[논문]경로길이 불일치 간섭계를 이용한 대구경 광학계의 MTF 측정과 파면오차 검사

송종섭; 조재흥; 이윤우; 송재봉; 양호순; 이인원

doi:10.3807/kjop.2005.16.1.050

[국내논문] 경로길이 불일치 간섭계를 이용한 대구경 광학계의 MTF 측정과 파면오차 검사
MTF and wavefront error testing of large aperture optical system using unequal path interferometer 원문보기

한국광학회지 = Korean journal of optics and photonics, v.16 no.1, 2005년, pp.50 - 55

송종섭 ((주)삼성전기 광사업부 광모듈사업팀 광모듈개발그룹) , 조재흥 (한남대학교 이과대학 광·전자물리학과) , 이윤우 (한국표준과학연구원 광도영상그룹) , 송재봉 (한국표준과학연구원 광도영상그룹) , 양호순 (한국표준과학연구원 광도영상그룹) , 이인원 (한국표준과학연구원 광도영상그룹)

초록
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기준광과 탐사광의 경로길이가 매우 크게 차이가 나는 경로길이 불일치 간섭계(unequal path interferometer)를 이용한 직경 300mm 카세그레인 형태의 인공위성 망원경과 같은 대구경 광학계의 변조전달함수(modulation transfer function : MTF)와 파면오차를 동시에 측정하는 방법을 제안하고 이를 실험적으로 확인하였다. 이러한 경로불일치 간섭계를 이용한 측정시스템에서 필요한 평행한 시준광을 만들기 위해서 쌍방향 층밀리기 간섭계를 사용하였으며, 파면오차를 측정하기 위해서 직경 400 mm인 비축 포물경을 사용하는 긴 광경로차의 대구경 피조우 간섭계를 사용하였다. 또한 회전하는 확산판을 이용하여 레이저 광을 부분가간섭광으로 바꿈으로써 피조우 간섭계의 파장으로부터 쉽게 MTF를 측정할 수 있었다.

Abstract ▼ AI-Helper

A method for measuring the wavefront error and the modulation transfer function(MTF) of large aperture optics using an unequal path interferometer is presented. A bidirectional shearing interferometer is used for collimation testing of the measurement system. A large aperture Fizeau interferometer with long optical path difference measures the wavefront error of the optics under test by using a $\Phi$ 400 mm off-axis parabolic mirror. The MTF is also measured at the wavelength of the interferometer by changing the laser light into partially incoherent light. Test results of a $\Phi$ 300 mm Cassegrain type satellite telescope made in Korea are presented.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

본 논문에서는 측정시 사용하는 광학계의 모든 위치들을 바꾸지 않고 기존의 소형 피조우 간섭계와 직경 400 mm인 비축 포물경만을 사용하여 국내에서 제작한 직경 300 mm 카세그레인 형태의 인공위성 망원경에 사용할 대구경 광학계의 파면오차와 MTF를 모두 측정할 수 있는 방법을 제안하고 이를 실험적으로 보여주고자 한다. 이를 위해서 먼저 쌍방향 층밀리기 간섭계를 사용하여 비축 포물경을 사용한 평행광을 만들어야 한다.
3 에서 공간주파수가 34 /p/mm로 측정되었다. 앞으로 보다 직경이 큰 광학계의 파면오차와 MTF를 측정하기 위해서 보다 더 큰 대구경 시준기를 개발하고자 하며, MTF와 파면 오차를 동시에 측정하는 장치로 개선하고자 한다.

가설 설정

4 mm의 작은 구경의 쌍방향 층밀리기 간섭계(bi-directional shearing interferometer)# 사용하였다.[8] 레이저광이 평행광으로 시준된다면 쌍방향 층밀리기 간섭무늬들은 서로 평행이 된다. 그림 4는 이 쌍방향 층밀리기 간섭계에 의한 직경 400 mm의 비축 포물경의 시준된 결과로 비축 포물경의 중 앙 부분과 상하좌우 4군데를 포함한 총 5군데의 층밀리기 간 섭무늬를 보여주며, 그림에서 보듯이 5군데 모두에서 간섭무늬의 상하가 서로 완전히 평행이므로 비축 포물경은 완벽한 시준이 이루어졌음을 알 수 있다.

