그림자식 무아레 무늬의 절대차수를 결정할 수 있는 새로운 방법으로 카메라와 광원의 위치좌표는 변화시키지 않고 사방격자의 피치 간격을 일정한 비율로 변화시키는 방법과, 사방격자의 피치간격은 변화시키지 않고 광원과 카메라 사이의 평면위치좌표를 변화시켜서 주기적인 무아레 무늬를 얻었다. 그 결과 사방격자에 의한 큰 주기의 무아레 무늬와 직선격자에 의한 작은 주기의 무아레 무늬를 비교함으로써 직선격자에 의한 무아레 무늬의 절대차수를 결정할 수 있음을 확인하였다.
주기가 일정하지 않은 다중 슬릿의 회절 무늬에 대한 식을 유도하고, 여러 가지 주기의 data값에 대하여 컴퓨터를 이용하여 회절 무늬를 시뮬레이션 해 보았다. 두 개의 주기가 혼합되어 있는 회절격자의 회절무늬시뮬레이션 결과 세가지 경향이 관찰되었다. 첫째는 각각의 위치에 peak형태의 회절무늬가 나오는 경우이고 둘째는 두 주기의 평균의 위치에 peak형태의 회절무늬가 나오는 경우이고 셋째는 두 주기의 합의 위치에 peakgudxo의 회절무늬가 나오는 경우이다. 이러한 결과를 이용하여 관측된 회절무늬에 위치에서부터 회절격자의 형태를 예측하는 것이 가능하게 되었다.
르네상스 시대의 필리포 브뤼넬레치, 19세기의 쟝 니꼴라 루이 뒤랑, 근대 건축의 꾸르뷔지에, 귀세프 테라니, 밀르벤 데르호흐, 그리고 현대건축의 장 누벨과 같은 5명의 건축가의 예를 통해, 건축에서 늘 되풀이되어 나타나는 기하학적 형체로서의 이 격자무늬는 자신의 다면성을 보여준다. 합리적인 면은 그대로 간직한 채, 격자무늬는 순서대로, 균형잡힌 비율의 선, 축에 관한 구성체계, 조립식 건축의 구조, 합리주의의 상징, 건물의 배치와 크기를 결정하는 반복적인 조직망, 삼차원 공간에서의 프랙탈한 이미지로서 나타난다.
계측분야에서 물체의 변형정도를 알아내는 광학적인 방법으로 물체에 격자를 부착하여 격자의 변위에 의한 무아레 무늬(moir fringes)를 이용하여 물체의 변형정도를 알아내는 방법이 있다. 최근에 본 그룹에서 물체의 변형정도를 피치간격으로 측정할 수 있고, 한 피치 내의 세밀한 부분은 유사한 두 개의 격자가 겹쳐서 형성되는 버니어 무아레 무늬를 이용하여 세부적인 변위 정도를 알아낼 수 있는 방법을 제안하였다. (중략)
영사식 무아레 토포그래피에서 실제 물체에 대한 측정오차를 줄이기 위해서는 물체높이에 따른 무늬차수의 변화율인 무늬 민감도에 대한 조사가 필수적이며, 또한 무늬 민감도를 활용을 하면 절대 차수 결정이 매우 편리하고 정확해진다. 영사기를 사용한 영사식 무아레 토포그래피에서 무늬차수를 결정하기 위한 변수는 광원의 위치와 물체의 위치, 격자주기이다. 이 변수들 중에서 광원의 위치를 횡축으로 움직이는 광원 횡축 이동법과 물체를 종축으로 움직인 물체 종축 이동법에 따른 무늬 민감도를 격자주기에 따라 서로 비교하고 이를 분석하였다. 그 결과 광원 횡축 이동법에서 광원과 상검출기 사이의 간격이 클수록 민감도가 높았으나, 물체 종축 이동법에서 물체와 결상렌즈 사이의 거리가 작을수록 민감도가 높았다. 그리고 두 방법에서 격자주기가 작을수록 민감도가 더 높았으며 변수 변화에 따른 무늬 민감도 변화량은 더 컸다.
