SELFOC 소재를 사용하여 높은 수치구경을 가지는 광픽업용 대물렌즈를 설계하였다. SELFOC 소재는 radial gradient-index 분포를 가지며, 이것은 설계에 추가적인 자유도를 제공하므로, 비구면이 아닌 구면만으로 높은 수치구경의 대물렌즈의 설계가 가능하다. 이 연구에서는 quadratic constant와 광축의 굴절률, 광축 두께, 입사동 직경을 변화시키며 rms 스폿 직경 변화를 조사하였으며, Code V를 사용하여 대물렌즈의 최적화와 결상특성을 평가하였다. 이 분석에서는 quadratic constant와 광축의 굴절률이 클수록, 렌즈가 두꺼워질수록, 입사동 직경은 작을수록 더 좋은 특성을 보임을 알 수 있었다. 이 결과를 바탕으로 2매의 구면 SELFOC 렌즈로 구성된 높은 NA의 DVR용 대물렌즈를 설계하였으며, 2가지 형태의 해 Solution I, II가 존재하였다 Solution I은 두 매 모두 양의 굴절능을 가지며 compact한 광학계를 구성하지만, 비축 수차 보정이 Solution II에 비해 부족하였다. Solution II는 음-양의 굴절능으로 조합된 광학계로 비축 수차가 비교적 잘 보정되었지만, 광학계의 전장길이가 길고 렌즈의 직경이 커지는 문제점이 있었다.
SELFOC 소재를 사용하여 높은 수치구경을 가지는 광픽업용 대물렌즈를 설계하였다. SELFOC 소재는 radial gradient-index 분포를 가지며, 이것은 설계에 추가적인 자유도를 제공하므로, 비구면이 아닌 구면만으로 높은 수치구경의 대물렌즈의 설계가 가능하다. 이 연구에서는 quadratic constant와 광축의 굴절률, 광축 두께, 입사동 직경을 변화시키며 rms 스폿 직경 변화를 조사하였으며, Code V를 사용하여 대물렌즈의 최적화와 결상특성을 평가하였다. 이 분석에서는 quadratic constant와 광축의 굴절률이 클수록, 렌즈가 두꺼워질수록, 입사동 직경은 작을수록 더 좋은 특성을 보임을 알 수 있었다. 이 결과를 바탕으로 2매의 구면 SELFOC 렌즈로 구성된 높은 NA의 DVR용 대물렌즈를 설계하였으며, 2가지 형태의 해 Solution I, II가 존재하였다 Solution I은 두 매 모두 양의 굴절능을 가지며 compact한 광학계를 구성하지만, 비축 수차 보정이 Solution II에 비해 부족하였다. Solution II는 음-양의 굴절능으로 조합된 광학계로 비축 수차가 비교적 잘 보정되었지만, 광학계의 전장길이가 길고 렌즈의 직경이 커지는 문제점이 있었다.
High NA objective design by using SELFOC materials was studied, and two kinds of objective for optical pick-up were designed. The SELFOC materials have radial gradient index distribution, and it gives additional degree of freedom in optical design. Therefore, we expect that optical design of high NA...
High NA objective design by using SELFOC materials was studied, and two kinds of objective for optical pick-up were designed. The SELFOC materials have radial gradient index distribution, and it gives additional degree of freedom in optical design. Therefore, we expect that optical design of high NA objective without aspheric surface will be possible. In this study, the variation of ms spot diameter was investigated as a function of quadratic constant and refractive index on axis for various combinations of axial thickness and entrance pupil diameter. For the survey, Code V was used for optimization and evaluation of the objective lenses. The result suggested that larger quadratic constant and higher refractive index on axis could give us better imaging performance for all combinations of axial thickness and pupil diameter. Based on the survey, we designed high NA objectives for DVR. There were two kinds of design solution consisting two spherical SELFOC lenses. The solution I had positive-positive lens configuration with short over-all-length, but it had poor off-axial performance compared with the solution II. The solution II had negative-positive lens configuration with good off-axial imaging performance. But the solution II had some disadvantages, long over-all-length and large diameter of the second lens.
High NA objective design by using SELFOC materials was studied, and two kinds of objective for optical pick-up were designed. The SELFOC materials have radial gradient index distribution, and it gives additional degree of freedom in optical design. Therefore, we expect that optical design of high NA objective without aspheric surface will be possible. In this study, the variation of ms spot diameter was investigated as a function of quadratic constant and refractive index on axis for various combinations of axial thickness and entrance pupil diameter. For the survey, Code V was used for optimization and evaluation of the objective lenses. The result suggested that larger quadratic constant and higher refractive index on axis could give us better imaging performance for all combinations of axial thickness and pupil diameter. Based on the survey, we designed high NA objectives for DVR. There were two kinds of design solution consisting two spherical SELFOC lenses. The solution I had positive-positive lens configuration with short over-all-length, but it had poor off-axial performance compared with the solution II. The solution II had negative-positive lens configuration with good off-axial imaging performance. But the solution II had some disadvantages, long over-all-length and large diameter of the second lens.
