본 논문에서는, 2가지 종류의 광학보정소자에 의해 고차의 구면수차와 상면만곡이 보정된, 서브마이크론 (1.0 ${\mu}m$이하)의 광학 분해능을 갖는 매력적인 실시간 in-vivo 내시현미경을 소개한다. 덧붙여 소개된 내시현미경은 대물렌즈부의 직경이 1 mm인 GRIN (Gradient Index) 렌즈로 구성되어 있기 때문에 최소 침습적인 장점도 갖고 있다.
Eye Glass Display(EGD)의 광학계를 소형, 경량화 하기 위하여 OLED 마이크로 패널과 프리즘 렌즈를 사용하여 설계하였다. 광학계 설계에 사용된 OLED 마이크로 패널은 0.59"크기의 SVGA($800{\times}600$)급이며, 크기는 0.59"이며, 렌즈는 프리즘 렌즈로 설계되었다. 설계된 프리즘 렌즈는 3연으로 구성되었으며, 각 면은 각각 비회전대칭 비구면으로 tilt와 decenter를 사용하여 광학적 성능을 향상시켰다. 설계된 프리즘 렌즈의 화각(FOV)은 $28^{\circ}$, 왜곡수차는 4% 이내이며, 광학계의 해상도를 나타내는 MTF는 공간주파수 30lp/mm에서 full field가 40%이상의 성능을 나타내었다.
고화질 프로젝션 TV에서 광학부품들이 가격 및 성능면에서 경쟁력을 갖춘 최적의 시스템을 설정하고, 그로부터 현재 방송규격인 NTSC 및 향후에 시행될 디지털 TV에 공용적용할 투사렌즈를 설계 개발 하였다. 플라스틱 렌즈 2매와 구면 glass 렌즈 1매로 구성된 투사렌즈에 대해, 3차 수차가 모두 보정된 초기설계치로부터, 플라스틱 렌즈의 비구면화, 공차를 고려한 최적화 설계, 그리고 온도보상등의 과정을 통해 설계 하였다. 최종적으로 개발된 렌즈의 구현가능한 화면크기는 40∼50인치, 해상도는 800TV-line 이상 이다.
Eosin을 첨가한 boric acid 유리질 포화흡수체의 포화세기는 비교적 낮은 것으로(약 700 mW/$\textrm{cm}^2$) 측정되었고, 세기가 낮은 경우에서도 축퇴4광파혼합에 의해 광학적 위상공액파를 발생시킬 수 있었다. 파장이 488nm인 Ar-ion laser를 사용하여 이 매질에서 DFWM에 의한 위상공액파의 편광특성을 보였고, 위상공액 반사율의 빛의 세기와 파장에 대한 의존성을 측정하였다. 이 매질에서 비축퇴2광파혼합에 의한 에너지 교환은 두 광속의 주파수차가 약 100 Hz 정도인 경우에 최대가 되었다.
목적: 엑시머 레이저 근시굴절교정수술을 받은 사람의 각막 비구면도, 시력, 고위수차를 정시안과 비교 평가하였다. 방법: 단안의 나안 시력이 1.0 이상인 근시 굴절교정수술을 받은 23명(나이: $23.0{\pm}2.5$세)과 20명($21.0{\pm}2.6$세)의 정시안을 대상으로 밝은 조명(photopic)과 중등도(mesopic) 조명상태에서 대비도를 가지는 시력표(100% 및 10%)를 이용하여 시력검사를 하였고, wavefront 수차 분석기(KR-1W, Topcon, Japan)를 이용하여 각막의 비구면계수와 4mm와 6 mm의 동공크기에 따른 눈 전체의 고위수차와 각막의 고위수차를 측정하여 비교하였다. 결과: 굴절교정 수술안과 정시안에서 대비도에 따른 시력은 유의한 차이를 보이지 않았다. 안구 수차(ocular aberrations)에서 전체 고위수차, 4차수차, 구면수차는 동공크기 6 mm상태에서 굴절교정 수술안에서 높게 나타났고, 두 그룹 사이에 유의한 차이를 보였다(p=0.045, p<0.001, p<0.001). 각막의 구면 수차(corneal spherical aberrations)는 동공크기 4 mm와 6 mm상태에서 모두 굴절교정 수술 안에서 더 높게 측정되었고 유의한 차이를 보였다(p<0.01, p<0.001). 각막의 전체고위수차와 4차수차는 동공크기 6 mm 상태에서만 굴절교정 수술안에서 더 크게 나타났고 통계적으로 유의하였다(p<0.001, p<0.001). 정시안의 비구면계수와 구면수차는 동공크기 4 mm와 6 mm 상태에서 안구 수차(r=0.442, p=0.004, r=0.519, p<0.001) 와 각막수차(r=0.358, p=0.023, r=0.646, p<0.001) 모두에서 유의한 상관성을 나타내었으나, 굴절교정 수술안에서는 상관성이 없었다. 결론: 각막굴절교정 수술안의 경우 시력은 정상수준을 나타내고 있으나 동공크기가 커지면 수차가 증가하여 동공이 커지는 야간에는 시력의 질에 영향을 줄 수 있을 것으로 사료된다.
