• 천문학회보
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• 제45권1호
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• pp.68.2-68.2
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• 2020

UVO-Multiband Polarizing Imager System (UVOMPIS) is an ultraviolet to visible light multi-wavelength polarization/imaging system for Compact Advanced Satellite. We developed Linear Astigmatism Free-Three Mirror System (LAF-TMS) D200F2 as an optical system of UVOMPIS which has an entrance pupil diameter of 200 mm, a focal ratio of 2, a field of view of 2° × 4°. LAF-TMS is a confocal off-axis reflecting telescope system that removes linear astigmatism, and its all mirrors (M1, M2, M3) are optimized with the freeform surface to reduce high-order aberrations. Through the sensitivity analysis and Monte-Carlo simulation as the tolerance analysis, we can confirm the feasibility of the system, relatively sensitive parameters (tilt, decenter, despace, surface RMS error), and considerations for optomechanical design. From the sensitivity analysis, we can discover the relatively sensitive optical alignment parameters to a single perturbation. Further more, in the monte-carlo simulation, we investigate the minimum tolerance budget satisfying the required optical performance and whether the tolerance range is satisfied within manufacturing error.

• 천문학회보
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• 제42권2호
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• pp.88.1-88.1
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• 2017

We report a novel design of the "linear astigmatism-free" three mirror system (LAF-TMS). In general, the linear astigmatism is one of the most dominant aberration degrading image qualities in common off-axis systems. The proposed LAF-TMS is based on a confocal off-axis three mirror system, where higher order aberrations are minimized via our numerical optimization. The system comprises three pieces of aluminum-alloy freeform mirrors that are feasible to be fabricated with current single-point diamond turning (SPDT) machining technology. The surface figures, dimensions, and positions of mirrors are carefully optimized for a LAF performance. For higher precision-positioning mechanism, we also included alignment parts: shims (for tilting) and L-brackets (for decentering). Any possible mechanical deformation due to assembly process as well as 1-G gravity, and its influence on optical performances of the system are investigated via the finite element (FE) analysis. The LAF-TMS has low f-number and a wide field of view, which is promising for sky monitoring programs such as supernova surveys.

• Current Optics and Photonics
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• 제1권1호
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• pp.1-6
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• 2017

Degradation of bit-error-rate (BER), caused by atmospheric turbulence, seriously hinders the performance of coherent Free Space Optical (FSO) communication systems. An adaptive optics system proves to be effective in suppressing the atmospheric turbulence. The holographic modal wavefront sensor (HMWFS) proposed in our previous work, noted for its fast detecting rates and insensitivity to beam scintillation, is applied to the coherent FSO communication systems. In this paper, based on our previous work, we first introduce the principle of the HMWFS in brief and give the BER of the coherent FSO with homodyne detection in theory, and then analyze the improvement of BER for a coherent FSO system based on our previous simulation works. The results show that the wavefront sensor we propose is better for weak atmospheric turbulence. The most obvious advantages of HMWFS are fast detecting rates and insensitivity to beam scintillation.

• 한국광학회지
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• 제21권5호
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• pp.214-223
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• 2010

30 cm 급 항공용 반사 망원경계에서 외부 환경 및 내부 진동에 의해 발생하는 주 반사경의 광학적인 성능 저하를 최소화하기 위하여 주 반사경의 광기계 설계를 수행 하였다. 플렉셔를 포함한 주 반사경의 해석을 위한 경계조건으로는 광학면의 수직과 수평 방향의 중력에 의한 변형과 온도 변화 ${\pm}1^{\circ}C$에 의한 열 변형을 고려하였다. 반사경의 기계적인 변형은 NX 5 I-DEAS를 사용하여 해석 하였다. 최적화된 경량화 반사경과 플렉셔의 중력에 의한 광학면의 형상 변형은 RMS surface error 16 nm 이하로 초기 설계 목표값을 만족하였다. 온도 변화 ${\pm}1^{\circ}C$에 의한 광학면의 형상 변형과 assembly load에 의한 광학면의 형상 변형은 매우 작은 값으로 주 반사경의 변형에 영향을 주지 않음을 확인하였다.

• 한국광학회지
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• 제14권3호
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• pp.236-243
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• 2003

본 논문에서는 구면수차와 Stiles-Crowford 효과를 고려하여 인간의 눈을 모델링한 정밀모형안과 등가인 렌즈모듈 모형안의 설계에 관하여 논의하였고, 렌즈모듈 모형안을 적용한 Head Mounted Display(HMD)용 광학계를 설계 및 평가하였다. HMD용 광학계에서 요구되는 소형화, 고성능 및 고해상도 등의 필수조건들을 만족시키기 위해 회절광학소자와 비구면을 이용하여 색수차와 단색수차를 보정하였다. SVGA급 480,000화소를 갖는 0.47 인치 micro-display, 플라스틱 hybrid 렌즈, 그리고 렌즈모듈 모형안으로 HMD용 광학계를 구성하였다. 설계된 광학계의 초점거리는 31.25 mm, FOV는 24H$\times$18V$\times$30D degrees, 그리고 전장길이는 59.1 mm이다. 결과적으로, 사용자가 편안함을 느낄 수 있는 HMD에 유용한 광학계를 얻었다.

