KR101397534B1 - Method for evaluating location of optical component - Google Patents
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Abstract
본 발명은 광학부재의 위치 오차 평가방법으로서, 광학부재의 위치의 오차 발생을 평가하기 위한 평가 테이블을 획득하는 단계; 및 상기 평가 테이블을 이용하여 평가대상 광학계에 포함된 광학부재가 설치 위치에서 벗어났는지를 평가하는 단계;를 포함하는, 광학부재의 위치 오차 평가방법에 관한 것이다.The present invention is a method of evaluating a position error of an optical member, comprising the steps of: obtaining an evaluation table for evaluating occurrence of an error of a position of an optical member; And evaluating whether or not the optical member included in the optical system to be evaluated deviates from the mounting position using the evaluation table.
Description
본 발명은 광학부재의 위치 오차 평가방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method of evaluating a position error of an optical member.
본 발명은 국토해양부의 해양과학조사 및 예보기술개발의 일환으로 수행한 연구 [과제고유번호: 1615005677, 과제명: 해양관측위성 2호 운영기술개발 및 감리]와 한국해양연구원 연구 운영비 지원의 일환으로 수행한 연구[과제관리번호: PE98781, 과제명: 해양위성센터 운영 및 기능고도화 사업] 으로부터 도출된 것이다. The present invention relates to a research carried out as part of the development of marine scientific research and forecasting technology of the Ministry of Land, Transport and Maritime Affairs [assignment number: 1615005677, project name: development and supervision technology of marine observation satellite No. 2] This project was derived from the research [Project Number: PE98781, Project Name: Operation and Functional Enhancement of Marine Satellite Center].
광학계의 파면오차(Wave Front Error)는 광학계의 성능을 나타내는 지표 중 하나이다. 파면오차는 빛이 광학계를 거치고 난 후의 파면(real wave-front)과 이상적인 파면(ideal wave-front) 사이의 차이를 나타내는 것으로, 광학면의 변형에 의해 발생하며, 광학면의 변형은 광학계를 구성하는 각각의 광학부재의 위치 오차로부터 기인하게 된다.The wave front error of the optical system is one of the indexes indicating the performance of the optical system. The wavefront error is the difference between the real wave-front and the ideal wave-front after the light passes through the optical system, which is caused by the deformation of the optical surface, and the deformation of the optical surface constitutes the optical system Due to the position error of each optical member.
광학계는 산업 전반에 걸쳐 사용되는 구성으로서, 특히, 심우주 반사 광학계나 해양관측 위성과 같이 정밀/정교한 측정을 요구하는 장치에 많이 사용되고 있다. 만약 광학계를 구성하는 광학부재가 정확한 위치에 배치/정렬되지 않는다면, 광학부재의 위치 오차는 측정 오류를 야기시키므로, 광학부재를 정확한 위치에 배치하는 것이 중요하다.Optical systems are used throughout the industry, and are especially used in devices that require precise / sophisticated measurements, such as deep space reflection optics and marine observation satellites. If the optical member constituting the optical system is not arranged / aligned at the correct position, it is important to arrange the optical member in the correct position because the position error of the optical member causes a measurement error.
본 발명의 일실시예는, 광학계를 구성하는 광학부재가 정확한 위치에 배치되었는지를 평가하기 위한 광학부재의 위치 오차 평가방법에 관한 것이다. An embodiment of the present invention relates to a method of evaluating a position error of an optical member for evaluating whether or not an optical member constituting an optical system is disposed at an accurate position.
본 발명의 일 측면에 따르면, 광학부재의 위치 오차 평가방법으로서, (a)광학부재의 위치의 오차 발생을 평가하기 위한 평가 테이블을 획득하는 단계; 및 (b)상기 평가 테이블을 이용하여 평가대상 광학계에 포함된 광학부재가 설치 위치에서 벗어났는지를 평가하는 단계;를 포함하는, 광학부재의 위치 오차 평가방법을 제공한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a method of evaluating a position error of an optical member, comprising the steps of: (a) obtaining an evaluation table for evaluating an error occurrence of a position of an optical member; And (b) evaluating whether or not the optical member included in the optical system to be evaluated deviates from the mounting position using the evaluation table.
본 발명의 일 특징에 따르면, 상기 평가 테이블은 4×4 또는 5×5 의 행렬일 수 있다.According to an aspect of the present invention, the evaluation table may be a 4x4 matrix or a 5x5 matrix.
본 발명의 또 따른 특징에 따르면, 상기 (a) 단계는, 샘플 광학계에 포함된 샘플 광학부재를 이용하여 상기 평가 테이블을 획득하는 단계로서, (a-1) 광축인 z축과 실질적으로 수직을 이루는 x축에 대하여 상기 샘플 광학부재를 틸트(tilt)시켜 측정된 광학적 성능 값을 획득하는 단계; (a-2) 상기 z축 및 상기 x축과 실질적으로 수직을 이루는 y축에 대하여 상기 샘플 광학부재를 틸트(tilt)시켜 측정된 광학적 성능 값을 획득하는 단계; (a-3) 상기 x축 방향을 따라 상기 샘플 광학부재를 이동(decenter)시켜 측정된 광학적 성능 값을 획득하는 단계; (a-4) 상기 y축 방향을 따라 상기 샘플 광학부재를 이동(decenter)시켜 측정된 광학적 성능 값을 획득하는 단계; 및 (a-5) 상기 z축 방향을 따라 상기 샘플 광학부재를 이동(decenter)시켜 측정된 광학적 성능 값을 획득하는 단계; (a-6) 상기 (a-1) 단계 내지 상기 (a-5) 단계에서 획득된 광학적 성능 값을 기초로, 상기 평가 테이블을 획득하는 단계;를 포함하는, 광학부재의 위치 오차 평가방법에 관한 것이다.According to still another aspect of the present invention, in the step (a), acquiring the evaluation table using a sample optical member included in a sample optical system includes the steps of: (a-1) Obtaining a measured optical performance value by tilting the sample optical member with respect to the x-axis; (a-2) tilting the sample optical member with respect to the z-axis and a y-axis substantially perpendicular to the x-axis to obtain a measured optical performance value; (a-3) decentering the sample optical member along the x-axis direction to obtain a measured optical performance value; (a-4) decentering the sample optical member along the y-axis direction to obtain a measured optical performance value; And (a-5) decentering the sample optical member along the z-axis direction to obtain a measured optical performance value; (a-6) obtaining the evaluation table based on the optical performance values obtained in the steps (a-1) to (a-5) .
