Micro-pattern Design for Implementation of Specular Holography

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한국정밀공학회 2013년도 춘계학술대회논문집

Specular Holography 구현을 위한 마이크로 패턴 설계

Micro-pattern Design for Implementation of Specular Holography

*_{이 재 령}1

, #전 은채1, 김 휘2, 제 태 진1, 김 흥 준2, 백 인 수1

*J. R. Lee1, #E. c. Jeon([email protected])1 , H. Kim2 , T. J. Je1 , H. J. Kim1 , I. S. Baek1

1_{한국기계연구원 나노공정연구실,}2_{고려대학교 전자및정보공학과}

Key words : Specular Holography, Micro-pattern, Pattern design

1. 서론

Specular holography는 가공면 위에 수많은 arc를 가공함으로 3D 이미지를 나타내는 것을 말한다. 최근 Specular holography의 3D 이미지의 심도와 arc의 상관관계에 관한 연구가 이루어지고 있다. 하지만, arc를 만드는 작업이 대부분 수작업으로 이루어지기 때문에 3D 이미지가 선명하지 못하거 나 처음 원했던 object와 다른 이미지를 보이게 되는 경우가 있다. 따라서 본 연구에서는 Specular holography에서 object의 3D 이미지의 심도와 arc 관계에 대해 식을 정의하고, endmill 기법을 활용해 서 arc를 가공하기 위한 프로그램을 개발하였다. 2. Specular holography 생성을 위한 계산법 Specular holography는 위에서 말했듯이 가공면 즉 Z가 0인 평면에 수많은 arc를 그려 3D 이미지를 만드는 것이다. 그림 1은 arc에 반사된 빛이 양안에 맺히면서 어떻게 Specular holography현상으로 인 해 3D이미지로 인식되는지를 보여주는 그림이다. 그림 1에서 PR과 PL은 각각 양안과 보고자하는 object를 지나는 직선이면서 Z가 0인 평면에 위치한 점이다. PR과 PL을 지나는 반지름과 원의 중심은 각각 Rc , (xc,yc,0) 이다. 따라서 다음 식(1)과 식(2) 의 관계식을 만족한다. 빛의 성질에 따라 PR과 PL에서의 source(S)에서 들어오는 빛의 입사각과 눈으로 들어가는 반사각의 각도가 같다. 따라서 식 (3)을 얻을 수 있고, 이를 전개하면 식 (4)에서와 같이 가공면 위에 새겨야 하는 arc 중심점의 좌표 (Xc,Yc,Zc)를 찾을 수 있다.

Fig. 1 A schematic diagram of recognized object

(

)

2

(

)

2 2 PR c PR c c

x

-

x

+

y

-

y

=

R

₍₁₎

(

)

2

(

)

2 2 PL c PL c c x -x + y -y =R ₍₂₎ cos L PL R PR L PL R PR SP t SP t SP ´t =

q =

SP ´t

uuuv uuv uuuv uuv

o o

uuuv uuv uuuv uuv

(3) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 PL PR PL PR PL s PL PL s PL PR s PR PR s PR PL s PL s s PR s PR s s x x y y x x y y y x x x y y y x x x y y z x x y y z æ - - - ö ç ÷ - - - -ç ÷ + ç ÷ ç - + - + - + - + ÷ è ø(4) 3.패턴설계 및 가공코딩

그림 2(a)는 Specular holography를 이용해 가공 면 위에서 보고자하는 3D 이미지이다. 3D로 만들 어진 이미지를 그림 2(b)와 같이 3축 좌표를 가지는 각각의 점으로 데이터를 변경한다. 그림 3의 MATLAB 코드를 이용해 점으로 바뀐 데이터를 프로그램으로 불러온다. 위의 식을 이용해 만든 함수에 각 점의 좌표를 넣고, 식 (4)를 이용해 C(Xc,Yc,Zc)를 계산한다. 이렇 게 계산된 좌표 값을 그림 4의 코드를 이용해 그림 5와 같이 좌표를 구한다. 그림 5는 평면에 표현이

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한국정밀공학회 2013년도 춘계학술대회논문집 되었지만 실제 가공을 하면 3D 이미지로 보이게 된다. 계산된 arc의 시작점의 x좌표, 시작점의 y좌 표, 끝점의 x좌표, 끝점의 y좌표, arc의 반지름을 차례로 받아, 그림 6과 같이 NC코드 작성을 위한 프로그램에 다시 넣어준다. 이렇게 생성된 NC코드 를 사용해 endmill을 통한 arc가공이 가능하다. (a) (b)

Fig. 2 (a)Designed 3D image (b)Exported data points on a 3-axis plane

Fig. 3 Part of the received data

Fig. 4 Part of make a arc with the received data

Fig. 5 Arc drawn using the program

Fig. 6 Codes for arc machining 4. 결론 본 연구에서는 양안에 맺히는 object의 3D 이미 지의 심도와 Specular holography의 관계를 3D 이미 지의 좌우안 광 경로 차 분석을 통해 정의하였다. 이를 바탕으로 object를 hologram 이미지로 구현하 기위한 프로그램을 개발하였다. 또한 계산된 값을 토대로 endmill 가공을 위한 NC코드 생성을 위한 프로그램을 개발하였다. 후기 본 연구는 산업기술연구회 한국기계연구원 기관 고유사업 “그린에너지 기기 양산화 기술지원센터 구축사업”과 지식경제부 산업융합원천기술개발 사업 “100nm~100㎛ 나노복합구조물 응용제품 생 산을 위한 금형가공 및 에너지 10% 절감 성형시스 템 개발”의 지원으로 수행되었습니다. 참고문헌

1. W. Beaty, “Drawing Holograms by hand”, Proc. SPIE-IS&T Electronic Imaging, Vol.5005, 156-167, 2003.

2. William T. Plummer and Leo R. Gander, “A me-chanically generated hologram?”, APPLIED OPTICS Vol.31, No.31, 6585-6588, 1992.