파면수차분석기

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파면수차분석기에 대한 보고서 자료입니다.

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38광 및 전자물리학과 / 의료광기술연구소감사합니다
파면분석기(wavefront aberrometer)를 이용하면 눈의 굴절력 및 난시도수 외에도 광학적 고위수차(higher order aberration)를 표현하는 파면수차함수를 산출할 수 있기 때문에, 눈의 결상 능력을 정확하고 정밀하게 진단할 수 있는 가능성을 가지고 있다.
따라서 파면분석기는 현재까지 사용되고 있던 시력 또는 굴절력 계측기들의 다음 세대를 이어갈 것으로 전망하고 있다. 특히 최근에는 이 장치를 엑시머레이저빔을 이용한 시력교정수술장치와 연계한 임상학적 연구가 활발하게 진행되고 있다.
본 연구에서는 파면분석기를 이용하여 안구의 저위 및 고위수차를 측정하고 이를 각막굴절교정 수술에 이용하여 그 유용성을 알아보았다. 이 수술법을 맞춤 굴절교정각막수술 또는 웨이브프론트수술이라고 한다. 41명 82안을 대상으로 수술을 시행하였으며 현성 굴절 검사상 -6 디옵터 이하의 근시 환자를 대상으로 하였다.
VisX 사의 WaveScan aberrometer를 이용하여 저위 및 고위수차를 측정 후 현성 굴절 검사와 조절 마비 굴절 검사상 큰 차이가 없는 군을 선택하였으며 Preview lens 검사상 20/20 이상의 시력을 보이는 경우에만 맞춤 굴절교정각막수술을 시행했다.
일반적인 라식이나 라섹수술법으로 시력교정수술을 하는 경우, 일부 10%에 속하는 고위수차가 많은 환자들의 시력을 완벽하게 교정하는 것에는 한계가 있기 때문에, 시력교정을 받기 전에 철저한 사전검사를 통해 라식 수술 후 발생할 수 있는 부작용을 미연해 방지하는 것이 무엇보다 중요하다. 따라서 10%에 속하는 고위수차를 가지고 있는 환자들의 경우 수술을 받기 전 철저한 사전검사를 통해 자신에게 적합한 수술을 선택하는 각별한 주의가 요구된다.
맞춤 굴절교정각막수술은 각막 중앙부(근시)나 각막 주변부(원시)를 레이저로 연마하여 초점을 망막 중심부에 맺히도록 하는 것에 그치는 것이 아니라 각막에 있는 미세한 굴곡과 망막, 수정체, 유리체 등에 의한 광학적 오차까지 해결해 주는 수술법이다. 더욱이 맞춤 굴절교정각막수술이 앞에서 말한 장점 뿐 아니라 일부 환자에서 발생할 수 있는 야간시력 감소나 눈부심 현상과 같은 부작용까지 막아주는 효과를 가지고 있어 향후 차세대 시력교정수술법으로 각광받을 것으로 기대된다.
본 연구는 산업자원부 2002년도 공통핵심기술개발사업(과제번호: 10003199)의 지원을 받았습니다.
Wavefront Sensor를 이용한 광학계 평가 기술
Researcher: Jin seok, Lee
Term: 2005
Overview
General Theory
Experimental Setup
Result and Prospect
Related Publications
Overview
최근 기술이 급속히 발전하면서 광학 기술의 응용 및 필요성은 점점 커지고 있다 .
Micro optics 평가 기술은 첨단 정밀 광학부품 생산을 위한 근간이 되고 있지만, 현재 이와 관련된 연구 활동은 국내에서 아주 미미하다 . 본 연구에서는 Wavefront Sensor를 이용하여 Micro optics 의 성능을 테스트 하는 장치를 만들어 기존의 Interferometer보다 저렴하고 쉽게 측정이 가능한 방법에 대해 고찰한다 .
General Theory
Shack-Hartmann wavefront sensor는 입사되는 빛의 파면 모양과 irradiance를 측정하는 장치로, 현재 천체 관측이나 안과 의료 분야에서 많이 사용되고 있다. 파면분석기(wavefront sensor)는 빛이 입사되는 쪽에 microlens array와 그 초점거리 부분에 있는 CCD로 구성되어 있다. 평행한 빛이 입사되었을 경우에 각 microlens에 의해 맺은 초점들의 위치를 reference focal point로 지정하게 되고, 이를 기준으로 하여 측정하고자 하는 빛이 들어왔을 때 맺는 초점들의 위치가 reference로부터 벗어난 정도를 이용하여 각각의 파면의 기울기를 알아낼 수 있다. 각 부분들의 파면의 기울기를 통해 알게 된 전체 파면의 형태로부터 RMS, P-V wavefront error, Zernike coefficients, Seidel 수차 크기 등의 파면에 대한 정보를 알 수 있다. 정확한 측정을 위해서는 평행광을 이용한 reference 설정이 중요하고, 이를 위해 Single mode fiber를 이용하여 구면파를 만들어 Standard lens로 collimated beam을 만드는 장치를 제작하였다.
소형렌즈의 수차 측정을 위해서 레이저를 핀홀에 통과시켜 회절되어 나오는 구면파를 측정하고자 하는 렌즈를 이용해 평행하게 만들어 파면분석기로 파면을 측정한다 . 핀홀의 크기가 작을수록 빛이 많이 퍼져 나가는 반면에 광량은 줄어들기 때문에 , 측정하고자 하는 렌즈의 NA(numerical aperture) 값에 따라 적절한 핀홀의 크기를 선정하여 FIB(focused ion beam) 장비로 제작하게 된다 . 이렇게 측정한 결과를 현재 일반적으로 광학부품 측정에 사용되고 있는 interferometer 방식의 장비에서 측정한 결과값과 비교하여 측정 정확도를 확인한다.
Experimental Setup
[ Pinhole과 wavefront sensor를 이용한 렌즈의 수차측정 원리 ]
[ Wavefront sensor를 이용한 수차 측정 시스템 ]
Result and Prospect
Wavefront sensor를 이용하여 소형 렌즈의 투과파면 측정을 통해 성능을 평가할 수 있는 장치를 제작하여 DVD용 광 픽업 대물렌즈, microscopic objective lens, aspheric lens 등의 수차를 측정해 보았다. 본 시스템은 특정 파장에 최적화된 reference가 필요하지 않기 때문에 laser와 single mode optical fiber의 교체만으로 BD(Blu-ray Disc)용 대물렌즈도 측정이 가능하고, 기타 다른 파장에서 설계된 렌즈의 측정이 가능하다.
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