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    Design of Cooled Infrared Optical System Considering Narcissus

    나르시서스를 고려한 냉각형 적외선 광학계 설계

    Su Seong Jeong, Young Soo Kim, Jin Suk Hong, Kyoung Muk Lee, and Jee Yeon Yoon

    정수성, 김영수, 홍진석, 이경묵, 윤지연

    In an infrared optical system, using a cooled detector generates a phenomenon called a narcissus, in which the focal-plane array cooled to ...

    냉각형 검출기를 사용하는 열상장비에서 렌즈의 표면 반사율에 의해 발생하는 나르시서스는 검출기의 불균일 보정(non-uniformity correction, NUC)에 의해 제거할 수 있다. 그래서 ...

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    In an infrared optical system, using a cooled detector generates a phenomenon called a narcissus, in which the focal-plane array cooled to very low temperatures is reflected at the lens surface and detected. The narcissus can be removed by non-uniformity correction of the detector pixel, so narcissus is generally ignored in infrared optics. However, non-uniformity correction reduces the sensitivity of the system. Also, as the housing temperature varies due to an environmental temperature change, or a lens is moved for focusing or athermalization purposes, a narcissus may occur even after non-uniformity correction. To minimize such a narcissus, the amount of the effect must be controlled in the lens-design stage. In this paper we designed a midinfrared optical system and analyzed the narcissus by setting the lens surface reflectance to 1%. In addition, the design was divided into stages of an initial design, an improved design, and a minimum design, and the narcissus was improved to about 56% of that in the initial design.


    냉각형 검출기를 사용하는 열상장비에서 렌즈의 표면 반사율에 의해 발생하는 나르시서스는 검출기의 불균일 보정(non-uniformity correction, NUC)에 의해 제거할 수 있다. 그래서 일반적으로 열상장비에서는 나르시서스를 무시할 수 있다고 가정한다. 그러나 불균일 보정은 시스템의 민감도를 감소시켜 열상장비의 성능인 최소분해능온도차에 영향을 줄 수 있다. 또한 시스템 내부의 온도가 변하면 불균일 보정 후에도 나르시서스에 의해 음영이 발생할 수 있다. 그래서 설계 단계에서 나르시서스를 고려한 설계가 필요하다. 본 논문에서는 중적외선 광학계를 설계하고 렌즈 표면 반사율을 1%로 설정하여 나르시서스 양을 분석하였다. 또한 설계를 초기설계, 개선설계, 최소화설계 단계로 구분하여 나르시서스 양을 초기 설계 대비 약 56% 수준으로 개선하였다.

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    December 2019
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    50-GHz AWG Interrogation of a Multiple-FBG Temperature Sensor

    50-GHz AWG를 이용한 다중 광섬유격자 브래그 파장 계측

    HyungMyung Moon, SeungChan Kwak, JinBong Kim, Ju-Wan Yim, Dong-Young Park, and Kiegon Im

    문형명, 곽승찬, 김진봉, 임주완, 박동영, 임기건

    We investigated an interrogation system for fiber Bragg gratings by using a 50-GHz 96-channel array waveguide grating. Linearity of the sensitivity (the ...

    96-채널 50-GHz 배열형 도파로격자를 사용하여 광섬유 브래그 격자의 브래그 파장 측정 시스템을 제작하였다. 충분히 넓은 대역폭을 갖는 광섬유격자의 브래그 파장은 변형 또는 ...

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    We investigated an interrogation system for fiber Bragg gratings by using a 50-GHz 96-channel array waveguide grating. Linearity of the sensitivity (the wavelength shift in response to the change in strain or temperature) is achieved for a Bragg grating of sufficiently wide bandwidth. The present wavelength-monitoring system could measure the change in Bragg wavelength with a resolution of 0.01 nm, at intervals of 10 seconds. When this interrogation system was used for a linear array of 12 acrylate- recoated fiber gratings, the wavelength sensitivity changed from 0.018 nm/°C to 0.01 nm/°C when the operating temperature changed from -25°C to 85°C.