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 상기 (a-1) 및 상기 (a-2) 단계 각각은, 상기 샘플 광학부재의 틸트에 따른 광학적 성능 값들 중 광축 상에서의 광학적 성능 값을 획득하는 단계를 포함하고, 상기 (a-3) 내지 상기 (a-5) 단계 각각은, 상기 샘플 광학부재의 이동에 따른 광학적 성능 값들 중 광축 상에서의 광학적 성능 값을 획득하는 단계를 포함할 수 있다.According to still another aspect of the present invention, each of the steps (a-1) and (a-2) includes obtaining an optical performance value on an optical axis among optical performance values according to a tilt of the sample optical member , And each of the steps (a-3) to (a-5) may include obtaining an optical performance value on an optical axis among optical performance values according to the movement of the sample optical member.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 상기 평가대상 광학계는 2개의 광학부재를 포함하는 광학계일 수 있다.According to still another aspect of the present invention, the evaluation objective optical system may be an optical system including two optical members.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 상기 평가대상 광학계는 심우주 관측위성에 탑재되는 망원경에 포함된 광학계일 수 있다.According to another aspect of the present invention, the optical system to be evaluated may be an optical system included in a telescope mounted on a deep space observation satellite.
상기와 같은 본 발명의 일실시예에 따르면, 비교적 간단하고 용이한 방법을 통해 평가 테이블을 획득함으로써, 평가대상 광학계를 이루는 광학부재의 위치 오차, 즉 광학 부재가 설치 위치에서 벗어났는지를 정확하게 평가할 수 있다.According to one embodiment of the present invention, by obtaining the evaluation table through a relatively simple and easy method, it is possible to accurately evaluate the position error of the optical member constituting the evaluation objective optical system, that is, whether the optical member is out of the installation position have.
한편, 평가 테이블을 획득함에 있어서, 광축 상에서의 광학적 성능 값을 측정하고 및/또는 광학부재의 위치에 가장 영향을 많이 받는 값들을 이용함으로써, 평가 테이블의 신뢰도를 더욱 향상시킬 수 있다.On the other hand, in acquiring the evaluation table, the reliability of the evaluation table can be further improved by measuring the optical performance value on the optical axis and / or using the values most affected by the position of the optical member.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 광학부재의 위치 평가방법을 개략적으로 나타낸 흐름도다.
도 2는 도 1의 단계 S10을 발췌하여 나타낸 흐름도다.
도 3은 도 2의 평가 테이블을 획득함에 있어서 사용되는 샘플 광학계의 개략적인 구성을 나타낸다.
도 4는 본 발명의 실시예 및 비교예에 따른 평가 방법을 이용하여 평가대상 광학계에 구비된 광학부재의 위치 오차를 평가한 결과를 나타낸 그래프이다. 1 is a flowchart schematically illustrating a method of evaluating a position of an optical member according to an embodiment of the present invention.
Fig. 2 is a flow chart showing an excerpt from step S10 of Fig.
Fig. 3 shows a schematic configuration of a sample optical system used in acquiring the evaluation table of Fig.
4 is a graph showing a result of evaluating a positional error of an optical member provided in the optical system to be evaluated by using the evaluation method according to the embodiment of the present invention and the comparative example.
본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고, 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 제 1, 제 2 등의 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 구성 요소들은 용어들에 의하여 한정되어서는 안된다. 용어들은 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함한다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나, 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다. 한편, 하기에서 사용된 "/"는 상황에 따라 "및"으로 해석될 수도 있고 "또는"으로 해석될 수도 있다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The present invention is capable of various modifications and various embodiments, and particular embodiments are illustrated in the drawings and described in detail in the detailed description. It is to be understood, however, that the invention is not to be limited to the specific embodiments, but includes all modifications, equivalents, and alternatives falling within the spirit and scope of the invention. DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. The terms first, second, etc. may be used to describe various elements, but the elements should not be limited by terms. Terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another. The terminology used in this application is used only to describe a specific embodiment and is not intended to limit the invention. The singular expressions include plural expressions unless the context clearly dictates otherwise. In the present application, the terms "comprises", "having", and the like are used to specify that a feature, a number, a step, an operation, an element, a component, Should not be construed to preclude the presence or addition of one or more other features, integers, steps, operations, elements, parts, or combinations thereof. In the following description, "/" may be interpreted as "and "
광학계의 파면오차는 광학부재의 위치 오차에 따른 광경로차(OPD)에 의해 발생한다. 광경로차는 하기와 같은 [수학식 1]의 제르니커 다항식(Zernike polynomials)을 사용하여 표현될 수 있다.The wavefront error of the optical system is generated by the optical path difference (OPD) according to the position error of the optical member. The light path difference can be expressed using the Zernike polynomials of Equation (1) as follows.
[수학식 1][Equation 1]
OPD = C0Z0 +C1Z1 + C2Z2 + C3Z3+ C4Z4+ C5Z5+ C6Z6+ C7Z7+ C8Z8+ C9Z9+…OPD = C 0 Z 0 + C 1 Z 1 + C 2 Z 2 + C 3 Z 3 + C 4 Z 4 + C 5 Z 5 + C 6 Z 6 + C 7 Z 7 + C 8 Z 8 + C 9 Z 9 +
Ci(i=0,1,2,…)은 차수별 계수를 나타내고, Zj(j=0,1,2,…)는 각 차수별 제르니커 다항식을 나타낸다. Ci (i = 0, 1, 2, ...) represents a coefficient by order, and Zj (j = 0, 1, 2, ...) represents a Zernike polynomial of each order.
