The very intriguing and unique structures that exist in nature have been a great inspiration for the study of various imaging systems. Among them, the compound eye structure of insects is the most well-known optical structure, and unlike the human eye, it is composed of tens to hundreds of optical units called ‘omatidia’. This optical unit is composed of microlenses and photoreceptor cells and has a wide field of view, low aberrations, and large depth of field. However, in addition, the insect eye has the advantage that it can exist in a very compact structure because the focal length of the microlens is short, and also has the feature of having a short minimum working distance. This study attempted to develop a close-up imaging system based on these characteristics. A reverse microlens array was fabricated by simulating the microlens of an insect eye, and a light absorption layer was placed in front of the lens to prevent optical crosstalk. The manufactured ultrathin array imager obtained high-resolution images at a close distance, and it was possible to observe a wider area compared to the conventional microscope. Fingerprint imaging, microscopic imaging, and fluorescence imaging were performed in this study using this imaging system. The proposed ultrathin array imager can be used as a variety of sensors and is expected to provide a new alternative in conventional microscopes.
자연계에 존재하는 매우 흥미롭고 독특한 구조는 다양한 이미징 시스템 연구에 큰 영감을 주었다. 그 중 특히 곤충의 겹눈 구조는 가장 잘 알려진 광학구조로서 인간의 눈과는 달리 수십에서 수백 개의 오마티디아 라고 불리는 광학 단위로 구성이 되어있다. 이 광학 단위는 미세렌즈와 광수용체 세포들로 이루어져 다양한 광학적 특징을 가지고 있으며 특히 짧은 초점거리로 인해 소형화에 유리하고 최소작동거리가 짧다는 특징을 가지고 있다. 본 연구는 이러한 특징을 기반으로 휴대용 현미경을 위한 초박형 이미징 시스템을 개발하고자 하였다. 곤충눈의 미세렌즈를 모사하여 역방향 마이크로렌즈 어레이를 제작하였으며, 광학노이즈를 제거하기 위해 광흡수막층을 렌즈 앞에 배치하였다. 제작된 시스템은 근접한 거리에서 높은 해상도의 영상을 획득하였으며, 기존의 현미경 대비 상대적으로 넓은 영역을 관측하는 것이 가능하였다. 이 시스템을 이용하여 본 연구에서는 지문이미징, 현미경이미징 및 형광이미징을 수행하였다. 제안된 초근접이미징 시스템은 다양한 센서로서 활용이 가능할 뿐만 아니라 현미경 활용분야에 새로운 대안을 제시할 것으로 기대된다.
