• 한국광학회지
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• 제34권6호
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• pp.276-282
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• 2023

본 논문에서는 가격이 비싼 고보 조명을 대체하기 위해 freeform lens를 사용하여 조명 광학계를 설계하였다. Freeform lens 조명은 이미지 마스크를 사용하지 않으며, 렌즈 한 매만으로도 렌즈 면에서 직접 이미지를 형성하여 조사할 수 있어 고보 조명에 비해 단가를 절감할 수 있다. 또한 설계한 freeform lens 조명의 성능을 확인하기 위해서 조도 시뮬레이션을 진행하였다. 이를 통해 설계한 조명이 조사하고자 하는 이미지와 유사한 조도분포를 가지며, 고보 조명의 성능과 유사한 광효율 47%를 가지므로 고보 조명을 대체할 수 있음을 확인하였다.

• Current Optics and Photonics
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• 제1권3호
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• pp.233-238
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• 2017

In this paper we propose a freeform secondary lens for an LED fishing/working lamp (LFWL). This innovative LED lamp is used to replace the traditional HID fishing lamp, to satisfy the lighting demands of fishing and the on-board activities on fishing boats. To realize the freeform lens's geometry, Gaussian decomposition is involved in our optics-design process for approaching the targeted light intensity distribution curve (LIDC) of the LFWL lens. The simulated results show that the illumination on the deck, on the sea's surface, and underwater shows only small differences between LED fishing/working lamps and HID fishing lamps. Meanwhile, a lighting efficiency of 91% with just one third of the power consumption can be achieved, when the proposed LED fishing/working lamps are used instead of HID fishing lamps.

• Journal of the Optical Society of Korea
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• 제20권5호
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• pp.614-622
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• 2016

In this paper, we propose a novel differential equation method for designing a total internal reflection (TIR) LED lens with double freeform surfaces. A complete set of simultaneous differential equations for the method is derived from the condition for minimizing the Fresnel loss, illumination models, Snell’s Law of ray propagation, and a new constraint on the incident angle of a ray on the light-exiting surface of the lens. The last constraint is essential to complete the set of simultaneous differential equations. By adopting the TIR structure and applying the condition for minimizing the Fresnel loss, it is expected that the proposed TIR LED lens can have a high luminous flux efficiency, even though its beam-spread angle is narrow. To validate the proposed method, three TIR LED lenses with beam-spread angles of less than 22.6° have been designed, and their performances evaluated by ray tracing. Their luminous flux efficiencies could be obviously increased by at least 35% and 5%, compared to conventional LED lenses with a single freeform surface and with double freeform surfaces, respectively.

• 한국정보통신학회논문지
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• 제19권4호
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• pp.954-964
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• 2015

본 연구는 균일한 조명을 얻기 위해 자유 형상 렌즈(freeform lens)를 제작하였으며, 이를 위해 중첩 조명 모델(overlapped illumination model)을 제안하였고, 제작한 LED 렌즈들의 특성을 분석하였다. 제작한 렌즈는 LED 빛 세기 분포의 중심 방향, 반치각 (half angle) 및 LED 광원의 위치변화를 바탕으로 그 성능을 평가하였다. 아울러 조명영역은 평균 조도 (average illuminance)와 조도 균일도 (illuminance uniformity) 변화 값으로 수행하였다. 광도 분포의 중심 방향 변화에 대해서는 제안된 모델과 발산 모델이 대체로 비슷한 공차 특성을 보였으며, 특히 제작한 렌즈에서 반치각 변화는 기존 방법에 비해 조도 균일도 공차 특성은 현저히 개선됨을 확인하였다.

• Journal of the Optical Society of Korea
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• 제19권6호
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• pp.614-618
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• 2015

This paper described an off-axis head-mounted display system. It is composed of a 7-piece coaxial relay lens group and a freeform surface combiner. This configuration has a simple structure and a wide field of view (FOV). In this design, a freeform surface is chosen as the combiner, to simplify the structure and attain good image quality. We generated this freeform surface by considering both coordinates and normals of discrete data points. Moreover, we realize a coaxial structure in the relay lens group, which is compact and benefits from a loose tolerance requirement. The HMD system we finally realized has a 40° × 30° FOV and 15-mm exit pupil diameter.