한편, Zj(j=0,1,2,…)값은 광학계를 구성하는 광학부재의 위치 변화에 영향을 받는 값으로서, 다음의 [수학식 2]와 같이 나타낼 수 있다.On the other hand, the value of Zj (j = 0, 1, 2, ...) is a value influenced by the positional change of the optical member constituting the optical system, and can be expressed by the following equation (2).
[수학식 2]&Quot; (2) "
여기서, D 행렬은 광학부재의 위치 변화 양을 나타내고, Z행렬은 광학부재의 위치 변화에 따른 광학적 성능을 나타내는 것으로서, Z11, Z12,… ,Zm1은 앞서 수학식 1의 Zj(j=0,1,2,…)과 대응되는 값이다. Here, the D matrix represents the amount of positional change of the optical member, and the Z matrix represents the optical performance according to the change of the position of the optical member, and Z 11 , Z 12 , ... , And Z m1 are values corresponding to Z j (j = 0, 1, 2, ...) in the equation (1).
본 발명은 샘플 광학계를 구성하는 샘플 광학부재의 위치를 변경하면서 얻은 광학적 성능 값을 이용하여 [수학식 2]에 따라 A 행렬 즉, 평가 테이블을 획득한 후, 획득된 평가 테이블에 기초하여 다양한 종류의 광학계에 구비된 광학부재들이 배치(셋팅)되어야 하는 위치에서 벗어났는지 여부인 광학부재의 위치 오차를 평가하는 방법에 관한 것이다.The present invention is characterized by obtaining an A matrix, that is, an evaluation table according to [Equation 2] using optical performance values obtained by changing the positions of sample optical members constituting the sample optical system, To a method for evaluating a positional error of an optical member whether or not the optical members provided in the optical system of the optical system are displaced (set).
이하 도면들을 참고하여 자세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, the details will be described with reference to the drawings.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 광학부재의 위치 오차 평가방법(이하,"평가가방법"이라 함)을 개략적으로 나타낸 흐름도이고, 도 2 는 도 1에서의 평가 테이블 획득 단계(S10)를 보다 자세하게 나타낸 흐름도이다.FIG. 1 is a flowchart schematically showing a method of evaluating a position error of an optical member according to an embodiment of the present invention (hereinafter referred to as "evaluation method"), FIG. 2 is a flowchart showing an evaluation table obtaining step (S10) In more detail.
도 1을 참조하면, 본 발명의 평가방법은, 크게 평가 테이블을 획득하는 단계(S10) 및 평가 테이블을 기초로 평가대상 광학계에 포함된 광학부재가 설치 위치에서 벗어났는지를 평가하는 단계(S20)를 포함한다.1, the evaluation method according to the present invention includes a step (S10) of obtaining an evaluation table and a step (S20) of evaluating whether or not an optical member included in the optical system to be evaluated deviates from an installation position based on the evaluation table, .
먼저, 단계 S10을 설명한다.First, step S10 will be described.
단계 S10에서는, 평가 테이블을 획득하기 위해서 샘플 광학계를 이용한다. 구체적으로, 샘플 광학계에 포함된 샘플 광학부재의 위치를 변화시켜 샘플 광학부재의 위치 변화에 따른 광학적 성능 값을 획득한 후(S11~S15), 이들 값을 연산하여 평가 테이블을 얻는다(S16).In step S10, a sample optical system is used to acquire the evaluation table. Specifically, the positions of the sample optical members included in the sample optical system are changed to obtain the optical performance values according to the positional changes of the sample optical members (S11 to S15), and these values are calculated to obtain the evaluation table (S16).
도 3은 본 발명의 일 실시예로서, 평가 테이블을 얻기 위한 샘플 광학계를 나타낸다. Fig. 3 shows a sample optical system for obtaining an evaluation table according to an embodiment of the present invention.
샘플 광학계는 2개의 샘플 광학부재를 포함할 수 있다. 광원에서 나온 빛은 제1,2 샘플 광학부재(100, 200)를 지나 검출기의 이미지 면(IP)에 결상될 수 있다. 빛이 검출기의 이미지 면(IP)에 도달되면서 획득된 이미지는, 제1,2 샘플 광학부재(100, 200)의 상대적 위치 변화에 따라 달라진다. 즉, 제1,2 샘플 광학부재(100, 200)의 상대적 위치에 따라 샘플 광학계의 전체 광학적 성능은 달라진다. The sample optical system may include two sample optical members. The light from the light source can be imaged on the image plane IP of the detector through the first and second sample
예를 들어, 제1 샘플 광학부재(100)가 광축(이하, "z축"이라 함)에 수직인 x축/y축 방향에 대해 기울어질 때(즉, 틸트될 때)의 전체 샘플 광학계의 성능은 기울어지기 전의 샘플 광학계의 성능과 다르다. 마찬가지로, 제1 샘플 광학부재(100)가 x축, y축, z축 방향을 따라 이동할 때(즉, 제1 샘플 광학부재의 중심이 이동할 때:decent)의 전체 샘플 광학계의 성능은 이동하기 전의 샘플 광학계의 성능과 다르다. 제1 샘플 광학부재(100)의 기울어짐/중심 이동에 따라 달라지는 광학적 성능의 수치로 표현될 수 있으며, 수치로 표현된 광학적 성능은 앞서 수학식 1에서 살펴본 Zj 에 대응된다.For example, when the first sample
단계 S11에서, 제1 샘플 광학부재(100)를 x축-틸트(tilt)시켜 측정된 광학적 성능 값을 획득한다.In step S11, the measured optical performance value is obtained by x-axis-tilting the first sample
