• 제목/요약/키워드: Optical structural design

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Mechanical design of mounts for IGRINS focal plane array

  • Oh, Jae Sok;Park, Chan;Cha, Sang-Mok;Yuk, In-Soo;Park, Kwijong;Kim, Kang-Min;Chun, Moo-Young;Ko, Kyeongyeon;Oh, Heeyoung;Jeong, Ueejeong;Nah, Jakyuong;Lee, Hanshin;Pavel, Michael;Jaffe, Daniel T.
    • 천문학회보
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    • 제39권1호
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    • pp.53.2-53.2
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    • 2014
  • IGRINS, the Immersion GRating INfrared Spectrometer, is a near-infrared wide-band high-resolution spectrograph jointly developed by the Korea Astronomy and Space Science Institute and the University of Texas at Austin. IGRINS employs three HAWAII-2RG focal plane array (FPA) detectors. The mechanical mounts for these detectors serves a critical function in the overall instrument design: Optically, they permit the only positional compensation in the otherwise "build to print" design. Thermally, they permit setting and control of the detector operating temperature independently of the cryostat bench. We present the design and fabrication of the mechanical mount as a single module. The detector mount includes the array housing, a housing for the SIDECAR ASIC, a field flattener lens holder, and a support base. The detector and ASIC housing will be kept at 65 K and the support base at 130 K. G10 supports thermally isolate the detector and ASIC housing from the support base. The field flattening lens holder attaches directly to the FPA array housing and holds the lens with a six-point kinematic mount. Fine adjustment features permit changes in axial position and in yaw and pitch angles. We optimized the structural stability and thermal characteristics of the mount design using computer-aided 3D modeling and finite element analysis. Based on the computer simulation, the designed detector mount meets the optical and thermal requirements very well.

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IGRINS Mirror Mount Design for Three Off-Axis Collimators and One Slit-Viewer Fold Mirror

  • Rukdee, Surangkhana;Park, Chan;Kim, Kang-Min;Lee, Sung-Ho;Chun, Moo-Young;Yuk, In-Soo;Oh, Hee-Young;Jung, Hwa-Kyoung;Lee, Chung-Uk;Lee, Han-Shin;Rafal, Marc D.;Barnes, Stuart;Jaffe, Daniel T.
    • Journal of Astronomy and Space Sciences
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    • 제29권2호
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    • pp.233-244
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    • 2012
  • The Korea Astronomy and Space Science Institute and the Department of Astronomy at the University of Texas at Austin are developing a near infrared wide-band high resolution spectrograph, immersion grating infrared spectrometer (IGRINS). The compact white-pupil design of the instrument optics uses seven cryogenic mirrors, including three aspherical off-axis collimators and four flat fold mirrors. In this study, we introduce the optomechanical mount designs of three off-axis collimating mirrors and one flat slit-viewer fold mirror. Two of the off-axis collimators are serving as H and K-band pupil transfer mirrors, and are designed as system alignment compensators in combination with the H2RG focal plane array detectors in each channel. For this reason, the mount designs include tip-tilt and parallel translation adjustment mechanisms to properly perform the precision alignment function. This means that the off-axis mirrors' optomechanical mount designs are among the most sensitive tasks in all IGRINS system hardware. The other flat fold mirror is designed within its very limitedly allowed work space. This slit-viewer fold mirror is mounted with its own version of the six-point kinematic optics mount. The design work consists of a computer-aided 3D modeling and finite element analysis (FEA) technique to optimize the structural stability and the thermal behavior of the mount models. From the structural and thermal FEA studies, we conclude that the four IGRINS mirror mounts are well designed to meet all optical stability tolerances and system thermal requirements.

지붕형 페찬 프리즘을 위한 계산 평가 프로그램 개발 (Development of Program Used for Calculation and Estimation of Roofed Pechan Prism)

  • 이동희;박승환
    • 한국융합학회논문지
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    • 제7권6호
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    • pp.199-203
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    • 2016
  • 본 논문은 지붕형 페찬 프리즘 설계 데이터 산출 프로그램에 관한 것이다. 우선 지붕형 폐찬 프리즘 설계 변수를 설정하였고, 이들 사이의 관계식을 유도하였다. 이 식들에 의해 우리는 face-length 와 유효 입사빔의 직경이 주어질 때 지붕형 폐찬 프리즘 설계를 위한 수치 데이터들이 출력되는 프로그램을 개발하였다. 실제 이 프로그램을 상용 사이즈가 아닌 프리즘에 적용한 결과 아주 빠른 설계 데이터를 산출할 수 있었고 이에 의해 실제 지붕형 폐찬 프리즘의 3D 구조를 쉽게 획득할 수 있었다. 이는 제품 개발에 필요로 하는 지붕형 폐찬 프리즘의 구조적인 데이터를 신속하게 확보할 수 있다는 것을 의미하며, 보다 빠른 속도로 스코프 관련 신제품 개발을 할 수 있게 되었음을 의미한다.