• 한국정보통신학회논문지
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• 제21권1호
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• pp.157-164
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• 2017

본 연구는 균일한 조명을 얻기 위해 중첩 조명 모델(overlapped illumination model)을 사용하여 자유 형상 렌즈(freeform lens)를 제작하였으며, 제작한 LED 렌즈들의 특성을 비교 분석하였다. 제작한 렌즈는 LED 광원의 위치변화, 두께 및 기울임을 이용해 성능을 평가하였다. 아울러 조명영역은 평균 조도 (average illuminance)와 조도 균일도 (illuminance uniformity) 변화 값으로 측정하였다. 광도 분포의 Z축 방향변화에 대해서는 중첩 모델과 발산 모델이 대체로 비슷한 공차 특성을 보였으나, 렌즈두께 변화에 대해서는 중첩모델이 발산모델에 비해 조도 균일도 공차 특성은 현저히 개선됨을 확인하였다. 또한, 발산 조명 모델로 설계된 렌즈가 전반적으로 좋은 성능을 나타냈으나, LED 방출에 대한 성능은 중첩 모델에서 그 편차의 폭이 상대적으로 적게 나타났다.

• 한국광학회지
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• 제24권1호
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• pp.29-38
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• 2013

본 논문에서는 점광원을 기준으로 설계된 자유 형상 렌즈(freeform lens)의 조명 성능과 LED 광원 크기와의 관계 및 공차 특성을 살펴보았다. 비교를 위해 발산 조명 모델(divergent illumination model)을 적용한 두 가지 렌즈와 중첩 조명 모델(overlapped illumination model)을 적용한 한가지 렌즈를 설계하였다. LED 광원이 커짐에 따라 평균 조도에 비해 조도 균일도가 상대적으로 크게 감소하였으며, 정렬 오차에 의한 성능 저하는 거의 발생하지 않았다. 하지만 LED 광원의 방출 특성 변화는 LED 광원 크기에 관계없이 조명 성능에 영향을 미치는 것으로 확인하였다. 발산 조명 모델로 설계된 렌즈가 전반적으로 우수한 성능을 보였지만, LED 방출 특성 변화에 대해서는 중첩 조명 모델로 설계된 렌즈의 성능이 상대적으로 적게 변화함을 알 수 있었다.

• Transactions on Electrical and Electronic Materials
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• 제18권1호
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• pp.35-41
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• 2017

This study looks at optimizinge light redistribution to improve the overall illuminance uniformity of commercial IRED modules. To obtain uniform illumination over a prescribed rectangular area, a freeform surface lens was evaluated using TracePro. The LED light overall illuminance uniformity regulated in KSC 7658 was verified using Relux software. Experimental test results showed 0.81 overall illuminance uniformity for rectangular light distribution of LED lights having a radiation angle of $80^{\circ}$. After fabricating prototype IRED lights based on these simulation results, illuminance performance was observed when used as actual IRED lighting with a nighttime CCTV system. Image observation photographs of the prototype $80^{\circ}$ rectangular IRED lights confirmed that object images can be seen clearly owing to high overall illuminance uniformity, and that dark regions of the CCTV screen were not shown.

• 한국광학회지
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• 제28권6호
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• pp.295-303
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• 2017

본 논문은 UV LED를 이용한 line beam 형성 방법에 대한 연구를 진행하였다. 기존의 linear type UV LED 경화기 광학계는 여러 매의 cylindrical lens로 구성되어 있는데 추후 광학계의 align, 모듈의 대형화, 효율 등에서 문제가 발생할 수 있다. 이런 문제점들의 해결을 위한 대안으로서 cylindrical lens와 마찬가지로 Y축 방향에 대해서만 자유 곡면을 가지는 bar type의 TIR lens를 설계하여 최대조도, 조도 균일도, 광속 효율 등에서의 이점이 있음을 검증하였다.

• 한국정밀공학회:학술대회논문집
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• 한국정밀공학회 2003년도 춘계학술대회 논문집
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• pp.233-236
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• 2003

The micro-stereolithography technology made it possible to fabricate a freeform 3D micro-structure. Using this technology, two kind of applications were fabricated and tested: micro-lens and micro-mixers. The focal length and f-number of the micro-lens were 5 mm and 2.5, respectively. The focusing ability of the micro-lens was verified by defocusing the He-Ne laser beam after passing the lens. Two mixers are Kenics micro-mixer and BEKM. BEKM is a modified Kenics micro-mixer by introducing barriers on the pipe walt periodically to enhance the mixing via the chaotic mechanism in the helical flow of Kenics micro-mixer. Experimental result shows good mixing performance of developed mixers. Especially, the BEKM shows better mixing performance then Kenics micro-mixer.