KR101726771B1 - 스트렐 비율을 이용한 변형거울의 평활화 방법 및 장치 - Google Patents

스트렐 비율을 이용한 변형거울의 평활화 방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 스트렐 비율을 이용한 변형거울의 평활화 방법 및 장치에 관한 것이다. 본 발명에 따른 스트렐 비율을 이용한 변형거울의 평활화 방법은 이용하고자 하는 제르니케 다항식의 차수 범위(
Figure 112016025262750-pat00086
번째 ~
Figure 112016025262750-pat00087
번째)를 설정하는 단계(S100); 변형거울(200)의 초기 상태에서의 스트렐 비율을 측정하는 단계(S200); j번째 제르니케 다항식의 계수(
Figure 112016025262750-pat00088
)에 추가적인 구동신호(
Figure 112016025262750-pat00089
)를 인가하여 상기 변형거울(200)을 구동시킨 후, 구동된 상기 변형거울(200)의 스트렐 비율을 측정하는 단계(S300); 및 초기 상태에서의 스트렐 비율과 구동된 상기 변형거울의 스트렐 비율로부터 상기 j번째 제르니케 다항식의 계수(
Figure 112016025262750-pat00090
)를 계산하는 단계(S400);를 포함한다. 본 발명에 따르면, 파면측정센서(ex: 샥하트만 파면센서)의 광경로와 영상획득카메라의 광경로 사이의 파면오차 불일치량을 감소시킬 수 있다.

Description

스트렐 비율을 이용한 변형거울의 평활화 방법 및 장치{A METHOD FOR SMOOTHING DEFORMABLE MIRROR USING STREHL RATIO AND AN APPARATUS THE SAME}
본 발명은 스트렐 비율을 이용한 변형거울의 평활화 방법 및 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 적응광학기술에서 주로 사용되는 변형거울(Deformable mirror)의 거울면의 형상오차를 최소화하는 스트렐 비율을 이용한 변형거울의 평활화 방법 및 장치에 관한 것이다.
변형거울은 거울면 뒷면에 다수의 구동기가 장착되어 각 구동기들의 구동신호에 따라 거울면을 원하는 형상으로 가변할 수 있는 장치이다. 변형거울의 거울면은 구동기에 의해 쉽게 변형될 수 있도록 설계되어 있으므로 온도, 기압 등의 환경요인에 따라 같은 구동신호가 인가되어도 거울면 형상은 다르게 나타날 수 있다. 일반적으로 변형거울이 초기에 제작되면, 간섭계나 샥하트만 파면센서와 같은 별도의 광학형상 측정장비를 이용하여 거울면의 형상을 측정하고, 적절한 계산을 통해 거울면의 형상오차를 가장 작게 하는 구동신호를 초기 구동신호로 설정한다. 하지만, 변형거울 단독으로 별도의 광학형상 측정장비를 통해 획득된 구동기 초기 신호는, 변형거울이 적응광학 시스템에 조립되어 시간과 환경이 변함에 따라 거울면 형상이 미세하게 변화하는 것을 반영하지 못하므로 시간 경과에 따라 거울면의 오차가 증가한다. 도 1은 종래기술의 문제점을 설명하는 도면으로서, 도 1에 예시된 것과 같이 거울면 형상 측정결과는 시간경과에 따라 변화한다. 그리고 적응광학 시스템에 조립된 변형거울은, 공간적인 한계로 단품 상태에서와 같이 별도의 광학형상 측정장비로, 거울면의 형상을 측정하기 어려운 문제점이 있었다.
또한, 종래의 적응광학 시스템에는 광파면오차를 측정하기 위한 파면측정센서가 있으므로 일반적으로 파면측정센서에서 측정된 광파면오차를 기준으로 변형거울의 보정신호를 계산한다. 파면측정센서로는 주로 샥하트만 파면센서가 사용되고, 샥하트만 파면센서는 각 하부개구의 점영상의 상대적인 변위차이로부터 광파면오차를 계산한다. 따라서 샥하트만 파면센서의 기준위치가 부정확한 경우에는, 변형거울의 구동기에서 계산된 보정신호가 부정확하게 되어, 적응광학 시스템의 성능 저하를 일으키는 문제점이 있었다.
