Lee, Jong-Ung;Kim, Youngsoo;Kim, Seo Hyun;Kim, Yeonsoo;Kim, Hyunsook
Current Optics and Photonics
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v.1
no.4
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pp.344-350
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2017
We present a new design approach and an example design for an image-space telecentric two-mirror system that has a fast f-number and a wide-field line image. The initial design of the telecentric mirror system is a conventional axially symmetric system, consisting of a flat primary mirror with fourth-order aspheric deformation and an oblate ellipsoidal secondary mirror to correct spherical aberration, coma, and field curvature. Even though in the optimized design the primary mirror is tilted, to avoid ray obstruction by the secondary mirror, the image-space telecentric two-mirror system shows quite good imaging performance, for a line imager.
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.
A wide field-of-view (FOV) image contains more visual information than a conventional image. This study proposes a new type of hyperbolic mirror for wide FOV image acquisition. The proposed mirror consists of a hyperbolic cylindrical section and a bowl-shaped hyperbolic omnidirectional section. Using an imaging system with this mirror, it is possible to achieve a $213.8^{\circ}$ horizontal and a $126.94^{\circ}$ vertical maximum FOV. Parameters of each section of the mirror are designed to be continuous at the junction of the two parts, and the resultant image is seamless. The image-acquisition model is obtained using ray-tracing optics. To rectify the geometrical distortion of the original image due to the mirror, an image-restoration algorithm based on conformal projection is presented in this study. The performance of the proposed imaging system with the hyperbolic mirror and its image-restoration algorithm are verified by experiments.
To design a wide-field two-mirror system, the system must feature an off-axial field, to avoid ray obstruction and field screening by the secondary mirror. The off-axial aberrations of the system cannot be corrected sufficiently, though, because there are only a few design parameters. The present study designs an improved off-axial-field two-mirror system using a decentered aperture stop.
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.
Park, Woojin;Chang, Seunghyuk;Pak, Soojong;Han, Jimin;Ahn, Hojae;Lee, Sunwoo;Kim, Geon Hee;Lee, Dae-Hee
The Bulletin of The Korean Astronomical Society
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v.45
no.1
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pp.66.3-66.3
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2020
We present the optical design of Linear Astigmatism Free - Three Mirror System (LAF-TMS) D200 for UVO-Multiband Polarizing Imager System (UVOMPIS). LAF-TMS D200 is the off-axis wide-field telescope with EPD = 200 mm, F/2, and Field of View (FoV) = 2° × 4°. Its optical mirrors are optimized to freeform surfaces for high-quality optical performance over a wide FoV. The proposed mirror holder consists of four aluminum optomechanical modules that have applied for LAF-TMS D150 which is a prototype of the LAF-TMS system. It can accurately mount mirrors and also can sustain from vibration environments. As a feasibility study, quasi-static, modal, harmonic, and random vibration analyses have been performed to LAF-TMS D150 optomechanical structure under the qualification level of the Soyuz-2/Fregat launch system. We evaluate the vibration analysis results in terms of von Mises stress and Margin of Safety.
By using an off-axial field with an inverse Cassegrain system where the aperture stop is at the secondary mirror, the two-mirror system can be used for a wide-field objective. However, aberration corrections in conventional two-mirror systems are limited because the design parameters are too small. In this study, we present a new improved design of the off-axial-field two-mirror system. The new design has an independently displaced aperture stop and a secondary mirror. The new design parameters yield more improvement in correction for 5th-order coma and astigmatism, and better aberration balancing for the whole off-axial field. The spot sizes of the new design system are reduced to half of those for a conventional reference design, and the improvement effects are shown for the whole field evenly.
In order to contain as much information as possible in a single image, a wide FOV(Field-Of-View) imaging system is required. The catadioptric imaging system with hyperbolic cylinder mirror can acquire over 180 degree horizontal FOV realtime panorama image by using a conventional camera. Because the hyperbolic cylinder mirror has a curved surface in horizontal axis, the original image acquired from the imaging system has the geometrical distortion, which requires the image processing algorithm for reconstruction. In this paper, the image reconstruction algorithms for two cases are studied: (1) to obtain an image with uniform angular resolution and (2) to obtain horizontally rectilinear image. The image acquisition model of the hyperbolic cylinder mirror imaging system is analyzed by the geometrical optics and the image reconstruction algorithms are proposed based on the image acquisition model. To show the validity of the proposed algorithms, experiments are carried out and presented in this paper. The experimental results show that the reconstructed images have a uniform angular resolution and a rectilinear form in horizontal axis, which are natural to human.
In this paper, the details and design process of an optical system for space target detection cameras are introduced. The whole system is divided into three structures. The first structure is a short-focus visible light system for rough detection in a large field of view. The field of view is 2°, the effective focal length is 1,125 mm, and the F-number is 3.83. The second structure is a telephoto visible light system for precise detection in a small field of view. The field of view is 1°, the effective focal length is 2,300 mm, and the F-number is 7.67. The third structure is an infrared light detection system. The field of view is 2°, the effective focal length is 390 mm, and the F-number is 1.3. The visible long-focus narrow field of view and visible short-focus wide field of view are switched through a turning mirror. Design results show that the modulation transfer functions of the three structures of the system are close to the diffraction limit. It can further be seen that the short-focus wide-field-of-view distortion is controlled within 0.1%, the long-focus narrow-field-of-view distortion within 0.5%, and the infrared subsystem distortion within 0.2%. The imaging effect is good and the purpose of the design is achieved.
Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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v.16
no.3
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pp.2117-2122
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2015
Wide FOV(Field-of-View) is required to contain much more visual information in a single image. The wide FOV imaging system has many industrial applications such as surveillance, security, tele-conference, and mobile robots. In order to obtain a wide FOV panorama image, an imaging system with hyperbolic cylinder mirror is proposed in this paper. Because the horizontal FOV is more important than the vertical FOV in general, a hyperbolic cylinder mirror is designed in this paper, that has a hyperbolic curve in the horizontal surface and is the same as a planar mirror in the vertical axis. Imaging model of the proposed imaging system is presented by ray tracing method and the hyperbolic cylinder mirror is implemented. The imaging performance of wide FOV is verified by experiments in this paper. This imaging system is cost-effective and is possible to acquire a wide panorama image having 210 degree horizontal FOV in real-time without an extra image processing.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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