카메라 광학계에 있어서 플라스틱렌즈의 활용

강건모 한국광학기기산업협회 1994 光學世界 Vol.6 No.3

디지털 카메라용 줌렌즈에서 대칭성 오차요인에 의한 상면 변화의 보정과 이에 따른 불량률 예측

류재명,강건모,이해진,이혁기,조재흥,Ryu, Jae-Myung,Kang, Geon-Mo,Lee, Hae-Jin,Lee, Hyuck-Ki,Jo, Jae-Heung 한국광학회 2006 한국광학회지 Vol.17 No.5

In the zoom lens of digital still cameras with the variation of the image plane generated by various symmetric error factors such as curvature, thickness and refractive index error of each lens surface about the optic axis, we induce a theoretical condition to fix constantly the image plane by translating the compensator group of the zoom lens by using the Gaussian bracket. We confirm the validity of this condition by using three examples of general zoom lens types with 3, 4, and 5 groups, respectively. When these error factors are randomly changed within the range of tolerance according to the Monte Carlo method, we verify that the distributions of the degree of moving of the compensator are normal distributions at three zoom lens types. From capability analysis using these results, we theoretically propose the method estimating the standard deviation, that is, sigma-level, as a function of the maximum movement of the compensator. 곡률, 두께, 굴절률 오차와 같은 광축대칭 오차요인들 때문에 상면이 이동하는 디지털 카메라용 줌렌즈 광학계에서 보상자를 이동시켜서 상면을 고정시키는 조건을 가우스 괄호법을 이용하여 유도하였다. 그리고 줌렌즈 광학계의 일반적인 세 가지 형태(3군, 4군, 5군 줌렌즈)를 사용하여 이 조건의 타당성을 검증하였다. 이러한 줌렌즈 형태에서 각 면의 곡률, 두께, 굴절률 등을 공차 내에서 Monte Carlo 방법에 따라 임의로 변화시켰을 때, 보상자의 이동량의 분포가 정규분포를 이루는 것을 확인하였다. 그리고 이로부터 공정능력을 계산하여 보상자의 최대 이동량에서 이에 따른 불량률을 이론적으로 예측하는 방법을 제시하였다.

비대칭 오차요인이 있는 편심 광학계에서의 종수차 계산

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.

Digital 소형 카메라 모듈

류재명,이해진,강건모,Ryu, Jae-Myeong,Lee, Hae-Jin,Gang, Geon-Mo 한국광학회 2009 광학과 기술 Vol.13 No.1

반도체 와이어 본딩 검사용 다중배치 현미경 광학계에 대한 공차분석

류재명,이해진,강건모,정진호,백승선,조재흥,Ryu, Jae-Myung,Kim, Jae-Bum,Kang, Geon-Mo,Jung, Jin-Ho,Baek, Seung-Sun,Jo, Jae-Heung 한국광학회 2006 한국광학회지 Vol.17 No.2

가우스 괄호법을 이용한 굴절능 배치 방법과 등가렌즈 설계법으로 기존에 설계한 반도체와이어 본딩 검사용 다중배치 현미경 광학계에 대한 공차 분석을 하였다. 축상 대칭 공차인 곡률과 두께에 대한 공차는 회절 한계에 의한 초점심도 내에서 후방초점거리(BFL)가 변하도록 결정하였고, 축 비대칭 공차인 decenter와 tilt에 대한 공차는 0.7 field에서 공간주파수 50 lp/mm에서의 MTF(Modulation Transfer Function) 변화가 5% 이내가 되도록 시행착오 방법으로 정하였다. 이 결과 공차분포확률에 관계없이 MTF의 감소율이 5% 미만 되는 곳에 가장 많은 확률로 공차가 분포하므로 위와 같은 방법으로 공차를 부여하면 원하는 본 광학계의 결상 성능을 만족시킬 수 있음을 확인하였다. We have analyzed various tolerances of the multi-configurative microscopic system for inspecting the wire-bonding of a reed frame by using the Gaussian bracket method and the equivalent lens method. The tolerances for the curvature and the thickness, which are axial symmetric tolerances, are given by varying the back focal length within a fecal depth under diffraction-limited conditions. Moreover, by using the trial and error method, the axial non-symmetric tolerances for decenter and tilt are established by assigning the 5% variation of MTF(modulation transfer function) at the spatial frequency of 50 lp/mm and at the field angle of 0.7 field. As the tolerances with the most probable distribution are distributed within the range of the decay rate of less than 5% independent of the probability distribution of tolerances, we can achieve completely the desired design performances of the multi-configurative microscopic system by using the various ranges of these tolerances.