또한, 종래의 적응광학시스템은 파면측정센서와 파면보정기와 다양한 광학계로 구성된다. 실제 관측표적의 영상을 획득하는 것은 영상획득카메라이지만, 적응광학시스템의 파면보정은 파면측정센서를 기준으로 수행된다. 따라서 파면측정센서까지의 광학계 경로와 영상획득카메라까지의 광학계 경로의 불일치가 발생한다. 이에 따라, 파면측정센서에서 광파면오차가 최소화된 것으로 측정되더라도, 실제 영상획득카메라에서 획득된 영상의 품질은 상대적으로 낮을 수 있는 문제점이 있었다.
따라서, 종래의 적응광학시스템은 광학계 경로 불일치 오차와 샥하트만 파면센서의 기준위치 오차에 의한 성능저하를 극복하기 위해, 영상획득카메라를 기준으로 한 변형거울 평활화를 수행하고, 이때의 파면측정센서(ex: 샥하트만 파면센서)의 기준위치를 다시 획득하여, 상기 적응광학 시스템 중 영상획득카메라의 획득영상 품질을 극대화할 필요가 있었다.
등록특허공보 제10-0882832호 (2009.02.03)
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 변형거울의 거울면의 초기 형상오차값을 확인하기 위해 제르니케(Zernike) 다항식의 계수 형태로 구동기 신호를 인가하고, 이후 영상획득카메라에서 획득된 점영상의 스트렐 비율의 변화를 측정하여, 보정해야 하는 제르니케 다항식 계수 값을 직접적으로 계산하는 스트렐 비율을 이용한 변형거울의 평활화 방법 및 장치를 제공하는 것이다.
본 발명에 따른 스트렐 비율을 이용한 변형거울의 평활화 방법은 이용하고자 하는 제르니케 다항식의 차수 범위(
Figure 112016025262750-pat00001
번째 ~
Figure 112016025262750-pat00002
번째)를 설정하는 단계(S100); 변형거울(200)의 초기 상태에서의 스트렐 비율을 측정하는 단계(S200); j번째 제르니케 다항식의 계수(
Figure 112016025262750-pat00003
)에 추가적인 구동신호(
Figure 112016025262750-pat00004
)를 인가하여 상기 변형거울(200)을 구동시킨 후, 구동된 상기 변형거울(200)의 스트렐 비율을 측정하는 단계(S300); 및 초기 상태에서의 스트렐 비율과 구동된 상기 변형거울의 스트렐 비율로부터 상기 j번째 제르니케 다항식의 계수(
Figure 112016025262750-pat00005
)를 계산하는 단계(S400);를 포함한다.
상기 스트렐 비율을 이용한 변형거울의 평활화 방법은 상기 설정하는 단계(S100)에서 설정된 이용하고자 하는 제르니케 다항식의 계수들(
Figure 112016025262750-pat00006
내지
Figure 112016025262750-pat00007
)을 계산하도록, 상기 측정하는 단계(S200) 내지 상기 계산하는 단계(S400)를 반복하는 단계(S500);를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 스트렐 비율을 이용한 변형거울의 평활화 방법은 상기 반복하는 단계(S500)에서 도출된 제르니케 다항식의 계수(
Figure 112016025262750-pat00008
내지
Figure 112016025262750-pat00009
)를 이용하여, 하기의 수학식과 같이 상기 변형거울(200)을 평활화하는 구동신호 행렬(
Figure 112016025262750-pat00010
)을 도출하는 단계(S600);를 포함하는 것을 특징으로 한다.