목적: 4매의 비구면 렌즈를 사용하여 optical distortion과 TV distortion을 감소시켜 주변부 상의 왜곡을 줄인 광각의 모바일 카메라를 설계하였다. 방법: 광학적 설계는 화각 $95^{\circ}$에서 ${\pm}1%$내의 optical distortion을 만족하도록 하였으며, 광학계 전체길이는 모바일 카메라의 두께를 고려하여 4.5 mm 이내로 하였다. 센서는 1/3.2"의 5M급 CCD를 사용하였으며 MTF는 140 lp/mm에서 20% 이상을 만족하도록 설계 조건을 설정하였다. 결과: 최적화 설계된 모바일 광각 카메라는 화각 $95^{\circ}$의 full field에서 optical distortion은 모든 field에서 ${\pm}1%$내의 결과를 보였으며 TV distortion도 0.46%로 주변부 상의 왜곡이 감소되었다. MTF 성능은 모든 field에서 20%이상으로 나타났다. 광선수차와 비점수차 모두 적은 양으로 안정된 성능을 보였다. 결론: 기존의 모바일 카메라의 화각보다 더 큰 화각을 갖는 광각의 모바일 카메라의 distortion을 광학적으로 개선하여 주변부의 상의 왜곡을 감소시켜 보다 쾌적한 넓은 시야를 얻을 수 있었으며 소프트웨어로 보정할 때 발생하는 단점을 보완할 수 있었다. 이는 안경과 접목되는 카메라의 연구에 활용될 수 있으리라 사료된다.
In this paper, spherical aberration and light concentrating efficiency of lens was measured. The measuring system is applying spherical aberration occurrence principal and could measure a temperature at focal plane by using the thermocouple. The sun which is located in infinite distance and could makes parallel ray is used as a illuminant or heat source in experiments. It is confirmed that light concentrating efficiency of optical lens is in inverse proportion to spherical aberration and.
The displacement sensor using optical pickup head is presented. The measuring principle of optical pickup head in focusing direction is adopted to measure displacement. The preliminary tests were carried out to verify the feasibility of the optical pickup head as a displacement sensor and optical pickup head showed about $8\;{\mu}m$ measuring range and 10nm resolution. The methodology to expand measuring range is proposed and proved its validity. The proposed displacement sensors are applied to AFM(Atomic Force Microscope) probe head to measure the deflection of micro-cantilever.
표준우주모형이 예측하는 천체의 성장 역사를 추적하기 위해서는 보통의 밤하늘 밝기보다 약 1000배 어두운 낮은 표면밝기(Low Surface Brightness, LSB) 우주 탐사가 필요하지만, 관측기술의 한계로 아직 LSB 우주는 거의 미지의 세계에 있다고 할 수 있다. 한국천문연구원에서는 LSB 천체 관측에 최적화된 직경 300 mm K-DRIFT Pathfinder 망원경을 개발하였다. LSB 천체는 ~28 mag/arcsec2 보다 어두운 천체로 표면밝기가 매우 낮기 때문에 망원경 내부의 미광(stray light)을 최소화하는 것이 중요하다. 이를 구현하기 위해 K-DRIFT Pathfinder 망원경에는 선형 비점수차가 제거된 비축 자유곡면 삼 반사경 형태를 적용하였다. 본 연구를 통해 가시광 영역에서 선형 비점수차가 제거된 비축 자유곡면 삼 반사 망원경의 설계, 제작 및 측정 가능성을 검증하였다. 본 발표에서는 K-DRIFT Pathfinder 망원경에 적용된 비축 자유곡면 광학면의 가공, 삼 반사 망원경의 조립 및 정렬 결과를 소개한다.
광학설계의 최적화에서는 광학수차를 줄이면서 광학계의 제한조건을 유지시켜야하며, 이를 위하여 Lagrange 부정승수법이 사용되고 있다. 이 과정에서 제한조건이 merit function의 error 항보다 우선적으로 보정된다. 본연구에서는 이를 이용하여 merit function에서 절대값이 큰 error의 보정조건을 제한조건으로 변경하여 우선적으로 보정하는 최적화의 능동적 제어법을 제안하고 이를 사진렌즈계의 최적화에 적용하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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