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가설 설정
- 적은 적층 높이로 극소한 UV 수지가 이전의 가공물에 도포되고 각 렌즈들 간의 사이 간격으로 인해 Fig. 7(b)와 같이 Meniscus 발생되어 경화 시 UV Resin 이 완전히 평탄하게 이뤄지지 않는다. 이러한 Meniscus 현상은 Fig.
제안 방법
- 이를 위해 본 논문에서는 복잡한 형상과 저비용으로 미세 구조물의 제작이 가능한 Microst ereolithography0xSL) 을 이용해 촬영소자의 Fillfactor 를 높히기 위한 방안으로 대면적 MLA 를 제작했다. 렌즈의 형상 중 제작하기 힘든 2 개의 Focal length 를 가지는 타원형태를 설계하고, UV Resin 을 선정하기 위해 3가지 물성테스트를 거쳐 가공했다.
- 렌즈의 형상 중 제작하기 힘든 2 개의 Focal length 를 가지는 타원형태를 설계하고, UV Resin 을 선정하기 위해 3가지 물성테스트를 거쳐 가공했다. 또한 대면적 MLA 의 형상을 균일하게 제작하기 위해 UV Resin 도포량과 온도에 따른 표면장력을 고려해 경화 조건에 추가했다.
- 렌즈의 형상 중 제작하기 힘든 2 개의 Focal length 를 가지는 타원형태를 설계하고, UV Resin 을 선정하기 위해 3가지 물성테스트를 거쳐 가공했다. 또한 대면적 MLA 의 형상을 균일하게 제작하기 위해 UV Resin 도포량과 온도에 따른 표면장력을 고려해 경화 조건에 추가했다. 결과로 100, 140um 의 두 개의 지름을 가진 타원형 렌즈를 10 * 12 배열로 하나의 MLA 로 두고 X, Y 축의 이송으로 인해 10 * 15개의 대면적 MLA 를제작하고 광 분포 및 에너지를 측정했다.
- 또한 대면적 MLA 의 형상을 균일하게 제작하기 위해 UV Resin 도포량과 온도에 따른 표면장력을 고려해 경화 조건에 추가했다. 결과로 100, 140um 의 두 개의 지름을 가진 타원형 렌즈를 10 * 12 배열로 하나의 MLA 로 두고 X, Y 축의 이송으로 인해 10 * 15개의 대면적 MLA 를제작하고 광 분포 및 에너지를 측정했다.
- 투명한 색상을 지녔다. 이로 인해 HDDA 를 MLA 의 원재료로 하고 가공성 테스트를 실시했다. 가공성 테스트는 Fig.
- 가공성 테스트는 Fig. 2(a)과 같이 3D Modeling 하고, STL 파일로 변환 후 적층 두께만큼 Slicing 시켜 Bitmap 으로 변환했다. 이후 Dynamic Mirror Device (DMD)에 Bitmap image 를 전송한 뒤 Fig.
- 이점을 고려하여 Table 1 에서 Z 축의 이송은 수지 도포를 위한 것이며 한 층의 가공 후 적층 두께만큼 하강한 위치를 중심으로 이송비율의 설정 값인 ± 3mm 만큼 하강하고 상승해 도포한다. 또한 z 축의 이송 외에도 대기시간을 주어 경화 위치에 도달한 뒤 대기시간을 가지도록 설정했다. 광 조사 에너지와 경화 시간은 사용할 UV Resin, 광개시제 등에 따라 의도되는 사이즈만큼 경화되는 성질이 다르므로 광 조사 에너지를 100-30% 범위 내에서 실시했다.
- 또한 z 축의 이송 외에도 대기시간을 주어 경화 위치에 도달한 뒤 대기시간을 가지도록 설정했다. 광 조사 에너지와 경화 시간은 사용할 UV Resin, 광개시제 등에 따라 의도되는 사이즈만큼 경화되는 성질이 다르므로 광 조사 에너지를 100-30% 범위 내에서 실시했다. 선정한 HDDA 를 365nm 에 반응하는 광개시 제 인 DMPA (2, 2 - Dimethoxy - 2 - phenylacetophenone)를 혼합하고 Fig.