Figure 112016025262750-pat00011
상기 스트렐 비율을 이용한 변형거울의 평활화 방법은 상기 도출하는 단계(S600)에서 도출된 구동신호 행렬(
Figure 112016025262750-pat00012
)를 상기 변형거울(200)에 입력하여, 상기 변형거울(200)을 평활화하는 단계(S700);를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 측정하는 단계(S200)는 하기의 수학식을 이용하여, 상기 변형거울(200)의 초기 상태에서의 스트렐 비율(Strehl)을 측정하는 것을 특징으로 한다.
Figure 112016025262750-pat00013
(여기서, I는 영상획득 카메라에서 획득된 점영상에서 입사된 광량의 세기임)
상기 측정하는 단계(S300)는 j번째 제르니케 다항식에 추가적인 구동신호(
Figure 112016025262750-pat00014
)를 인가하여 상기 변형거울을 구동시키는 단계(S310); 구동된 상기 변형거울의 스트렐 비율을 측정하는 단계(S320); 및 구동된 상기 변형거울의 j번째 제르니케 다항식에 추가적인 구동신호(
Figure 112016025262750-pat00015
)를 인가하여 상기 변형거울을 초기 상태로 복원시키는 단계(S330);를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 계산하는 단계(S400)는 초기 상태에서의 스트렐 비율과 구동된 상기 변형거울의 스트렐 비율로부터, 하기의 수학식을 이용하여 상기 j번째 제르니케 다항식의 계수(
Figure 112016025262750-pat00016
)를 계산하는 것을 특징으로 한다.
Figure 112016025262750-pat00017
Figure 112016025262750-pat00018
Figure 112016025262750-pat00019
(여기서,
Figure 112016025262750-pat00020
임)
본 발명에 따른 신호처리기에는 상기 스트렐 비율을 이용한 변형거울의 평활화 방법이 저장된다.
본 발명에 따른 스트렐 비율을 이용한 변형거울의 평활화 장치는 상기 신호처리기(100); 상기 스트렐 비율을 이용한 변형거울의 평활화 방법에 의해, 상기 신호처리기(100)에서 계산된 구동신호에 따라 평활화되는 변형거울(200); 상기 변형거울(200)의 스트렐 비율을 측정하는 파면측정센서(300); 및 상기 변형거울(200)에서 반사된 영상을 획득하는 영상획득카메라(400);를 포함한다.
상기에서 살펴본 바와 같이 본 발명에 따르면, 파면측정센서(ex: 샥하트만 파면센서)의 광경로와 영상획득카메라의 광경로 사이의 파면오차 불일치량을 감소시킬 수 있다. 또한, 영상획득카메라 기준으로 변형거울의 평활화를 수행하고 파면측정센서(ex: 샥하트만 파면센서)의 기준위치를 새로 설정하게 되면, 파면측정센서(ex: 샥하트만 파면센서)는 영상획득카메라의 광경로를 기준으로 파면측정을 수행하기 때문에, 적응광학 시스템의 보정 성능을 향상시킬 수 있다.
또한, 종래기술의 적응광학 시스템에서 변형거울의 평활화는 주로 파면측정센서(ex: 샥하트만 파면센서)를 이용하였으며, 이러한 경우 하부개구 이하의 광파면 오차는 측정할 수 없고, 파면측정센서(ex: 샥하트만 파면센서)의 측정알고리즘이나 광원특성에 따라 측정 오차가 변화하여 평활화 성능도 조건에 따라 변화되는 문제점이 있었으나, 본 발명에 따르면 파면측정센서(ex: 샥하트만 파면센서)의 영향을 받지 않는 평활화가 가능하다.
또한, 본 발명은 적응광학 시스템뿐만 아니라 거울면 뒤에 구동기가 부착되는 대형 능동광학 반사경(Active optics mirror) 시스템의 거울면 평활화에 활용할 수 있으며, 특히 능동광학 시스템에는 별도의 파면측정기가 장착되지 않기 때문에 본 발명의 방법을 이용하여 시스템의 광학성능을 극대화할 수 있다.
도 1은 종래기술의 문제점을 설명하는 도면.
