카세그레인 망원경은 오목한 주경과 볼록한 부경으로 이루어져있다. 특히 부경의 경우 크기는 작지만 볼록한 형태로 빛을 모두 퍼트려 파면오차 측정이 어렵다. 본 논문에서는 비구면 계수가 여러 개인 볼록비구면 반사경의 파면오차를 Simpson-Oland-Meckel (SOM) 힌들 테스트를 적용하여 측정하였다. 그리고 실험 구성에서 발생하는 계통오차를 분리해내기 위해 QN 절대측정법을 추가로 적용함으로써 힌들 렌즈 제작 및 정렬 오차를 포함한 계통오차를 보정하고 볼록비구면 반사경만의 파면오차를 구하였다. 이렇게 구한 볼록비구면 반사경의 파면오차와 QED사의 ASI (Aspheric Stitching Interferometer)로 측정한 파면오차와 비교한 결과, 모두 $45^{\circ}$ 방향의 비점수차 형태를 가지며 rms 값의 차이가 약 2.5 nm rms 이내로 매우 작음을 확인하였다.
카세그레인 망원경은 오목한 주경과 볼록한 부경으로 이루어져있다. 특히 부경의 경우 크기는 작지만 볼록한 형태로 빛을 모두 퍼트려 파면오차 측정이 어렵다. 본 논문에서는 비구면 계수가 여러 개인 볼록비구면 반사경의 파면오차를 Simpson-Oland-Meckel (SOM) 힌들 테스트를 적용하여 측정하였다. 그리고 실험 구성에서 발생하는 계통오차를 분리해내기 위해 QN 절대측정법을 추가로 적용함으로써 힌들 렌즈 제작 및 정렬 오차를 포함한 계통오차를 보정하고 볼록비구면 반사경만의 파면오차를 구하였다. 이렇게 구한 볼록비구면 반사경의 파면오차와 QED사의 ASI (Aspheric Stitching Interferometer)로 측정한 파면오차와 비교한 결과, 모두 $45^{\circ}$ 방향의 비점수차 형태를 가지며 rms 값의 차이가 약 2.5 nm rms 이내로 매우 작음을 확인하였다.
The Cassegrain telescope consists of a primary concave mirror and a secondary convex mirror. In the case of a secondary mirror, it is more difficult to test wavefront error than for a primary mirror, because it reflects the entire testing beam, as it is convex in shape. In this paper we tested the w...
The Cassegrain telescope consists of a primary concave mirror and a secondary convex mirror. In the case of a secondary mirror, it is more difficult to test wavefront error than for a primary mirror, because it reflects the entire testing beam, as it is convex in shape. In this paper we tested the wavefront error of a complex aspheric convex secondary mirror by using the Simpson-Oland-Meckel Hindle test. To separate the systematic errors, such as fabrication error and alignment error of a meniscus lens, we adopted the QN absolute test (pixel-based absolute test using the quasi-Newton method) as well. Finally, we compared the measured result with that of an ASI (Aspheric Stitching Interferometer) made by the QED company, which resulted in an rms difference of only 2.5 nm, showing a similar shape of astigmatism aberration.
The Cassegrain telescope consists of a primary concave mirror and a secondary convex mirror. In the case of a secondary mirror, it is more difficult to test wavefront error than for a primary mirror, because it reflects the entire testing beam, as it is convex in shape. In this paper we tested the wavefront error of a complex aspheric convex secondary mirror by using the Simpson-Oland-Meckel Hindle test. To separate the systematic errors, such as fabrication error and alignment error of a meniscus lens, we adopted the QN absolute test (pixel-based absolute test using the quasi-Newton method) as well. Finally, we compared the measured result with that of an ASI (Aspheric Stitching Interferometer) made by the QED company, which resulted in an rms difference of only 2.5 nm, showing a similar shape of astigmatism aberration.
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문제 정의
그래서 본 논문에서는 가공 및 장착 중에 많이 발생하는 비점수차와 트레포일 수차를 계통 오차로 계산하는 것을 피하기 위해 90° 간격으로 볼록비구면 반사경을 측정하기로 하였다.
