In this paper, extracting design information from arbitrary aspherical lens shape in reverse engineering is introduced. Deformation terms and sphere data equation with various variables compose asphere equation. Aspherical lens shape is expressed with complicated polynomial expression that includes deformation terms and sphere data. Deformation term and vertex curvature have direct influence on a geometric shape and an optical characteristics of aspherical lens. Hence, extracting these information mean that design information could be derived and analyzed from shape data of arbitrary aspherical lens. Furthermore, sharing designer's experience and knowledge for aspherical lens design could be expected.
As consumer in optics, electronics, aerospace and electronics industry grow, the demand for ultra precision aspherical surface lens increases higher. To enhance the precision and productivity of ultra precision aspherical surface micro lens, the following specification of ultra precision grinding system is required: the highest rotational speed of the grinder is 100,000rpm and its turning accuracy is $0.1{\mu}m$, positioning accuracy is $0.1{\mu}m$. The development process of the grinding system for the ultra precision aspherical surface micro lens for optoelectronics industry is introduced. In the work reported in this paper, an intelligent grinding system for ultra precision aspherical surface machining was designed by considering the factors affecting the surface roughness and profiles accuracy. An aerostatic form was adopted to build the spindle of the workpiece and the spindle of grinder and ultra precision LM guide way was adopted in this system.
The aspherical lens was designed to be able to array a focal point. For this reason, it has very curved surface. The aspherical lens is fabricated by injection molding or diamond turning machine. With the aspherical lens, tool marks and surface roughness affect the optical characteristics, such as transmissivity. However, it is difficult to polish free form surface shapes uniformly with conventional methods. Therefore, in this paper, the ultra-precision polishing method with MR fluid was used to polish an aspherical lens with 4-axis position control systems. A Tool path and polishing mechanism were developed to polish the aspherical lens shape. An MR polishing experiment was performed using a generated tool path with a PMMA aspherical lens after the turning process. As a result, surface roughness was improved from $R_a=40.99nm$, $R_{max}=357.1nm$ to $R_a=4.54nm$, $R_{max}=35.72nm$. Finally, the MR polishing system can be applied to the finishing process of fabrication of the aspherical lens.
목적: 국내에서 시판되는 안경렌즈의 성능을 분석하고 최적화 설계로 수차가 보정된 안경렌즈를 설계하였다. 방법: 굴절률 1.6의 재질을 갖는 4개 회사의 ${\pm}$5.00D의 구면 렌즈와 비구면 렌즈의 중심두께, 곡률반경, 비구면 계수를 측정하였다. Mitutoyo사의 ID-F150으로 중심두께를 측정하였고, Automation Robotics사의 FOCOVISION(SR-2)를 이용하여 곡률반경을 측정하였다. 비구면 계수는 Taylor Hobson사의 PGI 1240S로 측정하였다. 렌즈 후면부터 눈의 회선점까지의 거리 27 mm, 동공직경 4 mm, 중심시야 $30^{\circ}$에서 적은 양의 수차를 갖는 안경렌즈를 설계하였다. 측정 렌즈보다 Axial height를 짧게 함으로써 미용 상의 이점을 높였다. 설계에는 ORA사의 Code V를 이용했다. 결과: -5.00D 비구면 렌즈는 구면 렌즈보다 비점수차와 왜곡수차는 약간 크게 나타났으나 Axial height가 짧고 가장자리 두께가 감소하여 미용 상의 장점이 있다. +5.00D 비구면 렌즈는 왜곡수차의 성능이 향상되고 (-)렌즈와 마찬가지로 Axial height와 중심두께의 감소로 미용 상의 장점을 확인하였다. 최적화 과정을 통한 전면 비구면 렌즈는 비점수차와 왜곡수차가 측정 구면 렌즈보다 좋은 성능과 미용 상의 장점을 확인할 수 있다. 결론: 국내에서 시판되는 비구면 렌즈는 수차의 성능보다는 미용 상의 장점을 키우는 Axial height의 감소와 두께의 감소에 주안점을 둔전면 비구면 설계가 이뤄지고 있다. 최적화 설계이론을 통해 측정렌즈보다 향상된 수차성능과 미용 상의 이점을 모두 갖는 전면 비구면 안경렌즈의 설계를 하였다. 후면 비구면 렌즈의 설계를 통해 전면 비구면 렌즈보다 향상된 성능을 얻을 수 있음을 기대할 수 있다.
