한국천문연구원에서는 1 m 망원경을 국내 기술로 설계 제작하여 현재 시험 관측을 수행하고 있다. 이 망원경은 가대는 경위도식이고 광학계는 Ritchey-Chretien 형 망원경이다. Ritchey-Chretien 형은 구면 수차와 코마 수차가 없는 광학계로서 대부분의 천문 연구 망원경이 Ritchey-Chretien 형으로 제작되고 있다. 원래의 광학계 설계는 합성초점비가 F/10, 주경 곡률 반경이 5,700 mm로 설계하였으나 주경 가공 과정에서 주경의 곡률 반경과 원뿔상수 (conic constant)가 설계치와 차이가 발생하여, 이에 맞추어 전체 시스템 설계를 변경하였다. 최종 완성된 망원경의 광학계 설계 수치는 아래 표와 같다. (중략)
전자광학산업을 둘러싼 성장환경 여건은 모바일화, 디지털화, 융합화 등으로 빠르게 변화되고 있다. 이러한 변화는 광학기술, 반도체, 디스플레이 등 핵심부품은 물론 시스템의 수요 증가로 연결돼, 향후 이들 시장이 폭발적으로 늘어날 것이다. 따라서 이에 대응한 기술개발이 필요하다. 또한 친환경관련 기술이나 에너지관련 기술이 급속히 발달되고 있다. 전통산업에도 IT기반의 융합화가 계속적으로 진전됨에 따라, 이 분야의 획기적인 연구개발 투자가 필요하다. 특히 광학분야는 의료기기를 비롯한 다양한 분야에서 융합되어 발달될 것이므로 시장 사이즈가 큰 것부터 서둘러야 할 것이다.
군사용 전자광학장비는 정보지식 기반의 현대무기체계에 필수적인 장비로 발전하고 있다. 그러나 광학부품의 원소재나 영상증폭관, 열상검출기 등의 일부 핵심부품은 여전히 해외도입에 의존하고 있으며, 항공기나 위성에 탑재되는 감시정찰용의 복합시스템에 대한 체계설계기술 역시 아직 미흡한 실정이다. 따라서 향후 군사용 전자광학장비의 완전한 자립을 위한 연구협력체 구성과 이를 통한 국제경쟁력 제고가 필요하다.
작년 7월부터 산업자원부, 한국산업기술재단, 특허정보원과 일반기계 중 4개 업종인 정밀광학기기, 가스기기, 섬유기계, 냉동기기가 1팀으로 구성되어 각 분야별 산업의 미래 발전상을 수립한 결과 최종 로드맵이 확정됐다. 지난 12월 21일 산업자원부 주최로 웨스틴조선호텔에서 열린 '미래 산업기술 비전 선포식'에서 정밀광학기기가 포함된 스마트 생산시스템을 비롯한 20개 산업분야에 대한 로드맵 최종 발표 시간을 가졌다. 본 고에서는 정밀광학기기 분야의 전체 로드맵 내용을 요약 게재한다. 또한 다음호부터는 전체 로드맵에서 세목별 로드맵을 시리즈로 게재할 예정이다.
광학장비의 결상성능은 회절변조전달 성능(diffraction MTF) 이나 Strehl ratio 로 표시할 수 있다. 광학 렌즈 또는 거울의 표면 형상오차 등에 기인한 광학성능 저하는 이론적으로 잘 알려져 있으며, 입사동에서의 위상변조를 통하여 초분해능 광학계를 개발할려는 연구도 활발히 진행되고 있다. 헬기에 장착되어 야간 표적 획득 시스템으로 사용되고 있는 전방관측 적외선 열상장치는 볼 내부에 장착되며, 적외선 통과창으로서 이용되는 Ge 윈도우를 통하여 외부 영상을 획득한다. (중략)
본 발표에서는 광학적 분석 시스템에 적용 가능한 발광소자(광원)과 수광소자(광센서)를 집적화시키는 모듈(수 발광 집적모듈) 기술을 제시하고자 한다. 이러한 수-발광 집적모듈은 다양한 응용 분야에 적용 될 수 있다. 예를 들어, 광신호 감지를 위한 광통신용 송-수신 모듈(optical communication), 의료/진단 분야에서 단백질/DNA/박테리아 등의 검출 및 분석에 관한 바이오 센서(bio-sensor), 그리고 대기(가스)/수질 모니터링에 관한 환경센서 등 매우 광범위한 분야에 해당되는 요소 기술이라 할 수 있다. 특히, 이들 분야들 중 바이오 물질을 분석하고 검출하는 광학적 바이오 센서 기술은 높은 경제적 가치와 산업적 성장 잠재력으로 인해 오랫동안 활발한 연구가 진행되어 오고 있다. 이러한 광학적 바이오 센서에서 가장 범용적인 방법 중 하나가 항온-항체 면역반응을 기반으로 하는 형광 검출(fluorescence detection) 기법이다. 