KR101219383B1 - 광학계 성능 측정 장치 및 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 성능 측정의 대상이 되는 광학계의 수광부 인근에 배치되는 피사체 및 상기 피사체에 광을 조사하는 광원과, 상기 피사체에 조사되어 피사체를 거친 광을 집광하는 집광렌즈와, 상기 집광렌즈에 의해 집광된 광을 수광받아 상기 광학계의 수광부 측으로 조사하여 조사된 광이 광학계를 통과하도록 하는 광 분할기(Beam Splitter)와, 상기 광학계의 수광부와 대향되는 반대편에 배치되어 광학계를 통과한 광을 반사시켜 광학계로 재차 통과시키는 미러(mirror)와, 상기 광학계의 수광부 측에 배치되어 광학계를 재차 통과한 광을 수광받아 상기 피사체를 이미징하는 이미지센서를 포함하여 구성되어, 상기 이미지센서에 이미징된 피사체의 선명도를 판별함에 의해 상기 광학계의 성능을 측정하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면, 피사체, 집광렌즈 및 미러를 별도의 구동수단에 의해 회동 또는 이송시키면서 광학계의 성능을 측정함으로써 광학계의 필드별 성능을 손쉽게 측정할 수 있는 효과가 있다.

Description

광학계 성능 측정 장치 및 방법 {MEASUREMENT DEVICE FOR PERFORMANCE OF OPTICAL SYSTEM AND METHOD THEREOF}

본 발명은 광학계 성능 측정 장치 및 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 피사체, 집광렌즈 및 미러를 별도의 구동수단에 의해 회동 또는 이송시키면서 광학계의 성능을 측정함으로써 광학계의 필드별 성능을 손쉽게 측정할 수 있는 광학계 성능 측정 장치 및 방법에 관한 것이다.

일반적으로, 광학계의 성능을 측정하는 방법은 성능 측정의 기준이 되는 피사체에 광을 조사하고 피사체를 거친 광을 평행광 생성기에 의해 평행광으로 변환시킨 후, 이를 성능 측정 대상인 광학계로 통과시키고 통과된 광이 이미지센서에 이미징되면 이미지센서에 이미징된 피사체의 선명도를 판별하여 광학계의 성능을 측정하고 있다.

상기와 같은 종래 광학계의 성능을 측정하는 장치는, 도 1에 도시된 바와 같이, 피사체(10)와, 피사체(10)에 광을 조사하는 광원(20)과, 피사체(10)를 거친 광을 평행광으로 변환시켜주는 평행광 생성기(30)를 포함하여 구성된다.

상기와 같이 구성되는 종래 광학계 성능 측정 장치는 광원(20)이 피사체(10)에 광을 조사하면, 조사된 광이 피사체(10)를 거치게 되고, 피사체(10)를 거친 광은 평행광 생성기(30)에 의해 평행광으로 변환되어 광학계(40)를 통과하게 된다. 광학계(40)를 통과한 광은 광학계(40)의 초점면 상에 위치된 이미지센서(50)로 수광되고 이에 의해 이미지센서(50)에 피사체(10)가 이미징된다. 이때, 광학계(40)는 다방향으로 회동되어 광학계(40)의 필드별 성능을 측정할 수 있게 된다. 상기와 같이 이미지센서(50)에 이미징된 피사체(10)의 선명도를 판별함으로써 광학계(40)의 성능을 측정하게 되는 것이다.

상기와 같은 종래 광학계의 성능을 측정하는 장치는 광학계를 직접 다방향으로 회동시켜야 하기 때문에, 대구경의 광학계의 경우 쉽게 회동시킬 수 없어 원활한 성능 측정을 할 수 없는 문제점이 있었다.

또한, 종래에는 광원, 피사체, 평행광 생성기 및 광학계가 일렬로 배열된 상태로 광학계의 성능을 측정하기 때문에 광학계 성능 측정 장치의 부피가 커지게 되어 설치공간이 많이 필요하게 되는 문제점이 있었다.

또한, 종래에는 피사체와 평행광 생성기가 고정된 상태에서 성능을 측정하므로, 광학계의 성능 측정을 다양한 배치에 의해 수행하기 어려운 문제점이 있었다.

또한, 종래에는 고가의 평행광 생성기가 필요하기 때문에 실험 비용이 많이 들게 되는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 피사체, 집광렌즈 및 미러를 별도의 구동수단에 의해 회동 또는 이송시키면서 광학계의 성능을 측정함으로써 광학계의 필드별 성능을 손쉽게 측정할 수 있는 광학계 성능 측정 장치 및 방법을 제공하는 것이다.