도 2는 본 발명에 따른 스트렐 비율을 이용한 변형거울의 평활화 장치의 블록도.
도 3은 본 발명에 따른 스트렐 비율을 이용한 변형거울의 평활화 방법의 순서도.
도 4는 본 발명에 따른 1번째 내지 15번째의 극좌표계 제르니케 다항식의 예시도.
도 5는 본 발명에 따른 1번째 내지 8번째의 극좌표계 제르니케 다항식에 의한 광파면 형상의 예시도.
본 명세서 및 청구범위에서 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시 예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 실시 예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다. 또한, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다. 이하 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.
도 3은 본 발명에 따른 스트렐 비율을 이용한 변형거울의 평활화 방법의 순서도이고, 도 4는 본 발명에 따른 1번째 내지 15번째의 극좌표계 제르니케 다항식의 예시도이며, 도 5는 본 발명에 따른 1번째 내지 8번째의 극좌표계 제르니케 다항식에 의한 광파면 형상의 예시도이다. 도 3 내지 도 5를 참조할 때, 본 발명에 따른 스트렐 비율을 이용한 변형거울의 평활화 방법은 사전에 정의된 크기의 제르니케 다항식의 계수의 크기에 따라, 제르니케 다항식의 차수 별로 변형거울(200)을 미소하게 변형시키고, 영상획득카메라에서 측정된 스트렐 비율의 변화값으로부터 상기 변형거울(200)이 보정해야 하는 제르니케 다항식의 계수의 크기를 계산하는 것이다.
이하 본 발명에 따른 스트렐 비율을 이용한 변형거울의 평활화 방법에 대해 상세히 설명한다.
설정하는 단계(S100)에서는 이용하고자 하는 제르니케 다항식의 차수 범위(
Figure 112016025262750-pat00021
번째~
Figure 112016025262750-pat00022
번째)를 설정한다. 즉, 최초(
Figure 112016025262750-pat00023
번째)부터 최후(
Figure 112016025262750-pat00024
번째)까지의 제르니케 다항식의 계수의 크기를 계산하고, 각각의 제르니케 다항식의 계수를 이용하여 상기 변형거울(200)을 평활화할 수 있도록, 상기 변형거울(200)에 초기 구동신호를 입력하는 것이다.
상기 제르니케 다항식은 하기의 수학식 1과 같이, 단위원에서 극좌표계의 반경방향(radial)의 함수
Figure 112016025262750-pat00025
과 방위각방향(azimuthal)의 함수
Figure 112016025262750-pat00026
의 곱으로 정의된다.
Figure 112016025262750-pat00027
이때, n은 반경방향 값이고, m은 방위각방향 값이며, i는 n과 m에 의한 값으로 순번이 된다. 또한, n과 m은 정수이며,
Figure 112016025262750-pat00028
을 만족하는 값이다. 도 4는 상기 수학식 1을 i에 대한 식으로 나타낸 것이며, 도 5는 상기 제르니케 다항식의 1번째 내지 8번째 항에 의한 형상이다.
본 발명에서는 놀(Noll)의 직교화 방법을 사용한 다항식을 적용하였다. 직교화된 제르니케 다항식의 계수는 그 항의 파면오차를 의미하는데, 따라서 어떤 파면에 대한 각 항의 계수들의 제곱의 합은 그 파면에 대한 RMS 파면오차를 나타낸다.
또한, 광학계로 입사하는 광파면의 위상
Figure 112016025262750-pat00029
는 하기의 수학식 2와 같이, 제르니케 다항식
Figure 112016025262750-pat00030
와 계수
Figure 112016025262750-pat00031
의 조합으로 나타낼 수 있다.
Figure 112016025262750-pat00032
측정하는 단계(S200)에서는 변형거울(200)의 초기 상태에서의 스트렐 비율(Strehl)을 측정한다. 이때, 상기 측정하는 단계(S200)는 하기의 수학식 3을 이용하여, 상기 변형거울(200)의 초기 상태에서의 스트렐 비율(Strehl)을 측정하는 것을 특징으로 한다.