실험계획법을 이용한 복합재 경통 적층각의 최적 설계에 관한 연구 (A Study on the Optimization of Ply Angles for Composite Tube using Design of Experiments)

  • 박병욱;서유덕;김현중;윤성기;이승훈;이덕규;이응식;장수영
    • 한국항공우주학회지
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    • 제37권7호
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    • pp.627-633
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    • 2009
  • 복합재는 인공위성 카메라 경통의 재료로 많이 사용되는 재료이다. 하지만 적층된 복합재는 층간응력에 의한 층간분리 현상으로 약화된다 이러한 파괴모드는 경통의 구조적 불안정을 유발하며, 카메라의 광학적 성능도 저하시킨다. 따라서 경통은 층간분리에 대해서 강건해야하며, 또한 고강성, 충분히 높은 고유진동수 및 작은 열 팽창 계수 등을 가져야한다. 본 연구에서는 실험계획법을 바탕으로 설계를 진행하였다. 각 실험과정은 직교배열표를 기준으로 설계되었으며, 여러 속성을 고려하기 위해서 MADM 방법을 사용하였다. 그리고 분산분석과 F-검정을 통해서 영향력 인자를 결정하여 경통의 최종 적층각을 결정하였다.

인치웜 리니어 모터 시스템 설계 및 제작에 관한 연구 (A Study on Design and Manufacture of an Inchworm Linear Motor System)

  • 예상돈;정재훈;민병현
    • 한국정밀공학회지
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    • 제21권12호
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    • pp.174-181
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    • 2004
  • Ultra precision positioning mechanism has widely been used on semiconductor manufacturing equipments, optical spectrum analyzer and cell manipulations. Ultra precision positioning mechanism is consisted of several actuators, sensors, guides and control systems. Its efficiency depends on each performance of components. The object of this study is to design, analysis and manufacture all of the inchworm linear motor system, which is one of the equipments embodied in ultra precision positioning mechanism. Inchworm linear motor system is consisted of a controller system and an inchworm linear motor, and its driving form is similar to a motion of spanworm. A design and manufacture of inchworm linear motor, which is consisted of three PZT actuators, a rod, two columns and a guide plate, are performed. Minimizing the von-Mises stress of the hinge using Taguchi method and simulation by FEM software optimizes the structural design in a column of flexure hinge. The designed columns and guide plates are manufactured by a W-EDM and NC-milling. A controller system, which is an apparatus to drive inchworm linear motor, can easily adjust driving conditions by varying resonance frequency and input-output voltage of actuators and amplifiers. The performance of manufactured inchworm linear motor system is verified and valuated. In the future, inchworm linear motor system will be used to make a more precision positioning by reinforcing a sensor and feedback system.

Critical Design Status of the G-CLEF Flexure Control Camera

  • Oh, Jae Sok;Park, Chan;Kim, Kang-Min;Chun, Moo-Young;Yu, Young Sam;Lee, Sungho;Kim, Jihun;Nah, Jakyoung;Szentgyorgyi, Andrew;Podgorski, William;Evans, Ian;Mueller, Mark;Uomoto, Alan;Crane, Jeffrey;Hare, Tyson
    • 천문학회보
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    • 제42권1호
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    • pp.34.1-34.1
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    • 2017
  • The GMT-Consortium Large Earth Finder (G-CLEF) is the very first light instrument of the Giant Magellan Telescope (GMT). The instrument is a fiber feed, optical band echelle spectrograph that is capable of extremely precise radial velocity measurement, and has been being developed through the international consortium consisted of five astronomical institutes including Smithsonian Astrophysical Observatory (SAO), Observatories of the Carnegie Institution of Washington (OCIW), and Korea Astronomy and Space Science Institute (KASI). The Preliminary Design Review (PDR) for the G-CLEF was held in Cambridge, Massachusetts in April 2015. It is scheduled to have Critical Design Review (CDR) in March 2018. Flexure Control Camera (FCC) is one of the KASI's major contributions to the G-CLEF project. In this presentation, we describe the current critical design status, and structural and thermo-elastic analyses results on the G-CLEF FCC.

