• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 한국신재생에너지학회 2009년도 춘계학술대회 논문집
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• pp.53-56
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• 2009

반사와 굴절이 합쳐진 새로운 형태의 하이브리드 태양광 집광 장치로 기존 집광 장치에 비해 초점 거리가 짧게 설계되었다. 프레넬 렌즈 형태의 굴절부와 프레넬형의 다수의 포물선 반사경이 공통으로 후면 초점(rear focus)을 가지도록 배치하여 기존 프레넬 렌즈만으로 구성된 것보다 선형 집광의 경우는 3배, 점 집광의 경우는 10배 이상 집광비를 높일 수 있다.아울려 이를 이용한 선형 집광형 발전 시스템과 점형 집광 장치는 나름대로 장점을 가진다.

• 한국광학회지
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• 제24권5호
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• pp.213-216
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• 2013

본 논문에서는 25배 태양광 집광장치에 적용될 선형 프레넬 렌즈의 최적화에 대해 서술한다. 이 선형 프레넬 렌즈는 각기 다른 패턴을 가진 $10{\times}10$ mm 크기의 선형 프레넬 렌즈가 $5{\times}5$의 형태로 결합된 렌즈이다. 각 프레넬 렌즈는 같은 크기의 태양전지로 태양광이 입사할 수 있도록 최적화되어 있다. 최적화된 프레넬 렌즈의 설계치는 패턴높이 35 ${\mu}m$, 구배각 $4^{\circ}$, 모서리 라운드 1 ${\mu}m$로 각각의 선형 프레넬 렌즈에 모두 같은 값이 부여되었지만 사면경사각은 $14.1^{\circ}{\sim}31.2^{\circ}$로 각기 다르다. 이렇게 설계된 선형 프레넬 렌즈의 태양광 집광효율은 80%이상이며 기존의 25배 집광용 단일 프레넬 렌즈보다 오정렬 및 제작공차 측면에서 강력한 성능을 가진다. 설계된 선형 프레넬 렌즈의 민감도 분석을 통해 모서리 라운드가 1 ${\mu}m$씩 증가할수록 집광효율이 ~5%씩 저하되는 것을 파악하였고 이에 모서리 라운드가 최소한의 수치로 유지되어야 함을 확인하였다.

• 한국광학회지
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• 제24권1호
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• pp.9-16
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• 2013

본 논문에서는 근축광학적인 대수식(algegraic equations)과 설계경험적인 근사조건을 통해 텔레센트릭 렌즈를 구조적으로 이해할 수 있는 일반화된 관계식을 찾는다. 이 관계식은 $f{\theta}$ 공식으로 명명되고, 단매렌즈, 이중가우스렌즈, 쿠크(Cooke)의 삼중렌즈, 쿠크의 삼중렌즈와 이중가우스렌즈가 결합된 복합렌즈의 순서로 단계적으로 적용된다. 그리고 이 공식은 조명광학용으로 사용되는 단매의 플라이아이 렌즈와 집광렌즈, 2매의 플라이아이 렌즈와 집광렌즈에 대해서도 순차적으로 적용된다. 여기서, 집광렌즈는 텔레센트릭 렌즈와 광학적으로 동일한 속성을 가진다. 결론적으로, 본 논문에서 찾은 $f{\theta}$ 공식은 텔레센트릭 렌즈에 대한 구조적인 이해를 이끌어냄과 동시에 직관적인 방식의 설계에도 활용될 수 있음을 보여 준다.

• 한국항해항만학회:학술대회논문집
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• 한국항해항만학회 2013년도 추계학술대회
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• pp.395-397
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• 2013

항로표지는 해상에서 선박의 안전한 항행에 필수적인 요소이며, 현재는 LED를 광원으로 사용하는 등명기를 개발 및 사용하고 있다. LED 멀티롤 랜턴을 개발하여 항로표지의 표체조명, 교량표지, 방파제 표시등 등으로 개발하고하는 연구가 진행되고 있다. 이를 위하여 LED 멀티롤 랜턴의 내부 LED 배치에 따른 배광특성을 분석하였다. 본 논문에서 멀티롤 랜턴은 아크릴 환봉과 설치를 위한 금속재로 구성하였으며, 내부에 LED를 2열로 배치하였다. 최적의 설계를 위하여 아크릴 환봉을 투명한 것과 유백색인 것으로 구분하고 2열의 LED 모듈에 집광렌즈($45^{\circ}$, $60^{\circ}$, 미설치)에 따른 배광특성을 분석하였다. $60^{\circ}$ 집광렌즈를 사용한 경우의 시인효과가 우수하여 이를 바탕으로 LED 멀티롤 랜턴을 최종적으로 설계하였다. 투명 아크릴 환봉에 2열의 LED를 배치하고, $60^{\circ}$ 집광렌즈를 사용한 평판형 및 v형의 2종과 집광렌즈를 사용하지 않은 v형 1종으로 선정하고, 녹색과 홍색으로 제작하여 LED의 배열에 따른 배광특성을 본석하였다.

