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광 스캐너용 유리 프레넬 마이크로렌즈의 설계 및 제작
Design and Fabrication of Glass Fresnel Microlens for Optical Scanner

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Authors
정민수
Advisor
김용권
Major
공과대학 전기·정보공학부
Issue Date
2018-08
Publisher
서울대학교 대학원
Description
학위논문 (석사)-- 서울대학교 대학원 : 공과대학 전기·정보공학부, 2018. 8. 김용권.
Abstract
본 연구는 유리 재흐름 공정을 통해 실리콘 기판에 미리 결합된 광 스캐너용 유리 프레넬 마이크로렌즈를 제작하는 새로운 방법을 설명한다. 제작된 유리 프레넬 마이크로렌즈가 실리콘 기판에 미리 결합되어있기 때문에 추가적인 수작업 없이 반도체 미세공정을 통해 구동부와 결합이 가능하다. 프레넬 렌즈의 얇고 가벼운 구조적 특징 덕분에 렌즈의 크기가 크며 빠른 구동 속도를 가지는 광 스캐너를 설계할 수 있다. 또한, 기존 구면렌즈와 비교해 초점거리를 짧게 설계할 수 있으며 설계 자유도가 높다. 본 연구에서는 반도체 미세공정을 통한 유리 프레넬 마이크로렌즈를 학계 최초로 제작하였으며 마이크로스캐너와 결합하여 구동에 성공하였다.

제작된 유리 프레넬 마이크로렌즈는 3개의 유리 동심원으로 구성되어 있으며 1.4 ㎜의 지름을 가진다. 평균 표면거칠기는 36 ㎚로 측정되었다. 동일 곡률반경과 지름을 가지는 구면렌즈와 비교해 24 %의 부피와 42.4%의 두께를 가져 경량화에 성공하였다. 유리 동심원의 수의 증가를 통해 부피와 두께를 더욱 크게 감소시킬 수 있다. 마이크로스캐너는 4개의 folded-beam 스프링에 지지되어 있으며 중심에 프레넬 마이크로렌즈가 위치한다.

대기압에서 측정된 광 스캐너의 공진주파수는 1.292 kHz이며 Q값은 107.7로 측정되었다. 17.5 V 직류 바이어스 전압과 17.5 V 진폭의 교류 입력을 인가한 결과 ±50 ㎛ 이상의 큰 횡 방향 변위를 구동했다. 광학 스캔의 시연을 통해 ±1.20°의 레이저 조향 각도가 측정되었다.

제작된 프레넬 마이크로렌즈 스캐너는 지름이 1 ㎜ 이상의 유리 마이크로렌즈가 사용된 광 스캐너 중 가장 빠른 구동 속도를 달성하였으며 대면적 마이크로렌즈 경량화의 새로운 해결 방법이 될 것이다. 또한, 유리 열 재흐름 공정을 통한 프레넬 마이크로렌즈와 같은 비대칭 구조를 제작하는 방법은 보다 복잡한 구조물을 제작하는 데 활용될 수 있다.
Language
Korean
URI
http://hdl.handle.net/10371/144326
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Appears in Collections:
College of Engineering/Engineering Practice School (공과대학/대학원)Dept. of Electrical and Computer Engineering (전기·정보공학부)Theses (Master's Degree_전기·정보공학부)
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