KR101812584B1 - Imaging optical system FOR EARTH OBSERVATION - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 지구 관측용 결상 광학계에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 인공위성에 탑재되어 지구 관측을 위한 영상 촬영 장치에 적용될 수 있는 결상 광학계에 관한 것이다. BACKGROUND OF THE
지구 관측 위성은 위성에 목적하는 다양한 센서 시스템을 탑재하고 특정 궤도로 발사되어 지구의 기상, 기후, 해양, 산림 등 다양한 정보를 획득 및 분석하기 위한 위성이다. 지구 관측 위성은 지구 지표면 상에서 관측이 어려운 정보를 지구 상공에서 원거리 관측함으로써, 보다 많은 정보를 획득할 수 있는 장점이 있다. Earth Observation Satellites are satellites that are equipped with various sensor systems aimed at satellites and are launched into specific orbits to acquire and analyze various information such as weather, climate, ocean, and forests of the earth. Earth observation satellites have the advantage of acquiring more information by observing distant information on the earth 's surface from a distance over the earth.
여기에서, 지구 관측 위성에 탑재되는 결상 광학계는 막대한 제작 비용과 상당한 설계 시간이 소요되는 대구경의 초정밀 광학계로서, 고해상도의 이미지를 획득하기 위한 우수한 성능이 전제되어야 한다. Here, the imaging optical system mounted on Earth observation satellites is a super-precision optical system of large diameter requiring a large manufacturing cost and a considerable design time, and it is required to have excellent performance for obtaining a high resolution image.
인공 위성 기술 분야는 국가간 기술 이전이 제한되며, 기술 유출의 위험성을 방지하고자 기술의 공개를 최소화하려는 경향이 강하다. 이러한 현실적 문제로 위성용 광학계 의 설계 기술에 대한 공개된 선행 문헌은 거의 존재하지 않으며, 이에 우수한 성능을 나타낼 수 있는 지구 관측용 결상 광학계의 설계에 한계가 있는 실정이다.In the satellite technology field, technology transfer between countries is limited and there is a strong tendency to minimize the disclosure of technology in order to prevent the risk of technology leakage. Due to such a practical problem, there are few published prior arts on the design technology of the satellite optical system, and there is a limit in the design of the imaging optical system for earth observation that can exhibit excellent performance.
따라서, 본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 광시야각을 가지며 잡광이 차폐되어 높은 SNR을 나타내어 우수한 성능을 가질 수 있는 지구 관측용 결상 광학계를 제공하고자 한다. SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, the present invention has been made keeping in mind the above problems occurring in the prior art, and it is an object of the present invention to provide an imaging optical system for observing the earth, which has a wide viewing angle,
본 발명의 다른 목적들은 이하에 서술되는 바람직한 실시예들을 통하여 보다 명확해질 것이다. Other objects of the present invention will become apparent from the following description of preferred embodiments.
본 발명의 일 측면에 따르면, 지구 관측용 결상 광학계는 입사부에서 수광부까지의 광경로를 따라 적어도 3개의 미러를 포함하여 구성된다. 여기에서, 지구 관측용 결상 광학계는 상기 입사부로 입사되는 광을 상기 광학계 내부로 입사시키며, 타원면의 반사경으로 이루어지는 제1 미러; 상기 제1 미러로부터 입사되는 빛을 반사하며, 쌍곡면의 반사경으로 이루어지는 제2 미러; 및 상기 제2 미러로부터 입사되는 빛을 반사하여 상기 수광부로 출사시키며, 타원면의 반사경으로 이루어지는 제 3미러;를 포함한다.According to one aspect of the present invention, an imaging optical system for earth observation includes at least three mirrors along an optical path from an incident portion to a light receiving portion. Here, the optical system for earth observation includes a first mirror made of an ellipsoidal mirror, which makes the light incident on the incidence portion enter into the optical system; A second mirror that reflects light incident from the first mirror and is made up of a mirror of a hyperboloid; And a third mirror that reflects light incident from the second mirror and emits the light to the light receiving unit, the third mirror being an elliptic mirror.
일 실시예에서, 상기 지구 관측용 결상 광학계는 상기 광경로 상에 중간 초점면(intermediate focal plane)이 형성되도록 설계될 수 있다. In one embodiment, the imaging optical system for observing the earth can be designed so that an intermediate focal plane is formed on the optical path.
