직경 300 mm 광집속장치의 광학정렬

양호순,이윤우,김정주,엄해동,이수상,김연수,김현숙,Yang, Ho-Soon,Lee, Yun-Woo,Kim, Jeong-Ju,Eum, Hae-Dong,Lee, Soo-Sang,Kim, Yeon-Soo,Kim, Hyun-Sook 한국광학회 2005 한국광학회지 Vol.16 No.6

우리는 국내에서 처음으로 직경 300 mm인 광집속장치를 정렬 및 조립하였다. 이 장치는 주경, 부경 그리고 5개의 연결 거울로 구성된다. 이중에서 가장 중요한 부품인 주경은 각 구조물들과의 조립때마다 발생할 수 있는 변형을 정밀 측정하였다. 또한 사용되는 거울의 개수가 많기 때문에 광학정렬에는 체계적인 정렬 알고리즘을 도입하였다. 최종 조립결과 파면수차는 1.9 wave rms(wave =633 nm)로 예상치의 7배정도 큰 값이었다. 이것의 주원인은 조립 과정에서 발생한 연결 거울들의 변형인 것으로 확인되었다. 본 광집속장치를 정렬하면서 발생했던 문제점들에 대한 고찰은 향후 대형광학계를 만들 때 유용하게 사용될 수 있다. We assembled the optical beam director with diameter 300 mm. This consists of primary, secondary mirrors and 5 folding mirrors. Among them, the primary mirror is the most important component so that we measure any possible deformation on it at every step of assembly. Also, we developed the systematic alignment algorithm, which is essential because the number of mirrors is 7. The final wavefront error of the system is 1.9 wave rms (wave=633 nm) which is 7 times larger than we expected. The main source is the deformation of the 131ding mirrors. We expect that what we have learned from the assembly of this system would be helpful when we deal with a larger system in the future.

직경 1 m 비축포물면의 가공 및 평가

양호순,이재협,전병혁,이윤우,이경묵,최세철,김종민,Yang, Ho-Soon,Lee, Jae-Hyeob,Jeon, Byung-Hyug,Lee, Yun-Woo,Lee, Kyoung-Muk,Choi, Se-Chol,Kim, Jong-Min 한국광학회 2008 한국광학회지 Vol.19 No.4

망원경의 조립 및 평가를 위해서는 평행광선을 만들어주는 시준장치가 반드시 필요하다. 최근에 고해상도 카메라의 초점거리가 길어짐에 따라 상대적으로 적은 부피를 차지하는 Cassegrain 형태의 시준장치가 많이 사용되고 있다. 하지만 이러한 형태는 적외선 광학계를 평가할 때 부경이 가지는 온도로 인하여 불필요한 열복사선을 방출하여 적외선 광학계의 평가 정밀도를 떨어뜨리게 된다. 본 논문에서는 직경이 800 mm이고 초점거리가 2 m인 적외선 광학계를 평가하기 위하여 초점거리는 6m이고 물리적인 직경 1 m, 유효 직경이 930 mm인 비축포물면을 Zerodur를 이용하여 가공하고 측정한 과정을 설명한다. 약 4개월간의 작업 끝에 면의 최종 파면수차는 30.4 nm rms($\lambda$/138, ${\lambda}=4.2\;{\mu}m$)를 얻어서 적외선 광학계뿐만 아니라 가시광 영역 광학계도 측정 가능한 성능을 보유하였다. The collimator which makes a collimated beam, is an essential instrument for assembly and evaluation of telescopes. Recently, the Cassegrain type collimator has been widely used for its compact size as the focal length of high resolution cameras becomes longer. However, this kind of collimator has a disadvantage in that the secondary mirror is a heat source which can degrade the evaluation accuracy for an IR camera system. In this paper, we present the fabrication and measurement process for an off-axis parabolic mirror with the physical diameter pf 1 m, effective diameter 930 mm, and the focal length 6 m. After four months of works we obtained the final surface wave-front error of 30.4 nm rms ($\lambda$/138, ${\lambda}=4.2\;{\mu}m$), which is capable of evaluation of an IR camera as well as a visible camera.

