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가우스 괄호법을 이용한 줌 렌즈의 조출량에 대한 수치해석 계산법
조재흥,이도경,이상은,류재명,이해진,강건모,Jo, Jae-Heung,Lee, Do-Kyung,Lee, Sang-On,Ryu, Jae-Myung,Kang, Geon-Mo,Lee, Hae-Jin 한국광학회 2009 한국광학회지 Vol.20 No.3
When the object distance of a zoom lens with finite object distances is varied, we can fix the image at a fixed image plane by moving only one zoom lens group (autofocus group) without moving all zoom lens groups for the autofocus. We theoretically formulated and numerically calculated the moving distances of the autofocus group by using Gaussian brackets and a paraxial ray tracing method. The solutions of this method can be consistently and flexibly used in the initial design for the moving distance of autofocus group within these zoom loci in all types of zoom lens. Finally, in order to verify the usefulness of this method, we show that the moving distance of an autofocus group can be rapidly and diversely obtained in one example of $M_{5n}$ zoom lens type. 유한 물점의 줌 렌즈에서 물체거리가 변할 때에 전체 줌 렌즈의 각 군을 모두 움직이지 않고 특정한 한 개의 렌즈군(조출군)을 이동시켜서 고정된 상면에 결상시킬 수 있다. 이 조출군의 이동량(조출량)을 가우스 괄호법과 근축광선 추적식의 행렬표기법을 이용하여 이론적으로 유도하고, 수치해석적으로 이 조출량을 구하였다. 이 방법은 물체의 거리에 관계없이 모든 종류의 유한물점 줌 렌즈의 조출량에 대한 초기설계에 대해서 유연하면서 통합적으로 적용할 수 있다. 이를 증명하기 위하여 줌 렌즈에서 가장 복잡한 $M_{5n}$ 형태의 5군 줌 렌즈에 적용하여 조출량을 빠르게 신출할 수 있음을 보였다.
ECB 액정 셀과 1/4 파장판을 이용하여 구성한 무손실 선형편광 회전기
조재흥,Jo, Jae-Heung 한국광학회 2009 한국광학회지 Vol.20 No.1
파장 514.5 nm에서 8.4 um 두께의 ECB(Electically Controlled Birefringenence) 액정 셀과 1/4 파장판을 이용하여 간단하게 360도 이상으로 선형편광의 방향을 광손실없이 자유롭게 바꿀 수 있는 선형편광 회전기를 제안하고 이를 구현하였다. 이 선형편광 회전기의 편광도는 0.964이며, 1주일간의 시간적 변화도 ${\pm}1$도 정도로 시간적 안정성이 매우 뛰어남을 확인하였다. 이 선형편광기의 전압 대회전각의 비선형성 문제는 사용할 전압범위를 바꾸거나 이 선형편광 회전기의 회전각에 대한 피팅곡선을 사용하면 쉽게 해결할 수 있다. We make a simple electrically controllable linear polarization rotator over $360^{\circ}$ without loss by using a thick ECB(electrically controlled birefringence) liquid crystal cell and a quarter wave plate at 514.5 nm wavelength. Its operating principle can be analyzed and explained by using simple polarization analysis and experimental data. We demonstrate that the degree of polarization of the rotator is 0.964 and the temporal variation for 1 week lies within ${\pm}1$ degree. We can easily solve the problem of nonlinearity of the dependence of the rotational angle of linear polarization on the applied voltage by changing the utilized voltage range or its fitting curve.
이상은,조재흥,정의민,이각현,Lee, Sang-Eun,Jo, Jae-Heung,Jung, Eui-Min,Lee, Kag-Hyeon 한국광학회 2006 한국광학회지 Vol.17 No.1
The stereoscopic camera based on the image formation principle on human eyes and the brain is designed and fabricated by using a CCD and two zoom lenses. As two zoom lenses are separated as 65 mm of the human ocular distance with the wide angle of view of $50^{\circ}$ and the variable convergence angle from $0^{\circ}$ to $16^{\circ}$, the camera can be operated by the similar binocular parallax as human eyes. In order to take the dynamic stereoscopic picture, a shutter blade for the selection of the left and right images in turns, an X-cube image combiner fur the composition of these two images through the blade, and a CCD with 60 frames per second are used. 인간 양안의 자연스러운 작용들과 뇌의 영상과정을 토대로 단일 CCD와 두개의 줌렌즈로 구성한 교차식 입체 동영상 카메라를 설계하고 제작하였다. 50도의 넓은 시야각과 0도에서 16도까지 변하는 주시각을 갖는 이 카메라는 두 줌렌즈를 인간의 양안거리와 같은 65mm 간격을 두고 배열하여 인간과 같은 양안시차를 갖도록 설계하고 제작하였다. 그리고 입체 동영상을 촬영할 수 있도록 하기 위하여 좌우 영상을 차례로 보내주는 셔터 블레이드와 이 셔터 블레이드를 통하여 들어온 좌우 영상을 하나의 CCD로 보내는 X-cube 영상결합기 및 1초당 60 frame의 촬영이 가능한 하나의 CCD를 사용하였다.
