유한 물체 거리를 갖는 2 반사경계의 곡률 선형 방정식

Abstract

본 연구는, 원리적인 다양한 장점에도 불구하고 현실적인 제약으로 인해 실제 설계과정에서 잘 적용되지 않는, 자이델 3차 수차를 간편하게 다룰 수 있는 방안을 제안한다. 먼저 유한 물체거리를 갖는 2 반사경계에 대해 자이델 3차의 구면수차계수를 유도한다. 여기서, 유도된 구면수차계수는 고차의 비선형 방정식으로 표현되는데, 그 구성은 설계변수(물체거리, 주경 및 부경의 곡률, 주경과 부경 사이의 거리)와 유효초점거리로 이루어진다. 해석적으로 표현된 고차의 비선형 구면수차 방정식은 컴퓨터를 이용한 수치기법에 의해 근사적인 제로조건을 만족하도록 풀려진다. 이렇게 구해진 다양한 수치 해들을 주의 깊게 통찰하면 주경과 부경의 곡률 간에 선형성이 존재함을 파악할 수 있다. 즉, 결과적으로 주경과 부경의 곡률들을 선형맞춤(linear fitting)하면 곡률선형방정식이 얻어지는데, 이의 의미는 약간의 대수적인 계산으로 최적화의 초기 입력 데이터를 손쉽게 얻을 수 있는 가능성을 제시한 것이다. 한편, 응용외의 순수 수차론적인 관점에서 본다면, 본 연구의 특징은 유한 물체거리를 갖는 2 반사경계의 주경 및 부경의 곡률들이 구면수차가 거의 제로가 되는 조건 하에서 상호간에 선형 관계가 존재하였다는 것이다. In this paper, we propose easily tooling method for Seidel third order aberration, which are not well utilized in actual design process due to the complication of mathematical operation and the difficulty of understanding Seidel third order aberration theory, even though most insightful and systematic means in pre-designing for the initial data of optimization. First, using paraxial ray tracing and Seidel third order aberration theory, spherical aberration coefficient is derived for a two-mirror system with a finite object distance. The coefficient, which is expressed as a higher-order nonlinear equation, consists of design parameters(object distance, two curvatures, and inter-mirror distance) and effective focal length(EFL). Then, the expressed analytical equation is solved by using a computer with numerical analysis method. From the obtained numerical solutions satisfying the nearly zero coefficient condition(<TEX>$<10^{-6}$</TEX>), linear fitting process offers a linear relationship called the curvature linear equation between two mirrors. Consequently, this linear equation has two worthy meanings: the equation gives a possibility to obtain initial design data for optimization easily. And the equation shows linear relationship to a two-mirror system with a finite object distance under the condition of corrected third order spherical aberration.