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Aspheric Lens Takeover

구면 렌즈를 비구면 렌즈로 교체해야 하는 시기 도래

 

구면 렌즈를 대신해 비구면 렌즈를 사용하면 시스템의 크기와 중량 감소

 

복잡한 다중 구면 렌즈 시스템을 비구면 렌즈 하나로 교체 가능

 

비구면 제조 기술이 발달함에 따라 좀 더 효율적인 비용으로 광택연마 작업이 가능해짐

 

시스템의 비용과 중량은 감소해도 성능은 유지되거나 향상됨

비구면 렌즈는 광학 시스템의 구면 수차를 줄이고 성능을 향상시키기 위해 수십 년간 사용되어 왔지만 높은 비용으로 인해 다양한 응용 분야에서 사용하는 데 제약이 따랐습니다. 최근에는 비구면 렌즈의 연마광택 기술이 발전함에 따라 자성유체연마(MRF: magnetorheological finishing)가 필요하지 않은 서브애퍼처 폴리싱 기술을 이용해 고품질의 비구면 렌즈를 생산할 수 있게 되었습니다. 더욱 저렴해진 고성능 비구면 렌즈 한 개만으로 여러 개의 구면 렌즈를 동일하거나 혹은 더 나은 성능으로 대체할 수 있어 이전보다 더 적은 비용으로 소형의 경량 시스템을 설계할 수 있습니다.

렌즈 수의 감소: 시스템의 간소화로 이어짐

비구면 렌즈의 주요 이점 중 하나인 광학 수차 제어의 향상은 광학 설계자로 하여금 기존의 구면 렌즈를 사용할 때보다 더 적은 렌즈 수로 시스템을 설계할 수 있게 해줍니다. 예를 들어 유사하거나 더 나은 성능을 구현하기 위해 10개 이상의 렌즈 요소가 주로 사용되는 복잡한 렌즈 어셈블리의 경우 다량의 구면 렌즈 대신해 몇 개의 비구면 렌즈만으로 시스템을 설계할 수 있습니다(그림 1). 이처럼 비구면 렌즈를 사용하면 어셈블리의 프로세스를 간소화할 뿐만 아니라 시스템의 크기와 중량까지도 감소시킬 수 있습니다. 또한 렌즈 수의 감소는 광학 어셈블리 내에서 반사를 일으키는 옵틱 표면 수의 감소로 이어져 광 출력량이 증가하게 됩니다.

While aspheres may seem more complicated than spherical lenses, a single asphere can replace multiple spherical lenses in an optical assembly, leading to a simpler, more compact, and more lightweight final system
그림 1: 비구면 렌즈는 구면 렌즈보다 더 복잡해 보이지만, 광학 어셈블리 내에서 구면 렌즈의 다양한 기능을 비구면 렌즈 하나로 해결할 수 있어 최종 시스템의 설계는 더 간소화되고 크기와 중량은 더욱 줄어들게 됩니다.