상기 목적은 본 발명에 따라, 성능 측정의 대상이 되는 광학계의 수광부 인근에 배치되는 피사체 및 상기 피사체에 광을 조사하는 광원과, 상기 피사체에 조사되어 피사체를 거친 광을 집광하는 집광렌즈와, 상기 집광렌즈에 의해 집광된 광을 수광받아 상기 광학계의 수광부 측으로 조사하여 조사된 광이 광학계를 통과하도록 하는 광 분할기(Beam Splitter)와, 상기 광학계의 수광부와 대향되는 반대편에 배치되어 광학계를 통과한 광을 반사시켜 광학계로 재차 통과시키는 미러(mirror)와, 상기 광학계의 수광부 측에 배치되어 광학계를 재차 통과한 광을 수광받아 상기 피사체를 이미징하는 이미지센서를 포함하여 구성되어, 상기 이미지센서에 이미징된 피사체의 선명도를 판별함에 의해 달성된다.
또한, 상기 피사체, 집광렌즈 및 미러에 각각 설치되어 피사체, 집광렌즈 및 미러를 다방향으로 회동 또는 이송시키는 제1 내지 제3 구동수단을 더 포함하며, 상기 제1 내지 제3 구동수단은 스텝모터 또는 실린더로 마련될 수 있다.
또한, 광학계 성능 측정 장치를 이용하여 광학계의 성능을 측정하는 방법에 있어서, (a) 상기 광원이 피사체에 광을 조사하는 단계와, (b) 상기 집광렌즈가 피사체를 거친 광을 집광시키는 단계와, (c) 상기 광 분할기가 집광렌즈에 의해 집광된 광을 수광받아 광학계로 조사하는 단계와, (d) 상기 미러를 제3 구동수단에 의해 회동 또는 이송시키는 단계와, (e) 상기 미러가 광학계를 통과한 광을 반사시켜 광학계로 재차 통과시키는 단계와, (f) 상기 광학계를 재차 통과한 광이 광 분할기를 거쳐 이미지센서로 수광되어 이미징되는 단계와, (g) 상기 이미지센서에 이미징된 피사체의 선명도를 판단하는 단계를 포함할 수 있다.
또한, 상기 단계 (a) 전, (h) 상기 제1 구동수단 및 제2 구동수단에 의해 상기 피사체 및 집광렌즈를 회동 또는 이송시키는 단계를 더 포함할 수 있다.
또한, 광학계 성능 측정 장치를 이용하여 광학계의 성능을 측정하는 방법에 있어서, (a) 상기 제1 구동수단 및 제2 구동수단에 의해 피사체 및 집광렌즈를 회동 또는 이송시키는 단계와, (b) 상기 광원이 피사체에 광을 조사하는 단계와, (c) 상기 집광렌즈가 피사체를 거친 광을 집광시키는 단계와, (d) 상기 광 분할기가 집광렌즈에 의해 집광된 광을 수광받아 광학계로 조사하는 단계와, (e) 상기 미러가 광학계를 통과한 광을 반사시켜 광학계로 재차 통과시키는 단계와, (f) 상기 광학계를 재차 통과한 광이 광 분할기를 거쳐 이미지센서로 수광되어 이미징되는 단계와, (g) 상기 이미지센서에 이미징된 피사체의 선명도를 판단하는 단계를 포함할 수 있다.
또한, 상기 단계 (d) 후, (h) 상기 미러를 제3 구동수단에 의해 회동 또는 이송시키는 단계를 더 포함할 수 있다.

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이에 의해, 본 발명은 다음과 같은 효과를 갖는다.

첫째, 본 발명은 피사체, 집광렌즈 및 미러를 별도의 구동수단에 의해 회동 또는 이송시켜 광학계의 필드별 성능을 측정하기 때문에, 대구경의 광학계의 경우에도 손쉽게 필드별 성능을 측정할 수 있는 효과가 있다.

둘째, 본 발명은 광원, 피사체 및 집광렌즈를 광학계의 수광부 측에 배치하여 광학계 성능 측정 장치의 부피를 줄여줌으로써, 작은 설치공간에서도 성능 측정 시험을 실시할 수 있는 효과가 있다.

셋째, 본 발명은 피사체, 집광렌즈 및 미러를 다양한 방향으로 회동 또는 이송시켜 광학계의 필드별 성능을 측정하기 때문에, 다양한 배치에 의한 광학계의 성능을 측정할 수 있는 효과가 있다.

