광학설계#1

제가 처음 광학계통으로 발을 들여놓게된 계기는 BLU였습니다. 대부분의 우리나라 광학회사들의 특성들이 그러하듯이 대부분 맨땅에 헤딩부터 시작합니다. 기초지식없이 그냥 TRY & TRY로 무작정하는 무식한 나날들... 배우고 싶어도 어느 한곳 마음놓고 물어볼곳도 배울곳도 없고 아는 사람들도 자신의 밥그릇을 뺏기는 마냥 잘 가르쳐주지도 않고... 현재 저는 BLU가 아닌 렌즈 설계하는 일을 하고 있지만 처음 BLU에서 넘어올시 무척 고생을 많이 하였습니다. 아는것도 없고 배운것도 없고 가르쳐주는 사람도 없고... 할줄 아는것이라고는 그냥 무식하게 책 읽고 밤새 프로그램 돌려보고 안 되면 다시 책읽고... 이런 날들이 한달 두달 지나 어느정도의 시간이 지나니 광학설계의 맨끝 테두리가 어렴풋히 보이긴 합니다만... 아직도 배움의 길은 끊이 없는것 같습니다. 그래서 제가 공부해오면서 했던 고민들과 내용들을 좀 나열하려고 합니다. 회사에서 밥 빌어 먹어야 하다보니 정기적은 아니더라도 실무설계에 제가 했던 방법들을 좀 나열하려고 하니 참고가 되었으면 합니다. 오늘은 다른 까페에 어느 분이 올리 질문에 제가 답글을 단 내용을 올립니다. 답글을 쓰다보니 비구면 방정식의 상수 및 계수에 대한 이야기가 길어져서.... ===================================================================================== #1 비구면 방정식 및 개략적인 방법 일반적으로 카메라 렌즈나 이미지를 얻어야 하는 렌즈는 회전대칭면을 가집니다. 따라서 기본적인 비구면 방정식을 사용합니다. 일단 비구면 방정식에서 필요한 변수는 1. conic 상수 : 원추계수라고 부르는 상수이며 비구면 방정식에서는 K로 표기합니다. 이 상수는 렌즈면의 전체형상을 결정하는 상수입니다. 각 값에 따른 형상은 기본적인 광학서적에 나와 있으므로 참조하시면 됩니다. 예를 들어 이 값이 0 이면 형상이 구면이고 -1 보다 작으면 쌍곡면이 됩니다. 일반적으로 렌즈설계시 SPEC에 부합된다면 이 값은 '0'으로 잡는것이 좋습니다. 무엇보다 가공시 쌍곡면보다는 구면이 쉬울테고 그만큼 가공시의 오류도 줄어들테니까요... 2. 비구면계수 : 이 값은 위의 CONIC에 의해 결정된 원추곡면에서 벗어난 정도를 나타냅 니다. 중고등학교 수학시간에 각 차수의 방정식을 따라 그래프를 그려보면 2차 4차 6차 각각의 모양이 다릅니다. 이런 그래프를 합해서 복잡한 형상의 렌즈면을 설계합니다. 일반적인 이미지렌즈의 비구면 계수는 4,6,8,10차까지 사용합니다. 짝수만 사용하는 이유는 일반적으로 렌즈가 회전대칭이므로 홀수차수는 좌우대칭이 아니기때문입니다. 잘 이해가 안가신다면 수학책을 뒤져보셔서 각 차수의 그래프를 확인해 보시기 바랍니다. 홀수차수의 그래프는 좌우 대칭이 아닙니다. 더 큰 차수를 사용하면 그만큼 더 많은 변수가 생겨 설계가 용이해지지만 그럴수록 형상이 복잡해져서 가공시 문제가 생길 소지가 높습니다. 위와 같은 값들을 구하는것은 물론 직접 계산도 가능하지만 상당한 시간과 노력이 필요하므로 이를 대신해주는 광학프로그램을 사용합니다. 대표적인 CODE-V,OSLO,ZEMAX등 각각의 프로그램마다 차이점은 있지만 결국은 이런 여러계수의 여러가지 조합중 가장 좋은 결과를 찾는것입니다. 따라서 각 계수의 조합을 많이 해보는것이 어찌보면 가장 좋은 방법일지도 모르겠습니다. 일단 CODE-V에서는 AUTO 기능을 사용합니다. 위의 기타 기구적이나 고정되 있는 값들을 넣고 나서 CONIC 상수나 비구면계수를 VARY로 놓아 AUTO를 돌리면 프로그램이 그에 따른 조합중 입력자가 AUTO 돌리기 전에 설정한 기준에 부합되는 조합을 찾는것입니다. 따라서 위에서 질문하신 상수나 계수를 어떻게 넣는냐는 일단 어느정도의 초기값을 넣고 적절하게 AUTO기능을 써가면서 SPEC에 부합되는 가장 좋은 조합을 찾는것입니다. 그러다보니 정답은 없게 되는것입니다. 지금까지의 글중 제가 잘못되게 이야기한 부분이 있다면 수정해주십시요. 저도 아직도 공부하는 중이라서 좋은 지적 감사하게 받고 싶습니다. 다음에는 렌즈설계시 초기값을 잡아나가는 방법에 대해 글을 올리겠습니다. 허접한 글 읽어주셔서 감사합니다. 수고하세요.