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이윤우,문일권,김학용,양호순,Lee, Yun-Woo,Moon, Il Kweon,Kihm, Hagyong,Yang, Ho-Soon 한국광학회 2013 한국광학회지 Vol.24 No.3
대구경 비구면 거울은 대형 천체 망원경이나 고해상도 위성 카메라 등에 사용하는 핵심부품이다. 일반적인 디지털 카메라와 비교하면 매우 크므로 설계 및 제작이 같은 크기의 구면거울보다 훨씬 어렵다. 특히 경량화가 많이 될수록 중력이나 온도변화와 같은 외부의 힘에 의한 변형이 쉽게 발생하기 때문에 이러한 효과를 줄여주는 광기계 설계 및 해석이 더욱 중요해진다. 지상용과 우주용은 사용 환경에 차이가 있어서 설계 요구조건이 달라지고 이에 따라 지지구조물이나 반사경의 경량화 모양 등에 많은 차이가 있다. 본 논문에서는 대구경 비구면 광학기술가운데 가장 어려운 광기계 설계에 관하여 지상용과 우주용으로 나누어 자세히 설명하고자 한다. A large aspheric mirror is a key component for large astronomical telescopes and high resolution satellite cameras. Since it is large and has an aspheric form, it is much more difficult to fabricate it compared to the similar size of spherical mirror. Especially, the opto-mechanical design and analysis is critical to reduce the deformation of mirror surface due to the external forces such as gravity or temperature change, as the mirror size is larger and lightweighting ratio is increased. The design requirements for the mirror are different depending on the particular ground and space applications because the environmental conditions are changed. In this paper, we explain the opto-mechanical design and analysis for ground and space applications that are among the most difficult to achieve among several technologies related to development of the large aspheric mirror.
손석우(Suk Woo Son),김학용(Hagyong Kihm) Korean Society for Precision Engineering 2018 한국정밀공학회지 Vol.35 No.1
In mobile phone cameras, usually a voice coil motor (VCM) is used as a micro-positioning device for the image autofocus (AF) because of its low cost, simplicity, and reliability. Measuring the actual displacement of the VCM is important when we assemble the camera and test the AF performance for distant objects. In this paper, we propose using a confocal displacement sensor for calibrating the VCM displacement, where the axial chromatic aberration of a confocal objective lens is used to measure the target position. The tolerance angle for the dynamic tilt of a VCM increased up to ±15o because of the large numerical aperture of the confocal objective lens, which increased the stability of the repeatable in-line inspection. We compared the measurement robustness of the confocal displacement sensor with that of the laser displacement sensor in a mass production line to verify its performance superiority.
적응광학계용 37채널 SiC 변형거울을 이용한 파면 보상
안교훈,이혁교,이호재,이준호,양호순,김학용,Ahn, Kyohoon,Rhee, Hyug-Gyo,Lee, Ho-Jae,Lee, Jun-Ho,Yang, Ho-Soon,Kihm, Hagyong 한국광학회 2016 한국광학회지 Vol.27 No.3
