With increasing demands of miniaturized optical systems in biomedical applications, a tunable focus lens, which moduluates focal length of a lens actively, has been developed in various methods and types. A tunable liquid-filled lens actuated by pneumatically driven pressure has advantages in a wide tuning range and better optical performance, suitable for miniaturized optical systems. For the last decades, studies have been conducted for antireflection that aims to achieve clear images through maximum light transmittance by incorporating the nanostructures on lenses and various substrates. Antireflection significantly minimizes surface reflectance by reducing the Fresnel reflection at air-membrane interfaces. Especially, antireflective structures (ARS), bioinspired subwavelength structures from the cornea of a butterfly eye, can significantly reduce the Fresnel reflection by controlling geometrical parameters to adjust effective refractive index. A tunable liquid-filled lens can enhance light transmission for decreasing the Fresnel reflection by applying the ARS on a flexible membrane. In this work, a novel tunable liquid-filled lens with the ARS on a flexible membrane is presented. Poly-dimethylsiloxane (PDMS) is used as a flexible membrane bonded to a 2.5 mm PDMS lens chamber. A tunable liquid-filled lens with the ARS membrane is fabricated by using a simple wafer-level N/MEMS fabrication. The proposed tunable liquid-filled lens will provide new approaches for miniaturized biomedical imaging applications.
최근 의공학적인 응용 분야로써 내시경, 현미경과 같은 초소형 광학 시스템에 대한 수요가 증가하면서, 렌즈의 초점거리를 능동적으로 변화시킴으로써 기계적인 움직임을 최소화 하는 가변 초점 렌즈 (Tunable Focus Lens)가 다양한 종류와 방법으로 연구되고 있다. 유압식 가변초점 렌즈 (Tunable Liquid-filled Lens)는 유압 구동에 의해 초점을 바꾸는 렌즈이며, 유압식 가변초점 렌즈는 넓은 가변 초점 범위와 높은 광학적 성능을 장점으로 가지며 이로 인해 초소형 광학 시스템에 적용하기에 적합하다. 지난 수십 년간 렌즈 및 다양한 기판 표면에 나노구조를 접목함으로써 최대의 투과율을 통해 선명한 이미지를 얻고자 하는 무반사 (Antireflection)에 대한 연구가 진행되어 왔다. 무반사는 서로 다른 굴절률을 갖는 매질 사이의 프레넬 반사 (Fresnel Reflection)을 감소시킴으로써 표면 반사율을 최소화한다. 무반사 나노구조 (Antireflective Nanostructures, ARS)는 나방눈의 각막 표면을 자연 모사한 구조로써, 나노구조 사이의 구조를 변경함으로써 유효 굴절률을 조절하고, 이를 통해 프레넬 반사를 상당히 감소시킬 수 있다. 따라서, 본 연구에서는 무반사 나노구조를 유압식 가변 초점 렌즈의 유연막 위에 제작함으로써, 유압식 가변 초점 렌즈가 최대 투과율을 가지도록 하여 선명한 이미지를 얻을 수 있는 초소형 광학 시스템을 구축하고자 하였다. 유연막으로 PDMS (Poly-dimethylsiloxane)을 사용하였으며, 유연막은 2.5 mm의 직경을 갖는 PDMS 렌즈와 결합하였다. 유압식 가변 초점 렌즈 위 무반사 나노구조를 갖는 유연막은 대면적 미세전자기계시스템 (MEMS, Microelectromechanical systems) 공정 방법을 이용하여 제작되었다. 이로써, 본 연구에서 제작된 무반사 나노구조를 갖는 유압식 가변 초점 렌즈를 통해 최대 투과율을 갖는 초소형 이미징 시스템의 제작의 가능성을 제시하고자 한다.
