Lee, Jong-Ung;Kim, Youngsoo;Kim, Seo Hyun;Kim, Yeonsoo;Kim, Hyunsook
Current Optics and Photonics
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v.1
no.4
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pp.344-350
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2017
We present a new design approach and an example design for an image-space telecentric two-mirror system that has a fast f-number and a wide-field line image. The initial design of the telecentric mirror system is a conventional axially symmetric system, consisting of a flat primary mirror with fourth-order aspheric deformation and an oblate ellipsoidal secondary mirror to correct spherical aberration, coma, and field curvature. Even though in the optimized design the primary mirror is tilted, to avoid ray obstruction by the secondary mirror, the image-space telecentric two-mirror system shows quite good imaging performance, for a line imager.
To design a wide-field two-mirror system, the system must feature an off-axial field, to avoid ray obstruction and field screening by the secondary mirror. The off-axial aberrations of the system cannot be corrected sufficiently, though, because there are only a few design parameters. The present study designs an improved off-axial-field two-mirror system using a decentered aperture stop.
An unobstructed off-axis two-mirror system is presented in this paper. First a suitable initial configuration is established based on third-order aberration theory. In order to achieve a wide field of view (FOV) with high image quality , the diffractive mirror is adopted in the two-mirror system to increase the optimization freedom and the aberration relationship between diffractive phase coefficients and Zernike coefficients is derived. Furthermore, a complete comparison design example with a focal length of 1200 mm, F-number of 12, and FOV of 40° × 2° is given to verify the aberration correction ability of the diffractive mirror. The system average wavefront error is 0.007 λ (λ=0.6328 μm) developed from 0.061 λ when the system didn’t adopt the diffractive mirror. In this system the phase modulation function of the diffractive mirror is established as an even function of x, so we could obtain a symmetrical imaging quality about the tangential plane, and the symmetric aberration performance also brings considerable convenience to alignment and testing for the system.
By using an off-axial field with an inverse Cassegrain system where the aperture stop is at the secondary mirror, the two-mirror system can be used for a wide-field objective. However, aberration corrections in conventional two-mirror systems are limited because the design parameters are too small. In this study, we present a new improved design of the off-axial-field two-mirror system. The new design has an independently displaced aperture stop and a secondary mirror. The new design parameters yield more improvement in correction for 5th-order coma and astigmatism, and better aberration balancing for the whole off-axial field. The spot sizes of the new design system are reduced to half of those for a conventional reference design, and the improvement effects are shown for the whole field evenly.
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.
This paper describes a mirror control system that can adjust the location of side and room mirror of the vehicle automatically using 3D coordinates to monitor the location of driver's eyes. Through analysis of the image inputted by two B/W CCD camera and infrared lamps installed on top of the driver's dashboard, we can estimate the values of 3D coordinate of the driver's eyes. Using these values, this system can determine the absolute position of each mirror and activate each actuator to the appropriate position. The stereo vision system can detect the driver's eyes whether it is day or night by virtue of infrared Lamps. We have tested this system using 10 drivers who drive a car currently, and most of the drivers were satisfied with the convenience of this system.
To design a wide-field optical system, the inverted telephoto configuration, which has a negative front group and a positive rear group, is popular. For a two-mirror system, the inverse Cassegrain system has the inverted telephoto configuration, but the inverse Cassegrain system with the conventional, axially symmetric configuration shows severe field screening and ray obstruction. To avoid these problems, we put the aperture stop on the secondary mirror of an inverse Cassegrain system to increase field of view, and designed a wide-field off-axis two-mirror system which only uses the off-axis field, without ray obstruction.
We present a novel optical system for an augmented reality head-up display (AR HUD) with two virtual images at different conjugates by employing a confocal off-axis two-mirror and introducing the horopter circle. For a far virtual image with large asymmetrical aberrations, we initially obtain an off-axis two-mirror system corrected for these aberrations and compensated for the down angle by configuring its parameters to satisfy the confocal and Scheimpflug conditions, respectively. In addition, this system is designed to reduce the biocular parallax by matching Petzval surface into the longitudinal horopter circle in a near virtual image. This design approach enables us to easily balance the residual aberrations and biocular parallax when configuring the optical system with two different conjugates, which results in an AR HUD available for near and far virtual images together.
A wide field-of-view (FOV) image contains more visual information than a conventional image. This study proposes a new type of hyperbolic mirror for wide FOV image acquisition. The proposed mirror consists of a hyperbolic cylindrical section and a bowl-shaped hyperbolic omnidirectional section. Using an imaging system with this mirror, it is possible to achieve a $213.8^{\circ}$ horizontal and a $126.94^{\circ}$ vertical maximum FOV. Parameters of each section of the mirror are designed to be continuous at the junction of the two parts, and the resultant image is seamless. The image-acquisition model is obtained using ray-tracing optics. To rectify the geometrical distortion of the original image due to the mirror, an image-restoration algorithm based on conformal projection is presented in this study. The performance of the proposed imaging system with the hyperbolic mirror and its image-restoration algorithm are verified by experiments.
Kim, J.Y.;Kang, D.J.;Kim, M.S.;Ha, J.E.;Lho, T.J.;Yoon, J.S.
제어로봇시스템학회:학술대회논문집
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2005.06a
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pp.2435-2439
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2005
In case of visual sensing systems with multiple mirrors, systematic errors need to be reduced by the system calibration and the mirror position adjustment in order to enhance system measurement accuracy. In this paper, a self calibration method is presented for a visual sensing system designed to measure the three-dimensional information in deformable peg-in-hole tasks. It is composed of a CCD camera and a series of mirrors including two pyramidal mirrors. By using an image of the inner pyramidal mirror taken by the system, the error parameters of the inner pyramidal mirror could be calibrated or adjusted. Also the influence of the plane mirrors is investigated.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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