대구경 반사경 국내 개발 현황 (0.6m, 0.8m, 1m)

양호순(Ho-Soon Yang),김학용(Hag-Yong Kihm),이재협(Jae-Hyeob Lee),이윤우(Yun-Woo Lee),김성희(Sung-Hee Kim),이응식(Eung-Shik Lee),이덕규(Deog-Gyu Lee ),이승훈(Seung-Hoon Lee) 한국항공우주학회 2020 한국항공우주학회 학술발표회 논문집 Vol.2020 No.11

차세대중형위성 광학탑재체 반사경 개발

양호순(Ho-Soon Yang),김학용(Hak-Yong Kihm),강필성(Phil-Sung Kang),송재봉(Jae-Bong Song),이윤우(Yun-Woo Lee),이회윤(Hoi-Yoon Lee),이재협(Jae-Hyeob Lee),김고은(Go-Eun Kim),송인웅(In-Woong Song),김성희(SeongHui Kim),이덕규(Deoggyu Lee) 한국항공우주학회 2018 한국항공우주학회 학술발표회 논문집 Vol.2018 No.11

차세대중형위성 광학탑재체 반사경 국산화 개발

양호순(Ho-Soon Yang),김학용(Hak-Yong Kihm),이윤우(Yun-Woo Lee),이회윤(Hoi-Yoon Lee),이재협(Jae-Hyeob Lee),송재봉(Jae-Bong Song),김고은(Go-Eun Kim),송인웅(In-Woong Song),김성희(SeongHui Kim),이덕규(Deoggyu Lee) 한국항공우주학회 2019 한국항공우주학회 학술발표회 논문집 Vol.2019 No.11

우주환경에서 대형 반사경의 습기 방출에 의한 형상 변화 예측방법

송인웅,양호순,김학용,김성희,이회윤,김석환,Song, In-Ung,Yang, Ho-Soon,Khim, Hagyong,Kim, Seong-Hui,Lee, Hoi-Yoon,Kim, Sug-Whan 한국광학회 2018 한국광학회지 Vol.29 No.4

본 논문에서는 우주의 진공환경에서 반사경 코팅이 흡수한 습기를 방출하면서 나타나는 경면 형상의 변화를 예측하기 위한 새로운 방법론을 제안한다. 직경 50 mm, 두께 1.03 mm의 원형 시편과 간섭계를 통해 진공환경에서 나타나는 시편 형상 변화량을 측정하고 제르니케 프린지 다항식(Zernike fringe polynomial) 곡률항으로 나타내었다. 그 결과 습기 방출에 따른 코팅 스트레스는 152.7 Mpa로 계산되었다. 계산된 스트레스는 1.25 mm 두께 시편의 수치모사 모델에 적용하여 변화된 형상의 곡률항을 측정결과의 표준편차 이내($78.9{\pm}5.9nm$)로 예측할 수 있음을 검증하였다. 이 방법론을 2019년에 발사 예정인 차세대중형위성의 직경 600 mm 쌍곡면경에 적용, 습기 방출에 의한 경면 형상 변화를 계산하여 반사경의 초점거리가 약 $2.005{\mu}m$ 만큼 ?아짐을 예측하였다. 초점거리 변화는 광학 탑재체의 MTF를 한계공간주파수(Nyquist frequency)에서 2.3% 가량 낮추지만, 요구 사양을 만족하여 우주에서도 문제없이 운용 가능함을 확인하였다. In this paper, we propose a new method to predict a mirror's surface deformation due to the stress of moisture release by a coating in the environment of outer space. We measured the surface deformation of circular samples 50 mm in diameter and 1.03 mm thick, using an interferometer. The results were analyzed using Zernike fringe polynomials. The coating stress caused by moisture release was calculated to be 152.7 MPa. This value was applied to an analytic model of a 1.25 mm thickness sample mirror, confirming that the change of surface deformation could be predicted within the standard deviation of the measurement result ($78.9{\pm}5.9nm$). Using this methodology, we predicted the surface deformation of 600 mm hyperbolic mirror for the Compact Advanced Satellite, which will be launched in 2019. The result is only $2.005{\mu}m$ of focal shift, leading to 2.3% degradation of modulation transfer function (MTF) at the Nyquist frequency, which satisfies the requirement.