제1 샘플 광학부재(100)를 일정한 각도만큼 x축-틸트시켜 측정함으로써, 소정의 값의 샘플 렌즈계의 광학적 성능 값을 얻을 수 있다. 예컨대, 단계 S11에서는, 제1 샘플 광학부재(100)를 D11 만큼의 x축-틸트시켜, ZD11 _0, ZD11 _1, ZD11 _2, ZD11 _3, ZD11_4, ZD11 _5, ZD11 _6 , ZD11 _7 , ZD11 _8 , ZD11 _9 , …의 광학적 성능 값을 획득할 수 있다.The optical performance value of the sample lens system having a predetermined value can be obtained by measuring the first sample
단계 S12에서, 제1 샘플 광학부재(100)를 y축-틸트(tilt)시켜 측정된 광학적 성능 값을 획득한다.In step S12, the measured optical performance value is obtained by y-axis-tilting the first sample
제1 샘플 광학부재(100)를 일정한 각도만큼 y축-틸트사켜 측정함으로써, 소정의 값의 샘플 렌즈계의 광학적 성능 값을 얻을 수 있다. 예컨대, 단계 S12에서는, 제1 샘플 광학부재(100)를 D12 만큼의 y축-틸트시켜, ZD12 _0, ZD12 _1, ZD12 _2, ZD12 _3, ZD12_4, ZD12 _5, ZD12 _6 , ZD12 _7 , ZD12 _8 , ZD12 _9, …의 광학적 성능 값을 획득할 수 있다.The optical performance value of the sample lens system having a predetermined value can be obtained by measuring the y-axis-tilt of the first sample
단계 S13에서, 제1 샘플 광학부재(100)를 x축-디센트(decent)시켜 측정된 광학적 성능 값을 획득한다.In step S13, the first sample
제1 샘플 광학부재(100)를 x축을 따라 이동시켜 측정함으로써, 소정의 값의 샘플 렌즈계의 광학적 성능 값을 얻을 수 있다. 예컨대, 단계 S13에서는, 제1 샘플 광학부재(100)를 D13 만큼의 x축-디센트시켜, ZD13 _0, ZD13 _1, ZD13 _2, ZD13 _3, ZD13 _4, ZD13_5, ZD13 _6, ZD13 _7, ZD13 _8, ZD13 _9, …의 광학적 성능 값을 획득할 수 있다.The optical performance value of the sample lens system having a predetermined value can be obtained by measuring the first sample
단계 S14에서, 제1 샘플 광학부재(100)를 y축-디센트(decent)시켜 측정된 광학적 성능 값을 획득한다.In step S14, the first sample
제1 샘플 광학부재(100)가 y축을 따라 이동시켜 측정함으로써, 소정의 값의 샘플 렌즈계의 광학적 성능 값을 얻을 수 있다. 예컨대, 단계 S14에서는, 제1 샘플 광학부재(100)를 D14 만큼의 y축-디센트시켜, ZD14 _0, ZD14 _1, ZD14 _2, ZD14 _3, ZD14 _4, ZD14_5, ZD14 _6, ZD14 _7, ZD14 _8, ZD14 _9, …의 광학적 성능 값을 획득할 수 있다.The optical performance value of the sample lens system having a predetermined value can be obtained by measuring the first sample
단계S15에서, 제1 샘플 광학부재(100)를 z축-디센트(decent)시켜 측정된 광학적 성능 값을 획득한다.In step S15, the first sample
제1 샘플 광학부재(100)가 z축을 따라 이동시켜 측정함으로써, 소정의 값의 샘플 렌즈계의 광학적 성능 값을 얻을 수 있다. 예컨대, 단계 S15에서는, 제1 샘플 광학부재(100)를 D15 만큼의 z축-디센트시켜, ZD15 _0, ZD15 _1, ZD15 _2, ZD15 _3, ZD15 _4, ZD15_5, ZD15 _6, ZD15 _7, ZD15 _8, ZD15 _9, …의 광학적 성능 값을 획득할 수 있다.The optical performance value of the sample lens system having a predetermined value can be obtained by measuring the first sample
이상에서는, x축/y축의 틸트에 따른 광학적 성능 값을 획득하고, x축/y축/z축의 디센트에 따른 광학적 성능 값을 획득하는 것으로 설명하였으나, 각각의 단계(S11 ~ S15)의 순서는 바뀌어도 무방하다. In the above description, the optical performance values according to the tilt of the x axis / y axis are obtained and the optical performance values according to the descents of the x axis / y axis / z axis are obtained. However, the order of each of the steps S11 through S15 It can be changed.
단계 S16에서, 단계 S11 ~ S15에서의 값을 기초로, 평가 테이블을 획득한다.In step S16, an evaluation table is acquired based on the values in steps S11 to S15.
먼저, 단계 S16-1에서, 단계 S11 ~ S15에서 획득한 제1 샘플 광학부재(100)의 위치 변화에 따른 광학적 성능 값들 중 ZD1k _4, ZD1k _5, ZD1k _6, ZD1k _7, ZD1k _8 (k=1,2,3,4,5)를 선택하거나, ZD1k _5, ZD1k _6, ZD1k _7, ZD1k _8, ZD1k _9 (k=1,2,3,4,5)를 선택한다. First, in step S16-1, the optical performance values according to a change in position of the first sample
ZD1k _4는 초점거리의 변화를 나타낸 것이고, ZD1k _5는 x 방향에 대해 기울어지는 양(x-tilt)에 관한 것으로 비점수차를 반영한 값이며, ZD1k _ 6는 y 방향에 대해 기울어지는 양(y-tilt)에 관한 것으로 비점수차를 반영한 값이다. ZD1k _7은 x 축 방향에 대한 이동(x-decenter)에 관한 것으로 코마수차를 반영한 값이고, ZD1k _8은 y 축에 대한 이동(y-decenter)에 관한 것으로 코마수차를 반영한 값이다. ZD1k _9는 z축에 대한 이동(z-decenter)에 관한 것으로, 트레포일(Trefoil)을 반영한 값이다.Z D1k _4 depicts the change in the focal length, Z D1k _5 is a value reflecting the astigmatism relates to the amount (x-tilt) is tilted about the x-direction, Z D1k _ 6 are both inclined to the y-direction (y-tilt), which reflects astigmatism. Z D1k _7 is reflecting the coma aberration value relates to a movement (x-decenter) for the x-axis direction, Z D1k _8 is a value reflecting the coma aberration relates to a movement (y-decenter) for the y-axis. Z D1k _9 is directed to a movement with respect to the z-axis (z-decenter), is a value that reflects the trefoil (Trefoil).
