적외선 MTF 측정장치 개발 = Development of MTF measurement system for infrared optical system

국문 초록 (Abstract)

본 논문에서는 적외선 파장대에서 렌즈의 변조전달함수(MTF)를 칼날 주사방식으로 측정하는 적외선 MTF 측정장치를 구성하고 평가하였다. 측정장치는 물체부, 평행광을 만들어주는 시준부, 형성된 상을 분석하는 분석부로 나뉜다. 광원으로는 텅스텐 필라멘트 광원을 사용하였으며 중적외선 영상을 검출하기 위해 MCT를 사용하였다. 이 장치를 사용하여 ZnSe 재질의 f 수가 5인 표준렌즈의 MTF를 중적외선 파장대인 3~5 μm에서 측정하고 Zemax 프로그램을 통해 계산한 이론값과 측정값 차이를 비교하여 Cut-off frequency인 50 1/mm까지 전구간에서 ±0.035이내임을 확인하였다. 또한 측정값의 신뢰도를 확인하기 위한 A형 측정불확도를 계산한 결과 MTF의 대표 공간 주파수인 20 1/mm에서 0.002으로 동일한 조건 하에서 측정 시 측정값의 변화가 거의 없음을 알 수 있었다. 모터의 이동량에 따른 불확도와 슬릿의 폭의 오차에 관한 불확도, 물체와 칼날의 정렬에 의한 불확도를 ISO 규정에 따라 불확도 요인으로 산출하여 합성 불확도를 계산하였으며 각각의 불확도의 자유도를 바탕으로 유효자유도를 산출하여 적용인자
k를 통해 확장 불확도를 계산하였으며 계산 결과 0.010으로 계산되었다. 각각의 불확도 기여도 중에서 물체와 칼날의 정렬에 의한 불확도가 가장 높았다. 그러므로 MTF 측정 시 물체와 칼날의 정렬이 중요하므로 보다 정밀하게 물체와 칼날을 정렬 할 수 있는 방안을 연구해야된다고 판단된다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

Development of MTF measurement system for infrared optical system

In this paper, we developed the MTF (Modulation Transfer Function) measurement system using a knife edge scanning method for infrared optics. It consists of object part to generate target image, a collimator to make parallel beam, and a detector to analyze the image. We used a tungsten filament as a light source and MCT (Mercury Cadmium Telluride) to detect the mid ? infrared(3~5 ㎛ of wavelength) image. We measured MTF of standard lens of which f-number is 5 and material is ZnSe for using this instrument and compared the result with theoretical values calculated using ZEMAX commercial software. As a result, it was founded that the difference was within ± 0.035 by the cut-off frequency (50 l/mm). Also, we calculated A-type measurement uncertainty to check up the reliability of measurement. The result showed only 0.002 at 20 1/mm of spatial frequency,
which means very little variation in the MTF measurement under the same conditions. Uncertainty and uncertainty of the amount of movement of the motor about the error in the width of the slit, the calculation of the uncertainty of the object and the alignment of the knife with the uncertainty factor was calculated in accordance with ISO regulations, the effective degrees of freedom on the basis of the composite uncertainty degree of freedom of each of the uncertainty calculated by calculating the expanded uncertainty factor, k, was calculated by applying the calculation result to 0.010. The higher the uncertainty caused by the object and the alignment of the knife of the uncertainty contribution from each. Therefore, the alignment of the object and the knife MTF measurement is important because it is determined that more precisely to study the ways to align the object with knife.

목차 (Table of Contents)

• Ⅰ. 서 론 1
• 1. 연구동기 1
• 2. MTF 측정 방법 2
• Ⅱ. 이 론 5
• 1. MTF 측정 이론 5
• 2. 측정 불확도 이론 7
• 가. 측정 불확도 개요 7
• 나. 측정 불확도 평가 이론 8
• Ⅲ. MTF 측정 장치 구성 13
• 1. MTF 측정 하드웨어 구성 13
• 2. 표준렌즈의 구성 18
• 3. 측정 소프트웨어의 구성 19
• Ⅳ. MTF 측정 결과 26
• 1. MTF 측정값과 이론값 비교 26
• 2. MTF 측정값 검증 29
• Ⅴ. MTF 측정 불확도 32
• Ⅵ. 결 론 44
• 참고문헌 45