대칭형 공차를 갖는 플로팅 광학계의 상면 변화 보정 방법에 대한 통계적 해석 Statistical Analysis of Focus Adjustment Method for a Floating Imaging System with Symmetric Error Factors원문보기
플로팅 광학계는 초점 맞춤 시, 2개 이상의 군이 움직이는 광학계를 의미한다. 카메라 광학계에서는 매크로 렌즈와 같이 배율 변화가 큰 광학계에 주로 채용된다. 플로팅 광학계도 가공 및 조립 오차로 인해 무한대단 및 매크로단의 초점위치가 촬상소자의 결상면과 일치하지 않는다. 그러므로 제조공정상에서 이러한 BWD(Back Working Distance) 차이를 최소화하는 초점 조정을 해야 한다. 본 논문에서는 플로팅 광학계의 각 군들의 이동량을 결정하기 위하여 초점 조정에 필요한 캠 회전각을 계산하고, 초점조정에 따른 플로팅 광학계의 최대 배율도 보정하는 수치해석 방법을 제안하였다. 그리고 이를 이용하여 대칭형 공차를 갖는 플로팅 광학계의 제조 오차를 고려한 초점 조정에 필요한 캠 회전각의 분포를 통계학적으로 계산하여 캠 회전각의 허용 범위를 결정하는 방법도 제안하였다.
플로팅 광학계는 초점 맞춤 시, 2개 이상의 군이 움직이는 광학계를 의미한다. 카메라 광학계에서는 매크로 렌즈와 같이 배율 변화가 큰 광학계에 주로 채용된다. 플로팅 광학계도 가공 및 조립 오차로 인해 무한대단 및 매크로단의 초점위치가 촬상소자의 결상면과 일치하지 않는다. 그러므로 제조공정상에서 이러한 BWD(Back Working Distance) 차이를 최소화하는 초점 조정을 해야 한다. 본 논문에서는 플로팅 광학계의 각 군들의 이동량을 결정하기 위하여 초점 조정에 필요한 캠 회전각을 계산하고, 초점조정에 따른 플로팅 광학계의 최대 배율도 보정하는 수치해석 방법을 제안하였다. 그리고 이를 이용하여 대칭형 공차를 갖는 플로팅 광학계의 제조 오차를 고려한 초점 조정에 필요한 캠 회전각의 분포를 통계학적으로 계산하여 캠 회전각의 허용 범위를 결정하는 방법도 제안하였다.
A floating optical system is a system that moves more than 2 groups to focus at the camera lens. At the camera optics, the floating system that is mainly used is an optical system such as a macro lens which changes magnification very much. When the floating system is assembled and fabricated in the ...
A floating optical system is a system that moves more than 2 groups to focus at the camera lens. At the camera optics, the floating system that is mainly used is an optical system such as a macro lens which changes magnification very much. When the floating system is assembled and fabricated in the factory, there are differences between the image plane of the sensor and the focal plane of the infinity or macro state. Therefore, in a considerable proportion of cases, the focus adjustment to minimize the difference of BWD(Back Working Distance) is carried out in the process of manufacturing. In this paper, in order to decide the movement of each group in a floating system, we evaluated the rotation angle of CAM for the focus adjustment. We know that the maximum magnification of macro state is corrected by this numerical method for the focus adjustment, too. We investigated the limit of CAM rotation angle of the system by using statistical analysis for CAM rotation angle, which uses the focus adjustment of the floating system with symmetric error factors.
A floating optical system is a system that moves more than 2 groups to focus at the camera lens. At the camera optics, the floating system that is mainly used is an optical system such as a macro lens which changes magnification very much. When the floating system is assembled and fabricated in the factory, there are differences between the image plane of the sensor and the focal plane of the infinity or macro state. Therefore, in a considerable proportion of cases, the focus adjustment to minimize the difference of BWD(Back Working Distance) is carried out in the process of manufacturing. In this paper, in order to decide the movement of each group in a floating system, we evaluated the rotation angle of CAM for the focus adjustment. We know that the maximum magnification of macro state is corrected by this numerical method for the focus adjustment, too. We investigated the limit of CAM rotation angle of the system by using statistical analysis for CAM rotation angle, which uses the focus adjustment of the floating system with symmetric error factors.
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문제 정의
따라서 BWD 보정에 필요한 캠 회전각 역시 통계적인 분포를 갖게 되다. 본 논문에서 최종적으로 무한대와 매크로단에 대한 캠 회전각 분포를 각각 구했으며, 이를 통해 캠 회전각의 공차를 결정할 수 있는 방법을 제시하였다.
본 논문에서는 이러한 플로팅 광학계에 대한 초점 조정 방법과 초점 조정량을 가우스 괄호법을 이용하여 체계적으로 유도하고자 한다. 그리고 초점 조정을 위하여 캠을 회전시키는 경우, 초점 조정에 필요한 캠 각도, 즉 초점 조정량과 각 설계 변수에 따른 종민감도[7]를 통계적인 분석을 통하여 자세히 조사하고자 한다.
제안 방법
본 논문에서는 이러한 플로팅 광학계에 대한 초점 조정 방법과 초점 조정량을 가우스 괄호법을 이용하여 체계적으로 유도하고자 한다. 그리고 초점 조정을 위하여 캠을 회전시키는 경우, 초점 조정에 필요한 캠 각도, 즉 초점 조정량과 각 설계 변수에 따른 종민감도[7]를 통계적인 분석을 통하여 자세히 조사하고자 한다.