    96-채널 50-GHz 배열형 도파로격자를 사용하여 광섬유 브래그 격자의 브래그 파장 측정 시스템을 제작하였다. 충분히 넓은 대역폭을 갖는 광섬유격자의 브래그 파장은 변형 또는 온도의 변화에 ​​따라 선형적으로 변화하는 것을 확인하였다. 제작된 파장 측정 시스템은 0.01 nm의 해상도를 가지며 10초 간격으로 브래그 파장을 측정한다. 12개의 직렬 연결된 아크릴레이트 재코팅된 다채널 광섬유격자들의 파장 이동을 동시에 측정하였고, 광섬유격자의 온도가 -25°C에서 85°C로 변화될 때, 파장 감도는 0.018 nm/°C에서 0.01 nm/°C까지 변화하였다.

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    December 2019
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    Searching and Autoalignment Method for Indoor Free-space Optical Communication

    실내용 자유 공간 광 통신을 위한 수신단의 위치 탐색 및 자동 링크 정렬 방법

    Kwanyong Lee, Seung-Rae Cho, and Chang-Hee Lee

    이관용, 조승래, 이창희

    We propose and demonstrate a searching and autoalignment method for indoor optical wireless communication, using a cost-effective retroreflective sheet and a microelectromechanical ...

    저렴한 retro-반사지와 미소 전자 기계 시스템(micro electro-mechanical system, MEMS) 거울을 이용한 실내용 무선 광 통신용 위치 탐색 및 자동 링크 정렬 ...

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    We propose and demonstrate a searching and autoalignment method for indoor optical wireless communication, using a cost-effective retroreflective sheet and a microelectromechanical system (MEMS) mirror. We use an extremum-seeking method for a single axis and beam steering with a MEMS mirror to maintain a line of sight (LOS) with the optical link. This autoalignment method shows a receiver sensitivity of -31.87 dBm for a bit rate of 2.5 Gb/s over a 7 m communication link.


    저렴한 retro-반사지와 미소 전자 기계 시스템(micro electro-mechanical system, MEMS) 거울을 이용한 실내용 무선 광 통신용 위치 탐색 및 자동 링크 정렬 방법을 제안하고 실험하였다. 직접적인 가시선(line of sight, LOS) 확보를 위하여 retro-반사지에서 돌아온 빛으로부터 수신단 위치를 파악하고 MEMS 거울을 통한 빔 조종으로 통신 링크를 자동 정렬하였다. 자동 정렬된 광 링크를 통하여 7 m 전송 거리에서 2.5 Gb/s NRZ 신호를 전송하여 비트 에러율 10-12에서 수신 감도 -31.87 dBm의 성능을 가졌다.

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    December 2019
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    Full-field Distortion Measurement of Virtual-reality Devices Using Camera Calibration and Probe Rotation

    카메라 교정 및 측정부 회전을 이용한 가상현실 기기의 전역 왜곡 측정법

    Dong-Geun Yang, Pilseong Kang, and Young-Sik Ghim

    양동근, 강필성, 김영식

    A compact virtual-reality (VR) device with wider field of view provides users with a more realistic experience and comfortable fit, but VR ...

    가상현실 기기의 렌즈는 사용자의 편의성을 위한 적은 부피와 높은 현실감을 위한 넓은 시야각을 동시에 만족시켜야 하기 때문에 왜곡 수차가 필연적으로 발생하는데, 일반적인 ...

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    A compact virtual-reality (VR) device with wider field of view provides users with a more realistic experience and comfortable fit, but VR lens distortion is inevitable, and the amount of distortion must be measured for correction. In this paper, we propose two different full-field distortion-measurement methods, considering the characteristics of the VR device. The first is the distortion-measurement method using multiple images based on camera calibration, which is a well-known technique for the correction of camera-lens distortion. The other is the distortion-measurement method by measuring lens distortion at multiple measurement points by rotating a camera. Our proposed methods are verified by measuring the lens distortion of Google Cardboard, as a representative sample of a commercial VR device, and comparing our measurement results to a simulation using the nominal values.