Figure 112016025262750-pat00033
(여기서, I는 영상획득 카메라에서 획득된 점영상에서 입사된 광량의 세기임)
보다 상세히 설명하면, 영상획득 카메라(400)에서 획득된 점영상으로부터 스트렐 비율을 측정하는 방법은 스트렐 비율의 정의에 따른다. 스트렐 비율의 정의에 따르면, 스트렐 비율을 광파면오차가 없는 이상적인 광학계에서 점영상을 획득하였을 때의 점영상의 가장 밝은 점의 밝기와 광파면오차가 있는 광학계에서 획득된 점영상의 가장 밝은 점의 밝기의 비로 나타낼 수 있다. 하지만, 실제 획득된 영상을 이용하여 스트렐 비율을 계산하는 경우, 입사되는 광량의 세기에 따라 이상적인 점영상의 밝기가 달라질 수 있으므로, 입사광량에 무관하도록, 상기의 수학식 3에 따른 정규화된 밝기 비를 스트렐 비율로 사용하는 것이다.
상기와 같은 스트렐 비율의 계산에 있어서, 영상획득카메라의 잡음수준 및 공기유동이나 진동과 같은 환경조건에 따라 획득된 각 프레임의 측정결과의 편차는 매우 크게 나타날 수 있다. 따라서 신뢰성 있는 대표값 산출을 위해, 복수 회(N회) 이상의 영상 프레임에 대해 스트렐 비율을 계산하고, 평균값을 대표값으로 하여 변형거울 구동신호 계산에 사용한다. 이때 상기의 복수 회(N회)의 최적 값은 시스템에 따라 달라질 수 있다.
상기 스트렐 비율은 파면측정센서(300)를 통해 측정된 광파면오차(
Figure 112016025262750-pat00034
)로부터 하기의 수학식 4에 따른 Marechal 근사식을 통해 스트렐 비율(Strehl)을 구할 수도 있다. 반대로, 하기의 수학식 4에 나타난 것과 같이, 이를 이용해 영상획득 카메라에서 측정된 스트렐 비율을 통해 광파면 오차를 추정할 수도 있는 것이다.
Figure 112016025262750-pat00035
측정하는 단계(S300)는 j번째 제르니케 다항식의 계수(
Figure 112016025262750-pat00036
)에 추가적인 구동신호(
Figure 112016025262750-pat00037
)를 인가하여 상기 변형거울(200)을 구동시킨 후, 구동된 상기 변형거울(200)의 스트렐 비율을 측정하는 단계이다. 또한, 상기 측정하는 단계(S300)는 j번째 제르니케 다항식에 추가적인 구동신호(
Figure 112016025262750-pat00038
)를 인가하여 상기 변형거울을 구동시키는 단계(S310), 구동된 상기 변형거울의 스트렐 비율을 측정하는 단계(S320); 및 구동된 상기 변형거울의 j번째 제르니케 다항식에 추가적인 구동신호(
Figure 112016025262750-pat00039
)를 인가하여 상기 변형거울을 초기 상태로 복원시키는 단계(S330)를 포함한다.
보다 상세히 설명하면, 상기 측정하는 단계(S300)는 후술할 계산하는 단계(S400)에서 요구되는, 구동된 상기 변형거울의 스트렐 비율을 측정하기 위한 단계이다. 상기 측정하는 단계(S320)에서는 상기 수학식 3을 이용하여, 구동된 상기 변형거울의 스트렐 비율을 측정한다.
계산하는 단계(S400)는 초기 상태에서의 스트렐 비율과 구동된 상기 변형거울의 스트렐 비율로부터 상기 j번째 제르니케 다항식의 계수(
Figure 112016025262750-pat00040
)를 계산한다. 이때, 상기 계산하는 단계(S400)는 초기 상태에서의 스트렐 비율과 구동된 상기 변형거울의 스트렐 비율로부터, 하기의 수학식 5를 이용하여 상기 j번째 제르니케 다항식의 계수(
Figure 112016025262750-pat00041
)를 계산하는 것을 특징으로 한다.
