[논문]액체와 투과형 편향법을 이용한 광학부품의 굴절률 분포 측정

신상훈; 유영훈

doi:10.3807/kjop.2014.25.6.326

액체와 투과형 편향법을 이용한 광학부품의 굴절률 분포 측정
Determining the Refractive Index Distribution of an Optical Component Using Transmission Deflectometry with Liquids 원문보기

한국광학회지 = Korean journal of optics and photonics, v.25 no.6, 2014년, pp.326 - 333

초록
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액체 속에 담긴 시료를 투과형 편향법을 이용하여 3차원 형상을 측정하고 시료의 굴절률 분포를 측정하였다. 편향법은 면적이 비교적 크고 거울과 같이 산란이 거의 없는 물체의 3차원 측정을 하는데 유용하다. 편향법을 통해 얻은 왜곡 무늬로부터 위상과 기울기를 구하기 위해 위상이동법과 시간추적 위상펼침 (TPU:Temporal Phase Unwrapping) 방법을 이용하였고, 구한 기울기로부터 높이를 구하기 위해 최소자승법을 이용하였다. 굴절률 분포 측정을 위해 2개의 유체를 이용하였다. 전산기 시늉과 실험결과 액체를 이용한 투과형 편향법을 이용하여 시료내의 굴절률 분포를 측정 할 수 있음을 확인하였다.

Abstract ▼ AI-Helper

Phase-measuring deflectometry is a full-field gradient measuring technique that lends itself very well to testing specular optical surfaces. We have measured the deformation of the surface of a lens by transmission deflectometry with liquids. In this study, a method is proposed for measuring the refractive index distribution of a transparent object component. The proposed method combines transmission deflectometry with liquids. The deformed fringe patterns of a sample immersed in different fluids are recorded, and then the three-dimensional phase information of the sample is reconstructed numerically. We have used phase-shifting and temporal phase-unwrapping methods to retrieve the phase from the measured deformed fringe pattern, and we have used a least-squares method to find the height information of the specular surface from the calculated slope. In particular, we have proposed a theoretical model for determining the refractive index of sample and planar convex lens are demonstrated experimentally.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

본 연구에서는 굴절률이 다른 2개의 액체와 투과형 편향법을 이용하여 굴절률 정보를 모르는 경우, 렌즈의 굴절률 값 분포를 측정 하는 방법에 대하여 연구하였다.

가설 설정

(b) 내의 점선부분의 프로화일이다.
7(f)는 Fig. 7(c)내의 점선부분에 대한 굴절률 분포 프로화일이다. 굴절률 분포가 1.

제안 방법

그리고 단일 파장의 문양을 조사하기 위해 LCD 패널내의 광원을 사용하지 않고 외부에서 중심 파장이 630 nm인 LED를 백라이트로 사용하여 문양을 형성하였고, 사용한 LCD 디스플레이 패널은 AT070TN92이다. TPU 와 위상이동 방법을 이용한 위상의 기울기 측정을 위하여 LCD에 표시되는 문양의 주기(p)를 88 mm, 44 mm, 22 mm, 11 mm, 5.5 mm 로 하였고, 각각의 주기에서 문양을 p/4 씩 이동 시키면서 영상을 획득하였다. Figure 6과 Figure 7은 굴절률 분포를 측정 한 실험 결과이다.
그러므로 사출 광학기기의 정확한 굴절률 값과 3차원 형상 측정이 필수적이다. 본 연구에서는 형상 측정을 위해 외부환경이 덜 민감한 투과형 편향법을 이용하였고, 굴절률 분포 측정을 위해 2개의 유체를 (공기와 물) 이용하였다. 전산기 시늉과 실험결과 액체를 이용한 투과형 편향법을 이용하여 시료내의 굴절률 분포를 측정 할 수 있음을 확인하였다.

대상 데이터

3)과 공기를 사용하였다. 그리고 단일 파장의 문양을 조사하기 위해 LCD 패널내의 광원을 사용하지 않고 외부에서 중심 파장이 630 nm인 LED를 백라이트로 사용하여 문양을 형성하였고, 사용한 LCD 디스플레이 패널은 AT070TN92이다. TPU 와 위상이동 방법을 이용한 위상의 기울기 측정을 위하여 LCD에 표시되는 문양의 주기(p)를 88 mm, 44 mm, 22 mm, 11 mm, 5.
Figure 5는 실험장치의 도식도이다. 시료는 초점 거리가 250 mm, 지름이 50 mm, BK7 볼록렌즈(PCV:Planar Convex)를 사용하였다. 액체는 물(굴절률=1.
시료는 초점 거리가 250 mm, 지름이 50 mm, BK7 볼록렌즈(PCV:Planar Convex)를 사용하였다. 액체는 물(굴절률=1.3)과 공기를 사용하였다. 그리고 단일 파장의 문양을 조사하기 위해 LCD 패널내의 광원을 사용하지 않고 외부에서 중심 파장이 630 nm인 LED를 백라이트로 사용하여 문양을 형성하였고, 사용한 LCD 디스플레이 패널은 AT070TN92이다.

