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칼날 주사방식을 이용한 중적외선 렌즈의 변조전달함수 측정 장치
Modulation Transfer Function System for a Mid-infrared Lens by Knife-edge Scanning Technique 원문보기

한국광학회지 = Korean journal of optics and photonics, v.22 no.1, 2011년, pp.16 - 22  

송세용 (한남대학교 광.전자물리학과) ,  조재흥 (한남대학교 광.전자물리학과) ,  홍성목 (한국표준과학연구원 우주광학센터) ,  이회윤 (한국표준과학연구원 우주광학센터) ,  이윤우 (한국표준과학연구원 우주광학센터)

초록
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중적외선 결상용 실리콘 렌즈의 변조전달함수(MTF)를 칼날 주사방식으로 측정하는 적외선 MTF 측정장치를 구성하였다. 이를 위하여 반달형 칼날 물체를 사용하여 초점거리 50 mm, F/4인 실리콘 렌즈에 대한 중적외선 파장대인 $3{\sim}5\;{\mu}m$에서의 축상 자오 방향에 대한 MTF를 측정하였다. 이 때 무한 물체를 만들기 위해서 초점거리가 2.545 m인 비축 포물 반사경을 사용하였다. 측정한 MTF는 렌즈의 설계 자료로부터 구한 MTF와 비교한 결과, 7 lp/mm 이하에서 2 % 이내의 MTF 허용오차를 만족하고 있음을 알 수 있었다.

Abstract ▼ AI-Helper 아이콘AI-Helper

We fabricate a measuring system to measure the modulation transfer function (MTF) of a mid-infrared imaging silicon lens by using the knife-edge scanning technique. In particular, we measure on-axial tangential MTF of the silicon lens with the focal length of 50 mm and F-number F/4 in the wavelength...

주제어

#Modulation transfer function   #Edge spread function   #Mid-infrared lens   #Infrared MTF system  

AI 본문요약
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문제 정의

  • 본 논문에서는 국내에서 최초로 적외선 우주망원경에 사용할 중적외선 결상계에 대한 성능평가의 전 단계로서 중적외선용 실리콘 렌즈에 대한 MTF 측정장치를 제안하고 이를 구성하여 MTF를 측정해 보고자 한다. 또한 중적외선의 MTF 측정장치의 분석을 위하여 중적외선 영역에서 광축에 대한 렌즈의 설계 자료로부터 구한 MTF와 측정 장치로부터 구한 MTF를 상호 비교해 보고자 한다.
  • 본 논문에서는 국내에서 최초로 적외선 우주망원경에 사용할 중적외선 결상계에 대한 성능평가의 전 단계로서 중적외선용 실리콘 렌즈에 대한 MTF 측정장치를 제안하고 이를 구성하여 MTF를 측정해 보고자 한다. 또한 중적외선의 MTF 측정장치의 분석을 위하여 중적외선 영역에서 광축에 대한 렌즈의 설계 자료로부터 구한 MTF와 측정 장치로부터 구한 MTF를 상호 비교해 보고자 한다.
  • 본 논문에서는 물체를 무한 물체로 만들어서 측정광학계의 무한거리에 대한 축상 자오방향에 대한 MTF를 측정하기 위하여 피조형 간섭계(Zygo, GPI-XP)에서 나온 수렴광이 비축포물 반사경에 의해서 평행광선이 되도록 하였다. 먼저 이 평행광선의 평행정도에 대한 정렬이 필요하기에 정렬용 기준거울을 MTF 측정용 렌즈가 놓일 자리에 세워서 이 평행광이 되돌아가도록 설치하여 간섭계에서의 피조 간섭무늬를 측정함으로써 정렬과 정렬상태를 측정한다.