Figure 112016025262750-pat00042
Figure 112016025262750-pat00043
Figure 112016025262750-pat00044
(여기서,
Figure 112016025262750-pat00045
임)
이하 상기 수학식 5가 도출되는 과정에 대해 상세히 설명한다.
Noll의 제르니케 다항식을 이용하면 계수의 제곱의 합이 광파면오차(RMS 파면오차)가 된다. 따라서, 초기상태의 변형거울에서 j번째 다항식의 계수에 ΔCj 만큼의 추가신호를 인가하게 되면, 하기의 수학식 6과 같이 변형거울 신호 인가 전후의 광파면오차를 표현할 수 있다. 상기 추가신호(ΔCj)는 설계자의 의도에 따라 설정될 수 있는 값이다.
Figure 112016025262750-pat00046
상기와 같은 스트렐 비율과 광파면오차의 관계로부터, 하기의 수학식 7에 따라, 제르니케 계수의 추가신호(ΔCj )의 인가로 인해 변형거울(200)이 구동된 후의 광파면오차의 변화량(
Figure 112016025262750-pat00047
)을 계산할 수 있다. 또한, 하기의 수학식 7로부터, 상기 수학식 5에서 도출된 초기 광파면오차의 j번째 제르니케 다항식의 계수값을 알 수 있다.
Figure 112016025262750-pat00048
반복하는 단계(S500)는 상기 설정하는 단계(S100)에서 설정된 이용하고자 하는 제르니케 다항식의 계수(
Figure 112016025262750-pat00049
내지
Figure 112016025262750-pat00050
)를 계산하도록, 상기 측정하는 단계(S200) 내지 상기 계산하는 단계(S400)를 반복한다. 반복하는 횟수가 증가함에 따라, 변형거울(200)의 평활화의 정밀도를 증가시킬 수 있다.
도출하는 단계(S600)는 상기 반복하는 단계(S500)에서 도출된 제르니케 다항식의 계수(
Figure 112016025262750-pat00051
내지
Figure 112016025262750-pat00052
)를 이용하여, 하기의 수학식 8과 같이 상기 변형거울(200)을 평활화하는 구동신호 행렬(
Figure 112016025262750-pat00053
)을 도출한다.
Figure 112016025262750-pat00054
이하, 상기 수학식 8을 도출하는 과정에 대해 상세히 설명한다.
제르니케 다항식의 계수값에 따라 변형거울(200)을 변형시키기 위해서는, 다수의 구동기에 입력되는 신호(이하 구동신호)들의 조합으로부터 제르니케 다항식의 형상을 구현할 수 있게 하는 모달(modal) 방법의 구동신호 계산이 필요하다.
변형거울(200)의 각 구동기에 의해 발생하여, 파면측정센서(300)에서 측정된 거울면 형상변화는 작용행렬이라고 하며, 하기의 수학식 9로 표현될 수 있다.
Figure 112016025262750-pat00055
이때, S는 파면측정센서의 측정 결과 행렬(예를 들어, 샥하트만센서의 기울기값), I는 작용행렬, A는 구동신호행렬이다. 또한, N은 파면측정센서의 측정점 개수이고, M은 변형거울의 구동기의 갯수이다.
개별적인 구동기의 구동신호를 구하기 위한 지역(zonal)추정 방법은 유사역행렬 방법을 이용한다. 하기의 수학식 10 내지 수학식 12는 유사역행렬 방법에 의해 구해진 파면측정신호로부터, 구동기의 구동신호를 계산할 수 있는 명령행렬 Q1을 도출하는 과정을 나타낸다.
Figure 112016025262750-pat00056
Figure 112016025262750-pat00057
Figure 112016025262750-pat00058
이때, Sd는 픽셀단위로 나타낸 기울기값이고, CDtS는 Sd를 S로 만들어주는 상수값이다.