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EOS-C Ver.3.0 비행모델의 열제어계 개발 및 설계 검증 (Development and Design Verification of Thermal Control Subsystem for EOS-C Ver.3.0 Flight Model)

  • 장진수;양승욱;김이을
    • 한국항공우주학회지
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    • 제40권10호
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    • pp.872-881
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    • 2012
  • (주)쎄트렉아이는 지구관측위성의 주 탑재체로 사용될 고해상도 전자광학카메라, EOS-C Ver.3.0의 FM 개발을 완료하였다. EOS-C Ver.3.0 FM은 STM 열진공 시험 결과를 이용한 설계 최적화를 통해 STM 대비 향상된 열제어 성능을 갖도록 설계되었다. FM 개발 후, 인수(acceptance) 수준의 열진공 시험 수행을 통해 작업도(workmanship) 확인을 완료하였다. 또한 열평형 시험 결과를 이용하여 열-수치 모델에 대한 검증 작업을 수행, 열-수치 모델이 EOS-C Ver.3.0 FM의 실제 열적 특성을 잘 모사하고 있음을 확인하였다.

FEM을 이용한 맨드랠(Mandrel) 형광- 음향 수중 청음기의 설계에 관한 연구 (Design studies for mandrel type fiber-hydrophones with FEM)

  • 임종인;노용래
    • 한국음향학회지
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    • 제16권3호
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    • pp.73-80
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    • 1997
  • 본 연구에서는 유한 요소법을 이용하여 작동 주파수 대역이 10kHz까지 이고, 무지향성 감도 특성을 갖는 광음향 변환맨드랠(mandrel)형 하이드로폰의 최적 구조를 설계하고자 하였다. 최적화 변수들은 유연성 구조물인 맨드랠의 형상과 청음기의 각부분 물성들이다. 맨드랠의 반경보다 길이 혹은 몰딩(molding) 두께가 증가할수록 광-음향 수중 청음기의 감도는 증가하였고, 맨드랠과 몰딩의 탄성 계수 및 포아손 비가 낮을수록 감도가 향상되는 경향을 보여주었다. 그리고 맨드랠 재료의 길이가 감소할수록 혹은 탄성율이 증가할수록 사용 주파수 영역이 증가하고, 하이드로폰의 길이가 짧을수록 감도의 무지향 특성이 향상 되었다. 이상의 결과를 이용하여 감도가 $30 {\times} 10_{-7}$ Rad./Pa에 이르고, 작동 주파수 영역이 10 kHz까지이며 5 kHz 주파수에서 무지향성을 갖는 유연성 구조물인 맨드랠형 광음향 하이드로론을 설계하였다.

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정전 구동형 MEMS 기반 가변 방사율 라디에이터의 광학 물성치 최적화 설계 (Optimization of Thermo-optical Property for Electrostatic Actuating MEMS-based Variable Emissivity Radiator)

  • 하헌우;강수진;한성현;김태규;오현웅
    • 한국항공우주학회지
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    • 제43권2호
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    • pp.149-155
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    • 2015
  • 기존의 MEMS 기반 루버 및 셔터 개폐형 가변 방사율 라디에이터는 온도 조건에 따라 방사율이 가변되어 효율적인 열 제어가 가능하나 발사 환경에서의 기계적 구동부의 취약점과 변경된 방사율 유지를 위해 지속적인 전력 소모가 요구되는 단점을 갖는다. 본 연구에서 제안한 MEMS 기반 가변 방사율 라디에이터는 대전되는 비드를 사용하여 전극의 극성 변화에 따라 방사율 가변이 가능하기 때문에 상기의 문제점을 극복할 수 있다. 본 연구에서는 MEMS 기반 가변 방사율 라디에이터의 광학 물성치 최적화 설계를 수행하였으며, 고정 방사율 라디에이터와의 비교를 통해 MEMS 기반 가변 방사율 라디에이터의 유효성을 입증하였다.

Study on the Improvement of the Image Analysis Speed in the Digital Image Correlation Measurement System for the 3-Point Bend Test

  • Choi, In Young;Kang, Young June;Hong, Kyung Min;Kim, Seong Jong;Lee, Gil Dong
    • Journal of the Optical Society of Korea
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    • 제18권5호
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    • pp.523-530
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    • 2014
  • Machine material and structural strain are critical factors for appraising mechanical properties and safety. Particularly in three and four-point bending tests, which appraise the deflection and flexural strain of an object due to external force, measurements are made by the crosshead movement or deflection meter of a universal testing machine. The Digital Image Correlation (DIC) method is one of the non-contact measurement methods. It uses the image analyzing method that compares the reference image with the deformed image for measuring the displacement and strain of the objects caused by external force. Accordingly, the advantage of this method is that the object's surface roughness, shape, and temperature have little influence. However, its disadvantage is that it requires extensive time to compare the reference image with the deformed image for measuring the displacement and strain. In this study, an algorithm is developed for DIC that can improve the speed of image analysis for measuring the deflection and strain of an object caused by a three-point bending load. To implement this algorithm for improving the speed of image analysis, LabVIEW 2010 was used. Furthermore, to evaluate the accuracy of the developed fast correlation algorithm, the deflection of an aluminum specimen under a three-point bending load was measured by using the universal test machine and DIC measurement system.