본 논문에서는 SOM 힌들 테스트로 볼록비구면 반사경의 파면오차를 측정하고 계통오차를 정밀하게 분리해내기 위해 위에서 언급한 회전 오차와 무관하게 보상되는 QN 절대측정법을 추가로 적용하여 반사경의 파면오차만을 정밀하게 구하는 방법을 소개한다[12]. 우선 2장에서는 SOM 힌들 테스트를 소개하고 3장에서는 회전 오차에 무관하게 보상되는 QN 절대측정법을 소개한다.
제안 방법
그림 2는 볼록비구면 반사경 파면오차 측정을 위한 SOM 힌들 테스트 구성 사진이다. 4D사의 간섭계에 F/3의 대물렌즈를 장착하였고 앞에 힌들 렌즈와 볼록비구면 반사경을 정렬하였다. 그리고 회전스테이지를 이용해 볼록비구면 반사경을 회전하여 파면오차를 측정하였다.
공차분석 변수는 힌들 렌즈의 곡률 반경(앞면, 뒷면), 중심 두께, 굴절률로 두고 목표치는 볼록비구면 반사경의 곡률 반경과 비구면 상수의 설계값으로 설정했다. 최종적으로 렌즈 앞면의 곡률 반경은 ±0.
4장에서는 SOM 힌들 테스트를 이용해 파면오차를 측정하는 실험을 소개하고 QN 절대측정법으로 계통오차를 분리한 결과를 보여준다. 그리고 이 결과와 상용제품인 ASI로 측정한 결과를 비교, 분석하였다.
4D사의 간섭계에 F/3의 대물렌즈를 장착하였고 앞에 힌들 렌즈와 볼록비구면 반사경을 정렬하였다. 그리고 회전스테이지를 이용해 볼록비구면 반사경을 회전하여 파면오차를 측정하였다.
5 mm, 비구면 상수 공차는 ±0003으로 이 공차 내에서 반사경을 측정하기 위해선 앞의 요소들의 제작 공차를 잘 설정해야 한다. 따라서 상용 광학 설계 프로그램인 ZEMAX로 볼록비구면 반사경을 측정하도록 힌들 렌즈의 곡률 반경, 중심 두께, 굴절률에 대한 공차분석을 수행하였다.
본 논문에서는 우주용 광학계의 부경의 파면 오차를 측정하기 위해 SOM 힌들 테스트를 사용하였다. 이 때 회전 오차와 무관하게 보정되는 QN 절대측정법을 추가하여 힌들 렌즈와 부경 고정용 기구물에서 발생하는 오차와 같은 계통오차를 제거하였다.
본 논문에서는 우주용 광학계의 부경의 파면 오차를 측정하기 위해 SOM 힌들 테스트를 사용하였다. 이 때 회전 오차와 무관하게 보정되는 QN 절대측정법을 추가하여 힌들 렌즈와 부경 고정용 기구물에서 발생하는 오차와 같은 계통오차를 제거하였다. 그 결과, 볼록비구면 반사경의 파면오차는 48.
이러한 QN 절대측정법을 통해 구한 볼록비구면 반사경의 파면오차의 정확도를 비교하기 위해 상용장비인 QED사의 ASI를 이용하여 반사경의 파면오차를 측정해 보았다. 그림 5(a)는 ASI로 측정한 볼록비구면 반사경의 파면오차로 45.
이상 4개의 데이터에 회전 오차에 무관하게 보상되는 QN 절대측정법을 사용하여 볼록비구면 반사경의 실제 파면오차와 나머지 계통오차를 구별하였다. 그림 4는 이와 같은 방법으로 계산한 볼록비구면 반사경의 파면오차와 계통오차를 보여준다.
대상 데이터
0001의 공차 내에서 변수가 무작위로 움직였을 때, 볼록비구면 반사경의 곡률 반경과 비구면 상수의 설계값 내로 측정 가능함을 확인하였다. 실제 제작된 힌들 렌즈는 곡률 반경, 중심 두께, 굴절률이 모두 공차 이내로 제작되었으며 렌즈의 앞면과 뒷면의 형상오차가 모두 10 nm rms 이내로 정밀하게 제작되었다. 하지만 정밀하게 제작된 힌들 렌즈를 사용하더라도 SOM 힌들 테스트 과정에서 렌즈 앞면의 경우 2번 투과, 렌즈 뒷면의 경우 2번 투과, 1번 반사를 거치며 렌즈의 오차가 계속 누적된다.