즉, ZD1k _5와 ZD1k _ 6는 각각 x축/y축의 틸트에 가장 영향을 많이 받는 값이고, ZD1k_7 와 ZD1k _8 는 각각 x축/y축의 디센트에 가장 영향을 많이 받는 값이다. ZD1k _4 와 ZD1k_9 는 z축의 디센트에 가장 영향을 많이 받는 값이므로, 이들 중 어느 하나를 선택할 수 있다.That is, Z D1k _5 and Z D1k _ 6 is receiving most affected the most, and receiving a lot of influence value, Z D1k_7 and Z D1k _8 the x-axis / y-axis descent respectively to the x-axis / y-axis tilt each value. Z D1k _4 and Z D1k_9 is because under most affected values in the z-axis, descent, you can choose any one of them.
상술한 바와 같은 광학적 성능 값들(ZD1k _4, ZD1k _5, ZD1k _6, ZD1k _7, ZD1k _8 (k=1,2,3,4,5) 또는 ZD1k _5, ZD1k _6, ZD1k _7, ZD1k _8, ZD1k _9 (k=1,2,3,4,5))은 각각 제1 샘플 광학부재(100)의 x축/y축의 틸트, x축/y축/z축의 디센트에 따라 가장 영향을 많이 받는 값에 해당하므로, 이들을 이용하여 평가 테이블을 획득할 경우, 평가 테이블의 신뢰도를 더욱 향상시킬 수 있다.Optical performance values, as described above, (Z D1k _4, _5 D1k Z, Z D1k _6, Z D1k _7, Z _8 D1k (k = 1,2,3,4,5), or Z D1k _5, _6 D1k Z, Z D1k _7, z D1k _8, z D1k _9 (k = 1,2,3,4,5)) is each of the first sample x-axis of the optical member (100) / y tilt axes, x-axis / y-axis / z axes Since the values are most influenced by descents, when the evaluation tables are obtained by using these values, the reliability of the evaluation table can be further improved.
한편, 앞서 설명한 S11 단계 내지 S15 단계에서 획득된 광학적 성능 값들(ZD1k _4, ZD1k _5, ZD1k _6, ZD1k _7, ZD1k _8, 또는 ZD1k _5, ZD1k _6, ZD1k _7, ZD1k _8, ZD1k _9)은 모두 광축 상에서 측정된 광학적 성능 값일 수 있다. 즉, 이미지 면(IP)의 중심에서의 광학적 성능 값이다. 여기서, 이미지 면(IP)의 중심이란, 도 3에 도시된 바와 같이, 광축(optical axis)과 이미지 면(IP)가 만나는 지점을 나타낸다.On the other hand, optical performance values obtained in steps S11 to S15 steps described above (Z D1k _4, Z D1k _5, Z D1k _6, Z D1k _7, Z D1k _8, or Z D1k _5, Z D1k _6, Z D1k _7, Z D1k _8, Z D1k _9 ) may all be optical performance values measured on the optical axis. That is, the optical performance value at the center of the image plane IP. Here, the center of the image plane IP refers to the point where the optical axis meets the image plane IP, as shown in Fig.
만약, 각각의 단계에서 획득된 광학적 성능 값이 제1 샘플 광학부재(100) 이외의 요소에 의해 영향을 받는다면, 이와 같은 값에 기초하여 획득된 평가 테이블 자체의 신뢰도가 저하될 수 있다. 그러나, 본 발명에서는 S11 단계 내지 S15 단계별로 광축 상(이미지 면(IP)의 중심)에서의 광학적 성능 값을 획득하므로, 광학적 성능 값을 획득하는데 있어서 제1 샘플 광학부재(100) 이외의 요소(변수)에 의한 영향을 최소화할 수 있으며, 평가 테이블의 신뢰도도 향상시킬 수 있다.If the optical performance values obtained at each step are affected by factors other than the first sample
다음으로, 단계 S16-1에서의 광학적 성능 값들의 선택이 완료되면, 단계 S16-2에서 선택된 값들을 이용하여 A 행렬을 구한다.Next, when the selection of the optical performance values in step S16-1 is completed, the A matrix is obtained using the values selected in step S16-2.
제1 샘플 광학부재(100)의 위치 변화량(D11, D12, D13, D14, D15)에 따라 획득된 광학적 성능 값들(ZD1k _4, ZD1k _5, ZD1k _6, ZD1k _7, ZD1k _8, 또는 ZD1k _5, ZD1k _6, ZD1k _7, ZD1k _8, ZD1k_9)을 [수학식 2]에 대입하면 총 25개의 방정식이 산출되며, 이들 방정식을 계산하면 A 행렬을 이루는 각각의 요소(A11, A12, …)의 값을 획득할 수 있다.The optical performance values (Z D1k_4 , Z D1k _5 , Z D1k _6 , Z D1k _7 , Z D1K _4, Z D1K _5 ) obtained in accordance with the position change amounts (D 11 , D 12 , D 13 , D 14 , D 15 ) of the first sample optical member , Z D1k _8, or Z D1k _5, Z D1k _6, Z D1k _7, Z D1k _8, Z D1k_9) a substituting in equation (2), and calculating a total of 25 equations, the matrix a when calculating these equations , The value of each element (A 11 , A 12 , ...) formed can be obtained.