비용 절감: 효율적인 비용의 고품질 렌즈 제작

단일 비구면 렌즈가 단일 구면 렌즈보다 고가이기는 하지만 최근 들어 비구면 제조 기술이 발전하면서 고성능 비구면 렌즈를 상당히 저렴한 비용으로 생산할 수 있게 되었습니다. 이전에는 구면의 풀 애퍼처(full-aperture)를 연마광택 처리한 후 λ/4의 불균일성(irregularity)을 얻을 수 있었으나 비구면 렌즈는 연마광택 처리 후에도 1λ의 불균일성 밖에 달성할 수 없었습니다. 자성유체연마(MRF: magnetorheological finishing) 기법은 결정론적 방식의 미세 마무리 공정으로서 매우 높은 정밀도와 제어를 통해 소재를 선별적으로 제거하기 때문에 고품질의 비구면 렌즈 제작에 반드시 필요했으며 최저 λ/20의 불균일성을 달성할 수 있었습니다. 그러나 이 MRF 방식을 이용할 경우 상당히 고가의 비용이 들어갑니다. 새롭게 떠오르는 첨단 서브애퍼처 비구면 렌즈 연마광택 처리 방식(subaperture aspheric grinding and polishing)은 구면 렌즈의 풀 애퍼처 연마광택 처리 방식(full-aperture grinding and polishing)과 동일한 불균일성 역량을 제공함에 따라 더 적은 비용으로도 높은 품질의 비구면 렌즈를 생산할 수 있습니다. 비구면 렌즈의 제작 비용 절감은 여러 개의 요소를 사용해야 하는 구면 렌즈를 더 적은 수의 비구면 렌즈로 대체할 수 있어 경제적인 면에서 더 나을 뿐만 아니라 광학 설계 시 설계 작업자들은 더 많은 비구면 렌즈를 시스템에 적용할 수 있습니다. 모든 비구면 렌즈 제조에 MRF 기술이 필요하지는 않지만, 오로지 사용할 계측 장비의 민감도에 맞춰 불균일성을 달성해야 하는 최상의 비구면 품질을 생산할 때에는 여전히 MRF 기술을 사용할 필요가 있습니다.

Improvements in aspheric grinding and polishing are driving the increase in optical designers swapping out multiple spherical components for a smaller amount
그림 2: 비구면 렌즈의 연마광택 기술이 향상되면서 광학 설계 시 여러 개의 구면 렌즈를 소수의 비구면 렌즈로 대체할 수 있게 되었습니다.

최고의 비구면 렌즈 설계를 위한 제조 과정 웹세미나

EO의 비구면 렌즈 사업 개발 담당자인 올레그 레오노브(Oleg Leonov)와 광학 엔지니어인 아미 프랜츠(Amy Frantz)가 진행하는 웹세미나를 통해 광학 시스템 설계 시 비구면 렌즈 사용의 이점과 설계 과정에서 고려해야 할 점에 대해 학습할 수 있습니다.

에드몬드 옵틱스의 비구면 렌즈 필요성 증대

Aspheric Manufacturing Capabilities

비구면 렌즈 제조 역량

EO는 매월 수천 개의 비구면 렌즈를 제작하기 위해 비구면 렌즈 생산 셀을 매일 24시간 가동합니다. 항시 재고를 보유하고 있는 600개 이상의 기성 비구면 렌즈 제품 뿐만 아니라, build-to-print 렌즈나 완전 맞춤 설계된 비구면 렌즈 제품이 필요한 경우에도 몰딩, 다이아몬드 선삭, 서브어패처 연마광택 기술을 통해 고객이 원하는 요구 사항을 충족시켜드릴 수 있습니다.

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MRF Technology

MRF 기술

비구면 렌즈를 위한 서브애퍼처 연마광택 기술이 발달했어도 최고 품질의 비구면 렌즈 제조하기 위해서는 여전히 자성유체연마(MRF) 기술이 필요합니다. 자성유체연마(MRF)는 컴퓨터로 제어되는 결정론적 프로세스로서 이러한 기술을 활용하면 광학 표면을 미세하게 마무리하는 데 주로 필요한 추측 작업과 수동 작업의 단계가 제거할 수 있습니다.

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Metrology

계측 기술

EO는 간섭계, 표면형상 측정기, 좌표 측정기, 컴퓨터 생성 홀로그래피가 마련된 글로벌 제조 설비 단지에서 제작되는 비구면 렌즈와 광학 부품의 품질을 보장하고자 다양한 계측 기기를 활용합니다..