이론/모형
2. Experimental set up for a testing convex aspheric mirror using SOM Hindle test.
이때 카세그레인 타입 망원경의 주경은 오목비구면 형태이며 부경은 볼록비구면으로 설계된다[1]. 오목비구면 반사경의 파면오차 측정에는 재래식 널 렌즈(null lens)나 CGH (Computer Generated Hologram) 등을 사용한다. 오목비구면 반사경은 직경 1 m 이상이어도 널 렌즈나 CGH의 크기는 직경 100 mm를 넘기지 않고 설계가 가능하다.
성능/효과
같은 방법으로 총 5회 측정 후 분석한 결과 볼록비구면 반사경 파면오차는 48.3 ± 0.7 nm rms, 계통오차는 12.1 ± 0.2 nm rms로 반복능이 1 nm rms 이하로 측정 결과의 반복도가 매우 좋음을 알 수 있다.
그 결과, 볼록비구면 반사경의 파면오차는 48.3 ± 0.7 nm rms, 계통오차는 12.1 ± 0.2 nm rms로 측정되었다.
5 nm rms 차이로 근소하다. 따라서 SOM 힌들 테스트와 QN 절대측정법을 이용하면 볼록비구면 반사경의 파면오차를 정확히 측정할 수 있음을 알 수 있었다.
2 nm rms로 측정되었다. 상용 장비인 ASI와 비교 분석한 결과, QN 절대측정법 결과와 동일하게 볼록비구면 반사경의 파면오차가 45° 비점수차 형태를 가지며 rms 값이 2.5 nm rms 차이로 근소하다. 따라서 SOM 힌들 테스트와 QN 절대측정법을 이용하면 볼록비구면 반사경의 파면오차를 정확히 측정할 수 있음을 알 수 있었다.
유한요소해석을 통해 반사경을 수직으로 세워 측정할 경우 수평 방향에 비해 약 10 nm의 0° 비점수차가 발생하는 것을 확인하였다.
이 결과는 실험 결과인 7 nm 정도의 0° 비점수차 양과 아주 유사한 값이므로 해당 수차는 측정 과정에서 반사경의 자세에 따른 중력 효과 변화로 발생하는 것임을 알 수 있었다.
0030 이내이다. 이상의 실험 결과로 판단해보면, 볼록비구면 반사경이 제작공차 이내로 만들어졌으며 파면오차와 계통오차가 잘 분리되는 것을 알 수 있다.
최종적으로 렌즈 앞면의 곡률 반경은 ±0.02 mm, 뒷면의 곡률 반경은 ±0.04 mm, 중심 두께는 ±0.1 mm, 굴절률 0.0001의 공차 내에서 변수가 무작위로 움직였을 때, 볼록비구면 반사경의 곡률 반경과 비구면 상수의 설계값 내로 측정 가능함을 확인하였다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
오목비구면 반사경의 파면오차 측정에 무엇을 사용하는가?
이때 카세그레인 타입 망원경의 주경은 오목비구면 형태이며 부경은 볼록비구면으로 설계된다[1]. 오목비구면 반사경의 파면오차 측정에는 재래식 널 렌즈(null lens)나 CGH (Computer Generated Hologram) 등을 사용한다. 오목비구면 반사경은 직경 1 m 이상이어도 널 렌즈나 CGH의 크기는 직경 100 mm를 넘기지 않고 설계가 가능하다.
카세그레인 망원경은 무엇으로 이루어져 있는가?
카세그레인 망원경은 오목한 주경과 볼록한 부경으로 이루어져있다. 특히 부경의 경우 크기는 작지만 볼록한 형태로 빛을 모두 퍼트려 파면오차 측정이 어렵다.
부경의 문제점을 해결하고자 무엇을 사용하는가?
그러나 부경의 경우 특성상 빛을 퍼트리는 역할을 하게 되므로 널 렌즈나 CGH를 이용하여 측정할 경우 널 광학계의 크기가 측정대상보다 커져서 제작이 매우 까다로워 사용할 수 없다. 이러한 경우 렌즈나 CGH 보다 제작이 비교적 용이한 오목기준거울을 이용하여 볼록반사경을 맞고 퍼진 빛을 모아 다시 보내는 힌들 테스트(Hindle test)를 사용한다[2]. 하지만 힌들 테스트 또한 볼록반사경의 직경보다 3~4배 더 큰 오목기준거울이 필요하기 때문에 만들기 쉽지 않고 비용도 많이 든다.
참고문헌 (16)
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