Abstract
A change in object distance would generally change the magnification of an optical system. In this paper, we have proposed and designed a double-Gauss optical system with a fixed magnification and image surface regardless of any change in object distance, according to moving the lens groups a little bit to the front and rear of the stop, independently parallel to the direction of the optical axis. By maintaining a constant size of image formation in spite of various object-distance changes in a projection system such as a head-up display (HUD) or head-mounted display (HMD), we can prevent the field of view from changing while focusing in an HUD or HMD. Also, to check precisely the state of the wiring that connects semiconductor chips and IC circuit boards, we can keep the magnification of the optical system constant, even when the object distance changes due to vertical movement along the optical axis of a testing device. Additionally, if we use this double-Gauss optical system as a vision system in the testing process of lots of electronic boards in a manufacturing system, since we can systematically eliminate additional image processing for visual enhancement of image quality, we can dramatically reduce the testing time for a fast test process. Also, the Gaussian bracket method was used to find the moving distance of each group, to achieve the desired specifications and fix magnification and image surface simultaneously. After the initial design, the optimization of the optical system was performed using the Synopsys optical design software.
일반적으로 광학계의 물체거리가 변하면 배율이 변하게 된다. 본 논문에서는 일반적인 이중 가우스(double-Gauss) 형태의 광학계에서 조리개를 기준으로 조리개 앞쪽에 위치한 렌즈군과 조리개 뒷쪽 렌즈군을 광축 방향으로 독립적으로 평행하게 이동하여 물체거리에 따라 배율과 상면이 고정되는 광학계를 제안하고 설계하였다. 이러한 광학계는 전방시현장치(head-up display, HUD), 두부장착디스플레이(head-mounted display, HMD) 등의 투사 광학계에 물체거리의 변화에 따라 상 크기가 변화하지 않도록 하여 전방시현장치 또는 두부장착디스플레이에서 초점 조절(focusing) 시에 화각이 변하지 않도록 하였다. 또한 반도체 칩과 IC 회로기판을 연결하는 와이어(wire)의 상태를 검사하는 과정에서 검사장비가 위 아래로 움직여서 물체거리가 변해도 광학계의 배율이 변하지 않도록 하여 고속검사가 가능할 수 있도록 별도 영상 처리를 시스템적으로 생략할 수 있었다. 본 논문에서 가우스 괄호법(Gaussian bracket method)을 이용하여 원하는 사양을 만족하도록 각 군의 이동량을 구해서 배율과 상면이 고정되도록 하였다. 초기 설계를 진행한 후, 최적화는 광학 설계 프로그램인 시놉시스(Synopsys)를 사용하였다.