본 연구에서는 구면으로 이루어져있는 양측 텔레센트릭 광학계를 Laser Diode의 파장(850nm,905nm) 및 발산각에 맞게 설계한 뒤, 수차 분석을 통해 제 3군에 해당하는 콜리메이터 렌즈군, 제 4군에 해당하는 포커싱 렌즈군을 비구면 설계 방식을 이용하여 광학계의 성능 향상 및 렌즈의 매수를 줄이는 방향으로 설계를 진행하였다. 구면으로 이루어진 광학계보다 비구면을 사용한 광학계의 ...
본 연구에서는 구면으로 이루어져있는 양측 텔레센트릭 광학계를 Laser Diode의 파장(850nm,905nm) 및 발산각에 맞게 설계한 뒤, 수차 분석을 통해 제 3군에 해당하는 콜리메이터 렌즈군, 제 4군에 해당하는 포커싱 렌즈군을 비구면 설계 방식을 이용하여 광학계의 성능 향상 및 렌즈의 매수를 줄이는 방향으로 설계를 진행하였다. 구면으로 이루어진 광학계보다 비구면을 사용한 광학계의 구면수차는 약 81.35%, 코마수차는 46%, Tangential 방향의 비점수차는 82.26%, Sagittal 방향의 비점수차는 54.93%, 왜곡수차는 15.69% 로 모두 개선시 켰으며, 기존의 광학계보다 렌즈의 매수가 2매가 준 광학계를 설계할 수 있었다. 광학계의 조도분포를 확인하기 위해 Lighttools을 이용하여 1차원 배열 의 VCSEL(Vertical Cavity Surface Emitting Laser) 및 Edge-emitting laser diode를 두 광학계에 조사시켜 상면에서 Focusing 된 10개의 복사 조도의 평균 및 표준편차를 비교하였다. 구면 렌즈만을 사용한 광학계보다 비구면을 포함하여 사용한 광학계에서 VCSEL Array의 경우, 필드별 평균 복사조도가 0.01W/mm^2 이 높아졌으며, 표준편차 역시 0.00612만큼 줄었으며, Edge-emitting Laser Diode Array 역시 필드별 평균 복사조도가 0.386W/mm^2 이 높아졌으며, 표준편차 역시 0.2411만큼 줄어든 것을 확인하였다. 마지막으로 Lighttools를 이용하여 실제 상용렌즈를 사용하여 양측 텔레센트릭 광학계를 구성하여 확인하여 본 결과, 각 필드별로 복사조도가 균일한 것을 확인하였다. 따라서 양측 텔레센트릭을 이용한 광학계는 1차원 배열의 레이저 다이오드를 필드별로 균일하게 초점을 맺게 할 수 있다는 것을 확인하였으며, 구면만을 사용했을 때보다 비구면을 포함한 광학계가 각 필드별로 더욱 평균 근처에서 균일하며 수차가 없는 균일한 광량의 초점이 맺히는 것을 확인하였다.
본 연구에서는 구면으로 이루어져있는 양측 텔레센트릭 광학계를 Laser Diode의 파장(850nm,905nm) 및 발산각에 맞게 설계한 뒤, 수차 분석을 통해 제 3군에 해당하는 콜리메이터 렌즈군, 제 4군에 해당하는 포커싱 렌즈군을 비구면 설계 방식을 이용하여 광학계의 성능 향상 및 렌즈의 매수를 줄이는 방향으로 설계를 진행하였다. 구면으로 이루어진 광학계보다 비구면을 사용한 광학계의 구면수차는 약 81.35%, 코마수차는 46%, Tangential 방향의 비점수차는 82.26%, Sagittal 방향의 비점수차는 54.93%, 왜곡수차는 15.69% 로 모두 개선시 켰으며, 기존의 광학계보다 렌즈의 매수가 2매가 준 광학계를 설계할 수 있었다. 광학계의 조도분포를 확인하기 위해 Lighttools을 이용하여 1차원 배열 의 VCSEL(Vertical Cavity Surface Emitting Laser) 및 Edge-emitting laser diode를 두 광학계에 조사시켜 상면에서 Focusing 된 10개의 복사 조도의 평균 및 표준편차를 비교하였다. 구면 렌즈만을 사용한 광학계보다 비구면을 포함하여 사용한 광학계에서 VCSEL Array의 경우, 필드별 평균 복사조도가 0.01W/mm^2 이 높아졌으며, 표준편차 역시 0.00612만큼 줄었으며, Edge-emitting Laser Diode Array 역시 필드별 평균 복사조도가 0.386W/mm^2 이 높아졌으며, 표준편차 역시 0.2411만큼 줄어든 것을 확인하였다. 마지막으로 Lighttools를 이용하여 실제 상용렌즈를 사용하여 양측 텔레센트릭 광학계를 구성하여 확인하여 본 결과, 각 필드별로 복사조도가 균일한 것을 확인하였다. 따라서 양측 텔레센트릭을 이용한 광학계는 1차원 배열의 레이저 다이오드를 필드별로 균일하게 초점을 맺게 할 수 있다는 것을 확인하였으며, 구면만을 사용했을 때보다 비구면을 포함한 광학계가 각 필드별로 더욱 평균 근처에서 균일하며 수차가 없는 균일한 광량의 초점이 맺히는 것을 확인하였다.
