광학 설계 과정에서 광학 시스템 성능 최적화와 공차 분석은 분리되어 있으며, 이론상 성능이 우수한 시스템의 공차는 지나치게 엄격할 수 있으므로 광학 시스템의 내성 설계가 매우 중요합니다. 휴대폰 렌즈는 일반적으로 쌍수 비구면을 사용하여 시스템 수차와 전체 길이를 줄이는데, 고차항의 도입은 광학 표면의 오정렬로 인한 상질 저하를 심각하게 만듭니다. 본 논문에서는 쌍수 비구면이 포함된 휴대폰 렌즈를 대상으로 노드 수차 이론을 기반으로 한 내성 설계 방법을 제안합니다. 먼저, 노드 수차 이론에 따라 쌍수 비구면의 원뿔 곡면 기저 부분이 오정렬될 때 3차 코마와 난시의 Zernike 계수 변화를 분석하였습니다. 이후, 쌍수 비구면의 고차항 부분이 오정렬로 인해 도입하는 파면 수차 변화량을 계산하기 위해 광공 좌표 변환을 통해 오정렬 상태의 광학 표면 광공도를 얻고, 광공 좌표 변화를 기반으로 파면 수차 변화량을 산출하였습니다. 마지막으로, 쌍수 비구면 광학 시스템에 적용 가능한 실제 성능 모델을 구축하고 이를 이용해 4매 구성의 휴대폰 렌즈를 설계하였습니다. 공차 분석 결과, 5 μm 편심 및 5′ 경사 공차 범위 내에서 30분 최적화 후 휴대폰 렌즈의 RMS 파면 수차 평균값이 기본 설계 방법 대비 33% 감소하여 본 논문에서 제안한 설계 방법의 유효성을 검증하였습니다.

노드 수차 이론;내성 설계;비구면;휴대폰 렌즈