일 실시예에서, 상기 지구 관측용 결상 광학계는 상기 제1 미러 및 제 2미러는, 상기 제2 미러와 제3 미러 사이의 광경로 상에 중간 초점면을 가지도록 설계될 수 있다.In one embodiment, the imaging optical system for observing the earth can be designed such that the first mirror and the second mirror have an intermediate focal plane on the optical path between the second mirror and the third mirror.
일 실시예에서, 상기 지구 관측용 결상 광학계는 상기 중간 초점면의 위치에 시야 조리개(field stop)가 구성될 수 있다.In one embodiment, the field-observing optical system for the earth observation may have a field stop at the position of the intermediate focal plane.
일 실시예에서, 상기 지구 관측용 결상 광학계는 광축 방향을 따라 상기 수광부로부터 상기 제1 미러의 반사면 중심점까지의 직선 거리를 D1, 광축 방향을 따라 상기 수광부로부터 상기 제2 미러의 반사면 중심점까지의 직선 거리를 D2, 광축 방향을 따라 상기 수광부로부터 상기 제3 미러의 반사면 중심점까지의 직선 거리를 D3로 하였을 때, 0.94 < D1/D3 < 0.95의 제1 조건과, 0.218 < D2/D3 < 0.223의 제2 조건을 만족하도록 설계될 수 있다. In one embodiment, the imaging optical system for earth observation has a straight line distance from the light receiving unit to the reflecting surface center point of the first mirror along the optical axis direction to D1, a distance from the light receiving unit to the reflecting surface center point of the second mirror D2 / D3 < 0.95 and a first condition of 0.94 < D1 / D3 < 0.95 where D3 is a straight line distance from the light receiving unit to the reflecting surface center point of the third mirror, 0.223 < / RTI >
일 실시예에서, 상기 지구 관측용 결상 광학계는 상기 제1 및 제2 미러와 상기 제3 미러는 상기 광축을 기준으로 반대 방향에 배치되며, 광축의 수직 방향을 따라 상기 광축으로부터 상기 제1 미러의 반사면 중심점까지의 직선 거리를 L1, 광축의 수직 방향을 따라 상기 광축으로부터 상기 제2 미러의 반사면 중심점까지의 직선 거리를 L2, 광축의 수직 방향을 따라 상기 광축으로부터 상기 제3 미러의 반사면 중심점까지의 직선 거리를 L3로 하였을 때, 0.123 < L2/L1 < 0.137의 제3 조건과, 0.401 < L3/L1 < 0.414의 제4 조건을 만족하도록 설계될 수 있다. The first and second mirrors and the third mirror are disposed in the opposite directions with respect to the optical axis, and the first mirror and the third mirror are disposed in the opposite directions from the optical axis along the vertical direction of the optical axis, A straight line distance from the optical axis to the reflecting surface center point is L1, a straight line distance from the optical axis to the reflecting surface center point of the second mirror is L2, The third condition of 0.123 < L2 / L1 < 0.137 and the fourth condition of 0.401 < L3 / L1 < 0.414 can be designed when the straight line distance to the center point is L3.
일 실시예에서, 상기 제1 내지 3미러는 상기 광축을 기준으로 입사부 방향으로 0.5° 만큼 기울어져 구성될 수 있다.In one embodiment, the first through third mirrors may be configured to incline by 0.5 degrees toward the incident portion with respect to the optical axis.
본 발명에 따른 지구 관측용 결상 광학계는 광시야각을 가지며 잡광이 차폐되어 높은 SNR을 나타내어 우수한 성능을 가질 수 있다.The imaging optical system for observing the earth according to the present invention has a wide viewing angle and shields the light with a high SNR and can have excellent performance.
도 1은 본 발명에 따른 지구 관측용 결상 광학계를 설명하기 위한 참고도이다.
도 2 내지 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 지구 관측용 결상 광학계를 설명하기 위한 참고도이다.
도 5 내지 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 지구 관측용 결상 광학계의 성능을 설명하기 위한 참고도이다.1 is a reference view for explaining an optical system for observation of the earth according to the present invention.
2 to 4 are reference views for explaining an optical system for observation of the earth according to an embodiment of the present invention.
5 to 6 are reference views for explaining the performance of an imaging optical system for observation of the earth according to an embodiment of the present invention.