이러한 시스템은 전체적으로 광원, 광학계, 그리고 센서로 구성되는데 기존에 일반적으로 사용되고 있는 형광 현미경의 경우는 민감도가 우수하다는 장점은 있으나 상당히 고가이고 부피가 크며 복잡한 광학구성으로 이루어져 있다는 한계점을 가지고 있다. 이러한 맥락에서 고민감도를 확보하면서 휴대성, 고속처리, 저가 등의 특성을 가진 시스템에 대한 요구가 갈수록 증가하고 있다. 이를 해결하기 위한 핵심기술 중의 하나가 수-발광 부분을 집적화 시키는 기술이라 할 수 있다. 본 연구에서는 바이오 센서 기술의 하나로서 형광을 측정하여 혈액내의 진단 지표인자를 검출할 수 있는 휴대용 혈액진단기기에 적용되는 소형 수 발광 집적 모듈을 개발하였다. 혈액내의 검출 성분의 양에 따라 형광의 세기가 변화하게 됨으로써 정량적인 검출이 가능한 원리이다. 모듈의 구조는 크게 광원(발광소자), 광학계, 그리고 광센서(수광소자) 세 영역으로 나누어 진다. 광원은 635 nm 적색 레이저다이오드로서 형광체(Alexa Fluor 647/발광파장: 668 nm)를 여기 시키는 기능을 하며 장착된 볼렌즈 의해 샘플의 형광체 영역으로 집광된다. 광학계는 크게 시준렌즈(collimating lens)와 광학필터로 구성됨으로써 샘플로부터 발생되는 광을 적절하게 수광소자로 전달하는 기능을 하게 된다. 여기서 광학필터의 경우는 기본적으로 Distributed Bragg's Reflector(DBR) 구조로써 실리콘(Si) 포토다이오드 상부에 모노리식(monolithic)하게 형성되며 검출 샘플로부터 진행되는 레이저 광(잡음의 주원인)은 차단하고 형광(광신호)만 통과 시키는 기능을 하게 된다. 따라서 신호 대 잡음비(S/N ratio)를 향상시키기 위해서는 정밀한 광 필터링 기능이 요구됨으로써 박막의 세밀한 공정 조건과 구조적-광학적 특성 분석이 수행되었다. 마지막으로 포토다이오드 소자는 일반적인 구조 이외에 중앙에 원형 구멍이 형성된 특별한 구조가 적용된다. 이것은 포토다이오드 구조에 변화를 줌으로써 모듈 구조를 효율적으로 응용할 수 있다는 의미를 갖는다. 또한 포토다이오드의 전기적-광학적 측정 분석을 통해 잡음 및 감도 특성이 세부적으로 조사되며 형광신호를 효과적으로 측정할 수 있음을 확인하였다. 최종적으로 제작된 모듈은 약 $1{\times}1{\times}1cm^3$ 내외 정도의 크기를 갖는다. 요약하자면 본 발표에서는 광학적 바이오센서에 적용할 수 있는 소형 수-발광 소자 집적모듈을 소개한다. 전체 모듈 설계는 최소한의 부피를 가짐과 동시에 측정의 정밀성을 향상시키는데 초점을 맞추어 진행하였다. 세부요소인 광학필터와 포트다이오드의 경우 잡음 및 민감도에 미치는 중요성 때문에 세밀한 공정 및 특성분석이 수행되었다. 결론적으로 독자적인 설계 및 공정을 통해 휴대성 및 정밀성 등의 목적에 부합한 경쟁력 있는 수-발광 소자 집적모듈 제작 기술을 확보하였다.
본 논문에서는 적외선 탐색 및 추적 기능을 수행하는 광각 주사 광학계와 표적의 전자광학 추적 기능을 수행하는 협/중시계 광학계의 기능이 통합된 가변 F/수 삼중 배율 적외선 광학계를 설계하였다. 기존 광각 주사 광학계를 기반으로 무한 초점 광학계를 전단부에 설계하여 협/중시계 기능을 수행할 수 있는 광학계를 구현하였다. 시스템 성능 분석을 통해 성능 목표를 설정하고, 이를 바탕으로 광학계 설계를 위한 설계 사양을 도출하였으며, F/수가 다른 광학계를 추가하기 위해 조리개 크기를 줄여주는 웜 스톱을 적용하였고, 설계된 광학계에 적합하도록 세부 형상을 설계하였다. 설계 완료된 협/중시계 광학계 설계 결과를 분석하여 MTF (modulation transfer function)와 같은 목표 성능을 만족하는 것을 확인하였으며 운용성을 고려하여 비열화와 표적 거리에 따른 초점 렌즈군의 이동량을 분석하였고, 이를 통해 광역 탐색 및 추적 기능과 정밀 추적 및 3차원 정보 획득 기능이 통합된 단일 광학 시스템의 구현이 가능함을 확인하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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