PPLN 비선형 결정과 이중통과법을 이용한 DOFA 시스템에서 증폭된 연속발진형 파장가변 적외선 레이저광의 제 2고조파 발생
유길상,조재흥,고광훈,임권,정도영,Yoo, Kil-Sang,Jo, Jae-Heung,Ko, Kwang-Hoon,Lim, Gwon,Jeong, Do-Young 한국광학회 2008 한국광학회지 Vol.19 No.3
주기적으로 분극 반전된 비선형 결정 중에 하나인 PPLN(Periodically Poled MgO(5%) doped Lithium Niobate)과 수 W급의 고출력 연속발진형 파장가변 적외선 레이저 시스템인 DOFA(Diode Laser Oscillator & Fiber Amplifier) 시스템을 이용하여, 이 결정에서 펌핑광을 한번 통과시키는 단일통과와 두 번 통과시키는 이중통과에서의 효율적인 제2고조파 발생 조건을 실험적으로 구하였다. 단일통과에서는 최적의 위상정합온도 $108.9^{\circ}C$에서 최대 출력 2.45 W의 적외선(파장 = 1070 nm) 펌핑광을 사용하여 최대 245 mW의 녹색광원(파장 = 535 nm)인 제 2고조파를 만들었고, 이때의 주파수 변환 효율은 10%였다. 또한 제 2고조파 발생의 효율을 증가시키기 위해서 되 반사용 오목거울과 위상보정을 위한 쐐기유리판을 이용하여 이중통과의 제2고조파 발생장치를 구성하였다. 이때 최적의 위상정합온도 $108.5^{\circ}C$에서 최대 출력 2.45 W의 적외선(파장 = 1070 nm) 펌핑광을 사용하여 최대 383 mW의 녹색광원(파장 = 535 nm)인 제 2고조파를 만들었다. 이때의 변환 효율은 15.6%로써 단일통과에서의 제 2고조파 발생 효율보다 크게 증가함을 확인하였다. The optimum conditions of second harmonic generation (SHG) can be successfully achieved experimentally using single pass and double pass methods of a pumping beam. The beam has a power of several Watts radiated by a DOFA (Diode Laser Oscillator & Fiber Amplifier) system, which is a high power CW wavelength tunable infrared laser system, in a PPLN (Periodically Poled MgO doped Lithium Niobate) nonlinear crystal. In the case of a single pass method, the parameters are the wavelength of 535 nm for SHG and the output power of 245 mW generated from the pumping input beam with wavelength of 1070 nm and the power of 2.45 W at phase matching temperature of $108.9^{\circ}C$. The conversion efficiency of SHG was 10%. In order to enhance the output of SHG, the double pass method of the SHG system of a PPLN using a concave mirror for the retroreflection and a pair of wedged flat windows for phase compensation was also presented. In this double pass system, we obtained the SHG output beam with the wavelength of 535 nm and the maximum power of 383 mW at optimum phase matching temperature of $108.5^{\circ}C$ by using an incident pumping beam with wavelength of 1070 nm and the power of 2.45 W. The maximum conversion efficiency is 15.6%, which is more than that of the single pass method.
다색광전달함수를 사용한 컬러 LCD 모니터의 광학적 상평가법
송종섭,조재흥,홍성목,이윤우,양호순,조현모,이인원,Song, Jong-Sup,Jo, Jae-Heung,Hong, Sung-Mok,Lee, Yun-Woo,Yang, Ho-Soon,Cho, Hyun-Mo,Lee, In-Won 한국광학회 2005 한국광학회지 Vol.16 No.1
컬러 LCD(liquid crystal display) 모니터의 광학적 상에 대한 성능을 평가하기 위하여 LCD 모니터를 포함한 모든 광학계의 파장별 공간주파수 반응에 가중치를 부여한 진폭전달함수(modulation transfer function ; MTF)를 이용한 다색광전달함수(polychromatic modulation transfer function ; PMTF)를 제안한다. 서로 다른 진폭들을 갖는 적색(R), 녹색(G), 청색(B)의 3개의 막대형 LCD 단위물체를 이용한 컬러 LCD의 PMTF의 시뮬레이션 결과와 실험적 결과가 잘 일치하며, 이 결과 컬러 LCD의 결상성능은 단색으로 측정하는 MTF 및 가시광의 전파장대를 사용하는 백색광 MTF와는 다른 R, G, B의 3색에 대한 PMTF로 측정하늘 것이 보다 적절하다. We propose a method for evaluating the image quality of color liquid crystal display(LCD) monitors by using the polychromatic modulation transfer function(PMTF), which is calculated from the modulation transfer function(MTF) weighted by the overall color response of the system including the test LCD monitor. We confirm that experimental results using the PMTF agree well with simulated results of the PMTF of a color LCD monitor by using three bar targets with different amplitudes and three elementary colors such as red(R), green(G), and blue(B). As a results, we should choose the PMTF instead of the white color MTF or monochromatic MTF in order to evaluate correctly the image quality of color LCD monitors.