본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The present invention is capable of various modifications and various embodiments, and specific embodiments are illustrated in the drawings and described in detail in the detailed description. It is to be understood, however, that the invention is not to be limited to the specific embodiments, but includes all modifications, equivalents, and alternatives falling within the spirit and scope of the invention. DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. The terms first, second, etc. may be used to describe various components, but the components should not be limited by the terms. The terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다. 이하, 본 발명의 실시예를 첨부한 도면들을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.The terminology used in this application is used only to describe a specific embodiment and is not intended to limit the invention. The singular expressions include plural expressions unless the context clearly dictates otherwise. In the present application, the terms "comprises" or "having" and the like are used to specify that there is a feature, a number, a step, an operation, an element, a component or a combination thereof described in the specification, But do not preclude the presence or addition of one or more other features, integers, steps, operations, elements, components, or combinations thereof. Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1은 본 발명에 따른 지구 관측용 결상 광학계를 설명하기 위한 참고도이다. 1 is a reference view for explaining an optical system for observation of the earth according to the present invention.
본 발명에 따른 지구 관측용 결상 광학계(100)는 위성에 탑재되어 지구 영상을 촬영하기 위한 것으로, 이하 설명하는 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 설계되는 경우 광시야각과 높은 SNR을 가질 수 있어, 해양 관측에 보다 적합하게 활용될 수 있다. The imaging
도 1을 참조하면, 지구 관측용 결상 광학계(100)는 입사부에서 입사하는 입사광(11)이 수광부(40)로 출사되기까지 형성되는 광경로를 따라 적어도 3개의 미러를 포함하여 구성되는 광학계이다.1, an
여기에서, 지구 관측용 결상 광학계(100)는 입사부로 입사되는 광(11)을 상기 광학계 내부로 입사시키는 제1 미러(10)와, 제1 미러(10)로부터 입사되는 빛을 반사하는 제2 미러와, 제2 미러(20)로부터 입사되는 빛을 반사하여 수광부(40)로 출사시키는 제3 미러(30)를 포함하여 구성될 수 있다. Here, the earth observation imaging
일 실시예에서, 제1 미러(10)는 타원면의 반사경으로 이루어지고, 제2 미러(20)는 쌍곡면의 반사경으로 이루어지며, 제3 미러(30)는 타원면의 반사경으로 이루어질 수 있다. In one embodiment, the
일 실시예에서, 지구 관측용 결상 광학계(100)는 광경로 상에 중간 초점면(intermediate focal plane)이 형성되도록 설계될 수 있다. 여기에서, 중간 초점면(50)은 제2 미러(20)와 제3 미러(30) 사이의 광경로 상에 형성될 수 있다. In one embodiment, the imaging
한편, 중간 초점면(50)의 위치는 각 미러의 설계 및 위치에 의존하며, 본 실시예와 같이 제2 미러(20)와 제3 미러(30) 사이에 중간 초점면(50)을 형성시키기 위하여는, 제1 미러(10)와 제2 미러(20)의 설계 및 배치가 적절하게 이루어져야 한다. 이를 위한 구체적인 설계 및 배치 정보는 후술한다. The position of the intermediate
일 실시예에서, 지구 관측용 결상 광학계(100)는 중간 초점면(50)의 위치에 시야 조리개(field stop)가 구성될 수 있다. In one embodiment, the field of view
즉, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 제2 미러(20)와 제3 미러(30) 사이의 광경로 상에 중간 초점면(50)이 형성되고, 중간 초점면(50)의 위치에 시야 조리개가 설치됨으로써, 시야각(field of view) 밖에서 입사하는 원치 않는 광(stray light)을 차폐할 수 있으며, 이에 높은 SNR을 나타낼 수 있다. That is, according to an embodiment of the present invention, an intermediate
이상에서 본 발명에 따른 지구 관측용 결상 광학계(100)의 구성들 및 이들에 대한 실시예를 설명하였다. 이하에서는, 보다 우수한 성능을 나타낼 수 있도록 하는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여, 도 2 내지 4를 참조하여 구체적인 설계 및 배치 정보를 중심으로 설명한다.The configurations of the imaging
도 2 내지 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 지구 관측용 결상 광학계를 설명하기 위한 참고도이다.2 to 4 are reference views for explaining an optical system for observation of the earth according to an embodiment of the present invention.
