DNA칩 검출 메커니즘과 자동 초점 VCM 액츄에이터 설계 : Design of a DNA Chip Detection Mechanism and an Auto-Focusing VCM Actuator
- 발행기관 서강대학교 대학원
- 지도교수 이승엽
- 발행년도 2007
- 학위수여년월 200702
- 학위명 박사
- 학과 및 전공 기계공학
- 식별자(기타) 000000103455
- 본문언어 한국어
초록/요약
본 논문에서는 바이오 기술 분야의 DNA칩 검출 기술과 정보 기술 분야의 모바일 기기에 기존 널리 사용되고 있는 VCM 액츄에이터 기술을 적용하여 자동초점 기능을 구현함으로써 시스템의 성능을 개선한 연구를 수행하였다. 우선, DNA칩 검출 기술은 형광에 기반한 검출 방법이 가장 일반적이며 민감도와 정확도에서 다른 검출 기술에 비하여 뛰어난 성능을 보장하기 때문에 대부분의 DNA칩은 형광 신호를 검출하는 메커니즘을 사용한다. 그러나 형광 세기는 들뜸 광의 세기보다 훨씬 미약하기 때문에 높은 신호대 잡음비(SNR)의 신호를 얻기 위해 높은 민감도, 분해능(resolution)과 신뢰성(accuracy)을 위한 고정밀 메커니즘이 요구된다. 따라서 기존 상용화된 검출 시스템은 고정밀 메커니즘으로 인해 높은 제작 비용과 장치 부피가 커지게 되는 단점을 가지고 있어 특히 진단 시장에 사용할 때 시장 확대에 걸림돌로 작용하고 있다. 본 논문에서는 수차 분석을 통해 자동초점 구현이 반드시 필요함을 이론적으로 연구하였고, 기존의 광정보저장장치에서 폭넓게 사용되고 있는 광픽업의 VCM 액츄에이터를 이용한 새로운 자동초점 검출 메커니즘을 제시하고 실험하였다. 본 논문의 자동초점 검출 메커니즘은 DNA칩과 반사막을 밀착시키고 반사막에 의해 반사된 레이저 빔은 실시간 자동초점 신호로 사용되고, 발광된 형광 신호는 광전증배관에 의해 검출된다. 따라서 본 논문에서의 실험 결과를 통해 고성능, 낮은 비용과 소형화를 동시에 만족할 수 있는 새로운 검출 시스템에 대한 가능성을 보였다. 또한, 두번째로 자동초점 카메라 모듈 기술은 최근 휴대폰의 슬림화 추세에 기인하여 자동초점 카메라 모듈의 초소형화와 박형 사이즈에 대한 관심이 높아지고 있으며 필수 요소가 되고 있다. 본 논문에서는 로터리/캠 VCM(Voice Coil Motor) 방식 자동초점 카메라 모듈을 제안하였다. 본 논문에서 제안한 방식은 VCM 액츄에이터에 의한 렌즈 중심의 회전 운동을 캠 구조에 의한 상하 직선 운동으로 전환하여 자동초점 기능을 수행한다. 새로운 개념의 자동초점 카메라 모듈은 수직으로 영구자석과 코일을 세우지 않고 수평으로 영구자석과 코일을 배치하여 설계하기 때문에 기존 자동초점 카메라 모듈에 비하여 모듈 두께를 획기적으로 낮출 수 있으며, 자체 고정 조건을 만족하여 초점 상태에서 계속적인 전류 인가가 불필요하고 손떨림에 의한 액츄에이터의 흔들림이 없어 저전력 소모와 동시에 이미지 흔들림이 없다. 따라서 본 논문은 로터리/캠 VCM 방식 카메라 모듈을 위해 이론적 분석과 VCM 액츄에이터, 캠 구조와 예압(preload) 스프링에 대한 최적 설계를 통해 최적의 모듈을 제안하였다. 그리고 이렇게 설계된 카메라 모듈의 프로토타입 제작과 실험을 통해 실제 사용 가능성을 보였다.
more초록/요약
This paper shows that the auto-focusing mechanism by voice coil motor actuator technology which is widely used in information storage devices, guarantees high performance in the DNA chip detection system and auto-focusing camera module. Today, most of the DNA chip detection mechanisms use fluorescent dyes. The fluorescence based detection methods achieve remarkable performance in terms of sensitivity and accuracy as compared with other detection technologies. However, the conventional mechanisms to detect the fluorescent level require the high positioning accuracy and manufacturing cost, especially when diagnostic chips are used. In this paper, we propose a new optical detection method for DNA chip using optical pick-up technology which is widely used in optical storage devices. The new detection mechanism uses an existing optical pick-up with 650 nm laser diode and a modified detector sensor. The DVD laser beam is used for dynamic auto-focusing and detecting cyanine 5 (Cy5) dye fluorescent light emitted from DNA or protein marker. The dynamic auto-focusing control by a voice coil motor (VCM) actuator enables high scan speed, low optical distortion and high alignment robustness, which are superior to conventional DNA chip scanners of the expensive and bulky mechanisms. Finally, this paper shows the experimental results and verifies the feasibility of the new DNA chip detection mechanism to meet both high performance and low cost. Recently, because of slim trend of mobile phone, the compact and small size of auto-focusing module for camera-phone is essentially demanded. In the second part of this paper, the auto-focusing camera module is proposed to convert up and down linear motion into rotation motion of rotary VCM (Voice Coil Motor) actuator using cam structure. This new concept for auto-focusing module can accomplish thin module thickness and low power consumption. This paper presents the theoretical analysis and optimal design for VCM actuator, cam structure and spring. And experimental results measured using a prototype system agrees with the theoretical predictions.
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