We discuss the design and fabrication of CCD or C-MOS imaging lenses with hybrid diffractive / refractive optics. The hybrid lenses are made of optical grade plastic materials. We have been able to significantly reduce the number of elements while maintaining very high optical quality. This paper describes the conception, design, fabrication and evaluation of hybrid lenses in comparison with conventional refractive lenses. The new lens has excellent optical quality, very light weight, compact size and low manufacturing cost.
Differential phase contrast (DPC) microscopy, a central quantitative phase imaging (QPI) technique in cell biology, facilitates label-free, real-time monitoring of intrinsic optical phase variations in biological samples. The existing DPC imaging theory, while important for QPI, is grounded in paraxial diffraction theory. However, this theory lacks accuracy when applied to high numerical aperture (NA) systems that are vital for high-resolution cellular studies. To tackle this limitation, we have, for the first time, formulated a nonparaxial DPC imaging equation with a transmission cross-coefficient (TCC) for high NA DPC microscopy. Our theoretical framework incorporates the apodization of the high NA objective lens, nonparaxial light propagation, and the angular distribution of source intensity or detector sensitivity. Thus, our TCC model deviates significantly from traditional paraxial TCCs, influenced by both NA and the angular variation of illumination or detection. Our nonparaxial imaging theory could enhance phase retrieval accuracy in QPI based on high NA DPC imaging.
Bumblebees have apposition compound eyes (one on either side of the head) of about 6,000 ommatidia and three small single-lens ocelli on the frons of their head capsule. The surface of the eye is smooth and interommatidial hairs, as in the honeybee, are not developed. Each ommatidium (approx. 26 ㎛ in diameter) is capped by a hexagonal facet and contains in its centre a 3 ㎛ wide, columnar light-perceiving structure known as the rhabdom. Rhabdoms consist of thousands of regularly aligned, fingerlike microvilli, which in their membranes contain the photopigment molecules. Axons from each ommatidium transmit the information of their photic environment to the visual centres of the brain, where behavioural reactions may be initiated. Since bumblebee eyes possess three classes of spectrally different sensitivity peaks in a ratio of 1:1:6 (UV= 353 nm, blue= 430 nm and green=548 nm) per ommatidium, they use colour vision to find and select flower types that yield pollen and nectar. Ommatidial acceptance angles of at least 3° are used by the bumblebees to discriminate between different flower shapes and sizes, but their ability to detect polarized light appears to be used only for navigational purposes. A flicker fusion frequency of around 110Hz helps the fast flying bumblebee to avoid obstacles. The small ocelli are strongly sensitive to ultraviolet radiation and green wavelengths and appear to act as sensors for light levels akin to a photometer. Unlike the bumblebee's compound eyes, the ocelli would, however, be incapable of forming a useful image.
We present a design and optical simulation of a cost-effective hybrid daylighting/LED system composed of mixing sunlight and light-emitting diode (LED) illumination powered by renewable solar energy for indoor lighting. In this approach, the sunlight collected by the concentrator is split into visible and non-visible rays by a beam splitter. The proposed sunlight collector consists of a Fresnel lens array. The non-visible rays are absorbed by the solar photovoltaic devices to provide electrical power for the LEDs. The visible rays passing through the beam splitters are coupled to a stepped thickness waveguide (STW) by tilted mirrors and confined by total internal reflection (TIR). LEDs are integrated at the end of the STW to improve the lighting quality. LEDs’ light and sunlight are mixed in the waveguide and they are coupled into an optical fiber bundle for indoor illumination. An optical sensor and lighting control system are used to control the LED light flow to ensure that the total output flux for indoor lighting is a fixed value when the sunlight is inadequate. The daylighting capacity was modeled and simulated with a commercial ray tracing software (LighttoolsTM). Results show that the system can achieve 63.8% optical efficiency at geometrical concentration ratio of 630. A required accuracy of sun tracking system achieved more than ±0.5o . Therefore, our results provide an important breakthrough for the commercialization of large scale optical fiber daylighting systems that are faced with challenges related to high costs.