본 논문에서는 37채널을 갖는 적응광학계용 SiC(Silicon Carbide) 변형거울의 파면 보상 성능 검증에 관한 내용을 다룬다. 컴퓨터 시뮬레이션을 통해 SiC 변형거울의 파면 보상 성능을 예측하였고, 실제 closed-loop 적응광학계를 구성하여 파면 보상 성능을 확인 하였다. Closed-loop 적응광학계는 광원, 위상판, SiC 변형거울, 고속 샥-하트만 센서 그리고 제어용 컴퓨터로 구성되어있다. 회전하는 위상판에 의해 왜곡된 파면을 샥-하트만 센서로 측정하고, SiC 변형거울을 이용하여 왜곡된 파면을 보상해주는 시스템이다. 결과적으로 closed-loop 적응광학계에서 500 Hz의 속도로 PV(Peak-to-Valley) $0.3{\mu}m{\sim}0.9{\mu}m$, RMS(Root-Mean-Square) $0.06{\mu}m{\sim}0.25{\mu}m$의 왜곡된 파면을 PV $0.1{\mu}m$, RMS $0.03{\mu}m$이하로 보상시킬 수 있었다. In this paper, we deal with the wavefront compensation capability of a silicon carbide (SiC) deformable mirror (DM) with 37 actuators for adaptive optics. The wavefront compensation capability of the SiC DM is predicted by computer simulation and examined by actual experiments with a closed-loop adaptive optics system consistsing of a light source, a phase plate, a SiC DM, a high speed Shack-Hartmann sensor, and a control computer. Distortion of wavefront is caused by the phase plate in the closed-loop adaptive optics system. The distorted wavefront has a peak-to-valley (PV) wavefront error of $0.3{\mu}m{\sim}0.9{\mu}m$ and root-mean-square (RMS) error of $0.06{\mu}m{\sim}0.25{\mu}m$. The high-speed Shack-Hartmann sensor measures the wavefront error of the distortion caused by the phase plate, and the SiC DM compensates for the distorted wavefront. The compensated wavefront has residual errors lower than $0.1{\mu}m$ PV and $0.03{\mu}m$ RMS. Consequently, we conclude that we can compensate for the distorted wavefront using the SiC DM in the closed-loop adaptive optics system with an operating frequency speed of 500 Hz.
이중 파장 심자외선 카타디옵트릭 NA 0.6 대물렌즈 광학 설계
김도희(Do Hee Kim),주석영(Seok Young Ju),이준호(Jun Ho Lee),김학용(Hagyong Kihm),양호순(Ho-Soon Yang) 한국광학회 2023 한국광학회지 Vol.34 No.2
193 nm에서 반도체 전공정 검사 장치에 적용될 수 있는 반사 굴절 혼합 형식(카타디옵트릭)의 수치 구경(numerical aperture, NA) 0.6 대물렌즈를 설계하였다. 200 nm 공간 분해능 및 0.15 mm 이상의 시야를 확보하기 위하여, 먼저 렌즈 전체 배치를 포커싱 렌즈 그룹, 필드 렌즈 그룹 및 NA 변환 그룹으로 구성하였으며, 선행 그룹에 포커싱된 빔의 수치 구경 값을 필요 값, 즉 0.6으로 변환하는 기능을 수행한다. 총 11매의 광학 소자로 구성된 최종 설계는 모든 관측 시야에 대하여 λ/80 이하의 RMS 파면 수차를 만족하였다. 또한 고분해능 대물렌즈의 높은 환경 민감도로 인한 온도 변화에 따른 광학계 성능 해석 결과, ±0.1 ℃의 온도 변화에서도 목표 성능 이하로의 성능 저하가 확인되어 온도 변화에 따른 광학 보상이 반드시 필요하였다. 이에 초점면 이동을 보상자로 적용할 경우, 20 ± 1.2 ℃까지 RMS 파면 수차 변화량이 λ/30 이하로 목표 성능을 만족하여 실제 반도체 공정 환경에서도 이용이 가능함을 확인하였다. We designed a catadioptric objective lens with a 0.6 numerical aperture (NA) for semiconductor inspection at 193 nm. The objective lens meets major requirements such as a spatial resolution of 200 nm and a field of view (FOV) of 0.15 mm or more. We selected a wavelength of 266 nm for autofocus based on the availability of the light source. First, we built the objective lenses of three lens groups: a focusing lens group, a field-lens group, and an NA conversion group. In particular, the NA conversion group is a group of catadioptric lenses that convert the numerical aperture of the beam focused by the prior groups to the required value, i.e., 0.6. The last design comprises 11 optical elements with root-mean-squared (RMS) wavefront aberrations less than λ/80 over the entire field of view. We also achieved the athermalization of the objective lens with focus-shift alone satisfying the performance of RMS wavefront aberration below λ/30 at a temperature range of 20 ± 1.2 ℃.