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.

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.

현대광공학 개론 III : 파동광학2

조재흥,Jo, Jae-Heung 한국광학회 2006 광학과 기술 Vol.10 No.4

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.

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.

기울어진 비구면 프레넬 렌즈와 C-8 type 전구를 이용한 해상용 랜턴의 배광곡선 시뮬레이션을 통한 성능평가

조현석,조재흥,박승남,박철웅,김용완,김종태,Cho Hyun Seok,Jo Jae Heung,Park Seungl Nam,Park Chul Woung,Kim Yong Wan,Kim Jong Tae 한국광학회 2004 한국광학회지 Vol.15 No.6

대구경이 가능하며 가벼운 프레넬 렌즈로 10 해리 (18.53 km)까지 빛을 비출 수 있는 해상용 랜턴을 설계하고 배광곡선을 시뮬레이션하였다. 렌즈설계 프로그램으로 직경 250 mm와 300 mm인 프레넬 렌즈를 설계하였으며, 이 프레넬 렌즈의 groove 변수들을 최적화하였다. 해상용 랜턴에서 사용하는 전구의 배광곡선을 고려하여 이 프레넬 렌즈의 배광곡선을 조명설계 프로그램으로 계산하였다. 이 결과 전구를 최적의 위치로 정렬하였을 때 이 해상용 랜턴들의 최대광도는 각각 KS 규격인 720 cd를 훨씬 넘는 1000 cd(직경 250 mm의 해상용 랜턴의 경우)와 1300 cd (직경 300 mm의 해상용 랜턴의 경우)로 계산되었다. 그리고 전구의 정렬오차를 정하기 위하여 렌즈의 초점거리에서 벗어난 정도에 따라 배광곡선이 변하는 정도도 알아보았다. Providing marine signal lanterns with advantages of little weight as well as large aperture, a Fresnel lens has been adopted to transfer the beam from the lanterns up to 10 nautical miles (18.53 km). A Fresnel lens with the diameter of 250 mm and 300 mm was designed by a lens design program and optimized by adjusting the groove parameters of the lens. The angular luminous intensity distribution (ALID) of this lens was calculated by using an illumination analysis program considering the ALID of a light bulb. At the best alignment of the bulb, the maximum luminous intensities (MLI) of the lantern were 1000 cd (in the case of 250 mm diameter) and 1300 cd (in the case of 300 mm diameter). These are more than the critical value of 720 cd that is the Korean Standard of MLI for the marine lantern. The ALID was investigated as a function of misalignment from the lens focus to determine the tolerance of the alignment ranges.

경로길이 불일치 간섭계를 이용한 대구경 광학계의 MTF 측정과 파면오차 검사

송종섭,조재흥,이윤우,송재봉,양호순,이인원,Song, Jong-Sup,Jo, Jae-Heung,Lee, Yun-Woo,Song, Jae-Bong,Yang, Ho-Soon,Lee, In-Won 한국광학회 2005 한국광학회지 Vol.16 No.1

기준광과 탐사광의 경로길이가 매우 크게 차이가 나는 경로길이 불일치 간섭계(unequal path interferometer)를 이용한 직경 300mm 카세그레인 형태의 인공위성 망원경과 같은 대구경 광학계의 변조전달함수(modulation transfer function : MTF)와 파면오차를 동시에 측정하는 방법을 제안하고 이를 실험적으로 확인하였다. 이러한 경로불일치 간섭계를 이용한 측정시스템에서 필요한 평행한 시준광을 만들기 위해서 쌍방향 층밀리기 간섭계를 사용하였으며, 파면오차를 측정하기 위해서 직경 400 mm인 비축 포물경을 사용하는 긴 광경로차의 대구경 피조우 간섭계를 사용하였다. 또한 회전하는 확산판을 이용하여 레이저 광을 부분가간섭광으로 바꿈으로써 피조우 간섭계의 파장으로부터 쉽게 MTF를 측정할 수 있었다. A method for measuring the wavefront error and the modulation transfer function(MTF) of large aperture optics using an unequal path interferometer is presented. A bidirectional shearing interferometer is used for collimation testing of the measurement system. A large aperture Fizeau interferometer with long optical path difference measures the wavefront error of the optics under test by using a $\Phi$ 400 mm off-axis parabolic mirror. The MTF is also measured at the wavelength of the interferometer by changing the laser light into partially incoherent light. Test results of a $\Phi$ 300 mm Cassegrain type satellite telescope made in Korea are presented.

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.