넷째, 본 발명은 고가의 평행광 생성기 없이 광학계의 필드별 성능을 측정하기 때문에, 이에 따른 비용이 절감되는 효과가 있다.

도 1은 종래 기술에 대한 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 광학계 성능 측정 장치의 개념도이다.
도 3 및 도 4는 본 발명에 따른 광학계 성능 측정 장치의 작동 상태도이다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 상세하게 설명한다.

첨부된 도면은 본 발명의 예시적인 형태를 도시한 것으로, 이는 본 발명을 보다 상세히 설명하기 위해 제공되는 것일 뿐, 이에 의해 본 발명의 기술적인 범위가 한정되는 것은 아니다.

본 발명에 따른 광학계 성능 측정 장치는, 도 2에 도시된 바와 같이, 성능 측정을 위한 광학계(100)와, 광학계(100)의 수광부 인근에 배치되는 피사체(200) 및 피사체(200)에 광을 조사하는 광원(210)과, 피사체(200)에 조사되어 피사체(200)를 거친 광을 집광시키는 집광렌즈(220)와, 집광렌즈(220)에 의해 집광된 광을 수광받아 광학계(100)로 조사하는 광 분할기(Beam Splitter)(300)와, 광학계(100)를 통과한 광을 반사시켜 광학계(100)로 재차 통과시키는 미러(400)와, 광학계(100)를 재차 통과한 광을 수광받아 이미징하는 이미지센서(500)를 포함하여 구성된다.

먼저, 광학계(100)는 성능 측정의 대상이 되는 것으로 성능 측정을 할 광학계를 말한다. 이 광학계(100)는 소구경 또는 대구경의 광학계를 모두 포함하지만, 본 실시예에서는 대구경 광학계의 성능 측정을 실시하는 것을 일 예로 설명한다.

그리고, 광원(210)은 일반적으로 널리 사용되는 광 발생기로, 광학계(100)의 수광부 인근에 배치되어 그 인근에 위치한 피사체(200)에 광을 조사한다. 피사체(200)는 성능 측정의 기준이 되는 물체로서, 에지(edge) 형태로 형성된다.

그리고, 집광렌즈(220)는 피사체(200)를 거친 광을 집광시켜 주는 렌즈로서, 피사체(200)의 전방 측에 배치된다.

한편, 광 분할기(300)는 집광렌즈(220)에 의해 집광된 광을 광학계(100)로 조사하는 장치로서, 광학계(100)와 집광렌즈(220)의 사이에 배치된다. 이 광 분할기(300)는 광학계(100)로 조사된 광이 미러(400)에 의해 반사되어 광학계(100)를 재차 통과하면 이를 수광하여 이미지센서(500)로 보내주는 역할도 하게 된다. 광 분할기(300)는 일반적으로 광을 나눠주고 합쳐주는 빔스플리터(Beam Splitter)로 마련되지만, 광학계(100)로 조사된 광과 미러(400)에 의해 반사되어 광학계(100)를 재차 통과하게 되는 광의 경로를 일치시켜주는 형태의 모든 소자를 포함할 수도 있다.

또한, 미러(400)는 일반적인 편평면을 갖는 플랫 미러로서, 광학계(100)를 기준으로 광학계(100)의 수광부와 대향되는 반대편에 위치되어 광학계(100)를 통과한 광을 반사시켜 광학계(100)를 재차 통과시킨다. 상기와 같이 광학계(100)를 재차 통과한 광은 광 분할기(300)를 거쳐 이미지센서(500)에 수광된다. 이미지센서(500)는 일반적인 광학계에 사용되는 센서로서, 광학계(100)를 재차 통과한 광을 수광받아 이를 이미징시킨다. 즉, 피사체(200)가 이미지센서(500)에 이미징되는 것이다. 상기와 같이 이미지센서(500)에 이미징된 피사체(200)의 선명도를 판별하여 광학계(100)의 성능을 측정하게 된다.

한편, 본 발명에 따른 광학계 성능 측정 장치는 제1 내지 제3 구동수단(미도시)을 더 포함한다. 상기 제1 내지 제3 구동수단은 피사체(200), 집광렌즈(220) 및 미러(400)에 각각 설치되어 피사체(200), 집광렌즈(220) 및 미러(400)를 다방향으로 회동 또는 이송시키게 된다. 여기서 상기 제1 내지 제3 구동수단은 일반적인 스텝모터, 피스톤 등의 구동부로 마련될 수 있으며, 피사체(200), 집광렌즈(220) 및 미러(400)를 다방향으로 회동 또는 이송시킬 수 있는 모든 수단을 포함한다.

