The optical design of the Linear-Astigmatism-Free Three-Mirror-System (LAF-TMS) for KASI-Deep Rolling Imaging Fast-optics Telescope(K-DRIFT) is presented. LAF-TMS is an all-reflective imaging system consists of three freeform mirrors. Due to its well-corrected aberrations and obstruction-free clear aperture, the LAF-TMS provides a wide field of view with very low scattered lights.
Kim, Sanghyuk;Chang, Seunghyuk;Pak, Soojong;Jeong, Byeongjoon;Kim, Geon Hee;Hammar, Arvid
천문학회보
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제40권2호
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pp.56.4-57
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2015
We present the optical design and a sensitivity analysis for a wide field of view (FOV) instrument operating at UV and IR wavelengths. The ongoing investigation is performed in collaboration with Omnisys Instruments (Sweden) and focuses on a telluric-limb-viewing instrument that will fly in a low Earth orbit to study mesospheric wave structures over a wide range of horizontal scales in the altitude range 80 - 100 km. The instrument has six wavelength channels which consist of 4 channels of IR and 2 of UV. We are proposing an optical design based on three mirror aplanatic off-axis reflective system. The entrance pupil diameter and effective focal length are 45 mm and 270 mm, respectively. The FOV is $5.5^{\circ}{\times}1^{\circ}$ and the secondary mirror is set for stop. The optical specification is required to have an encircled energy of at least 80 % within a diameter of 21 um. We performed sensitivity analysis for the longest wavelength of 772 nm in consideration of the diffraction limit of system. The results show that tolerance limits for positions and angles of the mirrors are not very sensitive compared with typical error budgets of manufacturing and assembling process. The secondary mirror has the most sensitive tolerance for surface figure of 250 nm in root-mean-square.
We modified the optical system of 500 mm wide-field telescope of which point spread function showed an irregularity. The telescope has been operated for Near Earth Space Survey (NESS) located at Siding Spring Observatory (SSO) in Australia, and the optical system was brought back to Korea in January 2008. After performing a numerical simulation with the tested value of surface figure error of the primary mirror using optical design program, we found that the surface figure error of the mirror should be fabricated less than root mean square (RMS) $\lambda$/10 in order to obtain a stellar full width at half maximum (FWHM) below $28\;{\mu}m$. However, we started to figure the mirror for the target value of RMS $\lambda$/20, because system surface figure error would be increased by the error induced by the optical axis adjustment, mirror cell installation, and others. The radius of curvature of the primary mirror was 1,946 mm after the correction. Its measured surface figure error was less than RMS $\lambda$/20 on the table of polishing machine, and RMS $\lambda$/15 after installation in the primary mirror cell. A test observation performed at Daeduk Observatory at Korea Astronomy and Space Science Institute by utilizing the exiting mount, and resulted in $39.8\;{\mu}m$ of stellar FWHM. It was larger than the value from numerical simulation, and showed wing-shaped stellar image. It turned out that the measured-curvature of the secondary mirror, 1,820 mm, was not the same as the designed one, 1,795.977 mm. We fabricated the secondary mirror to the designed value, and finally obtained a stellar FWHM of $27\;{\mu}m$ after re-installation of the optical system into SSO NESS Observatory in Australia.
원적외선 영역인 $8-12.\mu$m 대역의 열상장비 주사광학계를 설계 제작하였다. 검출기로 5개 소자의 SP-RITE HgCdTe를 사용하는 직병렬 주사를 위해 수평 및 수직주사에는 각각 회전다면거울과 진동평면거울을 사용하였으며, 주사연결거울로는 구면거울을 사용하여 주사거울의 크기 및 입사동에서의 동수차를 최소화 하였다. 주사광학계는 $40^{\circ}\times26.67^{\circ}$의 넓은 주사시야를 갖는다. 회절 변조전달함수의 계산결과 회절한계의 성능을 만족하였으며 제작 및 시험 결과 고분해능의 열영상을 얻을 수 있었다.
A novel optical design for high resolution, large field of view (FOV) and multispectral remote sensing is presented. An f/7.3 Korsch and two f/17.9 Cook three-mirror optical systems are integrated by sharing the primary and secondary mirrors, bias of the FOV, decentering of the apertures and reasonable structure arrangement. The aperture stop of the Korsch system is located on the primary mirror, while those of the Cook systems are on the exit pupils. High resolution image with spectral coverage from visible to near-infrared (NIR) can be acquired through the Korsch system with a focal length of 14 m, while wide-field imaging is accomplished by the two Cook systems whose focal lengths are both 13.24 m. The full FOV is 4°×0.13°, a coverage width of 34.9 km at the altitude of 500 km can then be acquired by push-broom imaging. To facilitate controlling the stray light, the intermediate images and the real exit pupils are spatially available. After optimization, a near diffraction-limited performance and a compact optical package are achieved. The sharing of the on-axis primary and secondary mirrors reduces the cost of fabrication, test, and manufacture effectively. Besides, the two tertiary mirrors of the Cook systems possess the same parameters, further cutting down the cost.