또한, 모달 방법은 파면측정센서의 신호가 아닌 제르니케 다항식의 계수값과 구동기 신호와의 관계로 변형거울을 제어하는 방법이다. 상기 모달 방법은 기존의 지역추정방법의 명령행렬을 이용하여 계산한다. 광파면의 위상은 제르니케 다항식의 조합으로 표현할 수 있고, 파면측정센서 중 샥하트만 파면센서의 경우에는 광파면의 기울기를 측정하므로 위상의 미분값이 광파면의 기울기가 된다. 하기의 수학식 13 내지 15는 상기 모달 방법에 대한 수학식이다.
Figure 112016025262750-pat00059
Figure 112016025262750-pat00060
Figure 112016025262750-pat00061
이때, a는 제르니케 다항식의 편미분 행렬이고 ci는 i번째 제르니케 다항식 계수이다. 또한, 하기의 수학식 16 및 17과 같이, 최종적으로 지역추정방법의 관계식을 이용하여 모드추정 명령행렬 Q2를 정하고, 이에 따른 구동신호행렬 A를 도출하는 관계식을 구하는 것이다. 이후, 수학식 16 및 17로부터 도출된, 상기의 수학식 8에 따라, 상기 변형거울(200)을 평활화하는 구동신호 행렬(
Figure 112016025262750-pat00062
)을 도출하는 것이다.
Figure 112016025262750-pat00063
Figure 112016025262750-pat00064
(여기서,
Figure 112016025262750-pat00065
임)
평활화하는 단계(S700)는 상기 도출하는 단계(S600)에서 도출된 구동신호 행렬(
Figure 112016025262750-pat00066
)를 상기 변형거울(200)에 입력하여(상기 수학식 9 참조), 상기 변형거울(200)을 평활화한다. 이에 따라, 변형거울(200)의 거울면에서의 오차를 최소화하여, 영상획득카메라(400)에서 획득된 영상의 품질을 향상시킬 수 있는 것이다.
도 2는 본 발명에 따른 스트렐 비율을 이용한 변형거울의 평활화 장치의 블록도이다. 도 2를 참조할 때, 본 발명에 따른 스트렐 비율을 이용한 변형거울의 평활화 장치는 신호처리기(100), 변형거울(200), 파면측정센서(300) 및 영상획득카메라(400)를 포함한다.
신호처리기(100)에는 상기 스트렐 비율을 이용한 변형거울의 평활화 방법 및 상기 평활화 방법에 의해 계산된 구동신호가 저장된다. 변형거울(200)은 상기 스트렐 비율을 이용한 변형거울의 평활화 방법에 의해, 상기 신호처리기(100)에서 계산된 구동신호에 따라 평활화된다. 상기 변형거울(200)의 후면에는 상기 변형거울(200)이 다양한 형상으로 구동될 수 있도록, 복수 개의 구동기가 장착될 수 있다. 파면측정센서(300)는 상기 변형거울(200)의 스트렐 비율을 측정하는 역할을 한다. 상기 파면측정센서(300)는 샥하트만 파면센서일 수 있다. 또한, 영상획득카메라(400)는 상기 변형거울(200)에서 반사된 영상을 획득하는 역할을 한다.
앞서 살펴본 실시 예는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자(이하 '당업자'라 한다)가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있도록 하는 바람직한 실시 예일 뿐, 전술한 실시 예 및 첨부한 도면에 한정되는 것은 아니므로 이로 인해 본 발명의 권리범위가 한정되는 것은 아니다. 따라서, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이 당업자에게 있어 명백할 것이며, 당업자에 의해 용이하게 변경 가능한 부분도 본 발명의 권리범위에 포함됨은 자명하다.