성능/효과
이렇게 등배 촬영이 가능한 매크로 렌즈는 주로 사진의 입문기에서 고급기로 넘어가는 과정에서 주로 구매하는 광학 제품으로, 각 카메라 회사에서 제품 라인업 초반에 반드시 포함되는 제품군 중의 하나이다. 따라서 기존 SLR(single-lens reflex) 교환렌즈 제품군 뿐만 아니라, 비교적 최근에 출시된 미러박스(mirror-box)가 없는 컴팩트 시스템 카메라(CSC, compact system camera)의 다양한 제품군에서도 이를 확인할 수 있다.[2-5]
하지만 이렇게 BWD 변화를 보정했을 때, 매크로단에서 제품 사양인 최대 배율이 어느 정도 분포를 갖는지 확인을 해야 하며, 본 논문에서 BWD 변화를 보정하기 전과 보정한 후에 대해 최대 배율 분포를 비교해 본 결과, 산포가 크게 줄어드는 것을 확인했다. 이로서 BWD 변화을 보정함으로서 제품에서 최대 배율 변화도 같이 보정될 수 있음을 알 수 있었다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
매크로 렌즈란 무엇을 말하는가?
그러나 꽃술 또는 곤충의 눈 등의 매우 작은 물체를 촬영하기 위해서는 이보다 높은 배율을 구현할 수 있어야 한다. 교환렌즈 광학계 중에서 촬상소자와 같은 크기의 피사체까지 촬영할 수 있는 광학계가 있는데, 이는 최대 배율이 등배(-1배)까지 변배가 가능함을 의미하며 이러한 카메라 광학계를 매크로 렌즈라고 한다. 이러한 매크로 렌즈에서는 배율 변화가 커서,1개의 군만을 움직여서는 모든 구간에서 설계 성능을 만족하기 어렵다.
플로팅 광학계란 무엇인가?
대부분의 카메라 광학계에서는 1개의 군만으로 AF(Auto-focus)를 구현하여, 이러한 피사체 거리의 변화에 따른 상면 변화를 보정 하지만, 2개 이상의 군을 움직여서 상면 보정을 하는 경우도 있다. 이렇게 2개 이상의 군이 움직여서 피사체 거리의 변화에 따른 상면 변화를 보정하는 광학계를 플로팅 광학계(floating imaging system)라고 한다. 일반적으로는 움직이는 군을 적게 해야 기구 설계가 쉬워지고, 양산 단계에서 광학계의 해상력 성능을 확보하는데 유리하다.
플로팅 광학계에서 가공 및 조립 오차로 인해 무한대단 및 매크로단의 초점위치가 촬상소자의 결상면과 일치하지 않는 문제를 해결하기 위하여 제조공정단계에서 어떤 과정을 거쳐야 하는가?
플로팅 광학계도 가공 및 조립 오차로 인해 무한대단 및 매크로단의 초점위치가 촬상소자의 결상면과 일치하지 않는다. 그러므로 제조공정상에서 이러한 BWD(Back Working Distance) 차이를 최소화하는 초점 조정을 해야 한다. 본 논문에서는 플로팅 광학계의 각 군들의 이동량을 결정하기 위하여 초점 조정에 필요한 캠 회전각을 계산하고, 초점조정에 따른 플로팅 광학계의 최대 배율도 보정하는 수치해석 방법을 제안하였다.
참고문헌 (13)
J. M. Ryu, G. M. Kang, H. J. Lee, H. K. Lee, and J. H. Jo, "Correction method for the variation of the image plane generated by various symmetric error factors of zoom lenses of digital still cameras and estimation method of defect rate due to the correction," Korean J. Opt. Photon. 15, 420-429 (2006).
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Samsung, "The lens roadmap of NX lenses," (Samsung Electronics Co. Ltd., Korean ed., 2012), http://www.nxlens.com/lens_lineup.asp.
D. C. Watch, "The lens roadmap of E mount," (Impress Watch Corporation, Japanese ed., 2012), http://dc.watch.impress.co.jp/img/dcw/docs/511/246/html/022.jpg.html.
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J. M. Ryu, J. H. Jo, G. M. Kang, H. J. Lee, and S. Yoneyama, "Focus adjustment method with statistical analysis for an interchangeable zoom lens with symmetric error factors," Korean J. Opt. Photon. 22, 230-238 (2011).
J. M. Ryu, "Lens system," US Patent US2010-0177407A1 (2010).
J. H. Jung, "Paraxial design and locus analysis of zoom lens system," Ph. D. Thesis, Kyungnam University, Changwon, Korea (1994).
W. H. Press, S. A. Teukolsky, W. T. Vetterling, and B. P. Flannery, Numerical Recipes in C, 2nd ed. (Cambridge University Press, Cambridge, UK, 1992), Chapter 3.
J. M. Ryu, "Macro lens system and pickup device including the same," US Patent US2011-0096410A1 (2011)
W. Mendenhall, R. J. Beaver, and B. M. Beaver, Introduction to Probability and Statistics, 12th ed. (Thomson, Boston, USA, 2006), Chapter 11.
G. R. Henderson, Six Sigma Quality Improvement with MINITAB, 2nd ed. (John Wiley & Sons, Midlothian, UK, 2006), Chapter 6.
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