초보자를 위한 CODE V 광학설계

머리말 … 4

chapter 01 CODE V starting
01. CODE V 시작하기 … 12
02. 초기 화면에 대한 설명 … 17
03. 시스템 데이터 메뉴 … 24
04. 상태 표시줄의 내용 변경 … 26
05. 렌즈 데이터의 부호와 입력화면 내용 … 28
06. 렌즈 시스템 환경 설정 … 30
07. 설계 데이터 입력하기 … 46
08. 렌즈의 데이터 변수 지정 … 52
09. 렌즈의 굴절률 데이터 등록 … 54
10. Zoom의 추가 … 57
11. solve 사용하기 … 60
12. 렌즈 변수간 결합 설정 … 64
13. 렌즈 변수간 픽업 설정 … 66
14. 조리개 위치와 크기 변경 … 68
15. 비네팅과 조리개 변경 … 71
16. 사용자 구경을 정의 … 77

chapter 02 Lens 면 종류
01. 스플라인 렌즈면 … 86
02. 원통 렌즈면 … 89
03. 사용자 면 함수 … 91
04. 프레넬 평면 판 … 98
05. 회절 속성(Diffraction Optical Element; DOE) … 100
06. 편심 광학계 … 110
07. 프리즘 광학계 … 112
08. Scanning Mirror 광학계 … 114
09. BEN을 이용한 fold형 광학계 … 116
10. 두 번 반사하는 광학계 … 118
11. 두꺼운 유리판의 회전을 이용한 3D stereo-camera 광학계 … 120
12. 비 순차 면 광학계 … 124
13. micro lens 광학계 … 127

chapter 03 Lens Design
01. 광학 설계 시작하기 … 130
02. CODE V에 등록된 렌즈 찾기 … 134
03. 특허 렌즈 데이터의 변경 … 138
04. 이미지 센서의 치수 결정 … 141
05. 렌즈 재료 선정 … 143
06. 렌즈 구성 및 매수 검토 … 152

chapter 04 렌즈 구성 표현 및 제작의 제한
01. 렌즈 도면 및 그래픽 출력 … 154
02. 2D 도면 출력 … 155
03. 3D 도면 출력 … 159
04. 렌즈 group의 순서를 바꿈 … 162
05. 광선 추적(Ray tracing) … 163

chapter 05 최적화
01. 오차 함수 설정 … 170
02. Global synthesis … 172
03. 단계 최적화 사용 … 175
04. 표준 최적화 사용 … 176
05. 광선 간격(동공 부분)(I) 변경과 NRD … 180
06. 오차 가중치 설정하기 … 183
07. 출력/출사 컨트롤 지정 … 187
08. 일반 구속 조건 … 188
09. 사용자 구속 조건 및 광선 조건 설정하기 … 190
10. 특정 구속 조건 설정 … 193
11. Best focus를 이용한 최적화 … 204
12. 최적화 예제 … 206
13. 최적화 결과 내용 … 208

chapter 06 성능 분석
01. 광선 수차 분석(Ray Aberration Curve; RIM) … 210
02. 1차/3차 수차 분석(ANA) … 213
03. 삼차 수차 분석(Third Order Aberration: THO) … 215
04. 필드 곡선 분석(Field Curves: FIE) … 218
05. 횡색 수차(lateral color) 플롯 분석 … 222
06. 입사 각도(Critical Ray Angle: CRA) 분석 … 224
07. 주변 광량비 분석 … 227
08. 왜곡(Distortion) … 230
09. 왜곡 수차 그리드 분석 … 233
10. 파면(wav) 분석 … 235
11. 스폿 사이즈 분석(Spot size) … 237
12. 점 퍼짐 함수(P)(Point spread function: PSF) … 242
13. 스트렐 분석(Strehl Ratio 분석) … 247
14. 변조 전달 함수 분석(Modulation transfer function: MTF) … 249
15. image simulation(ims) … 259
16. 빔 합성 전파 분석(Beam synthesis Propagation: BSP) … 263
17. Pupil Map 분석 … 270
18. Field Map(FMA) 분석 … 274
19. 투과율 분석 … 277
20. 방사형 에너지 분석 … 279
21. 고스트 상 분석(Ghost image) … 281

chapter 07 공차 분석
01. 공차 분석 … 286
02. Ball Lens Fiber Coupler … 303
03. GRIN?lens … 315
04. 콤팩트 디스크(CD)용 렌즈 광학계 … 327
05. Triplet lens … 331

chapter 08 Macro-plus 프로그래밍
01. 매크로 … 336
02. 프로그램 작성 규약 … 338
03. 변수 데이터의 사용 … 339
04. 매크로 함수 … 340
05. 매크로 graph 출력 … 343
06. WORKSHEET의 BUFFER 사용 … 345
07. Data Table과 BIM 명령어를 사용 … 350
08. 매크로 파일의 대화 창으로 사용하는 방법 … 353
09. Excel APL … 355
10. 환경 분석(EVN) … 366