제안 방법

5이며, 간섭무늬 형태는 자동적으로 기록이 된다. 검사할 광학계의 선확산함수는 칼날 주사장치로 측정하며, 이 칼날 주사장치를 포함한 모든 측정장치는 마이크로 컴퓨터로 조절한다. 또한 지속적으로 시준 정도를 점검하기 위해서 그림 1에서 설명한 시험검사용 광학계 앞에 정렬용 평면경을 설치하였다.
계통오차를 보정하고 모든 측정을 자동화한 경로길이 불일 치 간섭계로 국내에서 제작한 직경 300 mm의 카세그레인식 위성용 망원경의 파면오차와 MTF를 측정하였다. 그림 7은 이 망원경의 간섭무늬를 피조우 간섭계로 측정한 간섭무늬 (오른쪽 아래)와 망원경의 파면수차를 파장단위의 높이변화 로 보여주는 것(위쪽 좌, 우)이다.
슬릿물체의 선확산함수를 측정하 기 위하여 피조우 간섭계에서 사용하는 레이저광을 부분가간 섭관으로 바꾸고자 회전확산판을 사용하였다. 그리고 MTF 측 정장치의 자동화를 위하여 릴레이 렌즈와 2차원 CCD를 이 용한 실시간 상분석기를 구성하고 MTF 측정용 프로그램을 개발하였다. 이렇게 개발한 측정장치로 국내에서 제작한 직 경 300 mm인 카세그레인식 위성용 망원경의 파면오차와 MTF를 측정한 결과, 실험값은 CCD 카메라의 Nyquist 주파 수인 71.
대구경 광학계의 파면오차와 MTF를 측정하기 위해서 직 경 400 mm의 비축 포물경으로 만든 시준기와 상용의 피조 우 간섭계를 이용하여 긴 경로차를 갖는 경로길이 불일치 간 섭계를 구성하였다. 측정장치의 시준 정도를 검사하기 위해 서 쌍방향 층밀리기 간섭계로 시준기를 정밀하게 정렬하고, 계통오차들을 분석하였다.
망원경의 MTF를 측정하기 전에 망원경이 장착된 상태에 서 정렬을 최적화하기 위하여 시준기의 defocus에 따른 파면 오차와 MTF변화정도를 측정하여 가장 정렬이 잘된 상태를 구성하였다. 그림 8은 이러한 상태의 측정장치를 최대한도로 눈으로 잘 정렬한 상태의 위치를 중심으로 상분석기(그림 1 (a) 부분) 또는 칼날주사장치(그림 1(b)부분)의 위치를 앞뒤 (앞이 +, 뒤가 -임)로 최대 2000 wn까지 움직이면서 그림 9 에서 보여주는 defocus 위치((a)부터 (i)까지)에 따라 측정한 간섭무늬 사진들이다.
측정장치의 시준 정도를 검사하기 위해 서 쌍방향 층밀리기 간섭계로 시준기를 정밀하게 정렬하고, 계통오차들을 분석하였다. 슬릿물체의 선확산함수를 측정하 기 위하여 피조우 간섭계에서 사용하는 레이저광을 부분가간 섭관으로 바꾸고자 회전확산판을 사용하였다. 그리고 MTF 측 정장치의 자동화를 위하여 릴레이 렌즈와 2차원 CCD를 이 용한 실시간 상분석기를 구성하고 MTF 측정용 프로그램을 개발하였다.
109 X이다. 이러한 계통오차 때문에 생긴 파면수차를 보정을 한 후에 표준렌즈(SIRA, 50 mm plano-convex, f/8)를 이용하여 측정장치의 MTF를 분석한다. MTF는 그림 1(a)와 (b)의 장치를 가지고 측정하며, MTF의 오차는 파장 632.
대구경 광학계의 파면오차와 MTF를 측정하기 위해서 직 경 400 mm의 비축 포물경으로 만든 시준기와 상용의 피조 우 간섭계를 이용하여 긴 경로차를 갖는 경로길이 불일치 간 섭계를 구성하였다. 측정장치의 시준 정도를 검사하기 위해 서 쌍방향 층밀리기 간섭계로 시준기를 정밀하게 정렬하고, 계통오차들을 분석하였다. 슬릿물체의 선확산함수를 측정하 기 위하여 피조우 간섭계에서 사용하는 레이저광을 부분가간 섭관으로 바꾸고자 회전확산판을 사용하였다.

