• 한국정밀공학회:학술대회논문집
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• 한국정밀공학회 2005년도 춘계학술대회 논문집
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• pp.414-417
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• 2005

Single point diamond turning technique for optical crystals is studied in this paper. The main factors which are influential the machined surface quality are discovered and regularities of machining process are drawn. Optical crystals have found more and more important applications in the field of modern optics. Optical crystals are mostly brittle materials of poor machinability. The traditional machining method is polishing which has many shortcomings such as low production efficiency, poor ability to be automatically controlled and edge effect of the workpiece. The purpose of our research is to find the optimal machining conditions for ductile cutting of optical crystals and to apply the SPDT technique to the manufacturing of ultra precision optical components of brittle material(Ge). Many technical challenges are being tried for the large space infrared telescope, which is one of the major objectives of the National Strategic Technology Road Map (NSTRM).

• 천문학회보
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• 제41권2호
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• pp.65.1-65.1
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• 2016

일반적으로 천체 망원경에 사용되는 반사경은 유리 소재로 제작된다. 그러나 알루미늄을 반사경 소재로 사용하면 광기계구조물과 반사경의 열팽창계수가 유사하여 치수 안정성이 높다는 장점이 있다. 뿐만 아니라 다이아몬드 선삭 기계 (Diamond Turning Machine, DTM)를 이용할 수 있기 때문에 반사경의 가공 시간 및 제작 비용을 절감할 수 있다. 본 연구에서는 알루미늄 합금 (Al6061-T6)을 소재로 구경 150 mm, 초점거리 600 mm인 포물면 반사경을 제작하였다. 우선 DTM을 이용해 알루미늄을 가공하였는데, 이 때 표면 조도와 관련된 고주파 오차 (High Frequency Error, HFE)가 발생한다. 따라서 표면 조도를 향상시키기 위한 추가적인 공정으로써 가공된 표면을 도금한 후 열처리를 하고, 폴리싱과 이중 코팅을 거쳐서 최종 반사경을 얻었다. 각 단계별 공정을 마친 후에는 접촉식 및 광학식 형상 측정 방법으로 표면 측정을 실시하여 이를 분석하였다. 본 발표에서는 각 공정 단계에서의 반사경 표면 분석 결과를 설명할 것이며, 제작된 알루미늄 반사경과 기존의 유리 소재의 반사경을 성능 면에서 비교할 것이다.

• 한국광학회지
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• 제15권3호
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• pp.258-262
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• 2004

검출기의 분광감응도 표준으로부터 출발하여 SI 기본 단위의 하나인 칸델라(candela)눈금의 불확도는 복사계 개구의 면적 측정 불확도에 의해서 제한을 받는다. 칸델라 눈금을 새로 실현하기 위하여 다이아몬드 선삭가공기를 사용하여 개구의 가장자리가 칼날과 같도록 가공하였다. 이 개구를 디지털 되먹임 알고리듬을 채용한 x-y 이송대에 설치한 후, 출력이 안정화된 레이저 광선을 빔 허리가 5 $\mu\textrm{m}$ 이하가 되도록 집속시키고, 이송대를 이동하면서 개구의 가장자리 좌표를 칼날주사 방법으로 검출하였다. 이 좌표들을 지나는 최적의 타원을 최소 제곱법으로 결정하여 개구의 면적으로 구하였다. 측정 불확도를 분석한 결과 제작한 장치의 면적 측정의 상대 측정 표준 불확도(k=1)는 8${\times}$$10^{-5}$이다.

• 천문학회보
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• 제42권1호
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• pp.56.4-57
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• 2017

The Schwarzschild-Chang off-axis telescope is a "linear astigmatism-free" confocal system. The telescope comprises two pieces of aluminum-alloy freeform mirrors that are fabricated with diamond turning machine (DTM) process. We designed optomechanical structures where optical components in the telescope system can be adjustable on a linear stage. Optomechanical deformation caused by the weight of system itself and its temperature variation is analyzed by the finite element analysis (FEA). The results show that the deformation is estimated in the tolerance range. For the optic-axis alignment of telescope system, three-point alignment (TPA) method is chosen. The TPA method uses three parallel lasers and a plane mirror. Point source images were taken from collimated light and field observation. The performance of optical system was tested by point spread function and aberration measurement of the point sources.

