The number of lens groups in modern zoom camera systems is increased above that of conventional systems in order to improve the speed of the auto focus with the high quality image. As a result, it is difficult to calculate zoom loci using the conventional analytic method, and even the recent one-step advanced numerical calculation method is not optimal because of the time-consuming problem generated by the iteration method. In this paper, in order to solve this problem, we suggest a new unified analytic method for zoom lens loci with finite object distance including infinite object distance. This method is induced by systematically analyzing various distances between the object and other groups including the first lens group, for various situations corresponding to zooming equations of the finite lens systems after using a spline interpolation for each lens group. And we confirm the justification of the new method by using various zoom lens examples. By using this method, we can easily and quickly obtain the zoom lens loci not only without any calculation process of iteration but also without any limit on the group number and the object distance in every zoom lens system.
We derived analytically the generalized curvature linear equation useful in the initial optical design of a two-mirror system with finite object distance, including an infinite object distance from paraxial ray tracing and Seidel third order aberration theory for coma coefficient. These aberration coefficients for finite object distance were described by the curvature, the inter-mirror distance, and the effective focal length. The analytical equations were solved by using a computer with a numerical analysis method. Two useful linear relationships, determined by the generalized curvature linear equations relating the curvatures of the two mirrors, for the cancellation of each aberration were shown in the numerical solutions satisfying the nearly zero condition ($<10^{-10}$) for each aberration coefficient. These equations can be utilized easily and efficiently at the step of initial optical design of a two-mirror system with finite object distance.
We theoretically derive the set of general paraxial zoom locus equations for all zoom lens systems with finite object distance, including the infinite object distance case, by using the Gaussian bracket method and matrix representation of paraxial ray tracing. We make the zoom locus program by means of a numerical calculation method according to these equations in Visual Basic Language. Consequently, the solutions of this method can be consistently and flexibly used in all types of zoom lens in the step of initial design about zoom loci. Finally, in order to verify the justification and usefulness of this method, we show that two examples, such as $M_{4a}$ and $M_{4h}$ types of 4 groups, and one example, $M_{5n}$ type of 5 groups, which are very complicated zoom lens systems, can be rapidly and diversely traced through various interpolations by using this program.
Korean Journal of Computational Design and Engineering
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v.12
no.3
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pp.220-232
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2007
Current geometric modeling and analysis are commonly based on B-Rep modeling and a finite elements method respectively. Furthermore, it is difficult to represent an object whose material property is heterogeneous using the B-Rep method because the B-Rep is basically used for homogeneous models. In addition, meshes are required to analyze a property of a model when the finite elements method is applied. However, the process of generating meshes from B-Rep is cumbersome and sometimes difficult especially when the model is deformed as time goes by because the topology of deforming meshes are changed. To overcome those problems in modeling and analysis including homogeneous and heterogeneous materials, we suggest a unified modeling and analysis method based on implicit representation of the model using R-function which is suggested by Rvachev. For implicit modeling of an object a distance field is approximated and blended for a complex object. Using the implicit function mesh-free analysis is possible where meshes are not necessary. Generally mesh-free analysis requires heavy computational cost compared to a finite elements method. To improve the computing time of function evaluation, we utilize GPU programming. Finally, we give an example of a simple pipe design problem and show modeling and analysis process using our unified modeling and analysis method.
In this paper, we propose easily tooling method for Seidel third order aberration, which are not well utilized in actual design process due to the complication of mathematical operation and the difficulty of understanding Seidel third order aberration theory, even though most insightful and systematic means in pre-designing for the initial data of optimization. First, using paraxial ray tracing and Seidel third order aberration theory, spherical aberration coefficient is derived for a two-mirror system with a finite object distance. The coefficient, which is expressed as a higher-order nonlinear equation, consists of design parameters(object distance, two curvatures, and inter-mirror distance) and effective focal length(EFL). Then, the expressed analytical equation is solved by using a computer with numerical analysis method. From the obtained numerical solutions satisfying the nearly zero coefficient condition($<10^{-6}$), linear fitting process offers a linear relationship called the curvature linear equation between two mirrors. Consequently, this linear equation has two worthy meanings: the equation gives a possibility to obtain initial design data for optimization easily. And the equation shows linear relationship to a two-mirror system with a finite object distance under the condition of corrected third order spherical aberration.
The shallow depth of focus in conventional light microscopy hinders the observation of the whole image when the object is thicker than the depth of field. Most of the existing techniques measured the object distance, which is not necessarily the actual distance of each pixel in the image. We implemented a means of determining the "best focus" of each pixel and located the height of object points by sectioning at different sample heights. Combining the height information and its gray values together, we obtained an image where the blur from the finite depth of focus is eliminated. Limitations of the technique are discussed together with composed images.ed images.
Jo, Jae-Heung;Lee, Do-Kyung;Lee, Sang-On;Ryu, Jae-Myung;Kang, Geon-Mo;Lee, Hae-Jin
Korean Journal of Optics and Photonics
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v.20
no.3
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pp.166-174
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2009
When the object distance of a zoom lens with finite object distances is varied, we can fix the image at a fixed image plane by moving only one zoom lens group (autofocus group) without moving all zoom lens groups for the autofocus. We theoretically formulated and numerically calculated the moving distances of the autofocus group by using Gaussian brackets and a paraxial ray tracing method. The solutions of this method can be consistently and flexibly used in the initial design for the moving distance of autofocus group within these zoom loci in all types of zoom lens. Finally, in order to verify the usefulness of this method, we show that the moving distance of an autofocus group can be rapidly and diversely obtained in one example of $M_{5n}$ zoom lens type.
Numerical optimization techniques combined with a three-dimensional thin-layer Navier-Stokes solver are presented to find an optimum shape of a stator blade in an axial compressor through calculations of single stage rotor-stator flow. Governing differential equations are discretized using an explicit finite difference method and solved by a multi-stage Runge-Kutta scheme. Baldwin-Lomax model is chosen to describe turbulence. A spatially-varying time-step and an implicit residual smoothing are used to accelerate convergence. A steady mixing approach is used to pass information between stator and rotor blades. For numerical optimization, searching direction is found by the steepest decent and conjugate direction methods, and the golden section method is used to determine optimum moving distance along the searching direction. The object of present optimization is to maximize efficiency. An optimum stacking line is found to design a custom-tailored 3-dimensional blade for maximum efficiency with the other parameters fixed.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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