이하에서는, 본 발명에 따른 광학계 성능 측정장치의 성능 측정 방법에 대해 도 3 및 도 4를 참조하여 상세하게 설명한다.

먼저, 광원(210)이 피사체(200)에 광을 조사하는 단계를 수행한다.

그 후, 피사체(200)를 거친 광은 집광렌즈(220)에 의해 집광되어 광 분할기(300)로 보내지고, 광 분할기(300)는 이를 광학계(100)로 조사하게 된다.

광학계(100)로 조사된 광은 광학계(100)를 통과한 후 미러(400)에 의해 반사되어 광학계(100)를 재차 통과하고, 광학계(100)를 재차 통과한 광은 광 분할기(300)를 거쳐 이미지센서(500)로 수광된다.

이때, 미러(400)는, 도 3에 도시된 바와 같이, 광학계(100)를 통과한 광을 반사시킬 때 제3 구동수단(미도시)에 의해 회동 또는 이송되어 광학계(100)를 통과한 필드가 아닌 다른 필드로 광을 반사시키게 된다. 상기와 같이 미러(400)가 제3 구동수단에 의해 회동 또는 이송되기 때문에, 성능 측정을 하기 위한 광학계(100)를 회동 또는 이송시키지 않아도 광학계(100) 여러 필드의 성능을 측정할 수 있게 된다.

한편, 미러(400)에 의해 반사되어 광학계(100)를 재차 통과한 광은 광 분할기(300)로 수광되고, 광 분할기(300)에 의해 이미지센서(500)로 보내지게 되어 이미지센서(500)에서 이미징된다. 즉, 이미지센서(500)에 피사체(200)가 이미징되고, 이미징된 피사체(200)의 선명도를 판별하여, 광학계(100)의 필드별 성능을 측정하게 된다.

또한, 광원(210)이 피사체(200)로 광을 조사하기 전, 도 4에 도시된 것처럼 제1 구동수단(미도시) 및 제2 구동수단(미도시)에 의해 피사체(200) 및 집광렌즈(220)를 회동시키거나 이송시킬 수 있다. 상기와 같이 피사체(200) 및 집광렌즈(220)를 회동시키거나 이송시키게 되면, 광 분할기(300)로 조사되는 광의 각도를 조절할 수 있게 되고, 이에 따라 광학계(100)의 여러 필드로 광을 조사할 수 있게 되어 광학계(100)의 필드별 성능을 측정할 수 있게 된다.

본 발명은 상기와 같이 미러(400) 만을 회동 또는 이송시켜 광학계(100)의 필드별 성능을 측정할 수도 있고, 미러(400), 피사체(200) 및 집광렌즈(220)를 동시에 회동 또는 이송시켜 광학계(100)의 필드별 성능을 측정할 수도 있다.

또한, 미러(400)는 고정된 상태에서 피사체(200) 및 집광렌즈(220) 만을 회동 또는 이송시켜 광학계(100)의 필드별 성능을 측정할 수도 있다.

한편, 피사체(200), 집광렌즈(220) 및 미러(400)의 회동 또는 이송에 의해 광학계(100)를 통과하는 광의 경로와 재차 통과하는 광의 경로가 서로 다르게 될 경우에는, 이를 보정하는 별도의 연산 알고리즘에 의해 이를 상쇄시킨다. 상기한 별도의 연산 알고리즘은 다양한 방법으로 제시될 수 있으며, 쉽게 고안해 낼 수 있는 것이므로 자세한 설명은 생략한다.

상기와 같이 구성되어 작동되는 본 발명에 따른 광학계 성능 측정 장치는 피사체(200), 집광렌즈(220) 및 미러(400)를 별도의 구동수단에 의해 회동 또는 이송시켜 광학계(100)의 필드별 성능을 측정하기 때문에, 대구경의 광학계의 경우에도 손쉽게 필드별 성능을 측정할 수 있고, 광원(210), 피사체(200) 및 집광렌즈(220)를 광학계(100)의 수광부 측에 배치하여 광학계 성능 측정 장치의 부피를 줄여줌으로써, 작은 설치공간에서도 성능 측정 시험을 실시할 수 있으며, 피사체(200), 집광렌즈(220) 및 미러(400)를 다양한 방향으로 회동 또는 이송시켜 광학계(100)의 필드별 성능을 측정하기 때문에, 다양한 배치에 의한 광학계(100)의 성능을 측정할 수 있는 아주 뛰어난 효과를 갖게 된다.

