• 항공우주시스템공학회지
• /
• 제17권4호
• /
• pp.18-27
• /
• 2023

본 논문에서는 열해석의 하중조건으로 레이저 열원을 설정하여 반사경의 구조-열-광학 성능 분석을 수행하였다. 레이저 열원 모델은 가우시안 빔을 바탕으로 반투명한 소재를 고려한 Beer-Lambert 법칙을 적용하여 하중조건으로 선정하였으며, 반사경만의 성능 분석을 위하여 기구부는 고려하지 않았다. 열변형해석을 수행하여 반사경 표면의 온도 변화로 인한 열응력과 열변형 데이터를 얻었다. 열변형에 의한 반사경 표면의 변위 데이터를 Zernike 다항식에 피팅하여 파면오차를 계산하였으며, 이를 통해 고에너지 레이저가 반사경으로 입사될 때 반사경의 광학 성능을 예측할 수 있었다.

• 대한기계학회논문집A
• /
• 제26권6호
• /
• pp.1194-1202
• /
• 2002

A study on the topology optimization of a multi-spectral camera for space-use is presented. The optimization is carried out under self-weight and polishing pressure loading. A multi-spectral camera for space-use experiences degradation of optical image in the space, which can not be detected on the optical test bench on the earth. An optical surface deformation of a primary mirror, which is a principal component of the camera system, is an important factor affecting the optical performance of the whole camera system. In this study, topology optimization of the primary mirror of the camera is presented. As an objective function, a measure of Strehl ratio is used. Total mass of the primary mirror is given as a constraint to the optimization problem. The sensitivities of the objective function and constraint are calculated by direct differentiation method. Optimization procedure is carried out by an optimality criteria method. For the light-weight primary mirror design, a three dimensional model is treated. As a preliminary example, topology optimization considering a self-weight loading is treated. In the second example, the polishing pressure is also included as a loading in the topology optimization of the mirror. Results of the optimized design topology for the mirror with various mass constraints are presented.

• 대한기계학회:학술대회논문집
• /
• 대한기계학회 2001년도 춘계학술대회논문집A
• /
• pp.920-925
• /
• 2001

A study on the topology optimization of a multi-spectral camera for space-use is presented. A multi-spectral camera for space-use experiences degradation of optical image in the space, which can not be detected on the optical test bench on the earth. An optical surface deformation of a primary mirror, which is a principal component of the camera system, under the self-weight loading is an important factor affecting the optical performance of the whole camera system. In this study, topology optimization of the primary mirror of the camera is presented. Total mass of the primary mirror is given as a constraint to the optimization problem. The sensitivities of the objective function and constraint are calculated by direct differentiation method. Optimization procedure is carried out by an optimality criterion method using the sensitivities of the objective function and the constraint. As a preliminary example, topology optimization considering a self-weight loading is treated. For practical use, the polishing pressure is included as a loading in the topology optimization of the primary mirror. Results of the optimized design topology for the primary mirror with varying mass ratios are presented.

• 한국정밀공학회지
• /
• 제27권2호
• /
• pp.50-59
• /
• 2010

In this paper, two kind of free-form progressive addition lenses (PALs) were designed with Zernike polynomial surface and anatomically accurate finite presbyopic schematic eyes which have aspheric cornea, aspheric GRIN crystalline lens, aspheric retina, and Gaussian apodization factor. Geometrical and diffraction MTFs were used for the optimization process in sequence. 5th orders of Zernike polynomials were used for the evaluation of progression zones of the two examples. The target MTF was set as 0.22 at 100 lp/mm which satisfies the standard visual resolution. These examples were fabricated with a CNC diamond turning machine controlled by slow tool servo (STS). After polishing process, the wavefront aberrations were measured with a laser interferometer on the ten test points across the progression zones and then compared with three current commercially available PALs on the optical performance. Astigmatic aberrations of the examples are very lower than the three selected PALs and have more increased stabilized progressive intermediate zones and near zones. It is expected to give better clear and comfortable distance, intermediate and near visions than other conventional PALs and to improve the adaptability of presbyopic patients to PALs.