• 한국태양에너지학회 논문집
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• 제25권4호
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• pp.141-153
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• 2005

PV 태양광 발전은 PV 재료가 고가이므로 일반 전력비용에 비해 상대적으로 비용이 높아진다. 저가형 광학 집광기술과 PV를 통합하게 되면, 비용뿐만 아니라 설치면적 등에서 유리하게 되나, 집광기의 단점이 함께 추가되게 된다. 집광기는 작은 수광각과 송신광선을 갖고 있어 PV 모듈에 필요한 태양광, 광학손실의 손실정도를 최소화하기 위한 신중한 시스템 디자인과 2축형 트레킹 장치가 필요하다. 고정식 비집광 시스템보다 더 많은 에너지를 얻기 위해서는 광학시스템의 손실율을 줄이고, 고효율의 PV 모듈을 이용한 PV셀의 상호연결이 필요하다. 본 논문에서는 우선, 비이미지 프레넬 렌즈 집광기를 사용한 PV 시스템에 대하여 간단하게 설명한 후, 출력전력값을 이론적으로 예측하고 PV 효율과 시스템 성능을 제시하였다. 프레넬 렌즈 선형 집광기 통합 PV 시스템과 비집광 PV 모듈의 출력전력값과 시스템 비용을 비교하면, PV 전력비용을 줄일 수 있는 집광기의 이용이 유용한 것을 알 수 있다. 따라서, 집광형 PV 시스템은 미래의 에너지 이용에 매우 유리한 시스템이라 할 수 있다.

• 한국광학회지
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• 제4권4호
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• pp.428-433
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• 1993

공간적으로 Gaussian인 Q-switched Nd:LYAG레이저의 제2고조파 빛살을 일정한 반경의 pinhole로 중심부분만 통과시켜 집광렌즈로 집광시킨 후, 렌즈의 초점면에서 빛살모양을 관찰하여 본 결과 원형 대칭을 갖는 비Gaussian모양을 하고 있음을 확인할 수 있었다. 이 빛살의 집광영역내에서 두께 1mm의 $CS_2$를 이동(z-scan)하여 가며 자체집광효과에 의하여 변화되는 투과도특성을 조사하였다. 측정된 결과를 Fresnel 이론과 1.5% 이내의 오차 범위로 일치함을 알 수 있었고, 자체집광효율이 입사빛의 공간적 모양과 관계함을 확인할 수 있었다.

• 광학세계
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• 통권123호
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• pp.22-25
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• 2009

III-V족 화합물반도체 태양전지중 다접합 구조 태양전지와 집광형 태양전지는 제 3세대 태양전지로서 주목받고 있다. 현재 가장 간단하고 저렴한 원가를 갖는 구조가 프레넬 렌즈 1장을 사용한 구조로서 현재의 광학시설과 인프라만으로도 많은 부분을 개선할 수 있을 것이라 확신한다. 렌즈를 활용하여 집광한 빛을 한곳으로 모으로 이를 셀에 균일한 강도로 손실 없이 전송하기 위한 기하광학적 설계기술이 필요하며 이러한 설계와 조명설계를 결합하여 광시스템을 구축하는 것이 무엇보다 중요하다. 현재 나라마다의 다양하고 적극적인 개발노력으로 인하여 수년 안에 기존보다도 훨씬 효율성 높고 실용적인 태양집광시스템이 개발되리라 기대한다.

• 광학세계
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• 통권154호
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• pp.33-45
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• 2014

■ 광통신용 렌즈는 광통신 시스템에 있어서 송신단과 수신단에 사용되는 하나의 부품으로 집광/발산의 결상 기능을 지니며, 광회로 부품과 광섬유 또는 수발광소자인 LD/PD와 광섬유를 효율 좋게 저손실로 접속하는 기능을 수행함. ■ 마이크로 렌즈는 마이크로 광학의 분야에 있어 광의 집광 및 평행 광으로의 변환에 빠질 수 없는 가장 기본적인 소자로서, 마이크로 렌즈의 종류로는 마이크로 볼 렌즈, 비구면 렌즈와 GRIN 렌즈가 대표적으로 있음. ■ 렌즈에 적용되는 사양으로서 렌즈의 유효 구경, 초점(focal point), 주점(principle point), 주점에서 초점까지의 거리인 초점 거리(focal length), 가상의 법선을 기준으로 빛이 입사되는 각도인 입사각, 빛이 다른 매질을 만나 반사되는 각도인 반사각, 서로 다른 매질을 빛이 통과할 때 굴절하는 굴절각 등이 있음. ■ 렌즈 모듈의 구조는 렌즈, 스페이서(spacer), 아리리스(Iris), 백링(back-ring), 바렐(Barrel)로 구성함. ■ LD 모듈에서 광원에 패브리 페로(FP)로 사용하는 것에는 볼 렌즈가, DFB 광원으로 사용하는 것으로는 비구면 렌즈가 사용하고 있음. 이를 위해 PON용에서는 G-PON의 OLT, ONU 측, GE-PON의 OLT측에는 비구면 렌즈가 사용되나 GE-PON의 ONU측에는 볼 렌즈가 주로 사용되고 있음. ■ 2012년 볼 렌즈 시장은 수량 기반으로 2011년 대비 9.7% 증가한 7,350만 개, 금액기반으로는 17.0% 증가한 3,125만$를 기록하였음. ■ 2012년 비구면 렌즈 시장은 수량 기반으로 2011년 대비 22.0% 증가한 2,220만 개, 금액 기반으로는 32.0% 증가한 8,900만$를 기록하였음. ■ 2012년 광통신용 렌즈 시장(볼 + 비구면)은 수량 기반으로 2011년 대비 12.3% 증가한 9,570만 개, 금액 기반으로는 27.7% 증가한 1억 2,063만$이었음.