도 2를 참조하면, 지구 관측용 결상 광학계(200)는 하기의 제1 조건 및 제2 조건을 만족하도록 설계될 수 있다. Referring to Fig. 2, the imaging optical system for
(제1 조건)(First condition)
0.94 < D1/D3 < 0.950.94 < D1 / D3 < 0.95
(제2 조건) (Second condition)
0.218 < D2/D3 < 0.2230.218 < D2 / D3 < 0.223
여기에서, D1 내지 D3는 하기와 같다.Here, D1 to D3 are as follows.
D1 : 광축(on-axis) 방향을 따라 수광부(400)로부터 제1 미러(10)의 반사면 중심점까지의 직선 거리D1: a straight line distance from the
D2 : 광축 방향을 따라 수광부(40)로부터 제2 미러(20)의 반사면 중심점까지의 직선 거리D2: a straight line distance from the
D3 : 광축 방향을 따라 수광부(40)로부터 제3 미러(30)의 반사면 중심점까지의 직선 거리D3: a straight line distance from the
즉, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 제1 미러(10), 제2 미러(20) 및 제3 미러(30)는 광축 방향을 따라 일정 거리만큼 이격되어 구성되되, 상기 제1 조건과 제2 조건을 만족하는 거리범위에 배치될 수 있다. That is, according to an embodiment of the present invention, the
도 3을 참조하면, 지구 관측용 결상 광학계(300)는 하기의 제3 조건 및 제4 조건을 만족하도록 설계될 수 있다. Referring to FIG. 3, the imaging optical system for
(제3 조건)(Third condition)
0.123 < L2/L1 < 0.137 0.123 < L2 / L1 < 0.137
(제4 조건) (Fourth condition)
0.401 < L3/L1 < 0.4140.401 < L3 / L1 < 0.414
여기에서, L1 내지 L3는 하기와 같다.Here, L1 to L3 are as follows.
L1 : 광축(on-axis)의 수직 방향을 따라 광축으로부터 제1 미러(10)의 반사면 중심점까지의 직선 거리(즉, 제1 미러의 비축 거리)L1 is a straight line distance from the optical axis along the vertical direction of the on-axis to the center of the reflecting surface of the first mirror 10 (i.e., the stocking distance of the first mirror)
L2 : 광축의 수직 방향을 따라 광축으로부터 제2 미러(20)의 반사면 중심점까지의 직선 거리(즉, 제2 미러의 비축 거리)L2 is a straight line distance from the optical axis along the vertical direction of the optical axis to the center of the reflecting surface of the second mirror 20 (i.e., the storage distance of the second mirror)
L3 : 광축의 수직 방향을 따라 광축으로부터 제3 미러(30)의 반사면 중심점까지의 직선 거리(즉, 제3 미러의 비축 거리)L3: a straight line distance from the optical axis along the vertical direction of the optical axis to the center of the reflecting surface of the third mirror 30 (i.e., the storage distance of the third mirror)
여기에서, 제1 및 제2 미러(10, 20)와 제3 미러(30)는 광축을 기준으로 반대 방향에 배치될 수 있다.Here, the first and
즉, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 제1 미러(10), 제2 미러(20) 및 제3 미러(30)는 광축의 수직 방향을 따라 일정 거리만큼 이격되어 구성되되, 상기 제3 조건과 제4 조건을 만족하는 거리범위에 배치될 수 있다. That is, according to an embodiment of the present invention, the
도 4를 참조하면, 제1 내지 3미러(10, 20, 30)는 광축을 기준으로 입사부 방향으로 0.5° 만큼 기울어져 구성될 수 있다. 즉, 도 4에 도시된 바와 같이, 제1 내지 3미러(10, 20, 30)로 구성되는 광학계 프레임은 기준축(61)이 광축(on-axis)와 -0.5°만큼 기울어져 구성될 수 있다. Referring to FIG. 4, the first through
이상에서 도 2 내지 도 4를 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하였으며, 이하에서는 상술한 제1 내지 제4 조건을 만족하며, 본 발명이 목적하는 최선의 효과를 나타낼 수 있는 구체적인 설계 정보를 설명하고자 한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to FIGS. 2 to 4. Hereinafter, specific design information that satisfies the first to fourth conditions described above and can exhibit the best effects of the present invention I want to explain.
