대구경 비구면 거울은 대형 천체 망원경이나 고해상도 위성 카메라 등에 사용하는 핵심부품이다. 일반적인 디지털 카메라와 비교하면 매우 크므로 설계 및 제작이 같은 크기의 구면거울보다 훨씬 어렵다. 특히 경량화가 많이 될수록 중력이나 온도변화와 같은 외부의 힘에 의한 변형이 쉽게 발생하기 때문에 이러한 효과를 줄여주는 광기계 설계 및 해석이 더욱 중요해진다. 지상용과 우주용은 사용 환경에 차이가 있어서 설계 요구조건이 달라지고 이에 따라 지지구조물이나 반사경의 경량화 모양 등에 많은 차이가 있다. 본 논문에서는 대구경 비구면 광학기술가운데 가장 어려운 광기계 설계에 관하여 지상용과 우주용으로 나누어 자세히 설명하고자 한다.
The collimation mirror will be used for thermal vacuum testing of spacecraft. The reflection mirror system to generate parallel beam inside the thermal vacuum chamber. A 600mm diameter aspheric Collimation mirror was fabricated by ultra-precision single point diamond turning (SPDT). Aluminum alloy for mirror substrates is known to be easily machining, but not polishable due to its ductility. Aspheric large collimation reflector without a conventional polishing process, the surface roughness of 10nmRa, and the from error of $\lambda/2 ~\lambda/4(\lambda$ =632.8 nm) for reference curved surface 600 mm has been required. The purpose of this research is to find the optimum machining conditions for reflector cutting of A16061-T651 and apply the SPDT technique to the manufacturing of ultra precision optical components of metal aspheric reflector.
This paper is described about the technique of ultra-precision machining for a infrared camera aspheric mirror. A 200 mm diameter aspheric mirror was fabricated by SPDTM. Aluminum alloy as mirror substrates is known to be easily machined, but not polishable due to its ductility. Aspheric large reflector without a polishing process, the surface roughness of 5 nm Ra, and the form error of $\lambda/2\;(\lambda=632.8 nm)$ for reference curved surface 200 mm has been required. The purpose of this research is to find the optimum machining conditions for cutting reflector using A16061-T651 and apply the SPDTM technique to the manufacturing of ultra precision optical components of Al-alloy aspheric reflector.
This paper is described about the technique of ultra-precision machining for an aerospace aspheric mirror. The reflection mirror system generates parallel beams inside a thermal vacuum chamber. A 200mm diameter aspheric mirror was fabricated by SPDTM. Aluminum alloy as mirror substrates is known to be easily machined, but not polishable due to its ductility. Aspheric large reflector without a polishing process, the surface roughness of 10nm Ra, and the form error of ${\lambda}/2$ (${\lambda}$=632.8nm) for reference curved surface 200mm has been required. The purpose of this research is to find the optimum machining conditions for cutting reflector using Al6061-T651 and apply the SPDTM technique to the manufacturing of ultra precision optical components of Al-alloy aspheric reflector.
This paper describs about the technique of ultra-precision machining for an infrared(IR) camera aspheric mirror. A 200 mm diameter aspheric mirror was fabricated by SPDTM(Single Point Diamond Turning Machine). Aluminum alloy as mirror substrates is known to be easily machined, but not polishable due to its ductility. Aspheric large reflector without a polishing process, the surface roughness of 5 nm Ra, and the form error of ${\lambda}/2\;({\lambda}=632.8\;nm)$ for reference curved surface 200 mm has been required. The purpose of this research is to find the optimum machining conditions for cutting reflector using Al6061-T651 and apply the SPDTM technique to the manufacturing of ultra precision optical components of Al-alloy aspheric reflector. The cutting force and the surface roughness are measured according to each cutting conditions feed rate, depth of cut and cutting speed, using diamond turning machine to perform cutting processing. As a result, the surface roughness is good when feed rate is 1mm/min, depth of cut $4{\mu}m$ and cutting speed is 220 m/min. We could machined the primary mirror for IR camera in diamond machine with a surface roughness within $0.483{\mu}m$ Rt on aspheric.