    가상현실 기기의 렌즈는 사용자의 편의성을 위한 적은 부피와 높은 현실감을 위한 넓은 시야각을 동시에 만족시켜야 하기 때문에 왜곡 수차가 필연적으로 발생하는데, 일반적인 렌즈보다 시야각이 넓고 왜곡 수차가 크기 때문에 측정이 어렵다. 본 논문에서는 가상현실 기기의 특성을 고려한 두 가지 왜곡 측정 방법을 제안하였다. 하나는 카메라 교정 방법 기반의 다중 이미지를 이용한 왜곡 측정법이며, 또 다른 하나는 카메라를 포함한 측정부를 직접 회전시켜 왜곡을 측정하는 다중 측정점을 이용한 왜곡 측정법이다. 제안된 방법들의 검증을 위해 시판된 가상현실 기기인 Google Cardboard 제품의 왜곡을 측정하고 설계 데이터를 통한 시뮬레이션 결과와 비교하였으며, 두 방법으로 측정된 왜곡 값은 시뮬레이션 결과와 비교했을 때 잘 부합하는 것으로 나타났다.

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    December 2019
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    Three-dimensional Imaging with an Endoscopic Optical Coherence Tomography System for Detection of Airway Stenosis

    기도협착 측정을 위한 내시경 광 결맞음 단층촬영법을 이용한 3차원 이미징

    Daa young Kwon, Chulho Oak, and Yeh-Chan Ahn

    권다영, 옥철호, 안예찬

    The respiratory tract is an essential part of the respiratory system involved in the process of respiration. However, if stenosis occurs, it ...

    기관지는 호흡과정에 있어서 호흡기 시스템의 필수적인 부분이다. 그러나 기관에 협착이 발생하면 기관지 안쪽이 좁아져 호흡을 원활하게 유지하는데 문제가 되기 때문에 조기에 진단 ...

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    The respiratory tract is an essential part of the respiratory system involved in the process of respiration. However, if stenosis occurs, it interferes with breathing and can even lead to death. Asthma is a typical example of a reversible cause of airway narrowing, and the number of patients suffering from acute exacerbation is steadily increasing. Therefore, it is important to detect airway narrowing early and prevent the patient’s condition from worsening. Optical coherence tomography (OCT), which has high resolution, is suitable for observing the microstructure of tissues. In this study we developed an endoscopic OCT system. We combined a 1300-nm OCT system with a servo motor, which can rotate at a high speed. A catheter was pulled back using a linear stage while imaging with 360° rotation by the motor. The motor was selected considering various requirements, such as torque, rotational speed, and gear ratio of pulleys. An ex vivo rabbit tracheal model was used as a sample, and the sample and catheter were immobilized by acrylic structures. The OCT images provided information about the structures of the mucosa and submucosa. The difference between normal and stenosed parts in the trachea was confirmed by OCT. Furthermore, through a three-dimensional (3-D) reconstruction process, it was possible to identify and diagnose the stenosis in the 3-D image of the airway, as well as the cross-sectional image. This study would be useful not only for diagnosing airway stenosis, but also for realizing 3-D imaging.


    기관지는 호흡과정에 있어서 호흡기 시스템의 필수적인 부분이다. 그러나 기관에 협착이 발생하면 기관지 안쪽이 좁아져 호흡을 원활하게 유지하는데 문제가 되기 때문에 조기에 진단 및 치료를 함으로써 증상의 악화를 예방하는 것이 중요하다. 천식은 기도 협착의 가역적 원인의 전형적인 예이며, 급성 악화로 고통받는 환자의 수는 꾸준히 증가하고 있다. 고해상도의 광 결맞음 단층촬영법(optical coherence tomography, OCT)은 조직의 미세 구조를 관찰하는 데 적합하다. 본 연구에서는 내시경 광 결맞음 단층촬영법을 개발하였다. 1,300 nm 광 결맞음 단층촬영법과 고속으로 회전할 수 있는 서보모터를 결합하였다. 모터를 이용하여 360도 회전하면서 이미징하는 동안 프로그램으로 조작이 가능한 선형 스테이지를 사용하여 내시경 프로브를 풀백했다. 모터는 토크, 회전 속도 및 풀리의 기어비와 같은 다양한 요구사항을 고려하여 선정하였다. 샘플로는 생체 외 토끼 기도 모델을 사용하였고, 샘플과 카테터는 모터 회전에 의해 흔들리지 않도록 아크릴 구조물로 고정시켰다. 광 결맞음 단층촬영 이미지는 점막 및 점막하층 구조에 대한 정보를 제공하며, 정상부분과 협착부분의 차이를 영상에서 확인할 수 있었다. 또한, 3차원 영상 복원 과정을 통해, 단면 영상과 더불어 3차원 영상에서도 기도의 협착을 식별할 수 있었다. 이 연구는 기도 협착증 진단에 도움을 줄 수 있는 영상법 개발 뿐만 아니라 3차원 영상을 구현했다는 점에서 의미가 있다.

