ...84
    24. 별첨 3. Nature지 투고 논문 status ...96
    25. 연구결과 활용계획서 ...98
    26. 자체평가 의견서 ...111
  • 참고문헌

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