이렇게 획득된 A 행렬은 평가 대상 광학계를 구성하는 광학부재가 설치 위치에서 벗어났는지를 평가하는, 즉 광학부재의 위치정렬을 평가하는 평가 테이블이 된다. The obtained A matrix is an evaluation table for evaluating whether or not the optical member constituting the optical system to be evaluated deviates from the mounting position, that is, evaluating the alignment of the optical member.
다시 도 1을 참조하면, 평가 테이블을 이용하여 다양한 종류의 광학계(이하,"평가대상 광학계"라고 함)에 포함된 광학부재의 위치 오차를 평가할 수 있다(S20).Referring again to FIG. 1, the positional error of optical members included in various kinds of optical systems (hereinafter referred to as "evaluation objective optical system") can be evaluated using the evaluation table (S20).
평가대상 광학계는 2개의 광학부재를 구비한 광학계일 수 있으며, 예컨대 심우주 관측위성에 탑재되는 망원경에 채용된 광학계일 수 있다. 여기서, 광학부재는 렌즈, 반사경 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.The optical system to be evaluated may be an optical system having two optical members, for example, an optical system employed in a telescope mounted on a deep space observation satellite. Here, the optical member may include at least one of a lens and a reflector.
평가대상 광학계를 구성하는 광학부재의 위치 값을 하기의 [수학식 3]에 대입하고, [수학식 3]에서 획득된 값을 이용하여 파면오차를 계산함으로써 광학부재의 위치 오차를 평가할 수 있다.The position error of the optical member can be evaluated by substituting the positional value of the optical member constituting the optical system to be evaluated into the following expression (3) and calculating the wavefront error using the value obtained in the expression (3).
[수학식 3] &Quot; (3) "
여기서, A 행렬은 단계 S10에서 획득한 평가 테이블이며, P 행렬은 평가대상 광학계를 구성하는 광학부재의 위치를 나타낸다.Here, the A matrix is the evaluation table obtained in step S10, and the P matrix indicates the position of the optical member constituting the evaluation objective optical system.
수학식 3에 따라 연산하면, Z 의 값, 즉 저르니커 차수값을 획득할 수 있고, 획득된 저르니커 차수값을 이용하여 파면오차를 구함으로써 광학부재가 설치 위치에서 벗어났는지 여부를 평가할 수 있다.The value of Z , that is, the Zernike degree value can be obtained by calculating in accordance with Equation (3), and it is possible to evaluate whether or not the optical member is out of the mounting position by obtaining the wavefront error using the obtained Zernike order value .
상술한 바에 따르면, 위치 변화량이 x축/y축의 틸트, 및 x축/y축/z축의 디센트에 대한 값이므로, A 행렬은 5×5의 행렬이 된다.As described above, since the amount of position change is a value for the tilt of the x axis / y axis and the descent of the x axis / y axis / z axis, the matrix A is a matrix of 5 x 5.
그러나 본 발명은 이에 한정되지 않는다. 예컨대, 평가대상 광학계를 구성하는 광학부재의 위치 중 z축의 디센트가 중요한 요소가 아닌 경우라면, 평가 테이블을 얻기 위한 단계(S10) 중에서 x축의 틸트(단계 S11), y축의 틸트(단계 S12), x축의 디센트(단계 S13), 및 y축의 디센트(단계 14)만을 수행하여 각각의 위치 변화 양에 따른 광학적 성능 값을 얻을 수 있다.However, the present invention is not limited thereto. (Step S11), the y-axis tilt (step S12), the y-axis tilt (step S12), and the tilt of the y- the optical performance value according to the amount of positional variation can be obtained by performing only the descent in the x axis (step S13) and the decenter in the y axis (step 14).
이와 같은 경우, 획득된 평가 테이블은 4×4의 행렬이 된다.In such a case, the obtained evaluation table becomes a 4x4 matrix.
상술한 바에 따르면, S10 단계(S11~S16단계) 및 S20의 단계를 한번 수행하는 경우에 대하여 설명하였으나, 필요에 따라, 예컨대 보다 정밀한 측정을 위해서, S20 단계는 2회 이상 반복적으로 수행될 수 있다. According to the above description, the case of performing step S10 (steps S11 to S16) and step S20 is described once, but if necessary, for example, step S20 may be repeated twice or more for more precise measurement .
도 4는 본 발명의 실시예 및 비교예에 따른 평가 방법을 이용하여 평가대상 광학계에 구비된 광학부재의 위치 오차를 평가한 결과를 나타낸 그래프이다. 도 4의 그래프에서 x축은 본 발명의 실시예에 따른 평가방법의 반복 회수를, y축은 파면오차를 나타낸다. 도 4에서 y축 값이 작을수록 평가방법이 우수함을 나타낸다. 즉, 도 4에서 y축 값은, 평가대상 광학계에 포함된 광학부재의 실제 위치 오차와, 본 발명의 실시예에 따른 평가 방법을 이용하여 평가한 평가대상 광학계의 광학부재의 위치 오차의 차이로서, 그 값이 작다고 함은 본 발명의 실시예에 따른 평가 방법을 사용하였을 때의 위치오차가 결국 실제 위치오차의 차이가 된다는 것을 의미한다. 4 is a graph showing a result of evaluating a positional error of an optical member provided in the optical system to be evaluated by using the evaluation method according to the embodiment of the present invention and the comparative example. In the graph of FIG. 4, the x-axis represents the number of repetitions of the evaluation method according to the embodiment of the present invention, and the y-axis represents the wavefront error. 4, the smaller the y-axis value is, the better the evaluation method is. 4, the y-axis value is a difference between the actual position error of the optical member included in the evaluation objective optical system and the position error of the optical member of the evaluation objective optical system evaluated using the evaluation method according to the embodiment of the present invention And the value is small means that the position error when using the evaluation method according to the embodiment of the present invention is the difference of the actual position error.