Kim, Namyoon;Lee, Seung Woo;I, Yongjun;Pahk, Heui-Jae
Current Optics and Photonics
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v.1
no.6
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pp.604-612
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2017
An effective and precise method using a scanning white-light interferometer (SWLI) for three-dimensional surface measurements, in particular for roughness measurements, has been proposed. The measurement of a microscopically sloped area using an interferometer has limitations, due to the numerical aperture of the lens. In particular, for roughness measurements, it is challenging to obtain accurate height data for a sloped area using the interferometer, due to diffraction of the light. Owing to these optical limitations of the interferometer for roughness measurements, the Ra measurements performed using an interferometer contain errors. To overcome the limitations, we propose a method consisting of the following two steps. First, we evaluate the height data and set the invalid height area to be blank, using the characteristics of the modulus peak, which has a low peak value for signals that have low reliability in the interferogram. Next, we interpolate the blank area using the adjacent reliable area. Rubert roughness standards are used to verify the proposed method. The results obtained by the proposed method are compared to those obtained with a stylus profilometer. For the considered sinusoidal samples, Ra ranges from $0.053{\mu}m$ to $6.303{\mu}m$, and we show that the interpolation method is effective. In addition, the method can be applied to a random surface where Ra ranges from $0.011{\mu}m$ to $0.164{\mu}m$. We show that the roughness results obtained using the proposed method agree well with profilometer results. The $R^2$ values for both sinusoidal and random samples are greater than 0.995.
Journal of the Korean Institute of Telematics and Electronics A
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v.32A
no.1
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pp.193-199
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1995
A novel imaging method in which time-division spinning reticle samples different pixel location of input image in different time is presented. The lens collects the beam passing throughthe reticle to a photodetector. Image reconstruction is accomplished by sampling the detector output corresponding to the spinning speed of reticle. Since the time-division reticle system removed the necessity of bandpass filter bank which has sharp cut-off characteristic, high resolution image is obtained without increasing the number of filter. To confirm the validity of this method, a computer simulation and an optical experiment using visual light are presented.
Proceedings of the Korean Society of Precision Engineering Conference
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2005.10a
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pp.882-884
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2005
A new rectangular shape microlens array having high sag for solid-state lighting is presented. Proposed microlens, which has high sag, over $375{\mu}m$ and large diameter, over 3 mm can enormously enhance output optical extraction efficiency. Rectangular shape of microlens can maximize the fill factor of light-emitting-diode (LED) package and minimize the optical loss at the same time. This wafer level microlens array is fabricated on LED package. It has many advantages in optical properties, low cost, high aligning accuracy, and mass production.
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.7
no.2
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pp.65-73
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1990
Speckle photography is a simple non-contacting method for analysing surface displacement. In its basic form, the object to be studied is illuminated with a beam of laser light from any convenient direction, and a double exposure photography of the surface recorded on the fine-grain film, the object is undergone the displacement to be measured between exposures. Like this, it allows the strain field to be evaluated in two dimensions. A direct experimental comparison of speckle photography with theoretical value on a notched tensile test specimen showed that serious errors could, however, occur due to local surface tilting and due to aberra- tions of the imaging lens. Methods of minimising these effects and those of the speckle de-correlation which occurs by the various conditions are discussed.
1)iscussed in this paper are the effects of phase modulation on the line spread functions (LSF) and MTFs of ;I binocular objective system. The binocular objective lens is made in Korea. It has rotationally symmetric aberrations. The LSFs and MTFs are measured experimentally. The phase modulation is carried out by applying phase retardation n on the aperture. The area where the phase is not retarded presents a double annular type. The OTF curves of phase modulated aperture are compared with that of unmodulated aperture. The comparison shows that there is the aberration compensation effect in aberration loaded system. Therefore the performance of many optical system can be improved without any loss of light energy by properly modulating the phase on the aperture.
Purpose: The balance between miscanthus production and its cost effectiveness depends greatly on its moisture content during post processing. The objective of this research was to measure the moisture content using a non-destructive and non-contact methodology for in situ applications. Methods: The moisture content of comminuted miscanthus was controlled using a closed chamber, a humidifier, a precision weigher, and a real-time monitoring software developed in this research. A CMOS sensor equipped with $50{\times}$ magnifier lens was used to capture magnified images of the conditioned materials with moisture content level from 5 to 30%. The hypothesis is that when light is incident on the comminuted particles in an inclined manner, higher moisture content results in light being reflected with a higher intensity. Results: A linear regression analysis for an initiative hypothesis based on general histogram analysis yielded insufficient correlations with low significance level (<0.31) for the determination coefficient. A significant relationship (94% confidence level) was determined at level 108 in a reverse accumulative histogram proposed based on a revised hypothesis. A linear regression model with the value at level 108 in the reverse accumulative histogram for a magnified image as the independent variable and the moisture content of comminuted miscanthus as the dependent variable was proposed as the estimation model. The calibrated linear regression model with a slope of 92.054 and an offset of 32.752 yielded 0.94 for the determination coefficient (RMSE = 0.2%). The validation test showed a significant relationship at the 74% confidence level with RMSE 6.4% (n = 36). Conclusions: To compensate the inconsistent significance between calibration and validation, an estimation model robust against various systematic interferences is necessary. The economic efficiency of miscanthus, which is a promising energy resource, can be improved by the real-time measurement of its crucial material properties.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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