Park, Kang-Soo;Chang, Su-Young;Lee, Eung-Shik;Youn, Sung-Kie
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.26
no.6
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pp.1194-1202
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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.
A pupil filter is a useful technique for modifying the light intensity distribution near the focus of an optical system to realize depth of field (DOF) extension and superresolution. In this paper, we proposed a new design of the phase only pupil filter by using Zernike polynomials. The effect of design parameters of the new filters on DOF extension and superresolution are discussed, such as defocus Strehl ratio (S.R.), superresolution factor (G) and relative first side lobe intensity (M). In comparison with the other two types of pupil filters, the proposed filter presents its advantages on controlling both the axial and radial light intensity distribution. Finally, defocused imaging simulations are carried out to further demonstrate the effectiveness and superiority of the proposed pupil filter on DOF extension and superresolution in an optical imaging system.
Adaptive optics (AO) systems are becoming more complex to improve their optical performance and enlarge their field of view, so it is a hard and time consuming process to set up and optimize the components of AO systems with actual implementation. However, simulations allow AO scientists and engineers to experiment with different optical layouts and components without needing to obtain and prepare them physically. In this paper, we introduce a new AO simulation named the Korea Adaptive Optics Simulation (KAOS), independently developed by LIG Nex1. We verified the performance of KAOS by comparing with other AO simulation tools. In the comparison simulation, we confirmed the results from KAOS and other AO simulation tools were very similar. Also, we proposed a laser tomography AO system with five Rayleigh laser guide stars (LGSs) optimized by using KAOS to overcome the disadvantages of the AO system with a single sodium LGS for the satellite imaging system. We verified the performance of the proposed AO system using KAOS, and the simulation result showed averaged Strehl ratio of 0.37.
Korea Astronomy and Space science Institute (KASI) partnered with the Australian National University (ANU) to develop the adaptive optics (AO) system at the Geochang observatory with a 100 cm optical telescope for multiple applications, including space geodesy, space situational awareness and Korean space missions. The AO system is designed to get high resolution images of space objects with lower magnitude than 10 by using themselves as a natural guide star, and achieve a Strehl ratio larger than 20% in the environment of good seeing with a fried parameter of 12-15 cm. It will provide the imaging of space objects up to 1,000 km as well as its information including size, shape and orientation to improve its orbit prediction precision for collision avoidance between active satellites and space debris. In this paper, we address not only the design of AO system, but also analyze the images of stellar objects. It is also demonstrated that the AO System is achievable to a near diffraction limited full width at half maximum (FWHM) by analyzing stellar images.
We report our research on aluminum mirror optics for future infrared astronomical satellites. For space infrared missions, cooling the whole instrument is crucial to suppress the infrared background and detector noise. In this aspect, aluminum is appropriate for cryogenic optics, because the same material can be used for the whole structure of the instrument including optical components thanks to its excellent machinability, which helps to mitigate optical misalignment at low temperatures. We have fabricated aluminum mirrors with ultra-precision machining and measured the wave front errors (WFEs) of the mirrors with a Fizeau interferometer. Based on the power spectral densities of the WFEs, we confirmed that the surface accuracy of all the mirrors satisfied the requirements for the SPICA Coronagraph Instrument. We then integrated the mirrors into an optical system, and examined the image quality of the system with an optical laser. As a result, the total WFE is estimated to be 33 nm (rms) from the Strehl ratio. This is consistent with the WFEs estimated from the measurement of the individual mirrors.