도 4에서 실선은 본 발명의 실시예에 따른 평가방법을 이용한 경우를 나타내고, 점선은 본 발명의 비교예에 따른 평가방법을 이용한 경우를 나타낸다.In FIG. 4, the solid line indicates the case of using the evaluation method according to the embodiment of the present invention, and the dotted line indicates the case of using the evaluation method according to the comparative example of the present invention.
본 발명의 비교예에 다른 평가방법은, 광축이 통과하는 이미지 면(IP)의 중심, 및 중심의 주변에 배치된 소정의 지점들(4개의 지점)에서 광학적 성능 값을 시뮬레이션하여 평가 테이블을 획득한 후, 이와 같이 획득된 평가 테이블을 이용해 광학부재의 위치 오차를 평가하는 방식이다.The evaluation method according to the comparative example of the present invention acquires the evaluation table by simulating the optical performance value at the center of the image plane IP through which the optical axis passes and at predetermined points (four points) And then evaluating the position error of the optical member using the evaluation table thus obtained.
도 4의 결과는, 평가대상 광학계는 2개의 반사경을 갖는 광학계에 대하여 본 발명의 실시에에 따른 평가방법과 본 발명의 비교예에 따른 평가방법을 적용한 결과에 해당한다.The results of Fig. 4 correspond to the results of applying the evaluation method according to the embodiment of the present invention and the evaluation method according to the comparative example of the present invention to the optical system having two mirrors.
도 4를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 평가방법을 이용하여 1회 평가를 수행하였을 때의 파면오차가 약 192,150 nm이고, 2회 평가하였을 때의 파면오차가 약 71,282nm로 점차 줄어듦을 확인할 수 있다. 반면, 본 발명의 비교예에 따른 평가방법의 경우 측정 자체가 불가능함을 확인할 수 있다.Referring to FIG. 4, when the evaluation is performed using the evaluation method according to the embodiment of the present invention, the wave front error is about 192,150 nm, and the wave front error is gradually reduced to about 71,282 nm Can be confirmed. On the other hand, in the case of the evaluation method according to the comparative example of the present invention, it is confirmed that measurement itself is impossible.
도 4에서의 이점 쇄선은 평가대상 광학계에 따른 파면오차의 목표 값으로서, 목표 값인 파면오차보다 더 작은 결과를 보인다고 함은 평가방법이 실제 광학부재의 위치 오차를 제대로 반영하고 있다는 것을 의미한다.The dash-dotted line in Fig. 4 means that the evaluation method shows a result that is smaller than the wavefront error, which is the target value, as the target value of the wavefront error according to the evaluation objective optical system, which means that the positional error of the optical member is properly reflected.
도 4에서 사용된 평가대상 광학계에 포함된 반사경에 있어서 잘 만들어진 반사경의 가공오차가 60nm 정도인 것을 고려할 때, 도 4에서 목표 값인 파면오차가 126.56nm 이하라고 함은, 본 실시예에 따른 평가방법에 따라 측정된 반사경의 위치오차와 실제 광학부재의 위치오차 간에 차이가 없다는 것을 의미한다. Considering that the processing error of a well-made reflector in the reflector included in the evaluation object optical system used in Fig. 4 is about 60 nm, the wavefront error, which is the target value, in Fig. 4 is 126.56 nm or less. Which means that there is no difference between the position error of the reflector and the position error of the actual optical member.
본 발명의 실시예에 따른 평가 방법을 이용하여 2회 반복 평가하였을 때 목표값을 만족하는 것을 확인할 수 있다. 즉, 본 발명의 실시예에 따른 평가 방법의 경우, 비교예에 따른 평가방법에 비하여 그 정확도가 크게 향상됨을 확인할 수 있다.It can be confirmed that the target value is satisfied when it is repeatedly evaluated twice using the evaluation method according to the embodiment of the present invention. That is, in the case of the evaluation method according to the embodiment of the present invention, it can be confirmed that the accuracy is significantly improved as compared with the evaluation method according to the comparative example.
비록 본 발명이 상기 언급된 바람직한 실시예와 관련하여 설명되었지만, 발명의 요지와 범위로부터 벗어남이 없이 다양한 수정이나 변형을 하는 것이 가능하다. 따라서 첨부된 특허청구의 범위에는 본 발명의 요지에 속하는 한 이러한 수정이나 변형을 포함할 것이다.
Although the present invention has been described in connection with the above-mentioned preferred embodiments, it is possible to make various modifications and variations without departing from the spirit and scope of the invention. Accordingly, it is intended that the appended claims cover all such modifications and variations as fall within the true spirit of the invention.
100: 샘플 광학계의 제1 샘플 광학부재
200: 샘플 광학계의 제2 샘플 광학부재
IP: 이미지 면100: first sample optical member of the sample optical system
200: second sample optical member of the sample optical system
IP: Image plane
Claims (7)
(a) 광학부재의 위치의 오차 발생을 평가하기 위한 평가 테이블을 획득하는 단계; 및
(b) 상기 평가 테이블을 이용하여 평가대상 광학계에 포함된 광학부재가 설치 위치에서 벗어났는지를 평가하는 단계;를 포함하며,
상기 평가대상 광학계는 2개의 광학부재를 포함하는 광학계인, 광학부재의 위치 오차 평가방법.A method for evaluating a position error of an optical member,
(a) obtaining an evaluation table for evaluating occurrence of an error in the position of the optical member; And
(b) evaluating whether or not the optical member included in the optical system to be evaluated deviates from the mounting position using the evaluation table,
Wherein the evaluation objective optical system is an optical system including two optical members.
상기 평가 테이블은 4×4 또는 5×5 의 행렬로 표현되는, 광학부재의 위치 오차 평가방법.The method according to claim 1,
Wherein the evaluation table is represented by a matrix of 4x4 or 5x5.