대칭성 공차를 갖는 교환렌즈용 줌 렌즈의 핀트 조정법과 통계적 해석

류재명,조재흥,강건모,이해진,요네야마 슈지,Ryu, J.M.,Jo, J.H.,Kang, G.M.,Lee, H.J.,Yoneyama, Suji 한국광학회 2011 한국광학회지 Vol.22 No.5

디지털 일안 반사식 카메라 또는 콤팩트 시스템 카메라용의 교환렌즈용 줌 광학계는 화각과 제품 사양에 따라 여러 가지 형태 가 있으므로, 하나의 AF(auto-focus)군으로만 줌 렌즈의 광각단과 망원단 2곳에서 상면이동의 보정(즉, 핀트 조정)이 불가능한 경우가 발생한다. 또한 줌 광학계의 광각단과 망원단 2곳에서의 후초점거리(back focal length, BFL)가 설정된 BFL 설계값과 일치하도록 조정하기 위해서는 적어도 2곳에서 핀트 조정을 해야 한다. 본 논문에서는 이러한 광학계에 대한 종민감도의 개념을 사용한 핀트 조정의 계산 방법에 대해 제안하고, 이 광학계에 대해 핀트 조정의 조정량 한계를 통계적 분석을 통하여 계산했다. There are many types of interchangeable zoom lens in the digital single lens reflex camera and the compact digital still camera system in order to meet various specifications such as the field angle. Thus special cases for which the focus adjustment using only an auto-focus group is not available in the focal point correction (that is, the focus adjustment) of both wide and tele-zoom positions are sometimes generated. In order to make each BFL(back focal length, BFL) coincide at wide and tele-zoom positions with each designed BFL, focus adjustment processes must be performed at least in these two points within the zoom lens system. In this paper, we propose a method of focus adjustment by using the concept of focus sensitivity, and we calculate a limit on focus adjustment distance by means of statistical analysis.

대칭형 공차를 갖는 플로팅 광학계의 상면 변화 보정 방법에 대한 통계적 해석

류재명,김용수,조재흥,강건모,이해진,이혁기,Ryu, Jae Myung,Kim, Yong Su,Jo, Jae Heung,Kang, Geon Mo,Lee, Hae Jin,Lee, Hyuck Ki 한국광학회 2012 한국광학회지 Vol.23 No.5

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 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.

카메라 렌즈의 현황과 설계

김재범,김성우,박영우,강건모 한국광학기기산업협회 2001 光學世界 Vol.13 No.4

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.

가우스 괄호법을 이용한 유한 물점을 갖는 줌 렌즈에 대한 일반적인 수치해석적 근축광선 줌 궤적 추적

이도경,유남준,조재흥,류재명,이해진,강건모,Lee, Do-Kyung,Yoo, Nam-Jun,Jo, Jae-Heung,Ryu, Jae-Myung,Kang, Geon-Mo,Lee, Hae-Jin 한국광학회 2009 한국광학회지 Vol.20 No.3

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 of a numerical calculation method according to these equations in Visual Basic Language. Consequently, the solutions of this method can be consistently and flexibly used in all types of zoom lens in the step of initial design about zoom loci. Finally, in order to verify the justification and usefulness of this method, we show that two examples, such as $M_{4a}$ and $M_{4h}$ types of 4 groups, and one example, $M_{5n}$ type of 5 groups, which are very complicated zoom lens systems, can be rapidly and diversely traced through various interpolations by using this program. 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 $M_{4a}$와 $M_{4h}$ 형태의 4군 줌 렌즈들과 $M_{5n}$ 형태의 5군 줌 렌즈의 줌 궤적을 유한 물점에 대해서 빠르게 산출할 수 있음을 보였다.