후면투사식 CRT 고화질 텔레비전용 광학엔진의 변조전달함수 측정을 위한 후방검사 변조전달함수 측정법
송종섭,조재흥,홍성목,이윤우,송재봉,이회윤,이인원,Song, Jong-Sup,Jo, Jae-Heung,Hong, Sung-Mok,Lee, Yun-Woo,Song, Jae-Bong,Lee, Hoe-Yun,Lee, In-Won 한국광학회 2005 한국광학회지 Vol.16 No.1
후면투사방식의 CRT(Cathod Ray Tube) 고화질 텔레비젼용 광학엔진은 큰 화면과 굽은 필드 때문에 일반적인 전방검사 MTF(modulation transfer function)로는 측정이 어렵다. 이러한 광학엔진의 MTF를 측정하기 위하여 광학엔진이 놓인 물체면과 상분석기의 위치를 서로 바꾸는 후방검사 MTF방법을 제안하고 이에 따른 MTF 측정장비를 구성하였다. 이러한 CRT HDTV용 광학엔진을 위한 후방검사 MTF측정법은 작은 수치개구(NA), 낮은 분해능, 긴 초점심도들 때문에 정밀도가 낮아지는 전방검사 MTF 측정법보다 사용하기가 훨씬 더 좋으며, 정렬이 매우 용이하고 측정반복성이 매우 좋다. 이 방법으로 측정한 MTF값과 설계된 MTF를 비교함으로써 이 방법의 신뢰성을 확인하였다. Because of the wide plane and the curved field of CRT rear projection high definition television, its MTF(modulation transfer function) can't be easily measured by the usual forward testing method. Then we propose a backward testing method for the MTF so that the object plane and the image analyzer of forward testing are located at positions opposite each other. We prefer to use the backward testing method because the forward testing method has poor accuracy caused by very small numerical aperture, low spatial resolutions, and long depth of focus. We found that the backward testing method was very easy to align and had high repeatability. We confirmed the confidence of results obtained by the backward testing method in comparison with designed results.
광커넥터의 반사를 이용한 다중화된 굽힘 손실형 단일모드 광섬유 변위센서
유정애,조재흥,권일범,Yoo Jung-Ae,Jo Jae Heung,Kwon Il-Bum 한국광학회 2004 한국광학회지 Vol.15 No.5
교량과 각종 건물을 비롯한 대형 토목 구조물에서 발생하는 수 mm의 변위를 한 개의 광섬유로 간편하게 측정하기 위하여 광커넥터에서 반사가 굽힘 손실에 의하여 변하는 현상을 이용한 새로운 다중화된 광섬유 변위센서를 제안하고 실험하였다. 한 쌍의 광커넥터 양끝에서 반사광의 신호차이가 두 광커넥터 사이에서 발생한 굽힘 변위에 의해서 달라지는 것을 Optical Time Domain Reflectometer로 측정하여 선형으로 그 변화가 측정되는 변위센서를 만들고, 이 센서 4개를 직렬형으로 배열하여 여러 지점의 변위를 동사에 측정이 가능한 다중화 센서 시스템을 구성하고 실험하였다. 그 결과 이 변위센서를 이용하면 4개 지점에서 각각 최대 6 mm까지의 변위를 6%의 오차범위 내에서 0.9942의 선형성을 가지고 변위를 측정할 수 있음을 확인하였다. We propose and present a new multiplexed bend loss type single-mode fiber-optic sensor system for displacement measurement in order to measure the displacement of several mm of civil engineering structures such as bridges and buildings. We make a bend loss type fiber-optic sensor for measuring displacements using the signal difference between two reflection signals due to various bend losses generating at a pair of optical connectors by using the optical time domain reflectometer. And we fabricate a multiplexed bend loss type fiber-optic sensor detecting linear displacements of 4 measuring positions of an object by setting these new 4 fiber-optic sensors on a single mode fiber simultaneously. We find that the multiplexed fiber-optics displacement sensor has linearity of 0.9942, maximum displacement of 6 mm, and accuracy of 6% for 4 measuring points.
