낮은 NA의 굴절형 대물렌즈와 반사형 focal reducer로 구성된 NA 0.5의 굴절-반사 대물렌즈를 설계하였다. 굴절형 대물렌즈로는 NA 0.25인 Lister 대물렌즈가 사용되고, 반사형 focal reducer는 구면수차, 코마, 비점수차가 보정된 2구면경계가 사용되었다. 설계된 굴절-반사 대물렌즈는 높은 NA를 가졌음에도 18 mm의 긴 작동거리와 NA 0.25의 Lister 대물렌즈보다 개선된 결상성능을 가지고 있다.
보호층 0.1mm두께의 20GB이상의 광디스크를 기록·재생하는 High Density Optical System에서는 Blue-violet laser와 NA(Numerical Aperture)0.85의 High NA의 대물렌즈를 사용한 Optical Pick Up이 필요로 된다. 종래의 대물렌즈는 glass 또는 plastic제의 2매 조합 대물렌즈가 많이 사용되어지고 있는데, 이는 두 렌즈간의 거리를 일정하게 유지시키기 위한 홀더 조립시의 공차가 엄격히 요구되며, 2매 조합 대물렌즈를 구동시키기 위한 actuator의 부피와 무게를 증가시킴으로서 구동감도를 감소시키는 단점이 있다. (중략)
Electron tomography의 정량적 분석을 위해서 대물렌즈 조리개가 투과빔의 강도에 미치는 영향을 평가하였다. Electron tomography에 도입되는 Beer's law의 올바른 적용을 위해서는 투과빔은 시료의 기울기에 따른 mass thickness의 변화에 의한 효과만을 반영해야 한다. 그러므로 빔 경로상의 대물렌즈 조리개, 홀더 등에 의한 다른 효과는 제거되어야 한다. 본 연구에서는 대물렌즈 조리개의 cut-off 효과를 120 kV TEM과 Quantifoil holey 카본 시료를 이용하여 상세히 평가하였다. 대물렌즈 조리개를 사용하지 않은 경우와 비교할 때, $30{\mu}m$ 크기의 대물렌즈 조리개를 통과한 투과전자빔의 강도는 약 16.7%의 감소가 일어난다. 또한 $55^{\circ}$ 이상의 고경사각 기울기에서는 대물렌즈 조리개의 cut-off 효과에 의해 14.2%의 강도 감소가 추가적으로 발생함을 알 수 있었다. Electron tomography에서 정량 분석을 위해서는 이러한 대물렌즈 조리개의 영향을 고려해야만 한다. 또한 Beer's law의 올바른 적용을 위해서는 일련의 기울기에 따른 2차원적 영상은 가능하면 대물렌즈 조리개를 사용하지 않은 상태에서 획득하는 것이 바람직하다.
CD(Compact Disc) 호환성을 가지는 고밀도 재생전용 및 기록재생용 DVD(Digital Video Disc) 기기의 광학픽업 2중 엑츄에이터 구조를 콤팩트하게 할 수 있는 단일 엑츄에이터 설계법을 제시한다. 설계된 엑츄에이터는 가동부에 CD용 대물렌즈와 DVD용 대물렌즈를 함께 장착하고, 사용 디스크에 따라 가동부를 축주위로 회전시켜서 대물렌즈를 전환하는 축습동형 구조를 하고, 자기 스프링에 의하여 부동된다. 감쇠방식으로서는 가동부와 축사이의 쿨롱마찰을 이용하고, 가동부는 유한요소법(FEM)을 통해, 서보대역내에서 2차 진동모드가 발생하지 않도록 한다. 본 논문의 설계법을 검증하기 위하여 시제품을 제작하고, 동특성을 측정, 평가한다.
Diffractogram 법을 이용하여 한국기초과학지원연구원에 설치된 초고전압 투과전자현미경(KBSI-HVEM)의 대물렌즈에 대한 구면수차 계수와 분해능을 측정하였다. 측정 정밀도 향상을 위해 획득한 diffractoram을 디지털 처리하였고 각 intensity 분포 그래프를 graphical curve fitting으로 정밀하게 분리하였다. 정밀 측정을 위한 실험적 고려 사항들을 고찰하였고 최적 실험 조건 도출을 위한 방안들을 본 실험을 통해 제안하였다. 실험적으로 측정된 대물렌즈의 구면수차 계수는 $2.628{\pm}0.04\;mm$였으며 이 값은 제조사에서 대물렌즈 설계 시 제안한 $C_s=2.61\;mm$와 거의 일치하는 값이었다.
