In this paper, we propose easily tooling method for Seidel third order aberration, which are not well utilized in actual design process due to the complication of mathematical operation and the difficulty of understanding Seidel third order aberration theory, even though most insightful and systematic means in pre-designing for the initial data of optimization. First, using paraxial ray tracing and Seidel third order aberration theory, spherical aberration coefficient is derived for a two-mirror system with a finite object distance. The coefficient, which is expressed as a higher-order nonlinear equation, consists of design parameters(object distance, two curvatures, and inter-mirror distance) and effective focal length(EFL). Then, the expressed analytical equation is solved by using a computer with numerical analysis method. From the obtained numerical solutions satisfying the nearly zero coefficient condition($<10^{-6}$), linear fitting process offers a linear relationship called the curvature linear equation between two mirrors. Consequently, this linear equation has two worthy meanings: the equation gives a possibility to obtain initial design data for optimization easily. And the equation shows linear relationship to a two-mirror system with a finite object distance under the condition of corrected third order spherical aberration.
A design of unit magnification 2-mirror system with high resolution is presented. It is for soft X-ray(wavelength of 13 nm) projection imaging and suitable for preparation of high density semiconductor chip. In general, a holosymmetric system with unit magnification has the advantage that both coma and distortion are completely eliminated. In our holosymmetric 2-mirror system, spherical aberration is addtionally removed by using two identical paraboloidal mirror surfaces and field curvature aberration is also corrected by balancing Petzval sum and astigmatism which depends on the distance between two mirrors, so that the system is a aplanatic flat-field paraboloidal 2-mirror holosymmetric system. This 2-mirror system is small in size, and has a simple configuration with rotational symmetry about optical axis, and has also small central obscuration. Residual finite aberrations, spot diagrams, and diffraction-based MTF's are analyzed for the check of performances as soft X-ray lithography projection system. As a result, the image sizes for the resolutions of$0.25\mum$and $0.18\mum$are 4.0 mm, 2.5 mm respectively, and depths of focus for those are $2.5\mum$, $2.4\mum$respectively. This system should be useful in the fabrication of 256 Mega DRAM or 1 Giga DRAM. DRAM.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.27
no.5
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pp.345-352
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2014
In this paper, the CAD data for the optimal shape design obtained by isogeometric shape optimization is directly used to fabricate the specimen by using 3D printer for the experimental validation. In a conventional finite element method, the geometric approximation inherent in the mesh leads to the accuracy issue in response analysis and design sensitivity analysis. Furthermore, in the finite element based shape optimization, subsequent communication with CAD description is required in the design optimization process, which results in the loss of optimal design information during the communication. Isogeometric analysis method employs the same NURBS basis functions and control points used in CAD systems, which enables to use exact geometrical properties like normal vector and curvature information in the response analysis and design sensitivity analysis procedure. Also, it vastly simplify the design modification of complex geometries without communicating with the CAD description of geometry during design optimization process. Therefore, the information of optimal design and material volume is exactly reflected to fabricate the specimen for experimental validation. Through the design optimization examples of elasticity problem, it is experimentally shown that the optimal design has higher stiffness than the initial design. Also, the experimental results match very well with the numerical results. Using a non-contact optical 3D deformation measuring system for strain distribution, it is shown that the stress concentration is significantly alleviated in the optimal design compared with the initial design.
HONG S. S.;PARK Y.-S.;KWON S. M.;PARK C.;WEINBERG J. L.
Journal of The Korean Astronomical Society
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v.35
no.1
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pp.41-57
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2002
We have written a code called QDM_sca, which numerically solves the problem of radiative transfer in an anisotropically scattering, spherical atmosphere. First we formulate the problem as a second order differential equation of a quasi-diffusion type. We then apply a three-point finite differencing to the resulting differential equation and transform it to a tri-diagonal system of simultaneous linear equations. After boundary conditions are implemented in the tri-diagonal system, the QDM_sca radiative code fixes the field of specific intensity at every point in the atmosphere. As an application example, we used the code to calculate the brightness of atmospheric diffuse light(ADL) as a function of zenith distance, which plays a pivotal role in reducing the zodiacal light brightness from night sky observations. On the basis of this ADL calculation, frequent uses of effective extinction optical depth have been fully justified in correcting the atmospheric extinction for such extended sources as zodiacal light, integrated starlight and diffuse galactic light. The code will be available on request.