• 한국광학회지
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• 제22권6호
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• pp.247-255
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• 2011

최근 확산기능과 집광기능을 동시에 가지는 복합필름에 대한 관심이 커지고 있다. 본 시뮬레이션연구에서는 복합필름으로 주목 받고 있는 렌티큘라 렌즈필름의 광학구조를 최적화하고 이를 기존의 백라이트가 보이는 광학 성능과 비교하였다. 보다 정확한 시뮬레이션의 수행을 위해 시험적으로 제작된 렌티큘라 렌즈필름이 보이는 휘도의 시야각 분포를 측정하였고 이 실험 결과를 재현할 수 있는 시뮬레이션 조건, 특히 도광판의 산란 패턴이 가지는 쌍방향 산란분포함수의 수학적 모델을 확보하였다. 이에 근거해서 시뮬레이션을 수행한 결과 렌티큘라 렌즈의 종횡비가 1.25, 굴절률이 1.65인 조건에서 이 필름의 집광성능이 최대가 됨을 확인하였다. 최적화된 렌티큘라 렌즈필름이 1매 포함된 백라이트 모델은 프리즘필름이 1매 포함된 기존의 백라이트에 비해 집광성능이 현저히 떨어졌지만 렌티큘라 렌즈필름 2매를 직교해서 적용하게 되면 프리즘필름 1매가 가지는 집광 성능과 비슷한 성능을 달성함과 동시에 부드러운 시야각 특성의 구현에 기여할 수 있다는 점을 확인하였다.

• 한국광학회지
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• 제19권4호
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• pp.327-333
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• 2008

일반적으로 NA(Numerical aperture)가 큰 렌즈를 사용하면 획득된 영상의 품질이 좋아진다. 오목거울은 NA가 크면서 직경이 크게 제작하는 비용이 저렴하다. 본 논문에서는3차원 형상 측정용 모아레 영상의 품질향상을 위해 NA가 큰 대구경 오목거울을 이용한 방법을 제안하고 구현하였다.오목거울은 빛을 반사하는 면이 오목한 거울로써, 가까운 거리에 있는 물체를 볼 때, 물체와 모양은 같고 크게 보이는 것이 특징이다. 보통의 경우, 작은 것을 크게 보거나 빛을 모으는데 이용한다. 오목거울의 집광 특징은 볼록거울과 방향만 다를 뿐 동일한 역할을 하고, 수 미터 직경의 대구경으로 제작하기 용이하며, 대구경이면서 $0.8{\sim}2$의 높은 NA를 갖는 오목거울을 구현하기 용이하다. 오목거울의 볼록 렌즈와 동일한 집광 특징을 이용하여 망원경 등의 반사경으로 많이 이용하고 있다. 3차원 영상획득 방법을 위해 필요한 장치는 광을 출사하는 광원,광원으로부터 출사된 광을 집광하기 위한 집광렌즈,집광렌즈를 통해 집광되어 입사되는 광을 투과시키는 격자,격자로부터의 출사 광을 평행광으로 출사하는 영사렌즈,영사렌즈의 평행광을 반사시켜 전량의 광을 측정대상물 쪽으로 출사하는 오목거울 그리고 측정 제품으로부터 반사된 반사광을 획득하는 CCD 카메라를 포함한다. 대구경 오목거울로 NA값을 변화시켜서 표면의 굴곡이 심한 납볼의 영상을 획득하여 품질향상 정도를 평가하였다. NA가 $0.15{\sim}0.8$까지 변화했을 때 영상 내 밝은 부분과 어두운 부분의 차이가 $46{\sim}1.33$배로 변화하여 NA를 높이면 영상의 품질이 향상됨을 알 수 있었다.