류재명,조재흥,강건모,이해진,요네야마 슈지,Ryu, Jae-Myung,Jo, Jae-Heung,Kang, Geon-Mo,Lee, Hae-Jin,Yoneyama, Suji 한국광학회 2010 한국광학회지 Vol.21 No.4
줌렌즈에서 특정 렌즈군을 이동하여 손떨림 보정을 하는 광학적 방법에서는 광학계 설계단계에서 디센터(decenter)를 고려하여 설계한다. 이 때 여러 가지 광학설계 소프트웨어들은 디센터를 포함한 비대칭 오차요인이 있는 경우에 여러 가지 광학 성능들을 쉽게 계산할 수 있지만, 편심 광학계에 대한 정확한 분석이 부족하여 종수차 계산시에는 일부 계산오차가 생긴다. 특히 왜곡의 경우에는 비정상적으로 계산되는데, 이는 비대칭 오차요인이 있는 편심 광학계에서는 근축광선 추적이 제대로 되지 않기 때문이다. 본 논문에서는 이러한 손떨림으로 인한 디센터나 틸트(tilt)와 같은 비대칭 요인이 발생하는 줌렌즈에서 편심 광학계에 대한 근축광선 추적식을 새로이 유도하고, 이를 이용하여 비대칭 요인을 갖는 결상계의 종수차를 정확히 계산하는 방법을 제안한다. 이러한 편심 광학계에 대한 종수차 계산 방법은 줌렌즈의 손떨림 보정에 실제로 사용할 수 있다. When the optical image stabilization is implemented by moving one of the lens groups in a zoom system, decentration should be considered in the optical design process. Although it is partially possible to calibrate optical performances in an optical system with non-symmetrical elements by using a lot of commercial software, the results of calibrating longitudinal aberrations have some calibration errors because of the lack of precise consideration of decentered optical systems. In particular, the amount of distortion in paraxial ray tracing is different from the experimental value because paraxial ray tracing in the optical system is not useful. In this paper, in order to solve this problem being from various commercial lens design software, the set of equations of paraxial ray tracing in a zoom lens system with the non-symmetrical elements like decentration or tilt are theoretically induced. Then, the methods to calibrate the equations of longitudinal aberrations by using these equations in a non-symmetrical optical system are presented. The method of calibrating longitudinal aberrations can in practice be used to correct hand shaking effects in a zoom lens system.
등색함수 필터의 설계와 이를 이용한 LCD 평판 디스플레이의 색채 측정에 대한 오차 분석
전지호,조재흥,박승남,박철웅,이동훈,정기룡,Jeon, Ji-Ho,Jo, Jae-Heung,Park, Seung-Nam,Park, Chul-Woung,Lee, Dong-Hoon,Jung, Ki-Lyong 한국광학회 2007 한국광학회지 Vol.18 No.1
필터와 검출기로 구성된 필터식 색채계의 분광감응도는 국제조명위원회(Commission Internationale de I'Eclairage, CIE)에서 정의한 등색함수와 일치해야 한다. 본 연구에서는 정확도가 높은 색채계에 적용할 수 있는 등색함수 $\bar{x},\;\bar{y}\;\bar{z}$에 대한 필터를 상용화된 색필터를 조합하여 제작할 수 있도록 설계하였다. 특히 등색함수 $\bar{x}$는 두 개의 투과대역을 가지고 있기 때문에 파장 영역이 다른 2 개의 필터로 분리하여 실현하였다. 설계에는 색필터의 두께를 곡선 맞춤변수로 두고 비선형 최소제곱법으로 필터의 품질지수 $f{_1}'$ 값을 최적화하는 프로그램을 개발하여 사용하였다. 그 결과 모든 필터의 $f{_1}'$ 값이 3 % 이하가 되도록 설계할 수 있었으며, $\bar{y}$ 등색함수 필터를 실제로 제작하여 $f{_1}'$ 측정값이 2.8 %임을 검증하였다. 또한 설계한 등색함수 필터로 색채계를 제작하여 LCD 평판 디스플레이의 색채 측정에 사용할 경우 발생하는 계통오차도 산출하였다. Filter colorimeters have a set of spectral bands for which spectral responsivity is the same as the color matching function defined by CIE (Commission Internationale de I'Eclairage). We have designed a set of color matching function filters denoted by $\bar{x}-filter,\;\bar{y}-filter,\;and\;\bar{z}-filter$. Because the $\bar{x}-function$ has two transmission bands, two $\bar{x}-filters$ are designed to cover the $\bar{x}-function$. To design the filters, we developed a nonlinear least square fit program which determines the thickness of the color glasses by minimizing its spectral mismatch value ($f{_1}'$) to below 3 %. The design has been validated by fabrication of the $\bar{y}-bar$ filter, of which $f{_1}'$ was measured to be 2.8 %. Considering a LCD flat panel display as a device under test, we have calculated the systematic error of the colorimetric measurement using the designed filters.