Kim, Sanghyuk;Pak, Soojong;Jeong, Byeongjoon;Shin, Sangkyo;Kim, Geon Hee;Lee, Gil Jae;Chang, Seunghyuk;Yoo, Song Min;Lee, Kwang Jo;Lee, Hyuckee
The Bulletin of The Korean Astronomical Society
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v.39
no.2
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pp.103-103
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2014
Manufacturing of lens and mirror using Diamond Turning Machine (DTM) offers distinct advantages including short fabrication time and low cost as compared to grinding or polishing process. However, the DTM process can leave mid-frequency error in the optical surface which generates an undesirable diffraction effect and stray light. The mid-frequency error is expected to be eliminated by mechanical polishing after the DTM process, but polishing of soft surface of ductile aluminum is extremely difficult because the polishing process inevitably degrades the surface form accuracy. In order to increase its surface hardness, we performed electroless nickel plating on the surface of diamond-turned aluminum (Al-6061T6) off-axis mirrors, which was followed by the 6-hour-long baking process at $200^{\circ}C$ for improving its hardness. Then we polished the nickel plated off-axis mirrors to remove the mid-frequency error and measured polished mirror surfaces using the optical surface profilometer (NT 2000, Wyko Inc.). Finally, we ascertained that the mid-frequency error on the mirror surface was successfully removed. During the whole processes of nickel plating and polishing, we monitored the form accuracy using the ultra-high accurate 3-D profilometer (UA3P, Panasonic Corp.) to maintain it within the allowable tolerance range (< tens of nm). The polished off-axis mirror was optically tested using a visible laser source and a pinhole, and the airy pattern obtained from the polished mirror was compared with the unpolished case to check the influence of mid-frequency error on optical images.
An off-axis four-mirror-anastigmatic telescope is presented here which is composed of two aspheric surfaces and two spherical surfaces. The entrance pupil diameter is 290 mm and the stop is located at the primary mirror. The effective focal length is 900 mm. The strip field of view for the telescope is $15^{\circ}{\times}0.2^{\circ}$ and if the telescope is launched into an orbit about 400 km altitude, the observed range width will be more than 105 km within a scene without any other auxiliary scanning instrument. The spectral range can be as wide as from visual wave band to infrared wave band in the mirror system. This telescope can be used for environmental monitoring with different detectors whose pixel is adapted to the optical resolution. In this paper, the spectral range is chosen as 3.0 -5.0 ${\mu}m$, and center distance of the pixel is 30 ${\mu}m$. And the image quality is near the diffraction limit.
The Schwarzchild-Chang telescope is a confocal off-axis two mirror telescope with D = 50 mm, F = 100 mm and FOV = 8 ° × 8 °. Unlike common off-axis telescopes, the mirrors of the Schwarzchild-Chang telescope share their focal points to remove the linear astigmatism. In this poster, we show the alignment process of the Schwarzchild-Chang telescope with wavefront measurement and the sensitivity table method. Wavefront is measured using the Shack-Hartmann sensor, and Zernike polynomials are obtained from measured wavefront. Sensitivity table method is to calculate alignment errors from the Zernike coefficients. As a result, we evaluate tilt, decenter, and despace of each mirror of linear astigmatism-free con-focal off-axis system.
To design a wide-field optical system, the inverted telephoto configuration, which has a negative front group and a positive rear group, is popular. For a two-mirror system, the inverse Cassegrain system has the inverted telephoto configuration, but the inverse Cassegrain system with the conventional, axially symmetric configuration shows severe field screening and ray obstruction. To avoid these problems, we put the aperture stop on the secondary mirror of an inverse Cassegrain system to increase field of view, and designed a wide-field off-axis two-mirror system which only uses the off-axis field, without ray obstruction.
Wavefront aberrations of a laser beam that was reflected from an off-axis parabolic (OAP) mirror were measured to evaluate the optical performance of the OAP mirror. For a diamond turned OAP mirror, the root-mean-square (rms) value of higher-order aberrations was only $0.03{\mu}m$ for the laser beam size of about 34 mm. The other OAP mirror which was polished at a domestic company had the rms value of higher-order aberrations of $2.07{\mu}m$ for the same beam size. Although the diamond turned OAP mirror was well fabricated to have a small amount of aberrations, the aberrations were induced by the misalignment of the OAP mirror. Especially, 0 degree astigmatism increased with the sensitivity of $0.372{\mu}m/mrad$ when the OAP mirror was tilted in the tangential plane, which agreed well with the calculated results using a commercial ray tracing software.