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자주 묻는 질문(FAQ)

FAQ  지난 수십년간 비구면 렌즈가 사용된 적은 없습니까? 현재는 왜 비구면 렌즈가 대세일까요?
비구면 렌즈를 지난 수십년 동안 사용해오고 있긴 하지만, 근래에 들어 비구면 렌즈의 서브애퍼처 연마광택 기술이 발전하면서 이전보다는 더 저렴한 가격으로 이용할 수 있게 되었습니다. 이러한 이유로 이전에는 고가의 비구면 렌즈를 사용하기가 어려웠으나 현재는 구매하기가 용이해짐에 따라 더 적은 수의 비구면 렌즈로 다수의 구면 렌즈를 대체할 수 있어 시스템의 크기와 중량은 줄이면서 성능은 향상시킬 수 있게 되었습니다.
FAQ  EO에서는 비구면 렌즈 제조를 위해 정확히 어떠한 계측 기술을 이용합니까?

EO는 비구면 렌즈 제조를 위해 Talysurf PGI 1240 profilometer, QED ASI™ aspheric stitching interferometer, Zygo® NewView white light interferometer, OptiPro UltraSurf 4X 100 non-contact profilometer, TRIOPTICS Opticentric® centering machine, Zeiss Contura G2 coordinate measuring machine (CMM), Olympus MX51 microscope, design-specific computer generated hologram (CGH), null lens와 같은 다양한 계측 기술과 장비를 활용합니다.

FAQ  일반적으로 EO의 제조 허용오차 값은 어느 정도 됩니까?

EO에서 취급하는 제조 허용오차의 전체 목록은 비구면 렌즈 제조 역량 편에서 확인할 수 있습니다.

FAQ  고품질의 비구면 렌즈 생산에 있어 EO는 여전히 자성유체연마(MRF) 기술을 사용합니까?

네, 그렇습니다. 자성유체연마(MRF: magnetorheological finishing)는 최고 품질의 비구면 렌즈를 제작할 때 여전히 사용되는 기술로서 λ/20이 넘는 정확도를 제공할 수 있습니다.

FAQ  비구면 렌즈의 기타 유형으로는 어떠한 렌즈가 있습니까?

아래 표에 나와 있듯이 서로 다른 장단점이 있는 여러 가지 유형의 비구면 렌즈가 존재합니다:

비구면 유형설명상대적 가격
Precision Aspherized Achromatic Lens 광대역 용도를 위해 회절이 제한되고 색이 보정된 이중렌즈로서 표면이 비구면임 $$$$
“Laser-Grade” Asphere λ/10 미만의 투과 웨이브프론트 $$$
Precision Polished Asphere 비구면 렌즈 중 가장 일반적인 형태로 비용과 성능 간의 균형을 제공 $$
Best Form Asphere 하나의 표면만 비구면인 개조된 PCX 또는 PCV 렌즈 $$
Diamond Turned Asphere 고급 플라스틱과 결정질 소재로 제작 $$
Hybrid Aspherized Achromatic Lens 저가의 이중 렌즈로서 색 수차를 최소화하기 위해 몰딩된 폴리머 회절 표면 보유 $
Molded Asphere 저가의 플라스틱 또는 글래스 렌즈로서 대량 생산에 적합 $

관련 자료

어플리케이션 노트

이론적 설명, 연관 공식, 그래픽 삽화 등 기타 내용을 포함한 기술적 정보와 어플리케이션.

All About Aspheric Lenses
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EO Preferred Glass Types
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Need an Asphere Fast?
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Aspherized Achromatic Lenses
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동영상

간단한 조언부터 어플리케이션을 기반으로 제품의 이점까지 보여주는 데모 영상.

The Making Of An Aspheric Lens
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Aspheric Lenses Review
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Meet Jeremy Govier: Asphere Guru
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기술 보도자료

에드몬드 옵틱스가 산업 간행물에 저술한 기술 기사와 EO 엔지니어 팀과 주요 관리 부서에서 기고한 기술 자료 링크 모음

"The Long and the Short of It: Techniques for Measuring Aspheres" by Amy Frantz - Photonics Spectra
바로 확인  

"Optimizing the Design of Aspheric Lenses" by Jeremy Govier - Photonics Spectra
바로 확인  

"Design Considerations for Aspheric Lenses" by Jeremy Govier - Photonics Spectra
바로 확인  

 

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