(mm)(mm)
(mm)(mm)
aspheric aspheric
Telescope type : Three Mirror Anastigmat (TMA)
Pupil size : 200 mm
Effective focal length (EFL) : 1200 mm
Ground Sampling Distance (GSD) @GEO : 200 m @NadirDesign Program: ZEMAX
Telescope type: Three Mirror Anastigmat (TMA)
Pupil size: 200 mm
Effective focal length (EFL): 1200 mm
Ground Sampling Distance (GSD) @ GEO: 200 m @Nadir
상기 표 1에 나타나는 본 발명의 최선의 실시예에 따르면, 제1 미러(10)의 곡률 반경(Radius of Curvature)이 -1,006.565, 비축거리(L1)가 220, 코닉 계수가 -0.805일 때, 제2 미러(20)의 곡률 반경은 -305.843, 비축거리(L2)는 28.3, 코닉 계수는 -11.812로 이루어질 수 있고, 제3 미러(30)의 곡률 반경은 -471.429, 비축거리(L3)는 89.7, 코닉 계수는 -0.188로 이루어질 수 있다. According to the best embodiment of the present invention shown in Table 1, when the radius of curvature of the
상기 표 1에 나타나는 본 발명의 최선의 실시예에 따르면, 광축 방향을 따라 수광부(40)로부터 제1 미러(10)의 반사면 중심점까지의 직선 거리(D1)은 559.4, 광축 방향을 따라 수광부(40)로부터 제2 미러(20)의 반사면 중심점까지의 직선 거리(D2)는 130.7, 광축 방향을 따라 수광부(40)로부터 제3 미러(30)의 반사면 중심점까지의 직선 거리(D3)는 592로 이루어질 수 있다. According to the best embodiment of the present invention shown in Table 1, the linear distance D1 from the
한편, 상기 본 발명의 최선의 실시예에서, 제1 내지 제 4조건의 만족 여부를 살펴보면, D1/D3는 0.9449으로 제1 조건을 만족하고, D2/D3는 0.2208로 제2 조건을 만족하며, L2/L1는 0.1286로 제3 조건을 만족하고, L3/L1는 0.4077로 제 4조건을 만족한다.In the preferred embodiment of the present invention, D1 / D3 satisfies the first condition, D1 / D3 satisfies the first condition, D2 / D3 equals 0.2208, and the second condition satisfies the first condition. L2 / L1 satisfies the third condition with 0.1286, and L3 / L1 satisfies the fourth condition with 0.4077.
이상에서 설명한 본 발명의 최선의 실시예에 따라, 지구 관측용 결상 광학계를 설계하고, 제2 미러(20)와 제3 미러(30) 사이의 광경로 상에 형성되는 중간 초점면의 위치에 시야 조리개를 구성시키는 경우, 광시야각과 높은 SNR을 가질 수 있어, 해양 관측에 보다 적합하게 활용될 수 있다. According to the best embodiment of the present invention described above, the imaging optical system for earth observation is designed, and a field of view is formed at the position of the intermediate focal plane formed on the optical path between the
이하에서는 도 5 내지 6을 참조하여, 본 발명의 최선 실시예에 따른 지구 관측용 결상 광학계의 성능을 설명한다.Hereinafter, the performance of the imaging optical system for observing the earth according to the best mode of the present invention will be described with reference to Figs.
도 5는 본 발명의 최선 실시예에 따라 설계된 지구 관측용 결상 광학계의 성능 평가를 위한 변조전달함수(Modulation Transfer Function, MTF)로서, 이는 광학계의 최종 성능 중 영상 Sharpness(기하 성능)을 나타내는 지표로 해석될 수 있다. FIG. 5 is a Modulation Transfer Function (MTF) for evaluating the performance of an imaging optical system for earth observation designed according to the best mode of the present invention. This is an index indicating the image sharpness (final performance) of the optical system Can be interpreted.
도 5를 참조하면, 6.8㎛의 화소 크기(pixel size)를 가지는 광검출기를 기준(천리안 해양위성 2호의 광검출기 기준)으로, 나이퀴스트 주파수(nyquist frequency) 73.53 lp/mm 에서 회절한계는 0.784를 나타내고, 설계값은 광축에서 0.782를 나타내고 있어, 설계 값이 회절한계 값과 거의 차이가 없는 것을 고려할 때, 매우 우수한 성능을 보이고 있음을 알 수 있다.Referring to FIG. 5, a photodetector having a pixel size of 6.8 mu m is used as a reference (based on a light detector of Chunlian Marine Satellite No. 2), and a diffraction limit at a nyquist frequency of 73.53 lp / mm is 0.784 , And the designed value shows 0.782 on the optical axis. Therefore, it can be seen that the design shows excellent performance in consideration of the fact that the design value does not substantially differ from the diffraction limit value.
