This paper show lens design and simulation for microdisplay system with two mirror, Lens design optimized consider to spherical aberration, astigmatism, distortion, and chromatic aberration.
본 연구는, 원리적인 다양한 장점에도 불구하고 현실적인 제약으로 인해 실제 설계과정에서 잘 적용되지 않는, 자이델 3차 수차를 간편하게 다룰 수 있는 방안을 제안한다. 먼저 유한 물체거리를 갖는 2 반사경계에 대해 자이델 3차의 구면수차계수를 유도한다. 여기서, 유도된 구면수차계수는 고차의 비선형 방정식으로 표현되는데, 그 구성은 설계변수(물체거리, 주경 및 부경의 곡률, 주경과 부경 사이의 거리)와 유효초점거리로 이루어진다. 해석적으로 표현된 고차의 비선형 구면수차 방정식은 컴퓨터를 이용한 수치기법에 의해 근사적인 제로조건을 만족하도록 풀려진다. 이렇게 구해진 다양한 수치 해들을 주의 깊게 통찰하면 주경과 부경의 곡률 간에 선형성이 존재함을 파악할 수 있다. 즉, 결과적으로 주경과 부경의 곡률들을 선형맞춤(linear fitting)하면 곡률선형방정식이 얻어지는데, 이의 의미는 약간의 대수적인 계산으로 최적화의 초기 입력 데이터를 손쉽게 얻을 수 있는 가능성을 제시한 것이다. 한편, 응용외의 순수 수차론적인 관점에서 본다면, 본 연구의 특징은 유한 물체거리를 갖는 2 반사경계의 주경 및 부경의 곡률들이 구면수차가 거의 제로가 되는 조건 하에서 상호간에 선형 관계가 존재하였다는 것이다.
축소배율(M=+1/5)을 갖는 극자외선(deep ultra-violet) 리소그라피용 5-반사광학계를 설계하였다. 먼저 모든 3차 수차와 5차 구면수차를 영으로 하는 수치적인 해를 구면에 대해서 구하였다. 다음 비교적 크게 나타나는 잔류 수차(구면수차, 코마)의 제거를 위하여 마지막 두 반사경에 대하여 비구면화를 optimization방법에 의해 이행하였다. 이렇게 하여 얻은 광학계는 광원을 KrF 엑시머 레이저(파장 $0.248{\mu}m$)로 하는 nearly incoherent illumination(${\sigma}$=1)인 경우, NA는 0.45, 분해능은 50% MTF 기준치에서 depth of focus $1.0{\mu}m$에 대해 약 500 cycles/mm의 성능을 갖는 시스템이 되었다.
목적: 시축과 홍채의 편심에 따른 정밀모형안의 광학적 성능 변화를 분석하고자 하였다. 방법: 기존에 설계되어진 Radial GRIN과 Spherical GRIN 형태의 수정체를 갖는 정밀모형안을 이용하여 홍채의 위치를 코 방향으로 0.5 mm 편심시키고 시축은 절점을 기준으로 코방향으로 $5^{\circ},$ 아래로 $2.5^{\circ}$ 기울여 중심와의 위치에 상측초점이 위치하도록 하였다. 그리고, 실제의 눈과 동일하도록 광학계를 구성하여 광학적 성능 변화를 분석하였다. 결과: 전체적인 수차 분포가 실안의 성능과 비교하여 많은 차이를 나타내고 있었다. 특히, 광학계의 중앙 부위를 통과하는 영역에서 가장 큰 차이를 나타내고 있었다. 그리고, 구면수차가 가장 큰 차이를 나타냈으며, 주변부 굴절력 오차와 상면만곡은 (+) 방향으로 수차분포가 치우쳐져 있었다. 결론: 시축과 홍채 편심을 고려한 실안과 유사한 정밀모형안을 설계하는데 있어서 가장 유념해야 할 부분은, 광학계의 중앙 부위를 통과하는 영역에서의 수차 보정이다. 먼저, 가장 큰 차이를 나타내고 있는 구면수차를 보정하고, (+)방향으로 치우쳐 있는 주변부 굴절력 오차와 상면만곡은 (-)방향으로 이동하도록 고려해야 할 것이다.