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문제 정의
''"'지 GRIN 소재는 굴절률 분포라는 추가적인 자유도를 가지고있으므로 동일한 매수의 유리렌즈 보다 고성능의 광학계를 설계할 수 있는 가능성이 있다. 본 연구에서는 이를 이용하여 radial gradient 소재의 일종인 일본판초자(NSG: Nippon Sheet Glass) 의 SELFOC 렌즈를 사용하여 구면만으로 DVR 용 대물렌즈를 설계하는 연구를 수행하였다.
제안 방법
DVR용 GRIN 대물렌즈의 설계에서는 앞의 분석 결과를 바탕으로 quadratic constant/]- 높은 소재를 사용하였으며, 구경에 비하여 두꺼운 렌즈로 설계하였다. DVR용 대물렌즈는 2매의 SELFOC 구면렌즈로 구성되었고, 2가지 형태의 해 Solution I, II가 존재함을 알 수 있었다.
DVR용 대물렌즈는 높은 수치구경으로 인해 1매의 소재로는 한계가 있어 2매로 구성되는 광학계로 설계하였다.
본 연구에서는 gradient-index material 중에서 radial gradient 의 한 종류인 SELFOC 소재를 사용하여 2매의 구면 렌즈로 구성된 DVR용 NA 0.85의 대물렌즈를 설계하였다.
이 렌즈의 설계에 앞서 Code V를 사용하여 굴절능에 기여하는 quadratic constant, 굉축의 굴절률, 렌즈의 두께, 입사 동의 직경을 변화시키며 렌즈의 곡률만을 변수로 최적화하여 rms 스폿 직경을 계산하여 각 조합의 특성을 비교 분석하였다. 이 분석에서 quadratic constant와 굉축의 굴절률이 크고, 렌즈 두께가 두껍고, 입사동 직경이 작을수록 rms 스폿 직경이 작아지는 것을 확인할 수 있었다.
이 연구에서는 SELFOC 대물렌즈의 수차특성을 파악하기 위하여 주어진 NA에서 입사동의 직경 Øb 렌즈의 두께 t, quadratic constant A, 광축에서의 굴절률 n0를 변화시키면서 앞면과 뒷면의 곡률반경 r1, r2을 변수로 스폿의 rms 직경을 비교하였다.
최적화에는 Code V를 이용하였고, 1매의 구면 렌즈에서 곡률만을 변수로 사용하였으며, 수치구경(numerical aperture) 0.45, 0.60, 0.85에 대해 최적화하고 스폿의 rms 직경을 비교하였다. 표 1에는 각 설계 요소별로 시험설계에 사용된 조사범위가 정리되어 있다.
대상 데이터
비하여 두꺼운 렌즈로 설계하였다. DVR용 대물렌즈는 2매의 SELFOC 구면렌즈로 구성되었고, 2가지 형태의 해 Solution I, II가 존재함을 알 수 있었다. Solution Ie 광학계의 전장이 Solution Ⅱ에 비해 짧은 반면, 비축수차보정이 약간 떨어진다.
앞에서의 분석 결과에 따르면 높은 수치구경을 필요로하는 DVR용 대물렌즈를 설계하기 위해서는 그에 상응하여 quadratic constant A가 큰 SELFOC 소재가 선택되어야 한다. 그러나 quadratic constant A7\ 큰 SELFOC 소재는 직경에 제한이 있으므로 이를 고려하여 입사동의 직경을 선정하였다.
성능/효과
SELFOC을 이용한 DVR용 대물렌즈의 설계에서는 2종류의 해가 존재하였고, 그 중 첫 번째 렌즈의 앞면이 볼록인 meniscus로 구성된 형태를 I형, 첫 번째 렌즈의 앞면이 오목인 meniscus로 구성된 형태를 II형으로 명명하였다. I형의 해의 예로는 그림 6의 Solution I이 있고, 이 형태의 해는 두 매모두 양의 굴절능을 가지며 compact한 광학계를 구성한다.
본 연구에서 SELFOC 렌즈를 소재로 하여 구면만으로 구성된 DVR* 대물렌즈를 설계해본 결과, 비축수차의 보정이 부족하여 보다 엄밀한 정렬이 요구되기는 하지만, 축상의 결상 특성으로 본다면 높은 NA의 대물렌즈 설계가 가능함을 확인할 수 있었다.
유효 초점거리 및 후초점거리 또한 렌즈의 두께가 두꺼워질수록 짧아지는 경향을 가졌고, 렌즈의 곡률반경이 커지는 결과를 볼 수 있었다. 이는 앞서 언급한 바와 같이, 렌즈 두께가 두꺼워지면서 quadratic constant에 의한 광선의 광경로변화가 더 커지게 되어 곡률에 대한 의존성이 완화되는 것으로 해석된다.
이 분석에서 quadratic constant와 굉축의 굴절률이 크고, 렌즈 두께가 두껍고, 입사동 직경이 작을수록 rms 스폿 직경이 작아지는 것을 확인할 수 있었다.
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