The development process of the polishing system for the aspherical lens mold for opto-electronics industry is described. The system uses the method that polishing tool is scanned on the surface under PC-NC control for the aspherical lens mold. The two axes interpolation of the minimum translation mechanism is applied to give uniform working condition by motion analysis. An aspherical surface is divided into multiple sections and each dwell time is calculated from the polishing rate model based on the Preston equation. As result of form error compensation experiment, initial form error is decreased about 25% while an average value of surface roughness is also reduced successfully from 180nm to 19nm.
In this paper, resonant ultrasound spectroscopy(RUS) was used to determine the natural frequency of a spherical and a aspherical lens. The objective of the paper is to evaluate defect and shape error by using nondestructive evaluation method with Resonant Ultrasound Spectroscopy(RUS). The principle of RUS is that the mechanical resonant frequency of the materials depends on density, and the coefficient of elasticity. We evaluated existence of flaws through comparison with resonant frequency of a spherical and a aspherical lens. The spherical glass lenses were made of BK-7 glass, one's diameter in 2mm and 5mm. The polished spherical glass lenses had no deflection or a deflection below 2.0${\mu}{\textrm}{m}$. Also, The aspherical lens were made of same material and ones diameter in 7mm and thickness in 3.4mm. In the experiment, we were performed to investigate relationship between frequency measuring parameter($\beta$) and mass of each specimens. The difference between resonant frequency and mode of aspherical glass lens which has no defect was distinguished from aspherical glass lens which has some defects.
Efforts to obtain more efficient coupling of light from a laser diode to a single mode fiber have continued for various applications such as links for optical fiber communication systems. In TO-can package, configuration of optimized aspherical lens is bi-aspheric and its diameter is 2.4mm. We designed and fabricated aspherical coupling lens by means of glass molding technique under consideration of glass shrinkage. By controlling the aspherical profile error and surface roughness which were below 90nm and 10nm, respectively, we obtained the low coupling loss, 5.40dB, which was able to use for coupling a single mode fiber to laser diode.
Ceramic core processing technology using 5-axis high-speed cutting machine is applied to make the glass molds for aspherical ophthalmic lenses. In the technology, optimum processing conditions for aspherical ceramic molds are based on minimal experimental data of surface roughness. Such surface roughness is influenced by fabricating tools, cutting speed, feed rate, and depth of cut, respectively. In this paper, we present that surface roughness and shape accuracy of aspheric ceramic mold obtained by optimum processing conditions are Pa $0.6184{\mu}m$ and Pt $5.0301{\mu}m$, respectively, and propose that these values are sufficiently possible to apply to making the glass molds for aspherical ophthalmic lenses.
The precision fabrication of aspherical lenses is increasingly required for the latest applications of compact and high resolution video-recording or camera systems. Micro-optical components, including micro-spherical or aspherical lenses and reflecting mirrors, are generally required to be manufactured with high shape accuracy, extremely low surface roughness and no surface damage. To meet the needs of the precision fabrication system, a bed which supports the micro aspherical lens fabrication machines stably and safely is required. In this study, the thickness of the ribs of the bed is optimized using the CAD integrated optimal design system, a virtual DS program.
Hien Nguyen;Hieu Tran Doan Trung;Van Truong Vu;Hocheol Lee
Current Optics and Photonics
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제8권5호
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pp.493-501
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2024
This study proposes an effective visualization method for image distortion in high-resolution, machinable Fresnel mirrors, which offer significant advantages over traditional convex mirrors by being thinner and lighter. While commercial optical design programs are excellent at optimizing aberrations, they have some limitations in visualizing images from complex optical configurations. Therefore, NXTM CAD software is employed to achieve photorealistic ray-traced visualization with high-fidelity image rendering due to its flexible two-dimensional and three-dimensional modeling environments. In comparative simulations with various mirror profiles, we identified an aspherical Fresnel mirror with a conic constant of k = -3 that can reduce distortion to 1.79%, according to Zemax OpticStudio® calculations. Finally, the NXTM software successfully validated the distortion image of our machinable aspherical Fresnel mirror design. Subsequent practical experiments validated the consistency between the predicted distortion and the actual visualization results. We anticipate that this specialized visualization technique holds the potential to radically transform the interactive design of optical systems that incorporate aspherical Fresnel mirrors.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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