초록

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렌즈를 계측해 이용하는 역사는 오래 되었으며, 그 응용 범위도 상당히 넓다. 광을 사용함으로써 비접촉 및 비파괴로 측정 대상물을 그대로 유지하면서 정보를 얻는 광의 직진성 및 고속 전파성을 이용할 수 있으며, 파장을 기준으로 한 계측이 가능함과 동시에, 특히 렌즈는 대상물의 정보를 결상에 의해 공간적으로 이동할 수 있다는 장점을 가져 각종 계측 기기에 폭 넓게 사용되고 있다. 본 고에서는 렌즈 응용 기기에 사용하는 렌즈를 분류한 후, 계측과 관련된 렌즈를 계측용 렌즈로 채택하여 그 현상과 동향을 정리하며, 요소 기술로서 렌즈 설계 및 제작 전반과 관련된 공통 기술 과제를 몇 가지 채택하여 로드맵으로 만들었다.

렌즈를 계측해 이용하는 역사는 오래 되었으며, 그 응용 범위도 상당히 넓다. 광을 사용함으로써 비접촉 및 비파괴로 측정 대상물을 그대로 유지하면서 정보를 얻는 광의 직진성 및 고속 전파성을 이용할 수 있으며, 파장을 기준으로 한 계측이 가능함과 동시에, 특히 렌즈는 대상물의 정보를 결상에 의해 공간적으로 이동할 수 있다는 장점을 가져 각종 계측 기기에 폭 넓게 사용되고 있다. 본 고에서는 렌즈 응용 기기에 사용하는 렌즈를 분류한 후, 계측과 관련된 렌즈를 계측용 렌즈로 채택하여 그 현상과 동향을 정리하며, 요소 기술로서 렌즈 설계 및 제작 전반과 관련된 공통 기술 과제를 몇 가지 채택하여 로드맵으로 만들었다.

AI 본문요약

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• 연구 방법
• 연구 결과

제안 방법

• 광학 설계는 사양으로 설정된 초점 거리, 화각(畵角), NA 등의 기능, 왜곡 수차, OTF 등의 성능, 레이아웃, 온도, 사용 파장 등의 경계 조건을 만족시키면서 플레어, 고스트 등의 노이즈를 제거하도록 구성한다. 광학 설계 자체는 광선 추적, 평가, 상 개선 공정으로 크게 나뉘는데, 이들은 컴퓨터를 사용하여 행해진다.
• 결정해 간다. 광학 제품의 생산성 향상을 위하여 제조 공정을 계산기 내에 구축하고, 설계 단계에서 양산시의 광학 성능, 양산성 및 공차 감도를 정량 평가할 수 있는 시뮬레이션으로 가상 양산 테스트 시스템을 구성하여 발생되는 문제를 설계시 정량 평가한다. 경통 광학 제품에서 의 통계적 공차 설계 시스템이 사용되고 있으며, 품질 공학의 허용차 설계를 사용하여 생산을 고려한 공차 해석 등도 앞으로 더욱 발전되어 갈 것이다.
• 일반적인 렌즈에 공통되는 기술이다. 렌즈의 설계 제작에 관한 요소 기술로서 광학 재료, 설계 및 평가법, 기구 설계, 성능평가를 채택하였다.
• 비접촉 3차원 디지타이저로서 3차원 계측에 사용하기 때문에 슬릿 형상의 레이저광으로 측정 대상을 주사하고, 그 반사광을 렌즈를 장착한 CCD 카메라로 받아 삼각 거리 측정의 원리로 대상물과의 거리 정보를 얻는다. 렌즈 자체는 왜곡 수차를 보정한 렌즈가 사용된다.
• 스테이지의 이동에 의한 측정을 조합하여, 렌즈의 시력보다 넓은 범위를 계측하는 2차원 영상 측정기가 출현했으며, 나아가 오토 포커스에 의한 초점 위치 정보를 불러들여 Z축 측정을 포함시킴으로써 3차원 영상 측정기가 탄생하였다.

대상 데이터

• 2차원 영상 입력으로서의 스캐너에 사용하는 렌즈로서, 스캐너로 입력한 영상을 사용하여 계측에 이용한다. 스캐너식 리소그래피 장치도 동일한 기능을 갖는다.