Next Generation Space Telescope (NGST) is under design study for proposed launch around 2008. It will take over the task of Hubble Space Telescope (HST) and provide much more detailed information about celestial objects. Present large telescopes both in space and on the ground contain aspheric mirrors, called Ritchey-Chretien type. As the size of the telescope becomes larger and the optical quality is requested to be higher, reaching the diffraction limit, more accurate optical testing methods are required. However, there are few testing methods which can achieve the required accuracy for aspheric optics, and none of them has achieved it with certainty. The failure of producing the primary mirror of the Hubble Space Telescope to meet specification is a good example. Moreover, testing aspheric mirrors of large convex form adds the difficulty to extreme. In this paper, space telescopes and large ground-based telescopes are surveyed and testing methods for aspheric optics are reviewed. a method of testing aspheric convex mirrors is suggested.
Kim, Young-Soo;Ahn, Ki-Beom;Park, Kwi-Jong;Moon, Il-Kweon;Yang, Ho-Soon
Journal of the Optical Society of Korea
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제13권2호
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pp.178-183
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2009
At the time that the Keck-I 10m telescope was constructed in 1993, the era of Very Large Telescopes (VLTs) was opened. Now thirteen VLTs are in operation, and the largest of the monolithic mirrors is 8.4 m in diameter. Such monolithic mirrors are mostly aspheric and require high accuracies on the surface figures, reaching up to the diffraction limit. At present, next generation telescopes, Giant telescopes, are being developed. One is the GMT (Giant Magellan Telescope) whose size is 25.4 m in diameter. The primary mirror consists of seven segments figuring elliptical shapes on the surface. The surrounding six segments are off-axis and the edges are steep, as the fast focal ratio is adopted. It means that testing of the mirrors is a challenging task. In this paper, testing methods for the GMT primary mirror are reviewed, and accuracy of measuring devices is assessed. Results and discussions follow.
This paper presents the development of ultra-precision machining process of large aspheric aluminum mirrors with a maximum diameter of 620 mm. An ultra-precision machine, "Nanoturn60", developed by Daewoo Heavy Industries Ltd. is used for machining and motion errors of the machine are compensated by using the FTS developed by IAE(Institue for Advanced Engineering) during the machining process. To check the form accuracy of machined aspheric surfaces, on-machine form measurement system is developed. This measurement system consists of air bearing touch probe, straight edge, and laser sensor. With in-process error compensation by FTS(Fast Tool Servo), aspheric mirrors with the from accuracy of submicron order are obtained. obtained.
A spherical surface referenced Shack-Hartmann method is studied for inspecting machining accuracy of large concave mirror This method is so strong to the vibration environment for using as an on-machine inspection system during polishing process of large optics comparing with the interferometry. The measuring uncertainty of the system is shown as less than p-v 150 m. On-machine measured surface profile data with this method is used for feed back control of the polishing time or depth to improve the surface profile accuracy of large concave mirror. Also, the spherical surface referenced Shack-Hartmann method is useful for measuring aspheric such as parabolic or hyperbolic surface profile, comparing that the interferomehy needs a special null lens, which is to be a reference and difficult to fabricate.
This paper described about on-machine profile measurement of aspheric surfaces using contact probing technique in ultra precision machine. A contact probe has been designed as a sensing device to obtain measuring resolutions in nanometer regime using a circle leaf spring mechanism and a capacitive-type sensor. The contact probe which is installed on the z-axis is In touch with the aspheric objects which is fixed on the spindle of the diamond turning machine(DTM) during the measuring procedure. The x, z-axis motions of the machine are monitored by a set of two orthogonal plane mirror type laser interferometers. As a results, the developed contact probe on-machine measurement system showed 10 nanometers repeatability with a ${\pm}2{\sigma}$ and uncertainty of 200 nmPv.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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