Han, Seok Gi;Joo, Ji Yong;Lee, Jun Ho;Park, Sang Yeong;Kim, Young Soo;Jung, Yong Suk;Jung, Do Hwan;Huh, Joon;Lee, Kihun
Korean Journal of Optics and Photonics
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v.33
no.4
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pp.167-176
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2022
Adaptive optics (AO) systems compensate for atmospheric disturbance, especially phase distortion, by introducing counter-wavefront deformation calculated from real-time wavefront sensing or prediction. Because AO system implementations are time-consuming and costly, it is highly desirable to estimate the system's performance during the development of the AO system or its parts. Among several techniques, we mostly apply statistical analysis, computational simulation, and optical-bench tests. Statistical analysis estimates performance based on the sum of performance variances due to all design parameters, but ignores any correlation between them. Computational simulation models every part of an adaptive optics system, including atmospheric disturbance and a closed loop between wavefront sensor and deformable mirror, as close as possible to reality, but there are still some differences between simulation models and reality. The optical-bench test implements an almost identical AO system on an optical bench, to confirm the predictions of the previous methods. We are currently developing an AO system for a 1.6-m ground telescope using a deformable mirror that was recently developed in South Korea. This paper reports the results of the statistical analysis and computer simulation for the system's design and confirmation. For the analysis, we apply the Strehl ratio as the performance criterion, and the median seeing conditions at the Bohyun observatory in Korea. The statistical analysis predicts a Strehl ratio of 0.31. The simulation method similarly reports a slightly larger value of 0.32. During the study, the simulation method exhibits run-to-run variation due to the random nature of atmospheric disturbance, which converges when the simulation time is longer than 0.9 seconds, i.e., approximately 240 times the critical time constant of the applied atmospheric disturbance.
Woodley, Frederick W.;Moore-Clingenpeel, Melissa;Machado, Rodrigo Strehl;Nemastil, Christopher J.;Jadcherla, Sudarshan R.;Hayes, Don Jr;Kopp, Benjamin T.;Kaul, Ajay;Di Lorenzo, Carlo;Mousa, Hayat
Purpose: Acid neutralization during chemical clearance is significantly prolonged in children with cystic fibrosis, compared to symptomatic children without cystic fibrosis. The absence of available reference values impeded identification of abnormal findings within individual patients with and without cystic fibrosis. The present study aimed to test the hypothesis that significantly more children with cystic fibrosis have acid neutralization durations during chemical clearance that fall outside the physiological range. Methods: Published reference value for acid neutralization duration during chemical clearance (determined using combined impedance/pH monitoring) was used to assess esophageal acid neutralization efficiency during chemical clearance in 16 children with cystic fibrosis (3 to < 18 years) and 16 age-matched children without cystic fibrosis. Results: Duration of acid neutralization during chemical clearance exceeded the upper end of the physiological range in 9 of 16 (56.3%) children with and in 3 of 16 (18.8%) children without cystic fibrosis (p=0.0412). The likelihood ratio for duration indicated that children with cystic fibrosis are 2.1-times more likely to have abnormal acid neutralization during chemical clearance, and children with abnormal acid neutralization during chemical clearance are 1.5-times more likely to have cystic fibrosis. Conclusion: Significantly more (but not all) children with cystic fibrosis have abnormally prolonged esophageal clearance of acid. Children with cystic fibrosis are more likely to have abnormal acid neutralization during chemical clearance. Additional studies involving larger sample sizes are needed to address the importance of genotype, esophageal motility, composition and volume of saliva, and gastric acidity on acid neutralization efficiency in cystic fibrosis children.
Choi, Jong Kil;Lee, Kyung Min;Kim, Heesung;Kim, So Ra;Park, Mijung
Journal of Korean Ophthalmic Optics Society
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v.21
no.3
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pp.281-288
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2016
Purpose: The present study was aimed to investigate the change of optical quality in fully cured eyes from central serous chorioretionopathy(CSC) and CSC under treatment, respectively. Methods: A total of 136 eyes(68 subjects) was divided into CMC under treatment and its asymptomatic contralateral eye, fully cured eyes after being diagnosed with CMC and its contralateral eye, and normal eyes. Objective scattering index, cut-off value in modulation transfer function, focusing rate, PSF(Point Spread Function) width at 50%, 10% and the contrast sensitivity were measured and analyzed. Results: CMC under treatment showed statistically significant decrease in all evaluations of optical quality compared with asymptomatic contralateral eyes, fully cured eyes and normal eyes. Although there was no significant difference in optical quality between asymptomatic contralateral eyes of CMC under treatment and fully cured eyes, there was tendence in optical quality decreasing compared with normal eyes. Conclusions: From the study, it was revealed that the optical quality was different according to the treatment phase in CMC. The use of optical quality assessment for the decision of complete cure and the evaluation of prognosis in CMC is also proposed.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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