Kim, Sanghyuk;Pak, Soojong;Chang, Seunghyuk;Kim, Geon Hee;Yang, Sun Choel;Lee, Sang Yong;Huh, Myung Sang;Im, Myungshin
The Bulletin of The Korean Astronomical Society
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v.38
no.1
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pp.72.2-72.2
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2013
An off-axis telescope has several advantages in optical performance comparing with a conventional on-axis telescope. However, in general, an off-axis telescope has a narrow field of view due to the linear astigmatism caused by the asymmetric structure. It was shown in the previous work that the linear astigmatism can be eliminated by properly configuring parameters in a confocal off-axis reflector system. Furthermore, the third order aberrations of a confocal off-axis telescope can be minimized by optimizing the shape of the mirrors. Despite many advantages, the confocal off-axis telescopes have been evaded because of difficulties of off-axis mirror fabrication, alignment process and unaccustomed off-axis baffle design. The baffle for the off-axis telescope should be designed considering that the effects of stray lights are different because of the asymmetry of off-axis system. In this poster, the design, manufacturing, and test for the baffle and housing of an off-axis telescope are presented.
An unobstructed off-axis two-mirror system is presented in this paper. First a suitable initial configuration is established based on third-order aberration theory. In order to achieve a wide field of view (FOV) with high image quality , the diffractive mirror is adopted in the two-mirror system to increase the optimization freedom and the aberration relationship between diffractive phase coefficients and Zernike coefficients is derived. Furthermore, a complete comparison design example with a focal length of 1200 mm, F-number of 12, and FOV of 40° × 2° is given to verify the aberration correction ability of the diffractive mirror. The system average wavefront error is 0.007 λ (λ=0.6328 μm) developed from 0.061 λ when the system didn’t adopt the diffractive mirror. In this system the phase modulation function of the diffractive mirror is established as an even function of x, so we could obtain a symmetrical imaging quality about the tangential plane, and the symmetric aberration performance also brings considerable convenience to alignment and testing for the system.
Journal of the Korean Society of Manufacturing Process Engineers
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v.18
no.1
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pp.9-15
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2019
This study focused on the application of ELID mirror-surface grinding technology to the manufacture of off-axis asymmetric large-area reflecting mirrors made of BK7 glass. The size of the parts, such as asymmetric large-area mirrors or lens, made form-accuracy or roughness especially hard to measure after machining because of the measuring range limit of measurement devices. In this study, the ELID grinding system has been set up for mirror-surface machining experiments manufacturing off-axis asymmetric lenses. A measuring method using a reference workpiece has been suggested to measure the form-accuracy and roughness. According to the experimental results, even when using only a reference workpiece, it is confirmed that the surface roughness was 8 nmRa and form-accuracy was 80 nmRMS, with a best fit asymmetric radius when using a grinding wheel of #8,000. It is found that the accuracy of large-area parts could be estimated by the proposed process.
We report the design and performance analysis of an off-axis three-mirror telescope as the fore optics for a new hyperspectral sensor aboard a small unmanned aerial vehicle (UAV), for low-altitude coastal remote sensing. The sensor needs to have at least 4 cm of spatial resolution at an operating altitude of 500 m, $4^{\circ}$ field of view (FOV), and a signal to noise ratio (SNR) of 100 at 660 nm. For these performance requirements, the sensor's optical design has an entrance pupil diameter of 70 mm and an F-ratio of 5.0. The fore optics is a three-mirror system, including aspheric primary and secondary mirrors. The optical performance is expected to reach $1/15{\lambda}$ in RMS wavefront error and 0.75 in MTF value at 660 nm. Considering the manufacturing and assembling phase, we determined the alignment compensation due to the tertiary mirror from the sensitivity, and derived the tilt-tolerance range to be 0.17 mrad. The off-axis three-mirror telescope, which has better performance than the fore optics of other hyperspectral sensors and is fitted for a small UAV, will contribute to ocean remote-sensing research.
Park, Woojin;Pak, Soojong;Chang, Seunghyuk;Kim, Sanghyuk;Kim, Dae Wook;Lee, Hanshin;Lee, Kwangjo
The Bulletin of The Korean Astronomical Society
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v.42
no.2
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pp.88.1-88.1
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2017
We report a novel design of the "linear astigmatism-free" three mirror system (LAF-TMS). In general, the linear astigmatism is one of the most dominant aberration degrading image qualities in common off-axis systems. The proposed LAF-TMS is based on a confocal off-axis three mirror system, where higher order aberrations are minimized via our numerical optimization. The system comprises three pieces of aluminum-alloy freeform mirrors that are feasible to be fabricated with current single-point diamond turning (SPDT) machining technology. The surface figures, dimensions, and positions of mirrors are carefully optimized for a LAF performance. For higher precision-positioning mechanism, we also included alignment parts: shims (for tilting) and L-brackets (for decentering). Any possible mechanical deformation due to assembly process as well as 1-G gravity, and its influence on optical performances of the system are investigated via the finite element (FE) analysis. The LAF-TMS has low f-number and a wide field of view, which is promising for sky monitoring programs such as supernova surveys.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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