• 한국정밀공학회지
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• 제27권2호
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• pp.50-59
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• 2010

In this paper, two kind of free-form progressive addition lenses (PALs) were designed with Zernike polynomial surface and anatomically accurate finite presbyopic schematic eyes which have aspheric cornea, aspheric GRIN crystalline lens, aspheric retina, and Gaussian apodization factor. Geometrical and diffraction MTFs were used for the optimization process in sequence. 5th orders of Zernike polynomials were used for the evaluation of progression zones of the two examples. The target MTF was set as 0.22 at 100 lp/mm which satisfies the standard visual resolution. These examples were fabricated with a CNC diamond turning machine controlled by slow tool servo (STS). After polishing process, the wavefront aberrations were measured with a laser interferometer on the ten test points across the progression zones and then compared with three current commercially available PALs on the optical performance. Astigmatic aberrations of the examples are very lower than the three selected PALs and have more increased stabilized progressive intermediate zones and near zones. It is expected to give better clear and comfortable distance, intermediate and near visions than other conventional PALs and to improve the adaptability of presbyopic patients to PALs.

• 천문학회보
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• 제45권1호
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• pp.67.2-67.2
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• 2020

Not only the magnitude of the mirror surface error, the pattern matters as it produces certain aberrations. In particular, the surface error of the freeform mirrors, which are optimized to eliminate specific aberrations, might show much higher sensitivity in optical performance. Therefore, we analyze the mirror surface error with Zernike polynomials with the goal of generating a realistic error surface. We investigate the surface error of the freeform mirror fabricated by diamond turning machine to analyze the realistic tendency of the error. The surface error with 0.22 ㎛ root-mean-square value is fitted to the Zernike terms using the incremental fitting method, which increases the number of the fitting coefficients through steps. Furthermore, optical performance via surface error pattern based on Zernike terms is studied to see the influences of each term. With this study, realistic error surface generation may allow higher accuracy not only for the feasibility test but also for all tests and predictions using optical simulations.

• 천문학회보
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• 제38권2호
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• pp.83.1-83.1
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• 2013

선형비점수차를 완벽하게 제거한 비축반사경 이론을 천체 관측용 분광기의 전단 광학계 등에 응용하면 색수차가 없는 기기 제작이 가능하다. 이러한 비축 반사경은 DTM(Diamond Turning Machine)을 이용하여 알루미늄으로 만들면 제작 시간이 단축된다. 그러나 DTM을 이용해 알루미늄과 같이 무른 금속을 가공할 경우 툴마크가 발생하게 된다. 툴마크는 회절현상을 발생시키며 이러한 회절현상은 알루미늄 반사경을 이용한 광학계 개발에 제약이 된다. 툴마크는 DTM 가공 이후 연마를 통해 제거할 수 있지만 알루미늄의 무른 특성으로 인해 연마 과정에서 반사경의 형상이 변할 가능성이 크다. 이러한 알루미늄 반사경의 형상 변화를 최소화하기 위한 방법으로는 알루미늄 반사경 표면에 무전해니켈도금을 하는 것이다. 하지만 도금 과정에서 반사경의 형상이 변할 가능성이 있기 때문에 두가지 방법을 사용하여 툴마크를 제거할 계획이다. 첫 번째 방법은 DTM 가공된 알루미늄 반사경을 5 um의 무전해니켈도금 이후 연마하여 툴마크를 제거하고 반사율 증가를 위해 그 위에 다시 알루미늄 코팅을 하는 방법니다. 두 번째 방법은 100 um의 무전해니켈도금 이후 DTM 가공을 하고 다시 연마를 통해 툴마크를 제거하는 방법이다. 이번 발표에서는 툴마크를 제거하기 위한 2가지 방법의 장단점을 확인하고 툴마크를 제거한 알루미늄 반사경을 제작하기 위한 과정을 설명하였다. 본 연구에서 개발한 비축 반사경은 서울대학교 창의연구단의 광학/적외선 카메라 CQUEAN의 차세대 모델에 적용할 계획이다.