홍채의 이동이 눈에 미치는 영향을 광학적으로 분석하고자 한다. 방법: 기존에 설계되어진 Radial GRIN과 Spherical GRIN 형태의 수정체를 갖는 실안과 유사한 정밀모형안을 이용하여 홍채의 위치를 코 방향으로 0.5 mm 편심하여 실제의 눈과 동일하도록 하였다. 또한, 홍채의 위치는 동공의 크기가 증가함에 따라 이동하게 됨을 고려하여 귀 방향으로 0.4 mm 편심하여 눈의 광학적 성능 변화를 각각 분석하였다. 결과: 홍채의 위치를 코 방향으로 0.5 mm 편심시킨 정밀모형안에서 구면수차의 감소로 실안과 비교하여 많은 차이를 보여주고 있으며, 홍채의 위치를 귀 방향으로 0.4 mm 편심한 정밀모형안에서의 구면수차는 실안보다 약간 증가된 성능을 나타냈다. 결론: 홍채의 위치를 코 방향으로 0.5 mm 편심시켜 실안과 보다 유사한 모형안을 설계하는 경우에 있어서는, 눈의 광학적 성능변화에 영향을 미치므로 구면수차와 주변부 굴절력 오차, 비점수차 등의 성능 변화를 고려하여 각 굴절면의 비구면 계수 등 광학상수들에 대한 연구가 필요하다고 사료된다.
Optical Transfer Function(OTE)으로부터 Edge Response Function(ERF)을 계산하는 computer program을 작성하였다. 이 program을 사용하여 무수차 광학계와 몇가지 형태의 수차를 포함하는 광학계의 ERF를 계산하였다. 왜곡수차, 촛점이동, 비점수차, 코마 또는 구면수차 등의 단일수차 및 이들이 조합된 몇가지 형태의 복합수차 등을 포함하는 광학계를 고려하였다. 계산의 결과로부터 sagital case의 경우, 촛점이동이나 구면수차가 코마에 비하여 ERF에 나쁜 영향을 미치며, tangential case의 경우, 코마가 촛점이동과 구면수차보다 나쁜 영향을 미침을 알았다. 한편 코마는 tangential case의 ERF의 형태와 위치를 변화시키지만 왜곡수차는 상의 위치만을 변화시킨다는 것도 확인 할 수 있었다. 또한 코마와 왜곡수차를 포함하는 광할계의 tangential case의 ERF는 이들중 하나의 수차만 포함하는 경우보다 오히려 좋은 형태를 나타내어 두 수차가 상호 보완적인 영향을 미침을 알았다.
본 연구는 타각적 검사장비의 개발을 위한 연구로 PC를 기반으로 Foucault Test (Knife edge Test)를 이용하여 굴절상태의 측정을 목표로 하였다. Knife edge Test를 이용하여 입사광선이 망막에서 반사된 출사광선의 이미지를 CCD 카메라를 사용하여 촬영하고, 그 이미지를 분석하여 반사상의 지름을 측정하여 동공의 크기를 측정하였다. 또한 반사 이미지의 방향으로 굴절상태를 판정하고 반사 이미지의 높이를 측정하여 굴절이상도를 확인하였다. 구면수차는 반사상과 반대방향에 나타나는 부반사 이미지의 명도를 비교하여 측정하였고, 그 크기를 통해 수차값을 계산할 수 있었다.
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.
Recently, Light Emitting Diode(LED) has many advantages in comparison with conventional light sources; low power consumption, long lifetime, and less environmental pollution. Therefore, the use of LED is multiplying and increasing rapidly. In general, however, spherical lens is used in LED-lighting which cause many problems induces by optical aberration of spherical lens; low illumination, a yellow belt, unpleasant feeling in human eye. As a potential solution of this problem, aspherical lens can be employed. This study reports the improvement of LED-lighting performance by adopting aspherical lens. From the commercial program, $LightTools^{TM}$, the optical problem were ensured. And then, to improve this problem, optimum aspheric form was designed using Code $V^{TM}$.
Recently, Light Emitting Diode (LED) has many advantages in comparison with conventional light sources; low power consumption, long lifetime, and less environmental pollution. Therefore, the use of LED is increasing rapidly. In general, however, spherical lens is used in LED-lighting which cause many problems induces by optical aberration of spherical lens; low illumination, yellow belt, unpleasant feeling in human eye. As a solution of these problem, aspherical lens can be employed. This study reported the improvement of LED-lighting performance by adopting aspherical lens. From the commercial program, $LightTools^{TM}$, the optical problem were ensured. And then, to improve these problem, optimum aspheric form was designed using Code $V^{TM}$.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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