광학 설계 과정에서 광학 시스템 성능 최적화와 공차 분석은 분리되어 있으며, 이론적으로 성능이 우수한 시스템의 공차는 너무 엄격할 수 있어 광학 시스템의 민감도 저하 설계가 매우 중요하다. 휴대폰 렌즈는 일반적으로 시스템 수차와 전체 길이를 줄이기 위해 짝수 차 비구면을 사용하며, 고차 항의 도입으로 인해 광학 표면의 편차로 인한 화질 저하가 심각하다. 본 논문에서는 짝수 차 비구면을 포함한 휴대폰 렌즈를 대상으로 노드 수차 이론에 기반한 민감도 저하 설계 방법을 제안하였다. 먼저 노드 수차 이론에 따라 짝수 차 비구면의 원뿔 곡면 기초 부분이 편차가 발생할 때 3차 코마 및 난시에 대한 제르니케 계수 변화를 분석하였다. 이후 짝수 차 비구면의 고차 항 부분에서 편차로 인해 발생하는 파면 차 변화를 계산하기 위해 광공 좌표 변환을 통해 편차 상태에서 광학 표면의 광공 지도를 얻고, 광공 좌표 변화에 따라 파면 차 변화를 계산하였다. 마지막으로 짝수 차 비구면 광학 시스템에 적합한 실제 성능 모델을 구축하고, 해당 모델을 이용해 4매 구성의 휴대폰 렌즈를 설계하였다. 공차 분석 결과, 5 μm 편심 및 5′ 경사 공차 범위 내에서 30분간 최적화 후 휴대폰 렌즈의 RMS 파면 차 평균값이 기본 설계 방법 대비 33% 감소하여 제안한 설계 방법의 유효성이 검증되었다.

노드 수차 이론; 민감도 저하 설계; 비구면; 휴대폰 렌즈