Linear Astigmatism Free - Three Mirror System (LAF-TMS) is the linear astigmatism free off-axis wide field telescope with D = 150 mm, F/3.3, and $FOV=5.51^{\circ}{\times}4.13^{\circ}$. We report the design and analysis results of its mirrors and optomechanical structures. Tolerance allowance has been analyzed to the minimum mechanical tolerance of ${\pm}0.05mm$ that is reasonable tolerance for fabrication and optical alignment. The aluminum mirrors are designed with mounting flexure features for the strain-free mounting. From Finite Element Analysis (FEA) results of mounting torque and self-weight, we expect 33 - 80 nm RMS mirror surface deformations. Shims and the L-bracket are mounted between mirrors and the mirror mount for optical alignment. The mirror mount is designed with four light-weighted mechanical parts. It can stably and accurately fix mirrors, and it also suppresses some of stray light.
Kim, Sang-Hyuk;Pak, Soo-Jong;Chang, Seung-Hyuk;Kim, Geon-Hee;Yang, Sun-Choel;Kim, Myung-Sang;Lee, Sung-Ho;Lee, Han-Shin
천문학회지
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제43권5호
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pp.169-181
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2010
We develop a proto-model of an off-axis reflective telescope for infrared wide-field observations based on the design of Schwarzschild-Chang type telescope. With only two mirrors, this design achieves an entrance pupil diameter of 50 mm and an effective focal length of 100 mm. We can apply this design to a mid-infrared telescope with a field of view of $8^{\circ}{\times}8^{\circ}$. In spite of the substantial advantages of off-axis telescopes in the infrared compared to refractive or on-axis reflective telescopes, it is known to be difficult to align the mirrors in off-axis systems because of their asymmetric structures. Off-axis mirrors of our telescope are manufactured at the Korea Basic Science Institute (KBSI). We analyze the fabricated mirror surfaces by fitting polynomial functions to the measured data. We accomplish alignment of this two-mirror off-axis system using a ray tracing method. A simple imaging test is performed to compare a pinhole image with a simulated prediction.
Park, Woojin;Pak, Soojong;Chang, Seunghyuk;Kim, Sanghyuk;Kim, Dae Wook;Lee, Hanshin;Lee, Kwangjo
천문학회보
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제42권2호
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pp.88.1-88.1
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2017
We report a novel design of the "linear astigmatism-free" three mirror system (LAF-TMS). In general, the linear astigmatism is one of the most dominant aberration degrading image qualities in common off-axis systems. The proposed LAF-TMS is based on a confocal off-axis three mirror system, where higher order aberrations are minimized via our numerical optimization. The system comprises three pieces of aluminum-alloy freeform mirrors that are feasible to be fabricated with current single-point diamond turning (SPDT) machining technology. The surface figures, dimensions, and positions of mirrors are carefully optimized for a LAF performance. For higher precision-positioning mechanism, we also included alignment parts: shims (for tilting) and L-brackets (for decentering). Any possible mechanical deformation due to assembly process as well as 1-G gravity, and its influence on optical performances of the system are investigated via the finite element (FE) analysis. The LAF-TMS has low f-number and a wide field of view, which is promising for sky monitoring programs such as supernova surveys.
An off-axis four-mirror-anastigmatic telescope is presented here which is composed of two aspheric surfaces and two spherical surfaces. The entrance pupil diameter is 290 mm and the stop is located at the primary mirror. The effective focal length is 900 mm. The strip field of view for the telescope is $15^{\circ}{\times}0.2^{\circ}$ and if the telescope is launched into an orbit about 400 km altitude, the observed range width will be more than 105 km within a scene without any other auxiliary scanning instrument. The spectral range can be as wide as from visual wave band to infrared wave band in the mirror system. This telescope can be used for environmental monitoring with different detectors whose pixel is adapted to the optical resolution. In this paper, the spectral range is chosen as 3.0 -5.0 ${\mu}m$, and center distance of the pixel is 30 ${\mu}m$. And the image quality is near the diffraction limit.
We report the operational highlights of KMTNet in the point of observing rate, image pre-processing and data reduction, observing run for each science program, and scientific publications performed in 2016. Major system upgrade has been conducted in the CCD camera and the wide field telescope optics: the post amp and readout electronics of the 18k Mosaic CCD camera at Siding Spring Observatory site has been fine tuned and the protected silver coat of the primary mirror has been replaced with the bare aluminium coat due to the degradation of reflectivity of the primary mirror surface. A plan of KMTNet observation system improvement for 2017 will be introduced in this talk.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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