레이저트래커(Laser Tracker)를 이용한 대형 광학 거울의 형상 측정

조은하,양호순,이윤우,Jo, Eun-Ha,Yang, Ho-Soon,Lee, Yun-Woo 한국광학회 2013 한국광학회지 Vol.24 No.6

대형 광학 거울은 연삭, 연마, 최종연마의 단계를 거쳐 가공된다. 이 가운데 가장 진행이 빠르고 가공량이 많은 연삭 단계에서 정밀하고 신속한 측정이 가능하다면 가공 공정의 효율성을 높일 수 있다. 그런데 연삭 단계의 광학면은 거칠고 광택이 없기 때문에 빛을 이용한 측정이 매우 어렵다. 따라서 간섭계를 사용할 수 없으며 기계적인 방법을 이용하여 면을 측정해야 한다. 레이저트래커는 이동이 가능한 3차원 좌표 측정기로, 이를 이용한 측정 방법이나 데이터 분석을 연구하면 연삭 단계의 광학 거울을 정밀하게 측정할 수 있다. 본 논문에서는 레이저트래커를 이용하여 직경 1 m의 구면 거울의 형상오차를 측정하고, 이 측정 결과를 간섭계로 측정한 것과 비교하였다. 레이저트래커를 이용한 측정법은 형상오차 rms $0.2{\mu}m$, PV $2.7{\mu}m$의 측정 결과를 얻는 것으로 파악되어 연삭 단계 광학면의 정밀한 측정이 가능할 것으로 보인다. A large optical surface is fabricated by grinding, polishing and figuring. The grinding process is the most rapid and has the largest amount of fabrication of all processes. If we measure the surface precisely and rapidly in the grinding process, it is possible to improve the efficiency of the fabrication process. Since the surface of grinding process is rough and not shiny, it is not easy to measure the surface using light so that we cannot use an interferometer. Therefore, we have to measure the surface using a mechanical method. We can measure the surface under the grinding process by using a laser tracker which is a portable 3-dimensional coordinate measuring machine. In this paper, we used the laser tracker to measure the surface error of 1 m diameter spherical mirror. This measurement result was compared to that of an interferometer. As a result, surface measurement error was found to be $0.2{\mu}m$ rms (root mean square) and $2.7{\mu}m$ PV (Peak to Valley), which is accurate enough to apply to the rough surface under the grinding stage.

드레이퍼 방식 연마기에서의 툴 영향 함수 기법

이현수,양호순,이윤우,김석환,Yi, Hyun-Su,Yang, Ho-Soon,Lee, Yun-Woo,Kim, Sug-Whan 한국광학회 2008 한국광학회지 Vol.19 No.6

본 논문에서는 툴 영향 함수(Tool Influence Function)를 이용한 피치(pitch)툴의 정량적 물질 제거 제어 기법에 대하여 기술하였다. 피치 툴은 뛰어난 표면 거칠기를 생성시키는 반면 툴의 물질 변형이 상대적으로 크고 물질제거가 어렵기 때문에 일반적으로 숙련된 가공 기술자에 의한 정성적 연마 기법으로 간주되었다. 하지만 이러한 피치 툴을 이용한 수치모사 및 실험을 수행한 결과, 정량적 피치 툴 연마 기법이 가능하다는 것을 알 수 있었다. 실험과 수치모사에 의한 물질 제거 형상은 약 79%의 정확도로 일치하였다. 또한 직경 280 mm의 평면가공에 대한 수치모사 단계에서 5번의 모의 가공 후 p-v(peak to valley) $1{\mu}m$의 최초 형상오차를 168 nm까지 낮추는 결과를 얻을 수 있었다. The pitch tool provides superior surface roughness compared to other types of polishing tool. However, because of difficulty in handling the pitch tool, pitch tool polishing has rarely been analysed, which led many craftsman to eliminate the pitch tool from their experiences. We found that it was possible to use a pitch tool in the well-determined material removal after the completion of computer simulation and experiment. We could simulate the TIF of the pitch tool with 79% accuracy. Also, after five successive simulations of polishing process on a 280 mm optical flat, the surface p-v error was found to be reduced from $1{\mu}m$ to 168 nm.

