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가우스 괄호법을 이용한 유한 물점을 갖는 줌 렌즈에 대한 일반적인 수치해석적 근축광선 줌 궤적 추적
General Numerical Calculation Method for Paraxial Zoom Loci of Zoom Lenses with Finite Object Distance by Using Gaussian Bracket Method 원문보기

한국광학회지 = Korean journal of optics and photonics, v.20 no.3, 2009년, pp.156 - 165  

이도경 (한남대학교 이과대학 광.전자물리학과) ,  유남준 (한남대학교 이과대학 광.전자물리학과) ,  조재흥 (한남대학교 이과대학 광.전자물리학과) ,  류재명 (삼성 디지털이미징(주) 개발팀 렌즈개발그룹) ,  이해진 (삼성 디지털이미징(주) 개발팀 렌즈개발그룹) ,  강건모 (삼성 디지털이미징(주) 개발팀 렌즈개발그룹)

초록
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가우스 괄호법을 이용하여 무한 물점을 포함한 모든 유한 물점을 대상으로 하는 모든 복잡한 줌 렌즈에서 사용가능한 일반적인 근축광선 줌 궤적 추적식을 유도하였다. 이를 Visual Basic으로 프로그램화하여 수치해석적으로 줌 궤적을 구하였다. 이 결과 이 식의 해는 물체의 거리에 관계없이 모든 종류의 줌 렌즈에서 줌 궤적에 대한 초기설계에 유연하면서 통합적으로 적용할 수 있다. 이 식의 유용성을 증명하기 위하여 $M_{4a}$$M_{4h}$ 형태의 4군 줌 렌즈들과 $M_{5n}$ 형태의 5군 줌 렌즈의 줌 궤적을 유한 물점에 대해서 빠르게 산출할 수 있음을 보였다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

We theoretically derive the set of general paraxial zoom locus equations for all zoom lens systems with finite object distance, including the infinite object distance case, by using the Gaussian bracket method and matrix representation of paraxial ray tracing. We make the zoom locus program by means...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 본 논문에서 구한 일반화된 근축광선의 줌 궤적공식을 이용한 알고리즘으로 작성한 줌 궤적 프로그램을 사용하여 비교적 복잡한 4군 줌렌즈와 5군 줌렌즈에서 기존에 특허로 발표된 자료들에 대한 줌 궤적을 구하여 비교해 봄으로써 본 프로그램의 타당성을 확인하고자 한다.
  • 본 논문에서는 이러한 기존의 줌 렌즈 궤적을 구하는 방법들이 갖는 번거로움을 줄이고자 줌렌즈 궤적을 구하기 위한 초점거리 식과 zooming 방정식[7]과 광학계의 구속조건을 연립하여 해석적인 단일 변수 방정식을 구하지 않고 초기부터 수치해석을 이용한 줌 궤적 계산 프로그램을 만들고자 한다. 앞서 본 연구팀에서 가우스 괄호법을 이용하여 카메라 줌 렌즈와 같은 무한 물점을 갖는 복잡한 줌렌즈의 근축광선 줌 궤적을 수치해석적으로 구한 결과[6]를 확장하여 일반적인 모든 유한한 물점거리(무한 물전가리 포함)와 모든 줌렌즈 형태에 대해서 유연하게 적용할 수 있는 새로운 근축광선 줌 궤적 추적식을 유도하고, 이를 기존의 줌렌즈 특허에 적용하여 그 유용성을 증명하고자 한다.
  • 그러나 이것은 초기 설계에 이용이 가능한 궤적으로 공차를 고려한 줌 궤적 분석이나 마지막 전체수차를 고려한 설계는 하지 않았다. 본 본문은 좋은 줌 렌즈를 설계하는 것이 목적이 아니라 무한 물점과 유한 물점에 대한 모든 줌 렌즈 형태에 대해서 일관된 줌 궤적 공식과 이를 이용한 프로그램을 제시하고 이 방법의 유효성을 검증하는 것이다. 비록 본 논문에서는 4군과 5군의 각각 한 가지씩의 형태만을 시도하였지만 모든 형태와 모든 보간법을 쉽게 적용할 수 있음을 확인하였다.
  • 과 광학계의 구속조건을 연립하여 해석적인 단일 변수 방정식을 구하지 않고 초기부터 수치해석을 이용한 줌 궤적 계산 프로그램을 만들고자 한다. 앞서 본 연구팀에서 가우스 괄호법을 이용하여 카메라 줌 렌즈와 같은 무한 물점을 갖는 복잡한 줌렌즈의 근축광선 줌 궤적을 수치해석적으로 구한 결과[6]를 확장하여 일반적인 모든 유한한 물점거리(무한 물전가리 포함)와 모든 줌렌즈 형태에 대해서 유연하게 적용할 수 있는 새로운 근축광선 줌 궤적 추적식을 유도하고, 이를 기존의 줌렌즈 특허에 적용하여 그 유용성을 증명하고자 한다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
줌렌즈란? 줌렌즈는 배율 또는 유효 초점 거리가 연속적으로 변해도 상면이 고정되는 광학계로 정의된다.[1] 줌 렌즈의 발전사를 살펴보면 1차 대전시 적기의 출현을 감지하고자 하는 요구에서부터 시작되었다고 할 수 있다.
줌 렌즈는 무엇에 의해 시작되었는가? 줌렌즈는 배율 또는 유효 초점 거리가 연속적으로 변해도 상면이 고정되는 광학계로 정의된다.[1] 줌 렌즈의 발전사를 살펴보면 1차 대전시 적기의 출현을 감지하고자 하는 요구에서부터 시작되었다고 할 수 있다. 이런 줌 렌즈계는 일반적으로 카메라나 캠코더에 사용되는 광학계로 무한대 거리에 있는 물점에 대하여 설계를 한 후 근거리 물점에 대해서는 광학계의 일부 또는 전체를 이동하여 초점조절을 하는 경우[2]와 현미경을 비롯하여 복사기, FAX, 현상기에 사용되는 광학계로 유한 거리에 있는 물체를 상면에 축소 및 확대 결상시키는 역할을 하는 경우로 나눌 수 있다.
수치 해석에 의한 방법의 한계는? 이러한 고차방정식은 일반적으로 수치 해석에 의한 방법으로 줌 궤적을 구한다. 또한 이러한 방법들은 무한 물점의 경우와 유한거리에 있는 물체의 경우, 군의 개수 및 구속조건이 달라질 때마다 각각의 해석적인 방정식을 따로 유도해야 하고, 특히 군이 많은 줌 광학계들로 갈수록 식이 복잡해서 해를 구하기 어렵다.
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참고문헌 (17)

