This dissertation investigates the use of microlens array in short-range infrared wireless communications. In shot-range infrared wireless communications, the eye safety restricts the amount of power that can be transmitted and thus reduces the system's speed and range because a short-range infrared wireless communication system is normally power margin limited. Microlens array allows more optical power to be launched safely because they can transform a point source, such as laser diode, into multipoint sources. The improvement of the eye safety is evaluated by comparing the maximum permissible exposure along the propagation distance and calculating the safe launch power for microlens array sources. Additionally, we characterize the radiation pattern of microlens array sources by one-dimensional simulation. As the result, microlens array with short focal length makes broad radiation pattern and short separation distance make radiation pattern sensitive to displacement error of microlens array.
실내 환경에서 응용되는 근거리 적외선 무선 통신 기술이 라디오 주파수를 사용하는 무선 통신이나 기존의 유선 통신에 비해 유리한 점은 점차 증대되는 대용량의 정보를 이동중인 사용자에게 고속으로 전송할 수 있는 시스템을 경제적으로 제공할 수 있다는 것이다. 그렇지만 자유 공간상에서 광신호의 손실로 인한 전송 거리의 제한은 시스템을 구성하는데 어려움을 주었고, 이를 극복하기 위한 방법으로 광신호의 출력을 높이면 인체에 치명적인 손상을 줄 수 있는 약점이 있었다.
본 논문에서는 근거리 적외선 무선 통신에서 전송 거리를 확대하기 위해 광원의 안전도를 개선하는 새로운 방법으로 마이크로 렌즈 배열을 이용하여 광원의 크기를 확대하는 방법을 제안하고, 이에 대한 안전도 개선 효과를 국제 표준 기관에서 제공하는 최대 허용 노출(maximum permissible exposure, MPE )을 바탕으로 분석하였다. 그리고 마이크로 렌즈 배열을 사용하는 경우, 기존의 점광원을 사용하는 경우와 비교하여 위험 거리(nominal optical hazard distance) 없이 안전하게 보낼 수 있는 광 출력이 광원과 마이크로 렌즈 배열 사이의 이격 거리(separation distance)가 커질수록 증가하는 것을 나타낸다.
또한 마이크로 렌즈 배열을 사용함으로 인한 부차적인 효과로 광원의 복사 형태가 마이크로 렌즈의 초점거리와 이격 거리에 따라 변하는 것을 1차원 모의 실험을 통해 보였다. 광원의 발산각은 마이크로 렌즈의 초점거리가 작아질수록 커지고, 점광원과 마이크로 렌즈 배열사이의 이격 거리가 작으면 광신호의 복사 형태가 마이크로 렌즈의 위치 변화에 따라 불규칙한 형태로 변하게 된다.