In this study, bi-telecentric optical system to get uniform focusing of one-dimensional laser diode (LD) array was investigated considering the wavelength and emission angle of the laser diode. At first, optical system of four lens groups with 8 spherical lenses was selected and analyzed...
In this study, bi-telecentric optical system to get uniform focusing of one-dimensional laser diode (LD) array was investigated considering the wavelength and emission angle of the laser diode. At first, optical system of four lens groups with 8 spherical lenses was selected and analyzed by using Code-V. Then, two lens groups out of four lens group were replaced by two aspherical lenses with improving the performance and reducing the number of lenses from 8 to 5. The modified bi-telecentric optical system, consisting of both spherical and aspherical lenses, has reduced the 3rd order aberrations including longitudinal spherical aberration, astigmatism, and coma. Light from the one-dimensional LD arrays was illuminated through original and modified bi-telecentric optical systems and their outputs were analyzed at the image plane by using Lighttools. The results show that better uniform intensity distribution and tight focusing were achieved for the modified optical system with aspherical lenses, compared to the original one with spherical lenses. In addition, we show that bi-telecentric optical system by utilizing commercially available lenses can produce uniform illumination distribution and tight focusing for one-dimensional LD arrays. Therefore, we believe that bi-telecentric optical system can be used to get uniform illumination and tight focusing simultaneously for the one- or two-dimensional LD arrays. Further study is needed to improve the uniformity of the illumination distribution and reduce the aberrations more effectively by aspherical lenses.
In this study, bi-telecentric optical system to get uniform focusing of one-dimensional laser diode (LD) array was investigated considering the wavelength and emission angle of the laser diode. At first, optical system of four lens groups with 8 spherical lenses was selected and analyzed by using Code-V. Then, two lens groups out of four lens group were replaced by two aspherical lenses with improving the performance and reducing the number of lenses from 8 to 5. The modified bi-telecentric optical system, consisting of both spherical and aspherical lenses, has reduced the 3rd order aberrations including longitudinal spherical aberration, astigmatism, and coma. Light from the one-dimensional LD arrays was illuminated through original and modified bi-telecentric optical systems and their outputs were analyzed at the image plane by using Lighttools. The results show that better uniform intensity distribution and tight focusing were achieved for the modified optical system with aspherical lenses, compared to the original one with spherical lenses. In addition, we show that bi-telecentric optical system by utilizing commercially available lenses can produce uniform illumination distribution and tight focusing for one-dimensional LD arrays. Therefore, we believe that bi-telecentric optical system can be used to get uniform illumination and tight focusing simultaneously for the one- or two-dimensional LD arrays. Further study is needed to improve the uniformity of the illumination distribution and reduce the aberrations more effectively by aspherical lenses.
주제어
#1차원 배열 레이저 다이오드 비구면 렌즈 3차 수차 양측 텔레센트릭 광학계 균일한 초점 One-dimensional Laser Diode (LD) Array Aspherical Lens 3rd Order Aberrations Bi-telecentric Optical System Uniform illumination
학위논문 정보
저자
이상묵
학위수여기관
연세대학교 대학원
학위구분
국내석사
학과
광과학·공학과
지도교수
박승한
발행연도
2020
총페이지
vi, 59장
키워드
1차원 배열 레이저 다이오드 비구면 렌즈 3차 수차 양측 텔레센트릭 광학계 균일한 초점 One-dimensional Laser Diode (LD) Array Aspherical Lens 3rd Order Aberrations Bi-telecentric Optical System Uniform illumination
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