- 형상치수를 보였다. 이후 투과율 테스트에서는 HDDA, HDDA + IBXA (8:2)< 광경 화 후 Spectrophot ometer (U-2010, HITACHI)# 사용하여 200 ~ 900nm 대역에서 측정했다. HDDA 의 높은 경화 반응으로 인해 경화표면이 매끄럽지 않아 총 3회 측정하고 평균을 산출해 Fig.
- 이전의 연구와 달리 본 연구에서는 MLA 를 pSL 에서 점성 및 투과율, 가공성의 실험을 통한 선정 Monomer 을 사용해 직접 기법으로 제작했다. 형상의 균일화를 위한 가공조건을 고려해 Fig.
- 제작했다. 형상의 균일화를 위한 가공조건을 고려해 Fig. 9 와같이 격자형태의 대면적 MLA 를 제작하고 광 에너지 분포를 측정하였다. 측정결과 주어진 광보다 높은 에너지와 밝기를 가진 격자구조로 발함을 확인했다.
- 이를 해결하기 위해 Table 3 과 같이 Z 축의 수지 도포를 위한 이송범위 중 상승 값을 실험을 통해 적절히 감소 시켜 수지의 도포량을 늘였다. 이외에 가공성 테스트를 거친 광 조사 에너지, 조사 시간, Z 축 이송 속도, 대기시간, 수지 가열 온도를 결정했다. 이러한 실험 조건으로 제작된 MLA 는 Fig.
대상 데이터
- 필요로 한다. 이러한 렌즈의 원재료를 선택하기 위해 육안상 투명하고, 특성상 낮은 Apha 를가진 Monomer< 선정했다. Fig.
- 이러한 렌즈의 원재료를 선택하기 위해 육안상 투명하고, 특성상 낮은 Apha 를가진 Monomer< 선정했다. Fig. 1 은 30 Apha 미만인 Isobomyl acrylate(IBXA)와 15 Apha 미 만인 1, 6 - Hexanediol diacrylate(HDDA)로 상온에서 점도 즉정기 인 SV-IO(AND)을 사용하여 측정한 것이다.
- 광 조사 에너지와 경화 시간은 사용할 UV Resin, 광개시제 등에 따라 의도되는 사이즈만큼 경화되는 성질이 다르므로 광 조사 에너지를 100-30% 범위 내에서 실시했다. 선정한 HDDA 를 365nm 에 반응하는 광개시 제 인 DMPA (2, 2 - Dimethoxy - 2 - phenylacetophenone)를 혼합하고 Fig. 2의 (a)에 형상을 따라 제작한 결과로 적절한 가공조건을 Fig. 3 에 나타냈다.
성능/효과
- IBXA 와 HDDA 는 점성에 있어서 비슷한 양상을 보이며, 투명성은 제작사의 특성상 HDDA 가보다 투명한 색상을 지녔다. 이로 인해 HDDA 를 MLA 의 원재료로 하고 가공성 테스트를 실시했다.
- 경화 시 HDDA 의 과반응으로 인한 수축을 줄이기 위해 IBXA 를 일정비율로 혼합하고 실험한 결과 8 : 2비율일 때 HDDA 로만 가공한 것과 비슷한 형상치수를 보였다. 이후 투과율 테스트에서는 HDDA, HDDA + IBXA (8:2)< 광경 화 후 Spectrophot ometer (U-2010, HITACHI)# 사용하여 200 ~ 900nm 대역에서 측정했다.
- 4 에 표기했다. 실험 결과 HDDA 는 대략 90%의 높은 투과율을 지니고, HDDA(8) + IBXA(2)는 85%의 투과율을 지님을 확인했다.