100 신호처리기
200 변형거울
300 파면측정센서
400 영상획득카메라

Claims (8)

  1. 이용하고자 하는 제르니케 다항식의 차수 범위(
    Figure 112016025262750-pat00067
    번째 ~
    Figure 112016025262750-pat00068
    번째)를 설정하는 단계(S100);
    변형거울(200)의 초기 상태에서의 스트렐 비율을 측정하는 단계(S200);
    j번째 제르니케 다항식의 계수(
    Figure 112016025262750-pat00069
    )에 추가적인 구동신호(
    Figure 112016025262750-pat00070
    )를 인가하여 상기 변형거울(200)을 구동시킨 후, 구동된 상기 변형거울(200)의 스트렐 비율을 측정하는 단계(S300); 및
    초기 상태에서의 스트렐 비율과 구동된 상기 변형거울의 스트렐 비율로부터 상기 j번째 제르니케 다항식의 계수(
    Figure 112016025262750-pat00071
    )를 계산하는 단계(S400);
    를 포함하는 스트렐 비율을 이용한 변형거울의 평활화 방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 설정하는 단계(S100)에서 설정된 이용하고자 하는 제르니케 다항식의 계수들(
    Figure 112016025262750-pat00072
    내지
    Figure 112016025262750-pat00073
    )을 계산하도록, 상기 측정하는 단계(S200) 내지 상기 계산하는 단계(S400)를 반복하는 단계(S500);
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 스트렐 비율을 이용한 변형거울의 평활화 방법.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 반복하는 단계(S500)에서 도출된 제르니케 다항식의 계수(
    Figure 112016025262750-pat00074
    내지
    Figure 112016025262750-pat00075
    )를 이용하여, 하기의 수학식과 같이 상기 변형거울(200)을 평활화하는 구동신호 행렬(
    Figure 112016025262750-pat00076
    )을 도출하는 단계(S600);
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 스트렐 비율을 이용한 변형거울의 평활화 방법.
    Figure 112016025262750-pat00077
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 도출하는 단계(S600)에서 도출된 구동신호 행렬(
    Figure 112016025262750-pat00078
    )를 상기 변형거울(200)에 입력하여, 상기 변형거울(200)을 평활화하는 단계(S700);
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 스트렐 비율을 이용한 변형거울의 평활화 방법.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 측정하는 단계(S300)는
    j번째 제르니케 다항식에 추가적인 구동신호(
    Figure 112016025262750-pat00079
    )를 인가하여 상기 변형거울을 구동시키는 단계(S310);
    구동된 상기 변형거울의 스트렐 비율을 측정하는 단계(S320); 및
    구동된 상기 변형거울의 j번째 제르니케 다항식에 추가적인 구동신호(
    Figure 112016025262750-pat00080
    )를 인가하여 상기 변형거울을 초기 상태로 복원시키는 단계(S330);
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 스트렐 비율을 이용한 변형거울의 평활화 방법.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 계산하는 단계(S400)는 초기 상태에서의 스트렐 비율과 구동된 상기 변형거울의 스트렐 비율로부터, 하기의 수학식을 이용하여 상기 j번째 제르니케 다항식의 계수(
    Figure 112016025262750-pat00081
    )를 계산하는 것을 특징으로 하는 스트렐 비율을 이용한 변형거울의 평활화 방법.
    Figure 112016025262750-pat00082


    Figure 112016025262750-pat00083


    Figure 112016025262750-pat00084


    (여기서,
    Figure 112016025262750-pat00085
    임)
  7. 제 1항 내지 제 6항 중 어느 한 항의 스트렐 비율을 이용한 변형거울의 평활화 방법이 저장된 신호처리기.
  8. 제 7항의 신호처리기(100);
    상기 스트렐 비율을 이용한 변형거울의 평활화 방법에 의해, 상기 신호처리기(100)에서 계산된 구동신호에 따라 평활화되는 변형거울(200);
    상기 변형거울(200)의 스트렐 비율을 측정하는 파면측정센서(300); 및
    상기 변형거울(200)에서 반사된 영상을 획득하는 영상획득카메라(400);
    를 포함하는 스트렐 비율을 이용한 변형거울의 평활화 장치.
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