This study investigates the design of an optical observation system for continuously tracking unknown space object targets within the telescope's field of view at a short cycle rate of several to tens of frames per second. Through modeling and integrated simulation by design variables, we aim to identify combinations that satisfy the performance effectiveness scale. The study demonstrates the effectiveness of a model-based simulation analysis approach in rapidly identifying design parameters that meet specific performance requirements. By leveraging numerical models tailored to the desired performance analysis level, the approach provides a robust foundation for decision-making, eliminating reliance on empirical methods or vague estimations.
This paper presents an intuitive method for selecting an optical material for achromatic and athermal design using the material selection index (MSI). In addition, in the case of a wide wavelength range such as a short-wave infrared (SWIR) waveband, we propose a new material selection method for apochromatic and athermal design by introducing the relative error of partial dispersion (REPD) and a first-order quantity redistribution method. To obtain a suitable material for effective apochromatic design, we first evaluate the REPDs of all lenses, deviated from that of an equivalent lens. Materials with a small REPD are then selected on a glass map to correct residual chromatic aberration while maintaining the existing MSI values to realize athermalization simultaneously. Using this proposed glass selection method, we successfully obtained an apochromatic and athermal telephoto system for SWIR that realizes stable performance over the specified temperature and wide waveband ranges.
Jaehyun Lee;Hyug-Gyo Rhee;Eui Seung Son;Jeon Geon Kang;Ji-Young Jeong;Pilseong Kang
Current Optics and Photonics
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제7권4호
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pp.435-442
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2023
These days, the size of a reflective telescope has been increasing for astronomical observation. An additional optical system usually assists a large ground telescope for image analysis or the compensation of air turbulence. To guide collimated light to the external optical system through a designated path, a coudé mirror is usually adopted. Including a collimator, a coudé mirror of a ground telescope is affected by gravity, depending on the telescope's pointing direction. The mirror surface is deformed by the weight of the mirror itself and its mount, which deteriorates the optical performance. In this research, we propose an optimization method for the coudé mirror assembly for a 1-m class ground telescope that minimizes the gravitational surface error (SFE). Here the mirror support positions and the sizes of the mount structure are optimized using finite element analysis and the response surface optimization method in both the horizontal and vertical directions, considering the telescope's altitude angle. Throughout the whole design process, the coefficients of the Zernike polynomials are calculated and their amplitude changes are monitored to determine the optimal design parameters. At the same time, the design budgets for the thermal SFE and the mass and size of the mount are reflected in the study.
Optical wireless mobile communications have the potential to provide wide bandwidth and security . We have proposed and designed the 2-dimensional tracking optical receiver systems for optical wireless mobile communication. The receiver system consist of 4${\times}$4 photodiode array can receive optical signal from the transmitter. The room size is 5${\times}$5m$^2$ and the room height is 3m.
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.
UVO-Multiband Polarizing Imager System (UVOMPIS) is an ultraviolet to visible light multi-wavelength polarization/imaging system for Compact Advanced Satellite. We developed Linear Astigmatism Free-Three Mirror System (LAF-TMS) D200F2 as an optical system of UVOMPIS which has an entrance pupil diameter of 200 mm, a focal ratio of 2, a field of view of 2° × 4°. LAF-TMS is a confocal off-axis reflecting telescope system that removes linear astigmatism, and its all mirrors (M1, M2, M3) are optimized with the freeform surface to reduce high-order aberrations. Through the sensitivity analysis and Monte-Carlo simulation as the tolerance analysis, we can confirm the feasibility of the system, relatively sensitive parameters (tilt, decenter, despace, surface RMS error), and considerations for optomechanical design. From the sensitivity analysis, we can discover the relatively sensitive optical alignment parameters to a single perturbation. Further more, in the monte-carlo simulation, we investigate the minimum tolerance budget satisfying the required optical performance and whether the tolerance range is satisfied within manufacturing error.
목적: 본 논문은 CCTV 카메라용 렌즈 설계를 triplet형으로 광학 설계를 하였다. 방법: 초점거리를 56 mm, 유효경을 20 mm 그리고 화각을 $5^{\circ}$로 한 망원 렌즈 형태이고, 설계하고자 하는 카메라의 CCD array detector의 크기를 2/3인치로 하였다. 결과: 광학계의 성능은 ray-fan과 spot diagram 그리고 회절 광학적인 MTF를 계산하여 평가하였고, 파장은 Fraunhofer C, d 및 F-line에 대해 achromat 되었으며 MTF 값도 tangential과 sagittal MTF 모두 50 line pairs/mm의 공간 주파수에 70% 정도가 나왔다. 결론: triplet형으로 비교적 저가 보급형 감시용 목적 CCTV 카메라를 설계하였고 충분히 실용적이라 생각된다.
본 연구에서는 소형 위성카메라의 영상성능 저하를 궤도상에서 능동적으로 보정하기 위해 광학보정장치를 적용한 위성카메라의 광학설계를 수행하였다. 2개의 광학 보정장치는 각각 부반사경 및 초점면부에 부착되며 총 5자유도의 운동이 가능하다. 본 논문에서 설계한 광학부는 슈미트-카세그레인(Schmidt-Cassegrain)타입으로 주반사경의 직경은 200mm이고, GSD 3.8m, MTF 성능은 약 50% 정도이다. 설계된 광학계는 수차곡선과 Spot diagram과 MTF를 통해 성능평가를 수행하였다. 수차곡선을 통해 광학성능에 가장 큰 영향을 미치는 수차가 구면수차인 것을 확인 할 수 있고, MTF 해석을 통해서 나이퀴스트 주파수에서 MTF 30%이상의 요구 성능을 충분히 만족하는 것을 확인하였다.
Five expensive sensors are necessary to control a magnetic bearing system. The sensor price rate of magnetic bearing system is high. So it is necessary that cheap and good sensor is developed. The optical fiber displacement sensor is adaptive to satisfy this condition. We can design magnetically suspended spindle based on static characteristic of optical fiber displacement sensor developed. The controller can be designed by decoupled feedback PD. Therefore, it is simpler than any other controller comparatively.
본 연구에서는 광학계의 굴절률, 중심두께 및 곡률반경에 대한 설계변수가 온도변화에 따라 1차 특성 및 결상성능에 어떠한 영향을 미치는지 분석하고, 이로부터 온도보정 설계를 실시하였다. 광학설계 변수들을 각각의 사용온도에 해당되는 값으로 변경한 후, 기존의 coupling 및 ruler 설계 개념을 폰 카메라용 렌즈설계에 적용하여 온도보정을 고려한 설계방법을 제시하였다. 본 연구에서 제시한 온도보정 설계개념을 4매 구성의 1/3.2" 5M 렌즈계에 최초로 적용하여 최적 설계한 결과, 폰 카메라용 렌즈에 대한 일반사양을 만족시키는 동시에 사용온도 $-10^{\circ}C{\sim}+60^{\circ}C$에서의 후초점거리 변화량에 대한 요구사양(${\Delta}BFL{\leq}10{\mu}m$)도 만족시켰다. 또한 최적 설계된 렌즈계의 전장(TTL)은 5.5 mm로 매우 컴팩트한 구성이다. 따라서 본 연구의 결과는 휴대폰 카메라 및 감시 카메라용 광학계 개발에 활용이 가능할 것으로 기대된다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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