도 6은 본 발명의 최선 실시예에 따라 설계된 지구 관측용 결상 광학계의 성능 평가를 위한 스팟 다이어그램(Spot diagram)으로서, 각 시야별 초점의 크기를 나타내며, 이는 수광부(40)에서의 빛 모임 성능을 나타내는 지표로 해석될 수 있다.FIG. 6 is a spot diagram for evaluating the performance of the imaging optical system for earth observation designed according to the best mode of the present invention, and shows the magnitude of focus for each field of view, And the like.
도 6에서, 검정색 원은 물리적 한계를 나타내는 에어리 원반(airy disk)으로, 설계된 광학계의 스팟(spot) 분포가 에어리 원반 내에 위치함을 확인할 수 있다. 여기에서, 에어리 원반의 사이즈는 2.768 μm로, 설계된 광학계는 모든 시야각에서 스팟 분포의 RMS 반경값이 1 μm이내의 값을 가지는 것을 고려할 때, 매우 우수한 성능을 보이고 있음을 알 수 있다.In Fig. 6, the black circle is an airy disk representing the physical limit, and it can be seen that the spot distribution of the designed optical system is located in the Airy disk. Here, the size of the Airy disc is 2.768 μm, and it can be seen that the designed optical system shows excellent performance considering that the RMS radius value of the spot distribution is within 1 μm at all viewing angles.
도 7은 본 발명의 최선 실시예에 따라 설계된 지구 관측용 결상 광학계의 성능 평가를 위한 RMS 파면 오차량(RMS Wavefront Error)으로서, 수광부(40)를 광축을 따라 앞/뒤 방향으로 이동시켰을 때 발생되는 광학계의 파면 오차 RMS값을 나타내며, 이는 광학계의 실제 제조 성능을 나타내는 지표로 해석될 수 있다.FIG. 7 is an RMS wavefront error for evaluating the performance of the imaging optical system for earth observation designed according to the best mode of the present invention. The RMS wavefront error is generated when the
도 7에서, 최상단의 검정색 선은 물리적 한계인 회절 한계값으로, 설계된 광학계는 모든 시야각 내에서 ±10 μm 만큼 이동하여도 회절한계 내의 성능이 나타나는 것을 고려할 때, 매우 우수한 성능을 보이고 있음을 알 수 있다.In FIG. 7, it can be seen that the black line at the top shows a very good performance considering the performance in the diffraction limit even if the designed optical system shifts by ± 10 μm in all viewing angles, which is the physical limit of the diffraction limit have.
한편, 도 5 내지 7을 참조하여 표 1에 나타나는 본 발명의 최선 실시예에 따른 성능을 설명하였으나, 상술한 제1 내지 제4 조건을 만족하는 범위에서도 충분히 우수한 성능을 나타낼 수 있으며, 해당 조건 범위를 만족하는 범위에서 설계 변경이 이루어지는 경우라면 본 발명의 권리범위에 속하는 것으로 해석되어야 할 것이다. The performance according to the best embodiment of the present invention shown in Table 1 has been described with reference to FIGS. 5 to 7, but it can exhibit sufficiently superior performance even in the range satisfying the first to fourth conditions described above, It should be construed that the invention is within the scope of the present invention.
상기한 본 발명의 바람직한 실시예는 예시의 목적을 위해 개시된 것이고, 본 발명에 대해 통상의 지식을 가진 당업자라면 본 발명의 사상과 범위 안에서 다양한 수정, 변경, 부가가 가능할 것이며, 이러한 수정, 변경 및 부가는 하기의 특허청구범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.It will be apparent to those skilled in the relevant art that various modifications, additions and substitutions are possible, without departing from the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims. The appended claims are to be considered as falling within the scope of the following claims.