- 9997 ~ 6(mm)으로 Table 2 의 이 송비율을 달리 적용한 이유는 대면적 MLA 의 가공공정상 한 층의 10 * 15 의 어레이를 마치고 Z 축의 이송이 이뤄지기 때문에 실제 적층 두께보다 많은 도포가 필요로 한다. 실험으로 한 층의 도포량에 비해 경화되는 구조물이 많이 제작될수록 UV Resin 의 밀도가 줄어들어 형상이 정확히 제작되지 않았다. 이를 해결하기 위해 Table 3 과 같이 Z 축의 수지 도포를 위한 이송범위 중 상승 값을 실험을 통해 적절히 감소 시켜 수지의 도포량을 늘였다.
- 대면적 MLA 에서 투과되는 광 에너지를 알아보기 위해 Beamprofiler(OPHIR)를 사용해 실시한 결과, MLA 를 투과하지 않은 광에 비해 높은 에너지로 분포되고 있음을 보였다. Table 4 는 입사 광과 대면적 MLA 의 격자를 투과된 광의 에너지 차이를 측정한 것이다.
- Table 4 는 입사 광과 대면적 MLA 의 격자를 투과된 광의 에너지 차이를 측정한 것이다. 결과적으로 입사 광에 비해 렌즈를 투과한 광 에너지가 증폭됨을 알 수 있었다.
- 9 와같이 격자형태의 대면적 MLA 를 제작하고 광 에너지 분포를 측정하였다. 측정결과 주어진 광보다 높은 에너지와 밝기를 가진 격자구조로 발함을 확인했다. 격자형태의 배열로 제작한 이유는 Photo- Detector 의 Pixel 단위로 격자 내 MLA 를 제작하기 위한 사전 연구로 시작되었다.
- X-ray 의 photon 이 섬광 체를 통과하면서 발생되는 빛이 CCD 또는 CMOS 에 전달되기 전에 픽셀단위의 격자 내 MLA 로 집광시켜 Fill-factor 를 높이기 위함이다. 그러나 격자 내에 다수의 렌즈로 구성될 경우 빛을 확산시킬 수 있으므로 큰 격자 배열로 우선 제작하여 구성 렌즈간의 광 에너지 및 분포를 측정하였다, 그 결과 집광렌즈로 충분한 기능을 수행할 수 있음을 확인했다. MLA 의 직접 제작을 DMD 를 이용한 μSL 로 수행함에 있어 타 장비보다 비용이 적고 신속한 제작이 가능했다.
- 를 고려 해 격 자크기를 Intra oral sensoi 의 Pixel 크기(약 50/㎛, 사이 간격 10㎛)와 동일하게 하여 적정 렌즈 수를 계산해 대면적 MLA 를 제작할 것이다. 추가적으로 본 논문에서 제작된 대면적 MLA 는 시간이 경과함에 따라 약간의 수축현상이발생됨을 보였다. 이를 위해 향후 재료 선정은 실제 Contact lens 로 쓰이는 Monomer 인 Hydroxyethyl Methac rylate (HEMA)와 분자량이 높은 Monomer 를 사용해 연구할 계획이다.
후속연구
- 그 이유는 DMD 에서 반사된 패턴이 Focusing lens 에서 축소되어 가장자리에 광 에너지가 약화되기 때문으로 사료된다. 이를 보정하기 위해 Collimate lens 이후 렌즈를 추가해 광 분포를 퍼트려 실험할 예정이다. 이와 동시에 Fill- factoi.
- 추가적으로 본 논문에서 제작된 대면적 MLA 는 시간이 경과함에 따라 약간의 수축현상이발생됨을 보였다. 이를 위해 향후 재료 선정은 실제 Contact lens 로 쓰이는 Monomer 인 Hydroxyethyl Methac rylate (HEMA)와 분자량이 높은 Monomer 를 사용해 연구할 계획이다.
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