• 한국광학회지
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• 제20권3호
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• pp.148-155
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• 2009

본 연구에서는 광학계의 굴절률, 중심두께 및 곡률반경에 대한 설계변수가 온도변화에 따라 1차 특성 및 결상성능에 어떠한 영향을 미치는지 분석하고, 이로부터 온도보정 설계를 실시하였다. 광학설계 변수들을 각각의 사용온도에 해당되는 값으로 변경한 후, 기존의 coupling 및 ruler 설계 개념을 폰 카메라용 렌즈설계에 적용하여 온도보정을 고려한 설계방법을 제시하였다. 본 연구에서 제시한 온도보정 설계개념을 4매 구성의 1/3.2" 5M 렌즈계에 최초로 적용하여 최적 설계한 결과, 폰 카메라용 렌즈에 대한 일반사양을 만족시키는 동시에 사용온도 $-10^{\circ}C{\sim}+60^{\circ}C$에서의 후초점거리 변화량에 대한 요구사양(${\Delta}BFL{\leq}10{\mu}m$)도 만족시켰다. 또한 최적 설계된 렌즈계의 전장(TTL)은 5.5 mm로 매우 컴팩트한 구성이다. 따라서 본 연구의 결과는 휴대폰 카메라 및 감시 카메라용 광학계 개발에 활용이 가능할 것으로 기대된다.

• 한국광학회지
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• 제17권2호
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• pp.113-119
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• 2006

망막검사를 위한 검안경용 망막 카메라를 개발하기 위한 광학계 설계를 연구하였다. 이에 앞서 사람의 눈에 대한 광학계 제원은 김상기와 박성찬이 발표한 정밀모형안을 채택하였다. 이를 토대로 하여 광학계를 4개의 렌즈 군으로 구성하였고 제 1군으로 모든 시야각에 대한 광을 중심으로 모았다가 제2, 제3, 제4군에 의해 결상하도록 하였다. 결상된 망막의 상은 CCD 광검출기에 의해 모니터로 전시한다. 제 1군을 단일 렌즈로 하고 나머지 광학계를 triplet로 하여 최적화를 통해 설계하였다. 광선수차, spot diagram, 회절을 고려한 point spread function 및 MTF를 계산하여 분석한 결과, 좋은 성능을 가진 광학계 설계가 가능하였다. 본 연구 결과에서 얻은 광학계로서 양질의 망막 카메라를 개발할 순 있을 것으로 믿는다.

• Journal of the Optical Society of Korea
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• 제17권4호
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• pp.336-343
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• 2013

Recently various types of driver assistance systems have been used for automobiles. In 2008, the U.S Congress passed a law which required that most cars be equipped with devices to warn objects behind the vehicle. Because of that, market of rear view cameras is expected to rise dramatically. Therefore many suppliers try to provide a wide angle camera for car makers. But a high distortion is caused by the wide angle might result in lower image quality. In order to improve the image quality, normally we use an algorithm to correct a distortion. Though we can improve the distorted image by correction algorithm, we must pay more cost to use it. In this paper, we propose a new optical system reducing a distortion in contrast to a conventional lens without cost. In other words, we can see only an area of interest. That is similar to reducing a field of view. Using a new optical system, we can get a less distorted image. In order to view an area of interest, we introduce an off axis optical system having refractive surfaces and reflective surfaces. In this paper, we describe the results of design and, evaluation of an off axis wide angle compact imaging system. In comparison to conventional wide angle lens, we can get the improvement of MTF, distortion, and lateral color aberrations. And we also can reduce a total cost because we don't need the outer apparatus or bracket to mount on the car.

• 한국광학회지
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• 제28권5호
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• pp.241-249
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• 2017

본 논문에서는 $7.7{\mu}m$에서 $12.8{\mu}m$ 파장 대역에 적용 가능한 비냉각 열상장비 광학계를 설계 및 분석 하였다. 최적화 과정을 통하여 설계된 원적외선 광학계의 유효초점거리는 5.44 mm를 가지며, 4면의 비구면과 2면의 회절면을 포함하였다. 광학계의 F/수는 F/1.2로 설정하였고, 시야각은 $90^{\circ}{\times}67.5^{\circ}$가 되도록 하였다. 회절면이 적용된 hybrid 렌즈를 이용하여 보다 효율적으로 고차 수차가 보정되도록 하였고, 이때 발생되는 회절 특성은 scalar 회절 효율을 이용하여 평가하였다. 또한 hybrid 렌즈에서 발생되는 회절 현상에 의한 통합 회절효율을 예측하고 배경잡음에 의한 MTF 저하를 고려하였다. 원적외선 광학계의 온도 변화에 따른 보상은 광학식 비열화를 이용하여 광학계의 MTF 성능이 초점 심도 내에서 유지되도록 하였다. 결론적으로 비냉각 열상장비에 효율적으로 적용 가능한 광학설계 결과를 얻었다.

• 천문학회보
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• 제46권2호
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• pp.75.2-76
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• 2021

MESSIER is a science satellite project to observe the Low Surface Brightness (LSB) sky at UV and optical wavelengths. The wide-field, optical system of MESSIER is optimized minimizing optical aberrations through the use of a Linear Astigmatism Free - Three Mirror System (LAF-TMS) combined with freeform mirrors. One of the key factors in observations of the LSB is the shape and spatial variability of the Point Spread Function (PSF) produced by scatterings and diffraction effects within the optical system and beyond (baffle). To assess the various factors affecting the PSF in this design, we use PhoSim, the Photon simulator, which is a fast photon Monte Carlo code designed to include all these effects, and also atmospheric effects (for ground-based telescopes) and phenomena occurring inside of the sensor. PhoSim provides very realistic simulations results and is suitable for simulations of very weak signals. Before the application to the MESSIER optics system, PhoSim had not been validated for confocal off-axis reflective optics (LAF-TMS). As a verification study for the LAF-TMS design, we apply Phosim sequentially. First, we use a single parabolic mirror system and compare the PSF results of the central field with the results from Zemax, CODE V, and the theoretical Airy pattern. We then test a confocal off-axis Cassegrain system and check PhoSim through cross-validation with CODE V. At the same time, we describe the shapes of the freeform mirrors with XY and Zernike polynomials. Finally, we will analyze the LAF-TMS design for the MESSIER optical system.