  1. K. Yamaji, 'Design of Zoom Lenses,' in Progress in optics VI, edited by E. Wolf (North-Holland, Amsterdam, 1971), Chapter. 4 

  2. 류재명, 이혁기, 이해진, 강건모, 조재흥, '디지털 카메라용 줌렌즈에서 대칭성 오차요인에 의한 상면변화의 보정과 이에 따른 불량률 예측,' 한국광학회지, 제 17권 5호, pp. 420-429, 2006 

  3. J. M. Ryu, J. H. Jo, J. H. Jung, Y. S. Chun, and G. M. Kang, 'Design of microscopic system using zoom structure with a fixed magnification and the independency on the vibration of object distance,' Proc. SPIE, vol. 5523, pp. 352-362, 2004 

  4. 류재명, 임천석, 조재흥, 정진호, 전영세, 이강배, '와이어 본딩(wire-bonding) 검사용 현미경 광학계의 설계,' 한국광학회지, 제 14권 6호, pp. 613-622, 2003 

  5. 류재명, 김재범, 강건모, 조재흥, 백승선, 정진호, '반도체 부품 검사용 다중배치 현미경 광학계의 공차분석,' 한국광학회지, 제 17권 2호, pp. 149-158, 2006 

  6. 유남준, 김원섭, 조재흥, 류재명, 이해진, 강건모, '가우스 괄호법을 이용한 무한 물점을 갖는 복잡한 줌 렌즈의 수치해석적인 근축광선 줌 궤적 추적법,' 한국광학회지, 제 18권 6호, pp. 410-420, 2007 

  7. 정진호, 줌 렌즈계의 근축설계와 궤적해석(영남대학교, 대구, 1994) 박사학위청구논문, pp. 3 

  8. 정진호, 정해빈, 이상수, '초점거리, 뒷초점거리, 앞초점거리를 만족하는 근축광학적 렌즈설계,' 새물리, 제27권 6호, pp. 576-582, 1987 

  9. J.-P. Berrut and L. N. Trefethen, 'Barycentric lagrange interpolation,' Society for Industrial and Applied Mathematics, vol 86, no 3, pp 501-517, 2004 

  10. T. H. Cormen, C. E. Leiserson, R. L. Rivest, and C. Stein, Introduction to Algorithms, 2nd ed. (MIT Press and McGraw-Hill, New York, 2001), pp. 735-741 

  11. D. H. Bailey, K. L. Horst, and D. Simon, 'Using strassen's algorithm to accelerate the solution of linear systems,' The Journal of Supercomputing, vol. 4, pp. 357-371, 1990 

  12. W. J. Smith, Modern Optics Engineering, 3rd ed. (McGraw-Hill, New York, 2000) pp. 291-296 

  13. K. Tanaka, 'Zooming components loci of typical types of mechanically compensated zoom lens - Afocal converter, basic type and standard type,' Optik vol. 111, no. 4, pp. 149-156, 2000 

  14. K. Tanaka, 'Zooming components loci of a generally constructed medhanically compensated zoom lens,' Optik, vol. 112, no. 6, pp. 232-238, 2001 

  15. 정진호, 정해빈, '4군 줌 렌즈계 1;(분류와 궤적해석),' 응용물리, 제 3권 1호, pp. 29-38, 1990 

  16. 佐藏 正江, '有限距離用 ズムレンズ', 1994, JP 特開平 8-21952 

  17. M. Ohtake, Kawasaki, 'Compact High-Zoom-Ratio Zoom Lens,' U.S. Patent 6,002,527, 1999 

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