이중 정합법을 이용한 볼록비구면 반사경의 형상 오차 측정

김고은,이윤우,양호순,Kim, Goeun,Lee, Yun-Woo,Yang, Ho-Soon 한국광학회 2021 한국광학회지 Vol.32 No.6

일반적인 반사식 망원경은 오목 형태의 주경과 볼록 형태의 부경으로 구성되어 있다. 주경은 크기가 크지만 빛을 모아주는 특성으로 반사경의 파면오차 측정이 비교적 용이하다. 반면에 부경은 빛을 퍼트리기 때문에 주경보다 크기는 작지만 측정의 난이도는 더 높다고 할 수 있다. 특히 코시(Korsch) 형태의 망원경에서는 부경의 가운데 영역도 사용하는데 기존의 힌들(Hindle) 측정법으로는 가운데 부분을 측정할 수 없다. 본 논문에서는 크기가 큰 볼록비구면을 측정하기 위해 힌들 정합법(힌들 측정법과 정합법의 결합)을 적용하여 측정하고 이 측정에서 빠지는 가운데 영역은 일반간섭계의 구면파를 이용해 측정하여 두 결과를 합쳐 전체 형상 오차를 획득하는 방법을 제안하고자 한다. 제안한 방법으로 직경 202 mm, 곡률 반경 499 mm, 비구면상수 -4.613의 볼록 비구면의 형상 오차를 측정한 결과 19.5±1.3 nm rms로 측정되었다. 이 결과는 상용 정합 측정 장비로 측정한 결과와 0.7 nm rms의 근소한 차이를 보였고 반사경의 형상 오차가 45도 방향 비점수차를 가지는 것것도 일치하였다. 따라서 본 논문에서 제안한 방법이 볼록 비구면의 전체 영역을 정밀하게 측정하는데 유용함을 알 수 있었다. A reflecting telescope consists of a concave primary mirror and a convex secondary mirror. The primary mirror is easy to measure, because it converges the beam from an interferometer, while the secondary mirror diverges the beam and so is not easy to measure, even though it is smaller than the primary mirror. In addition, the Korsch-type telescope uses the central area of the secondary mirror, so that the entire area of the secondary mirror needs to be measured, which the classical Hindle test cannot do. In this paper, we propose a double-stitching method that combines two separate area measurements: the annular area, measured using the Hindle stitching method, and the central area, measured using a spherical wave from the interferometer. We test the surface error of a convex asphere that is 202 mm in diameter, with 499 mm for its radius of curvature and -4.613 for its conic constant. The surface error is calculated to be 19.5±1.3 nm rms, which is only 0.7 nm rms different from the commercial stitching interferometer, ASI. Also, the two results show a similar 45° astigmatism aberration. Therefore, our proposed method is found to be valuable for testing the whole area of a convex asphere.

30 cm 급 반사경 경량화 최적 설계

김봉호,이종웅,문일권,양호순,김학용,이윤우,Kim, Bong-Ho,Lee, Jong-Ung,Moon, Il-Kwon,Yang, Ho-Soon,Kihm, Hag-Yong,Lee, Yun-Woo 한국광학회 2010 한국광학회지 Vol.21 No.5

30 cm 급 항공용 반사 망원경계에서 외부 환경 및 내부 진동에 의해 발생하는 주 반사경의 광학적인 성능 저하를 최소화하기 위하여 주 반사경의 광기계 설계를 수행 하였다. 플렉셔를 포함한 주 반사경의 해석을 위한 경계조건으로는 광학면의 수직과 수평 방향의 중력에 의한 변형과 온도 변화 ${\pm}1^{\circ}C$에 의한 열 변형을 고려하였다. 반사경의 기계적인 변형은 NX 5 I-DEAS를 사용하여 해석 하였다. 최적화된 경량화 반사경과 플렉셔의 중력에 의한 광학면의 형상 변형은 RMS surface error 16 nm 이하로 초기 설계 목표값을 만족하였다. 온도 변화 ${\pm}1^{\circ}C$에 의한 광학면의 형상 변형과 assembly load에 의한 광학면의 형상 변형은 매우 작은 값으로 주 반사경의 변형에 영향을 주지 않음을 확인하였다. Optimization of a 30 cm lightweight mirror was proposed with the best optical performance under various loads of gravity and thermal loads with proper boundary conditions. A pattern for a lightweight mirror was generated based on the best optical performance combined with ease of manufacturing for proper design parameters of physical properties of face sheet, back sheet, rib, and web. Evaluation of the optical performances of a telescope mirror was obtained by using the finite element analysis program, NX I-DEAS. Surface errors, individual aberration terms, such as piston, tilts, focus and other aberrations were calculated by using Zernike polynomials. The proposed telescope mirror meets well the opto-mechanical design consideration of RMS surface error less than 16 nm.