• 한국광학회지
• /
• 제29권4호
• /
• pp.166-172
• /
• 2018

본 논문에서는 우주의 진공환경에서 반사경 코팅이 흡수한 습기를 방출하면서 나타나는 경면 형상의 변화를 예측하기 위한 새로운 방법론을 제안한다. 직경 50 mm, 두께 1.03 mm의 원형 시편과 간섭계를 통해 진공환경에서 나타나는 시편 형상 변화량을 측정하고 제르니케 프린지 다항식(Zernike fringe polynomial) 곡률항으로 나타내었다. 그 결과 습기 방출에 따른 코팅 스트레스는 152.7 Mpa로 계산되었다. 계산된 스트레스는 1.25 mm 두께 시편의 수치모사 모델에 적용하여 변화된 형상의 곡률항을 측정결과의 표준편차 이내($78.9{\pm}5.9nm$)로 예측할 수 있음을 검증하였다. 이 방법론을 2019년에 발사 예정인 차세대중형위성의 직경 600 mm 쌍곡면경에 적용, 습기 방출에 의한 경면 형상 변화를 계산하여 반사경의 초점거리가 약 $2.005{\mu}m$ 만큼 ?아짐을 예측하였다. 초점거리 변화는 광학 탑재체의 MTF를 한계공간주파수(Nyquist frequency)에서 2.3% 가량 낮추지만, 요구 사양을 만족하여 우주에서도 문제없이 운용 가능함을 확인하였다.

• 한국광학회지
• /
• 제31권6호
• /
• pp.281-289
• /
• 2020

본 논문은 하이브리드 굴절/회절광학소자를 이용한 초슬림 모바일 카메라 렌즈를 보고한다. 먼저 앞서 보고된 23개의 광학 설계 사양 분석을 통해 전장길이(total track length) 최소화를 위하여, 광시야 렌즈 설계에서 일반적으로 적용되는 음(-)의 렌즈를 제1렌즈로 사용하는 리트로포커스(retrofocus) 타입이 아닌, 양(+)의 렌즈가 제일 먼저 선행하는 텔레포토(telephoto) 타입을 선택하였다. 이후 초기 최적 설계 및 제르니케 다항식 기반 수차 분석을 통한 보정 설계를 진행하였으며, 보정 설계 과정에서 잔여 구면색수차(chromatic spherical aberration)의 효과적 제거를 위하여 굴절 및 회절이 결합된 하이브리드 렌즈 1매를 적용하였다. 적용된 최종 설계는 하이브리드 렌즈 1매 포함 총 6매의 렌즈를 이용하여 F/2.0, 화각 90°, 유효초점길이 2.23 mm, 전장길이 3.7 mm를 달성하였고, 결과적으로 1.7의 낮은 전장길이 대 초점길이 비 즉, 텔레포토비(telephoto ratio)를 달성하였다. 동일 전장길이를 갖는 하이브리드 렌즈 미적용 비교 설계 대비, 공간주파수 180 cycles/mm에서 MTF 값이 중심 시야에서는 63%에서 71~73%로 약 8~10% 개선되었고, 0.5, 0.7, 0.9 시야에서도 2~3% 개선되었다. 또한, 가공성 및 회절 패턴에 의한 산란 등을 고려하였을 때 조리개에 위치한 렌즈가 하이브리드 렌즈로 적절함을 알 수 있었고, 이 경우 2개의 회절존으로도 성능 개선이 확인되었다.

• 한국광학회지
• /
• 제29권3호
• /
• pp.110-118
• /
• 2018

항공용 전자 광학 타겟팅 시스템을 위한 중적외선 광학계를 설계하였다. 본 광학계는 이중 시야를 갖도록 설계되었으며, 빔 축소 전단 광학계, 줌 렌즈 그룹, 릴레이 렌즈 그룹, 콜드스탑 공액 광학계 및 냉각 적외선 검출기로 구성된다. 적외선 검출기는 단일 화소의 크기가 $15{\times}15{\mu}m$ 인 $1280{\times}1024$ 화소 배열을 가지며 잡음을 최소화하기 위하여, f/5.3의 냉각 콜드스탑이 적용된 제품으로 선정하였다. 이중 시야 ($1.50^{\circ}{\times}1.20^{\circ}$, $5.40^{\circ}{\times}4.23^{\circ}$)는 두 개의 렌즈를 삽입하는 방식으로 구현했으며, 줌 배율 변경 시 모든 시야에 걸쳐 f/5.3의 콜드스탑의 효율을 유지하도록 설계하였다. 열 효과가 이미지에 미치는 영향을 조사하기 위해 비열화 및 나르시서스 분석을 수행하였으며, 비열화 분석은 $-55{\sim}50^{\circ}C$의 작동 온도를 기준으로 초점 이동과 잔여 고차 파면 수차에 조사하였고 제르니케 다항식을 이용한 민감도 분석을 수행하여 최적의 보상자를 선정하였다. 선정된 보상자의 최적 이동을 고려한 MTF 해상력을 확인한 결과, 작동 온도 전 구간에 걸쳐 요구조건인 33 lp/mm에서 축상 10% 이상의 성능을 유지하는 것을 확인하였으며, 나르시서스 분석 결과, NITD (Narcissus Induced Temperature Difference) 값이 $1.5^{\circ}C$ 이하가 되도록 설계 된 것을 확인하였다.