Transactions of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering
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v.14
no.12
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pp.1347-1353
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2004
With respect to the researches of the optical flying head(OFH) , the head-gimbal assembly should be analyzed to guarantee the stable fabrication and the characteristics of shock resistance. The suitable design is proved through the Probabilistic analysis of the design parameters and material properties of the model. Probabilistic analysis is a technique that be used to assess the effect of uncertain input parameters and assumptions on your analysis model. Using a probabilistic analysis you can find out how much the results of a finite elements analysis are affected by uncertainties in the model. Another factor is analysis of the dynamic shock analysis. For the mobile application, one of the important requirements is durability under severe environmental condition, especially, resistance to mechanical shock. An important challenge in the disk recording is to improve disk drive robustness in shock environments. If the system comes in contact with outer shock disturbance. the system gets critical damage in head-gimbal assembly or disk. This paper describes probabilistic and dynamic shock analysis of head-gimbal assembly in micro MO drives using OFH slider.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.25
no.11
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pp.1796-1801
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2001
For micro-machines, very few design methodologies based on optimization hale been developed so far. To overcome the difficulties of design optimization of micro-machines, the search method for multi-dimensional design window (DW)s is proposed. The proposed method is defined as areas of satisfactory design solutions in a design parameter space, using both continuous evolutionary algorithms (CEA) and the modified K-means clustering algorithm . To demonstrate practical performance of the proposed method, it was applied to an optimal shape design of micro electrostatic actuator of optical memory. The shape design problem has 5 design parameters and 5 objective functions, and finally shows 4 specific design shapes and design characters based on the proposed DWs.
We are developing an optomechanical design of infrared telescope for the CubeSat and Unmanned Aerial Vehicle (UAV) which adapts the Linear Astigmatism Free- Three Mirror System in the confocal off-axis condition. The small entrance pupil (diameter of 40 mm) and the fast telescope (f-number of 1.9) can survey large areas. The telescope structure consists of three mirror modules and a sensor module, which are assembled on the base frame. The mirror structure has duplex layers to minimize a surface deformation and physical size of a mirror mount. All the optomechanical parts and three freeform mirrors are made from the same material, i.e., aluminum 6061-T6. The Coefficient of Thermal Expansion matching single material structure makes the imaging performance to be independent of the thermal expansion. We investigated structural characteristics against external loads through Finite Element Analysis. We confirmed the mirror surface distortion by the gravity and screw tightening, and the overall contraction/expansion following the external temperature environment change (from -30℃ to +30℃).
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.21
no.12
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pp.174-181
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2004
Ultra precision positioning mechanism has widely been used on semiconductor manufacturing equipments, optical spectrum analyzer and cell manipulations. Ultra precision positioning mechanism is consisted of several actuators, sensors, guides and control systems. Its efficiency depends on each performance of components. The object of this study is to design, analysis and manufacture all of the inchworm linear motor system, which is one of the equipments embodied in ultra precision positioning mechanism. Inchworm linear motor system is consisted of a controller system and an inchworm linear motor, and its driving form is similar to a motion of spanworm. A design and manufacture of inchworm linear motor, which is consisted of three PZT actuators, a rod, two columns and a guide plate, are performed. Minimizing the von-Mises stress of the hinge using Taguchi method and simulation by FEM software optimizes the structural design in a column of flexure hinge. The designed columns and guide plates are manufactured by a W-EDM and NC-milling. A controller system, which is an apparatus to drive inchworm linear motor, can easily adjust driving conditions by varying resonance frequency and input-output voltage of actuators and amplifiers. The performance of manufactured inchworm linear motor system is verified and valuated. In the future, inchworm linear motor system will be used to make a more precision positioning by reinforcing a sensor and feedback system.
Park, Dong-Soo;Kim, Sang-In;Park, Ik-Mo;Lim, Han-Jo
Korean Journal of Optics and Photonics
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v.16
no.3
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pp.266-274
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2005
We have designed photonic crystal based bandpass filters whose characteristics are suitable for WDM communication system. The filters consist of coupled point defect resonators in two-dimensional photonic crystal. The frequency response of coupled resonators has been analyzed by the coupling of modes in time, from which the design parameters for the coupled resonator filters have been extracted. For the appropriate choice of the design parameters, each resonator is treated as a lumped L-C resonance circuit, and from the analogy between the equivalent circuit and the standard L-C filter circuits, the design parameters are simply determined from the table for general filter circuit design. Based on the determined design parameters, a photonic crystal based filter has been designed and its performance has been calculated using the finite-difference time-domain method. The designed filter shows a pass band of 50GHz and 0.5 dB in-band ripple, which is suitable for typical WDM communication systems with 100GHz channel spacing.
Journal of the Institute of Electronics and Information Engineers
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v.51
no.6
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pp.78-86
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2014
In this paper, a novel intensity-based fiber optic vibration sensor using a mass-spring structure, which consists of four serpentine flexure springs and a rectangular aperture within a proof mass, is proposed and its feasibility test is given by the simulation and experiment. An optical collimator is used to broaden the beam which is modulated by the displacement of the rectangular aperture within the proof mass. The proposed fiber optic vibration sensor has been analyzed and designed in terms of the optical and mechanical parts. A mechanical structure has been designed using theoretical analysis, mathematical modeling, and 3D FEM (Finite Element Method) simulation. The relative aperture displacement according to the base vibration is given using FEM simulation, while the output beam power according to the relative displacement is measured by experiment. The simulated sensor sensitivity of $15.731{\mu}W/G$ and detection range of ${\pm}6.087G$ are given. By using reference signal, the output signal with 0.75% relative error shows a good stability. The proposed vibration sensor structure has the advantages of a simple structure, low cost, and multi-point sensing characteristic. It also has the potential to be made by MEMS (Micro-Electro-Mechanical System) technology.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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