성능/효과

• 가정용 비디오 카메라의 줌 렌즈에서는 리어 포커스와 촬상 오토 포커스에 의해 앞군 렌즈가 움직이지 않고, 전자제어에 의해 종전의 기계 캠이 폐지됨에 따라 줌 보정 기능과 초점 조정 기능이 융합되었다.
• 강도, 내마모성이 향상되었다. 또한 PbO를 함유하지 않기 때문에 비중이 작아져 고굴절률 영역에서 30% 정도의 경량화가 가능해졌다. 반면, Ti0로 대체함에 따라 단파장에서의 흡수가 많아져 투과율을 악화시키는 경향이 나타났고, 일부 초자 종류에서는 단파장 및 장파장 영 역에서 분산차가 나타났으며, 특수 렌즈에서는 유리의 대체로 인해 설계를 변경해야만 했다.
• 환경 대책 유리는 종래의 것에 비해 화학적 내구성, 기계적 강도, 내마모성이 향상되었다. 또한 PbO를 함유하지 않기 때문에 비중이 작아져 고굴절률 영역에서 30% 정도의 경량화가 가능해졌다.

후속연구

• 광학 제품의 생산성 향상을 위하여 제조 공정을 계산기 내에 구축하고, 설계 단계에서 양산시의 광학 성능, 양산성 및 공차 감도를 정량 평가할 수 있는 시뮬레이션으로 가상 양산 테스트 시스템을 구성하여 발생되는 문제를 설계시 정량 평가한다. 경통 광학 제품에서 의 통계적 공차 설계 시스템이 사용되고 있으며, 품질 공학의 허용차 설계를 사용하여 생산을 고려한 공차 해석 등도 앞으로 더욱 발전되어 갈 것이다.
• 또한 안구 전체의 광학적 수차 측정에도 이용되고 있다. 앞으로 보다 많이 이용될 것이다.
• 유리, 결정, 플라스틱이 사용되고 있으나, 색 보정에 널리 사용되고 있는 이상(異常) 부분 분산 유리가 고성능렌즈 설계에 많은 능력을 발휘해 왔다. 앞으로는 종래부터 사용된 광학 재료뿐만 아니라, 광학 결정, 유무기 복합 재료, 원자 분자 수준에서 구조가 제어된 나노 유리 등의 새로운 재료의 출현이 기대된다.
• 일단 극값에 빠진 해로부터 극값을 원래로 되돌림으로써 극값에서 벗어나며, 다른 극값의 탐색을 계속한다는 이스케이프 함수에 의한 기법도 사용되고 있다. 앞으로도 더욱 강력한 기법이 고안되어 널리 사용될 것으로 예상된다.
• 이들에 사용하는 렌즈를 포함한 광학계가 선진 기술이 채용됨에 따라 변화를 거듭해 왔으며, 렌즈, 기구, 전기 장치가 일체적으로 토털 퍼포먼스를 제공하도록 융합되고, 고도의 광학계가 잇따라 나오고 있어 앞으로도 변화를 거듭하면서도 계속 이용될 것으로 기대된다.
• 단일층의 회절 광학 소자에서는 촬영에 불필요한 플레어가 발생하는 문제가 있어, 2개의 회절 격자를 수 미크론의 정밀도로 접근시키는 적층 구조로 해결한 예가 있다. 이상 부분 분산 유리나 비구면 광학 특성을 상회하여 광학 산업 세계에 새로운 변혁을 초래할 가능성을 안고 있는 광학 소자로서 기대를 모으고 있다.
• 나아가 그 이전에 다파장, 다층, 근접장 효과 등을 사용하는 고밀도기록 방식을 고려하고 있어 렌즈는 더 새로운 발전 국면을 맞이하고 있다. 포커스나 트래킹 에러를 검출하기 위한 홀로그래픽 광학 소자도 반도체 레이저나 프리즘 등과 일체화되어 광 픽업의 소형화에 크게 공헌하고 있는데, 앞으로는 광학계 전부를 광 칩으로 하여 일체 집적화하는 방향으로 진행될 것이다.
• 역할을 하고 있어 여기서 채택하였다. 향후 널리 될 것으로 기대된다.
• 유기 재료이기 때문에 굴절률이 불안정하고, 렌즈 형상이나 성형법에 따라 변화되므로 성형 후에 굴절률을 측정하여 재설계를 해야 한다. 향후 분산 특성이 유리와 다른 재료의 개발이 기대된다.
• 화소가 크기 때문에 에너지와 영상을 동시에 계측할 수도 있어, 앞으로는 고분해능의 영상 계측이 가능해질 것이다.

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이 논문을 인용한 문헌

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