본 실시예 및 본 명세서에 첨부된 도면은 본 발명에 포함되는 기술적 사상의 일부를 명확하게 나타내고 있는 것에 불과하며, 본 발명의 명세서 및 도면에 포함된 기술적 사상의 범위 내에서 당업자가 용이하게 유추할 수 있는 변형예와 구체적인 실시예는 모두 본 발명의 기술적 사상의 범위에 포함되는 것은 자명하다.

10 : 피사체 20 : 광원
30 : 평행광 생성기 40 : 광학계
50 : 이미지센서 100 : 광학계
200 : 피사체 210 : 광원
220 : 집광렌즈 300 : 광 분할기
400 : 미러 500 : 이미지센서

Claims (6)

1. 성능 측정의 대상이 되는 광학계의 수광부 인근에 배치되는 피사체 및 상기 피사체에 광을 조사하는 광원과;
   상기 피사체에 조사되어 피사체를 거친 광을 집광하는 집광렌즈와;
   상기 집광렌즈에 의해 집광된 광을 수광받아 상기 광학계의 수광부 측으로 조사하여 조사된 광이 광학계를 통과하도록 하는 광 분할기(Beam Splitter)와;
   상기 광학계의 수광부와 대향되는 반대편에 배치되어 광학계를 통과한 광을 반사시켜 광학계로 재차 통과시키는 미러(mirror)와;
   상기 광학계의 수광부 측에 배치되어 광학계를 재차 통과한 광을 수광받아 상기 피사체를 이미징하는 이미지센서를 포함하여 구성되어,
   상기 이미지센서에 이미징된 피사체의 선명도를 판별함에 의해 상기 광학계의 성능을 측정하는 것을 특징으로 하는 광학계 성능 측정 장치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 피사체, 집광렌즈 및 미러에 각각 설치되어 피사체, 집광렌즈 및 미러를 다방향으로 회동 또는 이송시키는 제1 내지 제3 구동수단을 더 포함하며,
   상기 제1 내지 제3 구동수단은 스텝모터 또는 실린더로 마련되는 것을 특징으로 하는 광학계 성능 측정 장치.
3. 제1항 또는 제2항에 기재된 광학계 성능 측정 장치를 이용하여 광학계의 성능을 측정하는 방법에 있어서,
   (a) 상기 광원이 피사체에 광을 조사하는 단계와;
   (b) 상기 집광렌즈가 피사체를 거친 광을 집광시키는 단계와;
   (c) 상기 광 분할기가 집광렌즈에 의해 집광된 광을 수광받아 광학계로 조사하는 단계와;
   (d) 상기 미러를 제3 구동수단에 의해 회동 또는 이송시키는 단계와;
   (e) 상기 미러가 광학계를 통과한 광을 반사시켜 광학계로 재차 통과시키는 단계와;
   (f) 상기 광학계를 재차 통과한 광이 광 분할기를 거쳐 이미지센서로 수광되어 이미징되는 단계와;
   (g) 상기 이미지센서에 이미징된 피사체의 선명도를 판단하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 광학계 성능 측정 방법.
4. 제3항에 있어서,
   상기 단계 (a) 전,
   (h) 상기 제1 구동수단 및 제2 구동수단에 의해 상기 피사체 및 집광렌즈를 회동 또는 이송시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광학계 성능 측정 방법.
5. 제1항 또는 제2항에 기재된 광학계 성능 측정 장치를 이용하여 광학계의 성능을 측정하는 방법에 있어서,
   (a) 상기 제1 구동수단 및 제2 구동수단에 의해 피사체 및 집광렌즈를 회동 또는 이송시키는 단계와;
   (b) 상기 광원이 피사체에 광을 조사하는 단계와;
   (c) 상기 집광렌즈가 피사체를 거친 광을 집광시키는 단계와;
   (d) 상기 광 분할기가 집광렌즈에 의해 집광된 광을 수광받아 광학계로 조사하는 단계와;
   (e) 상기 미러가 광학계를 통과한 광을 반사시켜 광학계로 재차 통과시키는 단계와;
   (f) 상기 광학계를 재차 통과한 광이 광 분할기를 거쳐 이미지센서로 수광되어 이미징되는 단계와;
   (g) 상기 이미지센서에 이미징된 피사체의 선명도를 판단하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 광학계 성능 측정 방법.
6. 제5항에 있어서,
   상기 단계 (d) 후,
   (h) 상기 미러를 제3 구동수단에 의해 회동 또는 이송시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광학계 성능 측정 방법.

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