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    December 2019
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    Improvement of Thermal Stability of Optical Current Sensors Based on Polymeric Optical Integrated Circuits for Quadrature Phase Interferometry

    사분파장 위상 간섭계 폴리머 광집적회로 기반 광전류센서의 온도 안정성 향상 연구

    Kwon-Wook Chun, Sung-Moon Kim, Tae-Hyun Park, Eun-Su Lee, and Min-Cheol Oh

    천권욱, 김성문, 박태현, 이은수, 오민철

    An optical current sensor device that measures electric current by the principle of the Faraday effect was designed and fabricated. The polarization-rotated ...

    광섬유가 지니는 패러데이 효과를 이용하여 전류의 세기를 측정하는 광전류 센서 소자를 설계 및 제작하였다. 센서 소자의 동작 안정성을 향상시키기 위하여 편광회전 반사 ...

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    An optical current sensor device that measures electric current by the principle of the Faraday effect was designed and fabricated. The polarization-rotated reflection interferometer and the quadrature phase interferometer were introduced so as to improve the operational stability. Complex structures containing diverse optical components were integrated in a polymeric optical integrated circuit and manufactured in a small size. This structure allows sensing operation without extra bias feedback control, and reduces the phase change due to environmental temperature changes and vibration. However, the Verdet constant, which determines the Faraday effect, still exhibits an inherent temperature dependence. In this work, we tried to eliminate the residual temperature dependence of the optical current sensor based on polarization-rotated reflection interferometry. By varying the length of the fiber-optic wave plate, which is one of the optical components of the interferometer, we could compensate for the temperature dependence of the Verdet constant. The proposed optical current sensor exhibited measurement errors maintained within 0.2% over a temperature range, from 25°C to 85°C.


    광섬유가 지니는 패러데이 효과를 이용하여 전류의 세기를 측정하는 광전류 센서 소자를 설계 및 제작하였다. 센서 소자의 동작 안정성을 향상시키기 위하여 편광회전 반사 간섭계와 사분 파장 위상 간섭계 구조를 도입하였다. 이 복잡한 구조를 구성하는 다양한 광소자들은 하나의 폴리머 광집적회로로 구성하여 작은 크기로 제작되었다. 본 구조를 이용하면 외부에서 별도의 바이어스 피드백 제어가 필요 없는 상태에서 전류를 측정하는 센싱 동작을 수행할 수 있다. 또한 온도변화나 외부진동으로 인한 광센서 특성 변화를 제거하여 안정적인 특성을 유지하는 광전류센서를 구현할 수 있다. 그러나 패러데이 효과를 결정짓는 베르데 상수는 온도에 따라 미소한 값의 변화를 가지고 있다. 본 연구에서는 이 변화로 인한 광전류센서의 온도의존성을 극복하기 위한 연구를 수행하였다. 편광회전 반사 간섭계의 부품인 광섬유 사분 파장판의 길이를 최적값으로부터 벗어나는 상태로 맞추어 줌으로써 베르데 상수의 온도의존성에 의해 나타나는 광전류센서의 스케일 팩터 변화를 보상해줄 수 있었다. 온도변화를 보상한 광전류센서는 주변 온도를 상온에서 85°C로 올리는 동안, 센서 측정 신호의 온도 의존성이 0.2% 이내로 유지되는 것을 확인했다.

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    December 2019