• 한국기계가공학회지
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• 제13권1호
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• pp.92-99
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• 2014

An aspherical lens, which resolves several problems with a spherical lens,typically serves asa key part of an optical system. Generally, an aspherical lens is fabricated using a diamond turning machine or by mean of injection molding. However, residual stress and/or tool marks can arise when using a commercial fabricating method such as DTM or injection molding. A polishing process, thus, is commonly used to obtain a high-precision aspherical lens. In this study, a polishing method using MR fluid was applied to minimize several problems, in this case residual stress and the creation of tool marks, during the cutting process. The MR polishing system was developed to polish aspherical lenses. A series of experiments were performed to obtain a very fine surface roughness. PMMA (the lens material for molding) was used as a workpiece, and the gap size, magnetic field intensity, wheel speed and feed rate were selected as the parameters in this study. Finally, a very fine surface roughness of Ra=2.12nm was obtained after MR polishing.

• 한국광학회지
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• 제15권5호
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• pp.443-448
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• 2004

국제단위계 중의 하나인 칸델라 눈금을 두 개의 광도계를 사용하여 실현하였다. 광도계의 분광감응도는 광출력을 전기출력으로 치환하여 측정하는 극저온 절대복사계에 소급하여 측정하였다. 광도계 외부에 설치된 정밀 개구는 다이아몬드 회전가공기로 가공하였으며 그 면적은 불확도 0.05%(k = 1) 이내로 측정하였다. 이 광도계를 사용하여 광도 벤치 위에서 1 kW FEL 전구로 칸델라 단위를 실현할 때 불확도를 분광감응도, 감응도의 공간 균일도, 개구 면적, FEL 전구의 색온도와 위치 재현성을 고려하여 평가한 결과 0.25%(k = 1)를 얻었다. 실현한 눈금의 유효성을 확인하기 위하여 미국 NIST의 눈금과 비교한 결과 0.1% 이내에서 일치하였다.

• 대한기계학회논문집A
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• 제36권10호
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• pp.1189-1193
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• 2012

본 연구는 초소형 광학 시스템을 구현할 수 있는 설계 및 제작의 방법론을 제시하고자 한다. 초소형 광학계에서는 조명 및 결상 광학소자의 성능과 소형화가 조광면의 균질도와 결상 된 이미지의 선명도에 중요한 영향을 미치게 된다. 본 연구에서는 얇은 두께로 실효 광도를 배가시키기 위한 초박형의 LED 빔조형 렌즈를 설계 제작하였다. 상기 렌즈는 중앙부의 비구면렌즈와 외각의 전반사 프레넬 가장자리 부로 구성되어 있다. 설계된 LED 빔조형 렌즈(직경 4.7 mm, 두께 0.6 mm)는 다이아몬드 선삭으로 중앙 비구면부의 전반사(TIR) 가장자리가 정밀하게 가공되었으며, LED 의 빔각을 150 도에서 17.5 도로 축소 시켰다. 다른 광학소자들 마이크로 프리즘, 결상광학용 프레넬 렌즈, 광가이드는 다양한 마이크로 나노 크기의 제조공정으로 일체형으로 성형되었다. 시작품으로 제작된 초소형 광학계($6.8{\times}2.2{\times}2.5mm$)는 마이크로 패턴을 결상의 가능성을 보여주었고, 지문인식용 초소형광학계로서의 성능을 검증하였다.