본 논문에서는 가격이 비싼 고보 조명을 대체하기 위해 freeform lens를 사용하여 조명 광학계를 설계하였다. Freeform lens 조명은 이미지 마스크를 사용하지 않으며, 렌즈 한 매만으로도 렌즈 면에서 직접 이미지를 형성하여 조사할 수 있어 고보 조명에 비해 단가를 절감할 수 있다. 또한 설계한 freeform lens 조명의 성능을 확인하기 위해서 조도 시뮬레이션을 진행하였다. 이를 통해 설계한 조명이 조사하고자 하는 이미지와 유사한 조도분포를 가지며, 고보 조명의 성능과 유사한 광효율 47%를 가지므로 고보 조명을 대체할 수 있음을 확인하였다.
This paper described an off-axis head-mounted display system. It is composed of a 7-piece coaxial relay lens group and a freeform surface combiner. This configuration has a simple structure and a wide field of view (FOV). In this design, a freeform surface is chosen as the combiner, to simplify the structure and attain good image quality. We generated this freeform surface by considering both coordinates and normals of discrete data points. Moreover, we realize a coaxial structure in the relay lens group, which is compact and benefits from a loose tolerance requirement. The HMD system we finally realized has a 40° × 30° FOV and 15-mm exit pupil diameter.
Yang, Jae Suk;Park, Jae-Hyeung;O, Beom-Hoan;Park, Se-Geun;Lee, Seung Gol
Journal of the Optical Society of Korea
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제20권5호
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pp.614-622
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2016
In this paper, we propose a novel differential equation method for designing a total internal reflection (TIR) LED lens with double freeform surfaces. A complete set of simultaneous differential equations for the method is derived from the condition for minimizing the Fresnel loss, illumination models, Snell’s Law of ray propagation, and a new constraint on the incident angle of a ray on the light-exiting surface of the lens. The last constraint is essential to complete the set of simultaneous differential equations. By adopting the TIR structure and applying the condition for minimizing the Fresnel loss, it is expected that the proposed TIR LED lens can have a high luminous flux efficiency, even though its beam-spread angle is narrow. To validate the proposed method, three TIR LED lenses with beam-spread angles of less than 22.6° have been designed, and their performances evaluated by ray tracing. Their luminous flux efficiencies could be obviously increased by at least 35% and 5%, compared to conventional LED lenses with a single freeform surface and with double freeform surfaces, respectively.
In this paper we propose a freeform secondary lens for an LED fishing/working lamp (LFWL). This innovative LED lamp is used to replace the traditional HID fishing lamp, to satisfy the lighting demands of fishing and the on-board activities on fishing boats. To realize the freeform lens's geometry, Gaussian decomposition is involved in our optics-design process for approaching the targeted light intensity distribution curve (LIDC) of the LFWL lens. The simulated results show that the illumination on the deck, on the sea's surface, and underwater shows only small differences between LED fishing/working lamps and HID fishing lamps. Meanwhile, a lighting efficiency of 91% with just one third of the power consumption can be achieved, when the proposed LED fishing/working lamps are used instead of HID fishing lamps.
Transactions on Electrical and Electronic Materials
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제18권1호
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pp.35-41
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2017
This study looks at optimizinge light redistribution to improve the overall illuminance uniformity of commercial IRED modules. To obtain uniform illumination over a prescribed rectangular area, a freeform surface lens was evaluated using TracePro. The LED light overall illuminance uniformity regulated in KSC 7658 was verified using Relux software. Experimental test results showed 0.81 overall illuminance uniformity for rectangular light distribution of LED lights having a radiation angle of $80^{\circ}$. After fabricating prototype IRED lights based on these simulation results, illuminance performance was observed when used as actual IRED lighting with a nighttime CCTV system. Image observation photographs of the prototype $80^{\circ}$ rectangular IRED lights confirmed that object images can be seen clearly owing to high overall illuminance uniformity, and that dark regions of the CCTV screen were not shown.
본 논문은 UV LED를 이용한 line beam 형성 방법에 대한 연구를 진행하였다. 기존의 linear type UV LED 경화기 광학계는 여러 매의 cylindrical lens로 구성되어 있는데 추후 광학계의 align, 모듈의 대형화, 효율 등에서 문제가 발생할 수 있다. 이런 문제점들의 해결을 위한 대안으로서 cylindrical lens와 마찬가지로 Y축 방향에 대해서만 자유 곡면을 가지는 bar type의 TIR lens를 설계하여 최대조도, 조도 균일도, 광속 효율 등에서의 이점이 있음을 검증하였다.
This study presents a new optical system for a combiner-type head-up display (HUD) with a cylindrical lens as an asymmetrical aberration corrector, instead of a freeform mirror. In the initial design process based on off-axial aberration analysis, we obtain an off-axis two-mirror system corrected for linear astigmatism and spherical aberration by adding a conic secondary mirror to an off-axis paraboloidal mirror. Thus, since the starting optical system for an HUD is corrected for dominant aberrations, it enables us to balance the residual asymmetrical aberrations with a simple optical surface such as a cylinder, not a complex freeform surface. From this design process, an optical system for an HUD having good performance is finally obtained. The size of the virtual image is 10 inches at 2 meters away from a combiner, and the area of the eye box is 130×50 mm2.
Wang, Junhua;Zhou, Qing;Chen, Jie;Hou, Lexin;Xu, Min
Current Optics and Photonics
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제2권3호
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pp.280-285
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2018
A new method to design a see-through off-axis head-mounted-display (OA-HMD) optical system with an ellipsoidal surface is proposed, in which a tilted ellipsoidal surface is used as the combiner, which yields the benefits of easier fabrication and testing compared to a freeform surface. Moreover, we realize a coaxial structure in the relay lens group, which is simple and has looser tolerance requirements, thus making assembly easier. The OA-HMD optical system we realize has a simple structure and consists of a combiner and 7 pieces of coaxial relay lenses. It has a $48^{\circ}{\times}36^{\circ}$ field of view (FOV) and 12-mm exit pupil diameter.
Micro-stereolithography technology has made it possible to fabricate a freeform 3D microslructure. This technology is based on conventional stereolithography, in which a UV laser beam irradiates the open surface of a UV-curable liquid photopolymer, causing it to solidify. In micro-stereolithography, a laser beam of a few $\mu m$ diameter is used to solidify a very small area of the photopolymer. This is one of the key technological elements, and can be achieved by using a focusing lens. Thus, the solidification phenomena of the liquid photopolymer must be carefully investigated. In this study, the photopolymer solidification phenomena in response to variations in the scanning pitch of a focused laser beam was investigated experimentally. The effect of layer thickness on the solidification width and depth was also examined. These studies were conducted under the conditions of relatively lower laser power and relatively higher scanning speed. Moreover, the photopolymer solidification phenomena for the relatively higher laser power and lower scanning speed was investigated, too. In this case, comparing to the case of lower laser power and higher scanning speed, the photopolymer absorbed large amount of irradiation energy of the laser beam. These results were compared with those obtained from a photopolymer solidification model. From these results, a new laser-scanning scheme was proposed according to the shape of the 3D model. Samples by each method were fabricated successfully.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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