본 연구는 초소형 광학 시스템을 구현할 수 있는 설계 및 제작의 방법론을 제시하고자 한다. 초소형 광학계에서는 조명 및 결상 광학소자의 성능과 소형화가 조광면의 균질도와 결상 된 이미지의 선명도에 중요한 영향을 미치게 된다. 본 연구에서는 얇은 두께로 실효 광도를 배가시키기 위한 초박형의 LED 빔조형 렌즈를 설계 제작하였다. 상기 렌즈는 중앙부의 비구면렌즈와 외각의 전반사 프레넬 가장자리 부로 구성되어 있다. 설계된 LED 빔조형 렌즈(직경 4.7 mm, 두께 0.6 mm)는 다이아몬드 선삭으로 중앙 비구면부의 전반사(TIR) 가장자리가 정밀하게 가공되었으며, LED 의 빔각을 150 도에서 17.5 도로 축소 시켰다. 다른 광학소자들 마이크로 프리즘, 결상광학용 프레넬 렌즈, 광가이드는 다양한 마이크로 나노 크기의 제조공정으로 일체형으로 성형되었다. 시작품으로 제작된 초소형 광학계($6.8{ imes}2.2{ imes}2.5mm$)는 마이크로 패턴을 결상의 가능성을 보여주었고, 지문인식용 초소형광학계로서의 성능을 검증하였다.
The Miniaturized Fingerprint Imager (MFI) is a slim optical mouse that can be used as an input device for application to wireless portable personnel communication devices such as smartphones. In this study, we have fabricated key optical components of an MFI, including the illumination optical components and imaging lens. An LED beam-shaping lens consisting of an aspheric lens and a Fresnel facet was successfully machined using a diamond turning machine (DTM). A customized V-shaped groove for beam path banding was fabricated by the bulk micromachining of silicon that was coated with aluminum using the shadow effect in thermal evaporation. The imaging lens and arrayed multilevel Fresnel lenses were fabricated by electron beam lithography and FAB etching, respectively. The proposed optical components are extremely compact and have high optical efficiency; therefore, they are applicable to ultraslim optical systems.