상기 (a) 단계는, 샘플 광학계에 포함된 샘플 광학부재를 이용하여 상기 평가 테이블을 획득하는 단계로서,
(a-1) 광축인 z축과 수직을 이루는 x축에 대하여 상기 샘플 광학부재를 틸트(tilt)시켜 측정된 광학적 성능 값을 획득하는 단계;
(a-2) 상기 z축 및 상기 x축과 수직을 이루는 y축에 대하여 상기 샘플 광학부재를 틸트(tilt)시켜 측정된 광학적 성능 값을 획득하는 단계;
(a-3) 상기 x축 방향을 따라 상기 샘플 광학부재를 이동(decenter)시켜 측정된 광학적 성능 값을 획득하는 단계;
(a-4) 상기 y축 방향을 따라 상기 샘플 광학부재를 이동(decenter)시켜 측정된 광학적 성능 값을 획득하는 단계;
(a-5) 상기 z축 방향을 따라 상기 샘플 광학부재를 이동(decenter)시켜 측정된 광학적 성능 값을 획득하는 단계; 및
(a-6) 상기 (a-1) 단계 내지 상기 (a-5) 단계에서 획득된 광학적 성능 값을 기초로, 상기 평가 테이블을 획득하는 단계;를 포함하는, 광학부재의 위치 오차 평가방법.The method according to claim 1,
The step (a) may include acquiring the evaluation table using a sample optical member included in the sample optical system,
(a-1) obtaining an optical performance value measured by tilting the sample optical member about an x-axis perpendicular to a z-axis that is an optical axis;
(a-2) tilting the sample optical member with respect to the z-axis and the y-axis perpendicular to the x-axis to obtain a measured optical performance value;
(a-3) decentering the sample optical member along the x-axis direction to obtain a measured optical performance value;
(a-4) decentering the sample optical member along the y-axis direction to obtain a measured optical performance value;
(a-5) decentering the sample optical member along the z-axis direction to obtain a measured optical performance value; And
(a-6) obtaining the evaluation table based on the optical performance values obtained in steps (a-1) to (a-5).
상기 (a-1) 및 상기 (a-2) 단계 각각은, 상기 샘플 광학부재의 틸트에 따른 광학적 성능 값들 중 광축 상에서의 광학적 성능 값을 획득하는 단계를 포함하고,
상기 (a-3) 내지 상기 (a-5) 단계 각각은, 상기 샘플 광학부재의 이동에 따른 광학적 성능 값들 중 광축 상에서의 광학적 성능 값을 획득하는 단계를 포함하는, 광학부재의 위치 오차 평가방법.The method of claim 3,
Wherein each of the steps (a-1) and (a-2) includes obtaining an optical performance value on an optical axis among optical performance values according to a tilt of the sample optical member,
Wherein each of the steps (a-3) to (a-5) includes the step of obtaining an optical performance value on an optical axis among optical performance values according to the movement of the sample optical member .
상기 평가대상 광학계는 심우주 관측위성에 탑재되는 망원경에 포함된 광학계인, 광학부재의 위치 오차 평가방법.The method according to claim 1,
Wherein the optical system to be evaluated is an optical system included in a telescope mounted on a deep space observation satellite.
(a) 광학부재의 위치의 오차 발생을 평가하기 위한 평가 테이블을 획득하는 단계; 및
(b) 상기 평가 테이블을 이용하여 평가대상 광학계에 포함된 광학부재가 설치 위치에서 벗어났는지를 평가하는 단계;를 포함하며,
상기 (a) 단계는, 샘플 광학계에 포함된 샘플 광학부재를 이용하여 상기 평가 테이블을 획득하는 단계로서,
(a-1) 광축인 z축과 수직을 이루는 x축에 대하여 상기 샘플 광학부재를 틸트(tilt)시켜 측정된 광학적 성능 값을 획득하는 단계;
(a-2) 상기 z축 및 상기 x축과 수직을 이루는 y축에 대하여 상기 샘플 광학부재를 틸트(tilt)시켜 측정된 광학적 성능 값을 획득하는 단계;
(a-3) 상기 x축 방향을 따라 상기 샘플 광학부재를 이동(decenter)시켜 측정된 광학적 성능 값을 획득하는 단계;
(a-4) 상기 y축 방향을 따라 상기 샘플 광학부재를 이동(decenter)시켜 측정된 광학적 성능 값을 획득하는 단계;
(a-5) 상기 z축 방향을 따라 상기 샘플 광학부재를 이동(decenter)시켜 측정된 광학적 성능 값을 획득하는 단계; 및
(a-6) 상기 (a-1) 단계 내지 상기 (a-5) 단계에서 획득된 광학적 성능 값을 기초로, 상기 평가 테이블을 획득하는 단계;를 포함하는, 광학부재의 위치 오차 평가방법.A method for evaluating a position error of an optical member,
(a) obtaining an evaluation table for evaluating occurrence of an error in the position of the optical member; And
(b) evaluating whether or not the optical member included in the optical system to be evaluated deviates from the mounting position using the evaluation table,
The step (a) may include acquiring the evaluation table using a sample optical member included in the sample optical system,
(a-1) obtaining an optical performance value measured by tilting the sample optical member about an x-axis perpendicular to a z-axis that is an optical axis;
(a-2) tilting the sample optical member with respect to the z-axis and the y-axis perpendicular to the x-axis to obtain a measured optical performance value;
(a-3) decentering the sample optical member along the x-axis direction to obtain a measured optical performance value;
(a-4) decentering the sample optical member along the y-axis direction to obtain a measured optical performance value;
(a-5) decentering the sample optical member along the z-axis direction to obtain a measured optical performance value; And
(a-6) obtaining the evaluation table based on the optical performance values obtained in steps (a-1) to (a-5).
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Patent Citations (4)
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