100, 200, 300, 400 : 지구 관측용 결상 광학계
10 : 제1 미러
20 : 제2 미러
30 : 제3 미러
40 : 수광부
50 : 중간 초점면
60 : 광학계 프레임100, 200, 300, 400: imaging optical system for earth observation
10: First mirror
20: second mirror
30: Third mirror
40:
50: intermediate focal plane
60: Optical system frame
Claims (7)
상기 지구 관측용 결상 광학계는
상기 입사부로 입사되는 광을 광학계 내부로 입사시키며, 타원면의 반사경으로 이루어지는 제1 미러;
상기 제1 미러로부터 입사되는 빛을 반사하며, 쌍곡면의 반사경으로 이루어지는 제2 미러; 및
상기 제2 미러로부터 입사되는 빛을 반사하여 상기 수광부로 출사시키며, 타원면의 반사경으로 이루어지는 제 3미러;
를 포함하여 구성되며,
상기 제1 미러 및 제 2미러는, 상기 제2 미러와 제3 미러 사이의 광경로 상에 중간 초점면을 가지도록 설계되고,
상기 중간 초점면의 위치에 시야 조리개(field stop)가 구성되며,
광축 방향을 따라 상기 수광부로부터 상기 제1 미러의 반사면 중심점까지의 직선 거리를 D1, 광축 방향을 따라 상기 수광부로부터 상기 제2 미러의 반사면 중심점까지의 직선 거리를 D2, 광축 방향을 따라 상기 수광부로부터 상기 제3 미러의 반사면 중심점까지의 직선 거리를 D3로 하였을 때,
0.94 < D1/D3 < 0.95의 제1 조건과, 0.218 < D2/D3 < 0.223의 제2 조건을 만족하도록 설계되고,
상기 제1 및 제2 미러와 상기 제3 미러는 상기 광축을 기준으로 반대 방향에 배치되며,
광축의 수직 방향을 따라 상기 광축으로부터 상기 제1 미러의 반사면 중심점까지의 직선 거리를 L1, 광축의 수직 방향을 따라 상기 광축으로부터 상기 제2 미러의 반사면 중심점까지의 직선 거리를 L2, 광축의 수직 방향을 따라 상기 광축으로부터 상기 제3 미러의 반사면 중심점까지의 직선 거리를 L3로 하였을 때,
0.123 < L2/L1 < 0.137의 제3 조건과, 0.401 < L3/L1 < 0.414의 제4 조건을 만족하도록 설계되고,
상기 제1 내지 3미러는 광축을 기준으로 입사부 방향으로 0.5° 만큼 기울어져 구성되는 지구 관측용 결상 광학계.An imaging optical system for earth observation, comprising at least three mirrors along an optical path from an incident portion to a light receiving portion,
The earth observation optical system
A first mirror made of an ellipsoidal reflector for making the light incident on the incident portion enter into the optical system;
A second mirror that reflects light incident from the first mirror and is made up of a mirror of a hyperboloid; And
A third mirror that reflects light incident from the second mirror and emits the light to the light receiving unit, the third mirror being a ellipsoidal mirror;
And,
The first mirror and the second mirror are designed to have an intermediate focal plane on the optical path between the second mirror and the third mirror,
A field stop is configured at the position of the intermediate focal plane,
A straight line distance from the light receiving unit to the reflection surface center point of the first mirror along the optical axis direction is D1, a straight line distance from the light receiving unit to the reflection surface center point of the second mirror is D2, And a straight line distance from the center of the third mirror to the center of the reflection surface is D3,
The first condition of 0.94 < D1 / D3 < 0.95 and the second condition of 0.218 < D2 / D3 <
The first and second mirrors and the third mirror are disposed in opposite directions with respect to the optical axis,
A straight distance from the optical axis to the center of the reflection surface of the first mirror is L1, a straight distance from the optical axis to the center of the reflection surface of the second mirror is L2 along the vertical direction of the optical axis, And a straight line distance from the optical axis along the vertical direction to the center of the reflecting surface of the third mirror is L3,
0.123 <L2 / L1 <0.137 and the fourth condition of 0.401 <L3 / L1 <0.414,
Wherein the first to third mirrors are inclined by 0.5 占 in the direction of the incident portion with respect to the optical axis.
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020160148108A KR101812584B1 (en) | 2016-11-08 | 2016-11-08 | Imaging optical system FOR EARTH OBSERVATION |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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KR102023875B1 (en) | 2018-10-16 | 2019-09-23 | 경희대학교 산학협력단 | Off-axis optic device in which linear astigmatism is removed |
Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2005003804A (en) * | 2003-06-10 | 2005-01-06 | Olympus Corp | Eccentric optical system, light transmitting device, light receiving device and optical system |
-
2016
- 2016-11-08 KR KR1020160148108A patent/KR101812584B1/en active IP Right Grant
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