중요 용어 해설 … 371
References … 374

01 CODE V 시작하기
CODE V 프로그램을 설치하면 프로그램은 기본적으로 폴더 C:\ 아래에 설치됩니다. 설치 후에는 Synopsys사에서 제공하는 라이선스 파일을 CODEV106 폴더 내에 license.dat로 저장해야 합니다. 설치된 폴더의 내용은 그림 1.1과 같이 CODEV106과 CVUSER 폴더가 생성됩니다. 설치된 CODE V 프로그램을 실행하면 먼저 c:\codev106\cvnewlens.seq가 실행됩니다. 그 다음에는 c:\cvuser\defaults.seq가 실행되는데 처음 설치한 후에는 이 파일이 없으므로 사용자가 일반 메모 창 편집기를 통하거나 CODE V를 실행 후 편집 기능을 통해 작성할 수 있습니다. Defaults.seq에는 분석 결과를 보여 주는 그림 창의 수와 macro의 경로를 지정하는 등 사용 환경을 사용자가 조정해 주는 것으로 필요한 내용은 각각 메뉴에서 지정이 가능하므로 반드시 작성할 필요는 없습니다. 그러나 한 번 작성해 두면 매번 설계 환경을 지정해 둘 필요가 없으므로 편리합니다.
CODE V 프로그램은 여러 개의 파일을 동시에 설계 할 수 있습니다. 설계 중에 설계 중인 화면을 지우고 새로운 렌즈를 작성하고 싶을 때는 프로그램에서 명령문을 실행하는 창에서 CODE V>Lens new를 입력하시고 처음 불러온 파일을 복구하고 싶으면 명령문 CODE V>RES를 입력합니다. 명령 문 CODE V>Lens new라고 치면 cvnewlens.seq와 defaults.seq 두 개의 파일이 실행되고 CODE V>Len라고 치면 defaults.seq만 실행하게 됩니다.

1.7.2 렌즈 면의 선택과 면의 유형 선택
데이터를 입력할 수 시트에 그림 1.7.2-1과 같이 데이터를 입력합니다. 입력 후 렌즈 형상을 보기 위해 메뉴 바에서 ‘빠른 YZ’아이콘을 누릅니다. 그림은 중심 광선이 하나뿐이므로 렌즈 전제 모양이 나타나 있지 않습니다. 전체 렌즈 형상을 보이기 위해 다음 명령을 입력하여 임의로 렌즈 각 면에 직경 5mm의 조리개를 설정해 줍니다. 만약 필드 수를 입력하지 않았으면 결과는 그림 1.7.2-1 과 같이 렌즈의 일부와 필드가 하나만 나타나게 됩니다. 아래 명령문을 실행하면 렌즈 전체에 대한 그림을 볼 수 있습니다.
CODE V>Cir s1 5; Cir s2 5; Cir s3 5; Cir s4 5; Cir s5 5

04. 표준 최적화 사용
최적화를 위한 오차 함수의 오차 함수 콘텐츠(E)에는 네 가지 option이 있습니다.
1) CODE V 오차 함수만: 기본적으로 사용하며 CODE V 오차함수에는 4가지 종류를 하나를 지정 할 수 있습니다.
2) 사용자 정의 오차 함수만: 사용자가 작성한 오차 함수가 있을 때
3) CODE V 오차 함수/사용자 정의 복합 오차 함수: 사용자와 CODE V 해를 사용
4) 구속 조건 전용 해: 사용자가 설정한 구속 조건만을 사용하고자 할 때

CODE V 오차 함수만을 선택하고 오차 함수 유형 버튼을 누르면 다음 4가지 유형이 있는 창이 열리게 됩니다. 각각의 기능의 용도는 다음과 같습니다.

1-1) 횡 광선 수차(T): 기본적으로 사용되며 파장, 필드, 입사 동에 대한 가중치를 적용하여 이미지 센서 면에서 주광선 대비 주변 광선들의 벗어난 정도에 대한 RMS 빔 직경입니다. 보통 spot size로 평가됩니다.
1-2) 파면 오류 편차(W): 파면 수차를 이용하여 최적화하는 것으로 광 경로차(Optical path difference; OPD)를 사용합니다. 주로 회절이 많은 광학계에서 사용합니다.
1-3) 섬유 결합(F): optical fiber(광섬유)에 빛을 연결하는 시스템일 때
1-4) MTF: MTF 오차 함수를 사용하는 것으로 최종 설계 완료 단계에서 추가적인 MTF를 향상시킬 때 사용합니다.