RGB/NIR CMOS 센서에서 정면 영상과 측면 영상을 동시에 결상하는 캡슐 내시경용 개선된 반사굴절식 전방위 광학계의 광학 설계

홍영기,조재흥,Hong, Young-Gee,Jo, Jae Heung 한국광학회 2021 한국광학회지 Vol.32 No.6

RGB/NIR CMOS 센서를 사용하여 가시광에서의 정면 시야각과 가시광(RGB) 및 근적외선(near-infrared, NIR)에서의 측면 시야각을 갖는 캡슐 내시경용 개선된 반사굴절식 전방위 광학계(modified catadioptric omnidirectional optical system, MCOOS)를 설계한다. 전방 시야각 내의 영상은 반사굴절식 전방위 광학계(catadioptric omnidirectional optical system, COOS)의 부경 뒤에 배치된 3개의 추가된 렌즈와 COOS의 결상 렌즈계로 구성된 MCOOS의 전방 결상 렌즈계로 결상한다. 측면 영상은 COOS로부터 얻어진다. 이 센서에 대한 가시광과 근적외선에서의 나이퀴스트 주파수는 각각 90 lp/mm와 180 lp/mm이다. 설계 사양에서 전장길이, F-수, 전방과 측면 반화각은 각각 12 mm, 3.5, 70°, 50°-120°로 결정하였다. MCOOS의 COOS에 대한 변조전달함수 0.3에서의 공간주파수, 초점심도, 가시광과 근적외선 영역에서의 공차에 따른 누적 확률은 각각 154 lp/mm, -0.051-+0.052 mm, 99%이다. MCOOS의 정면 결상광학계의 변조전달함수 0.3에서의 공간주파수, 초점 심도, 가시광 영역에서 공차에 따른 누적 확률은 각각 170 lp/mm, -0.035-0.051 mm, 99.9%이다. A modified catadioptric omnidirectional optical system (MCOOS) using an RGB/NIR CMOS sensor is optically designed for a capsule endoscope with the front field of view (FOV) in visible light (RGB) and side FOV in visible and near-infrared (NIR) light. The front image is captured by the front imaging lens system of the MCOOS, which consists of an additional three lenses arranged behind the secondary mirror of the catadioptric omnidirectional optical system (COOS) and the imaging lens system of the COOS. The side image is properly formed by the COOS. The Nyquist frequencies of the sensor in the RGB and NIR spectra are 90 lp/mm and 180 lp/mm, respectively. The overall length of 12 mm, F-number of 3.5, and two half-angles of front and side half FOV of 70° and 50°-120° of the MCOOS are determined by the design specifications. As a result, a spatial frequency of 154 lp/mm at a modulation transfer function (MTF) of 0.3, a depth of focus (DOF) of -0.051-+0.052 mm, and a cumulative probability of tolerance (CPT) of 99% are obtained from the COOS. Also, the spatial frequency at MTF of 170 lp/mm, DOF of -0.035-0.051 mm, and CPT of 99.9% are attained from the front-imaging lens system of the optimized MCOOS.

직하형 Back Light Unit에 사용하는 변형 막대프리즘의 1차원 배열로 구성한 새로운 BLU 필름

장선영,조재흥,백승선,Jang, Sun-Young,Jo, Jae-Heung,Baek, Seung-Sun 한국광학회 2007 한국광학회지 Vol.18 No.6

액정 디스플레이에 사용하는 직하형 Back Light Unit(BLU)의 확산판과 프리즘판의 개수를 줄이면서도 성능을 개선한 새로운 일체형 복합필름을 제안하고 이들의 광학적 성능을 시뮬레이션으로 분석하였다. 막대 프리즘의 형태와 원통 렌즈 형태를 하나로 합친 복잡한 일차원 형태의 광학프리즘을 만든 후, 이를 연속적으로 배열하여 일체형 복합필름을 구성하였다. 일체형 복합필름의 성능은 조명계 프로그램으로 확인하여 최적의 구조를 정하였다. 이러한 최적 조건하에서 한 장의 일체형 복합필름을 사용하는 10인치 크기의 BLU에서 계산한 광효율은 53.5%이고, 광휘도 균일도는 83.5%였으며, 각도별 광휘도 분포인 배광곡선은 수직으로 $90^{\circ}$이고 수평방향으로 $112.5^{\circ}$이다. 그리고 이러한 설계로 새로운 일체형 복합필름을 제작하였다. A new sheet of back light unit(BLU) to reduce the number of sheets and enhance the optical performances of direct back light unit(BLU) in a liquid crystal display is proposed and designed. In order to improve the straightness and spatial uniformity of brightness of the BLU, we design the new sheet with linear arrays of complicated bar prism by using the fusion of cylindrical lens and bar prism. Then, we investigate and analyze various optical performances of a BLU including the new sheet through an illumination optical system design program. From these results, we determine the optimum geometrical structure of the sheet. Under the optimum condition, the luminance efficiency and spatial uniformity of luminance of the BLU are 53.5% and 83.5% respectively. And the vertical and horizontal widths of the angular luminance distribution are $90^{\circ}$ and $112.5^{\circ}$ respectively. Finally we have fabricated a new BLU sheet according to this design shape by using an ordinary resins.