유한광선추적과 곡선적합을 통하여 높은 개구수를 가지는 대물광학계의 비근축 동함수를 계산하는 방법에 대하여 연구하고, 원적외선용 대물렌즈와 무수차 타원경의 축상 상점의 결상에서 비근축 회절효과에 의한 MTF 저하를 분석하였다. 타원경은 원적외선용 대물렌즈와 동일한 근축 사양을 가지도록 구성되었다.
Blu-ray 디스크에서는 NA=0.85 의 높은 개구수를 채용함으로써 디스크 보호층의 두께 변동에 따른 구면수차 발생량이 매우 커지는 문제가 발생하게 된다. 따라서 디스크 두께 공차 $3{\mu}m$에서 Blu-ray 시스템의 수차 발생 허용수준을 초과한다. 그리고 Multi-layer 디스크의 경우 각 층의 간격이 $25{\mu}m$ 정도의 간격을 두고 배치되어 있어 기록층 사이에서 발생하는 구면수차의 보정이 필요하며, 종래의 기술은 보상범위가 $3{\mu}m$로 한정되어 사용이 불가능하며 또한 대물렌즈 조립공차가 엄격히 관리되어야 하는 문제점을 안고 있었다. 본 연구에서는 액정렌즈에 의한 구면수차 보정으로 이러한 문제점들을 해결하고자 하였다. 액정렌즈는 오목렌즈 액정소자와 볼록렌즈 액정소자로 구성되며 픽업 광학계 내에 조합하여 설계함으로써 Multi-layer 디스크의 두께 변동에 따라 발생하는 구면수차를 보정하고 대물렌즈 조립공차 문제를 해결할 수 있다.
NA 0.25, 10×이고, 파장 405 nm에서 파장변화에 대하여 안정한 Lister 대물렌즈를 설계하였다. 이 연구에서는 2매 접합렌즈에서 주어진 축상두께를 가지면서 파장변화에 대한 안정화 조건을 만족시키는 해를 찾는 방법에 대하여 연구하였으며, 이를 통하여 보다 쉽게 사용목적에 유용한 설계를 얻을 수 있다. 초기설계에서는 각각 독립적으로 안정화된 2개의 접합렌즈가 사용되었으며, 최적화에서는 전체 광학계에서 안정화 조건이 유지되도록 하였다. 최종설계에서는 기대한 바와 같이 파장 405 nm에서 파장에 따른 EFL, BFL, RMS wavefront error가 매우 적음을 확인할 수 있었다.
SELFOC 소재를 사용하여 높은 수치구경을 가지는 광픽업용 대물렌즈를 설계하였다. SELFOC 소재는 radial gradient-index 분포를 가지며, 이것은 설계에 추가적인 자유도를 제공하므로, 비구면이 아닌 구면만으로 높은 수치구경의 대물렌즈의 설계가 가능하다. 이 연구에서는 quadratic constant와 광축의 굴절률, 광축 두께, 입사동 직경을 변화시키며 rms 스폿 직경 변화를 조사하였으며, Code V를 사용하여 대물렌즈의 최적화와 결상특성을 평가하였다. 이 분석에서는 quadratic constant와 광축의 굴절률이 클수록, 렌즈가 두꺼워질수록, 입사동 직경은 작을수록 더 좋은 특성을 보임을 알 수 있었다. 이 결과를 바탕으로 2매의 구면 SELFOC 렌즈로 구성된 높은 NA의 DVR용 대물렌즈를 설계하였으며, 2가지 형태의 해 Solution I, II가 존재하였다 Solution I은 두 매 모두 양의 굴절능을 가지며 compact한 광학계를 구성하지만, 비축 수차 보정이 Solution II에 비해 부족하였다. Solution II는 음-양의 굴절능으로 조합된 광학계로 비축 수차가 비교적 잘 보정되었지만, 광학계의 전장길이가 길고 렌즈의 직경이 커지는 문제점이 있었다.
다양한 기술 배경하에 핵심기술은 어떻게 해서 그 수많은 정보량을 간단하고 편리하게 저장(메모리)하고 재생해야 하는 것에 달려있다. 보다 많은 정보의 저장 및 재생을 위해서도 다양한 기술이 필요하지만 본 고에는 가정용 PC와 더불어 일반 사람들이 많이 사용하고 있는 CD-R, DVD Player 내에 구성된 광 픽업과 광 픽업대물렌즈에 대한 기술 및 특허 동향에 대해서 알아보기로 한다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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