직선격자와 원형격자의 혼합형태인 EC(Elongated circular) 격자의 무아레 무늬로 수 $\mu\textrm{m}$의 선형 횡변위를 보기 위하여 자체결상법으로 무아레 무늬를 형성하고 이를 신호처리하여 횡변위를 정밀하게 측정하였다. CCD 카메라로 측정한 무아레 무늬의 직선격자 부분을 고주파 필터링(filtering)과 스무딩(smooothing) 및 2차함수 피팅(fitting)하고, 이 결과의 1차 미분으로부터 영점교차의 위치를 세어서 직선격자 부분의 밝은 무늬의 위치를 측정하였다. 그리고 EC격자의 원형격자 부분에 의한 무아레 무늬는 고주파 필터링과 스무딩으로 구한 결과의 1차 미분에서 나온 영점교차 개수로부터 원형격자의 밝은 부분의 개수를 셈으로써 선형 횡변위의 EC격자 피치에 대한 정수배의 선형이동량을 정확히 계측하였다. 이 결과 80 $\mu\textrm{m}$ 이하의 횡변위에 대해서 지금까지 무아레 무늬로부터 가시적으로 구한 선형 횡변위량보다 훨씬 정확한 3% 이하의 정확도로 횡변위를 구할 수 있었다.
컴퓨터 전산모의와 회전자를 이용한 실험을 통하여 회전변위에 따른 반복사인격자 한 쌍이 만드는 무아레 무늬의 변화를 세밀하게 조사하여 반복사인격자가 겹쳐서 동시에 생기는 두 가지의 서로 다른 무아레 무늬를 사용하는 작은 회전변위를 측정하는 가시적 방법을 보여준다. 이 무아레 무늬는12도 이상의 큰 각도 측정에 유용한 장주기의 넓고 긴 직선무늬와 12도 이하의 작은 각도 측정에 유리한 좁고 짧은 복잡한 직선무늬로 이루어져 있다. 그리고 무아레 무늬의 회전방향에 따라 회전변위의 회전방향도 동시에 가시적으로 판별할 수 있다.
광속의 수렴 발산을 판단하기 위하여 무아레 무늬 발생기(moir$\acute{e}$ deflectometry)를 가상격자를 사용하는 제작하였다. 광원으로 He-Ne laser(3mW)와 무아레 무늬 발생기 광학계 중 광속확대기를 구성하기 위하여 제1렌즈와 제2렌즈의 초점거리는 각각 18 mm, 250 mm인 것을 사용하였다. 가상격자(virtual grating)를 발생시키기 위하여 회절격자(격자상수=$1.6{\mu}m/line$)와 전면 평반사경을 결합하여 무아레 무늬 발생기를 제작하였다. 광학계를 사용하여 시험렌즈의 유효초점거리를 측정하였고, 이 측정값과 유도된 식에 의한 이론값을 비교하였다.
무아레 무늬는 주기적인 두 격자에 비간섭성 광원을 사용하여 얻을 수 있으며, 격자의 모양에 따라 측정 물체의 병진 운동 및 회전 운동 측정이 가능하다. 무아레 기술은 비접촉식 측정 방법으로 실험 장치가 단순하여 물체의 3차원 형상 측정[1], 진동 및 응력 측정[2], 매질의 굴절률 측정[3], 회전각 측정[4] 등과 같은 많은 분야에 응용할 수 있다. 무아레 무늬는 발생 방법에 따라 그림자식과 영사식으로 나뉘며, 영사식은 격자를 측정면에 투영시키는 방법으로 그림자식과 비교하여 격자보다 상대적으로 큰 물체도 측정할 수 있다. (중략)
평행한 단색광이 회절격자에 입사하면 회절격자의 뒷쪽 공간의 특정한 위치마다 반복하여 격자선 무늬를 본뜬 그림자가 생기는 지점이 나타난다. 빛의 회절로 인하여 렌즈없이도 격자선의 상이 만들어지는 이 현상은 흥미로울뿐만 아니라 회절격자를 사용한 미소거리의 측정에 응용될 수 있다. 본 연구에서는 간단한 Fraunhofer 근사를 사용해도 이러한 현상을 해석할 수 있음을 보였고 실험을 통하여 예측한 대로 특정한 영역에서 격자선 복제가 일어나는 것을 확인하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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