대상 데이터

그림 2는 그림 1의 실험장치도에 따라 설치한 측정장치의 사진이다. 실험에 사용한 광원은 피조우 간섭계에 부착된 He-Ne 레이저이며, 본 실험에서 가장 중요한 비축 포물경의 면정밀도는 꼭대기와 바닥(peak to valley : PV)값으로 약 0.05 μm이다. 피조우 간섭계에서 사용한 투과형 기준구의 F-값은 f/7.

성능/효과

이 그림의 결과는 그림 1의, （a）부분인 상분석기를 사용하여 실시간으로 구한 것이다. 그림에서 보듯이 실험값 （사각형 점）은 CCD 카메라의 Nyquist 주파수인 71.4 ㅣlp/mm 이하의 공간주파수에서는 망원경 설계시 주어진 이론값（흐 린 실선）과 + 3% 이하의 정확도로 일치하며, MTF = 0.3에 서 공간주파수가 34 lp/mm로 측정되었다. 그리고 이 측정값 은 회절한계로 주어진 MTF（굵은 실선）보다 전 주파수 영역 에서 낮게 나왔다.
그림에서 보듯이 최 대 MTF 값은 그림 9와는 약간 다른 defocus/]- -100 Jim 근 처에서 생기는데, 이는 그림 1의 실험장치에서 보듯이 MTF 를 측정하는 (a) 또는 (b) 부분들을 간섭무늬를 보기 위해서는 (c) 부분으로 교체해야 하는데 이 과정에서 정렬이 미세 하게 어긋나기 때문으로 추정된다. 이 두 가지 경우를 모두 보아도 본 논문에서 사용한 매우 긴 초점거리(약 4000 mm) 를 갖는 시준기의 경우에 있어서는 정렬에 매우 둔감하다는 것을 알 수 있으며, 간섭계를 사용하여 ±100 lim의 defocus 로 정밀하게 정렬할 수 있음을 알 수 있다 이 경우 시준기 의 파면오차는 약 0.02 urn (RMS)이다.
그리고 MTF 측 정장치의 자동화를 위하여 릴레이 렌즈와 2차원 CCD를 이 용한 실시간 상분석기를 구성하고 MTF 측정용 프로그램을 개발하였다. 이렇게 개발한 측정장치로 국내에서 제작한 직 경 300 mm인 카세그레인식 위성용 망원경의 파면오차와 MTF를 측정한 결과, 실험값은 CCD 카메라의 Nyquist 주파 수인 71.4 /p/mm 이하의 공간주파수에서는 망원경 설계시 주어진 이론값과 * 3% 이하의 정확도로 일치하였으며 MTF = 0.3 에서 공간주파수가 34 /p/mm로 측정되었다. 앞으로 보다 직경이 큰 광학계의 파면오차와 MTF를 측정하기 위해서 보다 더 큰 대구경 시준기를 개발하고자 하며, MTF와 파면 오차를 동시에 측정하는 장치로 개선하고자 한다.

참고문헌 (10)

Y. S. Kim, 'Developing an Optical Testing Method for Space Telescopes', J. of the Optical Society of Korea, 5(3), pp. 70-75, 2001

원문보기 상세보기
J. W. Goodman, Introduction to Fourier Optics, McGraw-Hill Book Company, San Francisco, 1996
T. L. Williams, The Optical Transfer Function of Imaging Systems, Sira Electro-Optics Ltd, Kent, Uk, 1999
K. R. Barnes, M. Sc., The Optical Transfer Function, American Elsevier Publishing Company, Inc., New York, 1971
D. N. Sitter, J. S. Goddard, and R. K. Ferrell, 'Method for the measurement of the modulation transfer function of sampled imaging systems from bar-target patterns', Applied Optics, 34(4), pp. 746-751, 1995

상세보기
Y. W. Lee, H. M. Cho, and I. W. Lee, 'Half-aperture shearing interferometer for collimation testing', Opt. Eng. 32(11), pp. 2837-2840, 1993

상세보기
D. Malacara, Optical Shop Testing, John Wiley & Sons, Inc., New York, 1978
D. Malacara, M. Servin, Z. Malacara, Interferogram Analysis for Optical Testing, Marcel Dekker, Inc., New York, 1998
Joseph W. Goodman, 'Introduction to Fourier Optics; 2nd ed.' (McGRAW-HILL, Singapore, 1996) pp. 137-139
송종섭, 조재흥, 이윤우, 조현모, 이인원, '다색광전달 함수를 사용한 컬러 LCD 모니터의 광학적 상평가법', 한국광학회지, 제16권 1호, 게재예정, 2005

저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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