가설 설정

  • 그런데 반달모양의 물체가 1장 서론에서 설명한 대로 신호는 강하되 주변에서 들어오는 주변광에 의한 잡음이 큰 단점이 존재한다. 이러한 물체의 산란광에 의한 잡음은 ESF에서 선형적인 감소추세를 갖는 것으로 가정할 수 있는데, 이를 미분한 LSF에서는 일정한 값이 된다.[4]
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
직접주사방식의 장단점은? 직접주사방식은 여러 가지 공간주파수를 가지는 주기적인 격자의 상을 슬릿에 의해 주사하여 상의 변조값을 물체의 변조값으로 나눠서 MTF를 얻는 방법이다.[6] 이 방법은 비교적 측정 시간이 짧은 것이 장점이지만, 정확도가 낮고 측정할 수 있는 공간주파수가 한정되는 것이 단점이다. 이에 반하여 간접주사방식은 핀홀이나 슬릿의 상을 슬릿, 칼날, 혹은 CCD(charge coupled device) 영상검출기나 CMOS(complementary metal oxide semiconductor) 영상검출기에 의해 주사한 후, 이를 푸리에 변환하여 MTF를 얻는 방법이다.
적외선 MTF 측정장치의 측정 방식은? 중적외선 결상용 실리콘 렌즈의 변조전달함수(MTF)를 칼날 주사방식으로 측정하는 적외선 MTF 측정장치를 구성하였다. 이를 위하여 반달형 칼날 물체를 사용하여 초점거리 50 mm, F/4인 실리콘 렌즈에 대한 중적외선 파장대인 $3{\sim}5\;{\mu}m$에서의 축상 자오 방향에 대한 MTF를 측정하였다.
상을 주사하는 주사방식은 어떻게 나뉘어 지는가? 이 중에서 현재까지 많이 사용되고 있는 방법으로는 간섭계를 이용하는 간섭계 방식과 광학계에 의해 맺혀진 상을 주사하는 주사방식이 널리 사용되고 있다.[5] 특히 상을 주사하는 주사방식으로는 직접주사방식(direct scanning method)과 간접주사방식(indirect scanning method)으로 크게 나뉘어져 있다. 직접주사방식은 여러 가지 공간주파수를 가지는 주기적인 격자의 상을 슬릿에 의해 주사하여 상의 변조값을 물체의 변조값으로 나눠서 MTF를 얻는 방법이다.
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참고문헌 (13)

  1. I. W. Lee, Y. W. Lee, H. M. Cho, J. W. Han, H. Y. Lee, J. H. Lee, S. N. Park, B. H. Jeon, J. B. Song, D. J. Shin, S. G. Yun, Y. S. Yu, C. W. Park, H. S. Lee, J. Y. Lee, and B. C. Park, “Development of evaluation technology for precision optical system,” KRISS/IR-2001-091, KRISS, Daejeon (2001). 

  2. S. M. Hong, Ph. D. Thesis, “Modulation transfer function measurement for imaging optics systems by using square objects and its applications,” Daejeon (2009), pp. 9-30. 

  3. J. S. Song, Ph. D. Thesis, “Real-time measurement of polychromatic optical transfer function and its applications,” Daejeon (2003), pp. 1-24. 

  4. H. M. Cho, Y. W. Lee, J. B. Song, H. Y. Lee, J. H. Lee, I. W, Lee, and T, H. Park, “Image evaluation of optical systems,” KRISS-98-104-MO, KRISS, Daejeon (1998). 

  5. H. M. Cho, Y. W. Lee, I. W. Lee, S. T. Lee, and J. U. Lee, “Modulation transfer function measurement of a linear charge coupled device imager by using a knife-edge scanner,” Hankook Kwanghak Hoeji 6, 173-177 (1995). 

  6. D. Malacara, Optical Shop Testing, 3rd ed. (A John Wiley & Sons, Inc., New York, USA, 2007), Chapter 14. 

  7. J. S. Song, Y. W. Lee, I. W. Lee, and J. H. Jo, “Polychromatic modulation transfer function analysis of color LCD,” Proc. SPIE 4927, 404-412 (2002). 

    crossref

  8. J. S. Song, J. H. Jo, S. M. Hong, Y. W. Lee, H. S. Yang, and I. W. Lee, “Image quality assessment of color LCD monitors by polychromatic modulation transfer function,” Hankook Kwanghak Hoeji 16, 63-70 (2005). 

    원문보기 상세보기 crossref

  9. S. M. Hong, J. H. Jo, Y. W. Lee, H. Y. Lee, H. S. Yang, and I. W. Lee, “Development of an equipment for measuring the MTF of camera phone lenses,” Hankook Kwanghak Hoeji 18, 31-36 (2007). 

    원문보기 상세보기 crossref

  10. A. P. Tzannes and J. M. Mooney, “Measurement of the modulation transfer function of infrared cameras,” Opt. Eng. 34, 1808-1817 (1995). 

    상세보기 crossref

  11. G. C. Holst, Testing and Evaluation of Infrared Imaging Systems, 2nd ed. (SPIE Press, Bellingham, USA, 1998), Chapter 8. 

  12. G. D. Boreman, Modulation Transfer Function in Optical and Electro-optical Systems (SPIE Press, Washington, USA, 2001), Chapter 2. 

  13. C. J. Hutchinson, J. P. Jennings, C. Lewis, and G. N. Turner, “An automated MTF measurement system for use in the 8~12 ${\mu}m$ spectral region,” J. Phys. E 14, 846-850 (1981). 

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