이론/모형

본 연구에서는 위상이동방법을 이용하여 Φ(x,y)를 측정하였다.
일반적인 편광해석법방법과 간섭방법은 시료의 한 위치에서 굴절률을 측정한다. 시료의 2차원 굴절률 측정을 위해서는 2차원 스캐닝 방법을 이용하여 정밀한 2차원 굴절률 측정을 할 수 있다. 그러나 2차원 스캐닝 방법을 이용한 굴절률 측정 방법은 측정 시간이 매우 긴 단점이 있다.
이렇게 측정한 Φ(x,y)는 wrapped 위상으로 시료의 기울기를 얻기 위해서는 위상 펼침을 하여야 한다. 위상 펼침 방법에는 경로추적법 (Path-following Phase unwrapping)과 시간추적법 (Temporal Phase Unwrapping) 방법이 있는데, 시간 추적법이 상대적으로 잡음에 덜 민감하여 본 연구에서는 시간추적 위상펼침을 이용하였다^[15-17]. 즉 위상의 기울기를 위상이동방법과 위상 펼침을 이용하여 얻고, 이로부터 시료의 기울기 데이터를 얻을 수 있으며, 이를 이용하여 식 (3)과 같이 최소자승법을 이용하여 시료의 3차원 형상을 계산할 수 있다^[18-20].

성능/효과

굴절률 분포가 1.5153±0.0015 로 측정 되었고, 시료 내에서 일정한 굴절률 분포를 갖는 것을 확인 할 수 있다.
50508 (@633 nm) 와 매우 유사함을 알 수 있다. 이로부터 유체를 이용한 편향법을 이용하여 시료의 굴절률 분포를 측정 할 수 있음을 확인할 수 있다. 이번 연구에서는 실제 굴절률이 다른 시료에 대해서는 실험하지 못하였는데, 이는 추후 펨토 펄스레이저를 이용하여 투명한 광학 부품 내에 굴절률 변화를 주어 시료를 제작하여 실험 할 것이다.
본 연구에서는 형상 측정을 위해 외부환경이 덜 민감한 투과형 편향법을 이용하였고, 굴절률 분포 측정을 위해 2개의 유체를 (공기와 물) 이용하였다. 전산기 시늉과 실험결과 액체를 이용한 투과형 편향법을 이용하여 시료내의 굴절률 분포를 측정 할 수 있음을 확인하였다.

후속연구

이로부터 유체를 이용한 편향법을 이용하여 시료의 굴절률 분포를 측정 할 수 있음을 확인할 수 있다. 이번 연구에서는 실제 굴절률이 다른 시료에 대해서는 실험하지 못하였는데, 이는 추후 펨토 펄스레이저를 이용하여 투명한 광학 부품 내에 굴절률 변화를 주어 시료를 제작하여 실험 할 것이다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	굴절률 측정 방법 중 가장 정밀한 방법은 무엇인가?	굴절률 측정 방법은 많이 알려져 있다[3-8]. 그 중 가장 정밀하게 측정 할 수 있는 방법은 편광해석법 (ellipsometry) 방법과 간섭을 이용하는 방법이다. 일반적인 편광해석법방법과 간섭방법은 시료의 한 위치에서 굴절률을 측정한다.
	투과형 편향법은 무엇을 측정하는데 유용한가?	액체 속에 담긴 시료를 투과형 편향법을 이용하여 3차원 형상을 측정하고 시료의 굴절률 분포를 측정하였다. 편향법은 면적이 비교적 크고 거울과 같이 산란이 거의 없는 물체의 3차원 측정을 하는데 유용하다. 편향법을 통해 얻은 왜곡 무늬로부터 위상과 기울기를 구하기 위해 위상이동법과 시간추적 위상펼침 (TPU:Temporal Phase Unwrapping) 방법을 이용하였고, 구한 기울기로부터 높이를 구하기 위해 최소자승법을 이용하였다.
	편향법이 간섭법과 다른 점은?	편향법은 투과형과 반사형이 있는데 둘다 기준 패턴 모양이 시료에 의해 변형된 모양을 분석하여 시료의 3차원 형상을 측정하는 방식이다. 그리고 편향법은 일반적인 3차원 측정법, 즉 간섭법 혹은 모아레법과는 달리 시료의 높이를 직접 측정하는 것이 아니고, 시료의 국소적 기울기를 구하고 이를 적분 혹은 least square 방법을 이용하여 시료의 형상을 측정하는 방식이다.

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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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