KR102106906B1 - 고강도 및 초경량 미러를 이용한 초소형 위성용 망원경 - Google Patents

고강도 및 초경량 미러를 이용한 초소형 위성용 망원경 Download PDF

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장정균
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한국 천문 연구원
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Abstract

본 발명은 고강도 및 초경량 미러를 이용한 초소형 위성용 망원경에 관한 것이다.
본 발명은, 입사되는 빛을 반사시키는 주경 모듈, 상기 주경 모듈에 대향 배치되고, 상기 주경 모듈에서 반사시킨 빛을 반사시키는 부경 모듈, 상기 부경 모듈에서 반사시킨 빛을 굴절시키는 렌즈 모듈, 상기 렌즈 모듈을 통한 빛을 전기신호로 변환하는 CCD(Charge-Coupled Device000), 상기 주경 모듈, 상기 부경 모듈, 상기 렌즈 모듈 및 상기 광전영상모듈을 고정하는 고정 프레임을 포함하는 것을 특징으로 하는 초소형 위성용 망원경을 제공한다.
본 발명에 따르면, 단위 정육면체(cube)의 조합으로 이루어지는 초소형 위성(cube satellite)에 적합한 망원경을 제공함으로써, 신뢰성을 향상시키고, 무게를 줄일 수 있으며, 집광력을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

Description

고강도 및 초경량 미러를 이용한 초소형 위성용 망원경 {A TELESCOPE HAVING A RIGID AND LIGHT MIRROR FOR A CUBE SATELLITE}
본 발명은 초소형 위성용 망원경에 관한 것이다.
반사 망원경은 대향되어 배치된 주경과 부경을 포함한다. 주경과 부경은 프레임에 고정되는데, 유리로 구성된 거울인 주경 및 부경은 프레임으로부터 전달되는 진동에 의해서 깨지기 쉽다. 특히, 망원경이 위성에 설치되는 경우에는 위성의 발사 순간 등에서 큰 진동과 충격이 전달되므로 망원경의 주경 또는 부경이 손상되기 쉽다.
종래에는 위성의 진동 및 충격이 주경 또는 부경에 전달되지 않도록 진동 또는 충격 저감 장치(이하 ‘진동 저감 장치’라 함)를 주경 및 부경과 프레임 사이에 구비함으로써, 위성의 진동이 프레임을 통해 주경 및 부경에 전달되는 것을 방지하거나, 전달되는 양을 현저히 줄였다.
초소형 위성(cube satellite)은 가로, 세로, 높이가 각각 100 mm가 되는 정육면체(큐브)를 기본 모듈로 해서, 상기 정육면체 모듈의 조합으로 구성된다. 초소형 위성에 망원경을 적용하는 경우, 위성 자체의 크기가 매우 작아서, 초소형 위성에 망원경을 탑재하기 위해서는 망원경의 크기가 매우 작고, 공간 사용 효율이 높아야 하며, 또한, 위성체 발사 비용이 무게에 따라 크게 증가하므로, 경량화하는 것이 중요하다.
그러나, 종래의 유리로 제작된 원형의 주경 및 부경을 진동 저감 장치를 이용해 프레임에 적용하는 구조는 (1) 진동 저감 장치의 크기와 무게가 커서 초소형 위성용 망원경 개발에 큰 장애가 되고, (2) 유리로 된 거울은 깨지기 쉬울 뿐 아니라 무게가 무거우며, (3) 원통형 형태의 망원경은 위성 내 다른 장치와 적재 시 빈 공간을 만들어서 공간 활용률을 저하시키고 상대적으로 집광력 및 해상도를 떨어뜨리는 문제가 있었다.
본 발명은 상기 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 신뢰성이 높고, 가벼우며, 위성 내 공간 활용도가 높고, 큰 집광력 등 높은 광학 성능을 내는 초소형 위성에 적합한 망원경을 제공하는 것이다.
본 발명은, 입사되는 빛을 반사시키는 주경 모듈, 상기 주경 모듈에 대향 배치되고, 상기 주경 모듈에서 반사시킨 빛을 다시 반사시키는 부경 모듈, 상기 부경 모듈에서 반사시킨 빛을 굴절시키는 렌즈 모듈, 상기 렌즈 모듈을 통한 빛을 전기신호로 변환하는 광전영상모듈, 상기 주경 모듈, 상기 부경 모듈, 상기 렌즈 모듈 및 상기 광전영상 모듈을 고정하는 고정 프레임을 포함하는 것을 특징으로 하는 초소형 위성용 망원경을 제공한다.
여기서 광전영상모듈은 CCD(Charge-Coupled Device)를 포함한 광신호를 전기신호로 변경하여 2차원의 상(image)을 보여주는 모든 장치를 일컫는다.
상기 주경 모듈은, 빛을 반사시키는 거울인 주경, 불필요한 빛이 상기 주경으로 전달되는 것을 막아주는 주경용 차광막, 상기 주경 및 상기 주경용 차광막을 상기 고정 프레임에 고정시키는 주경 모듈 고정 부재를 포함하고, 상기 부경 모듈은, 빛을 반사시키는 거울인 부경, 불필요한 빛의 전달을 막아주는 부경용 차광막, 상기 부경 및 상기 부경용 차광막을 상기 고정 프레임에 고정시키는 부경 모듈 고정 부재를 포함하는 것이 바람직하다.
상기 주경과 상기 부경 중 적어도 하나는, 강한 충격과 진동에도 파손되지 않기 위해, 유리보다 강도 및 탄성률이 높되, 위성의 무게를 줄이기 위하여, 유리보다 무게가 가벼운 재질로 구성된 고강도 경량 거울인 것이 바람직하다. 상기 고강도 경량 거울은, 강도가 10 내지 20 g/d 이고, 비중이 1.5 내지 2.1 이며, 알루미늄 보다 가벼운 섬유의 표면에 금속 물질을 코팅하여 구성된 것이 바람직하다.
상기 고강도 경량 거울은, 탄소 섬유의 표면에 금속 물질을 코팅하여 반사율이 높게 구성된 것이 바람직하다.
상기 주경, 상기 부경 중 적어도 하나는, 사각형 모양인 것이 바람직하다.
또한, 상기 주경, 상기 부경은 모두 정사각형 모양인 것이 바람직하다.
상기 주경은 가로 및 세로가 90 mm 인 정사각형인 것이 바람직하다.
상기 부경은 가로 및 세로가 28 mm 인 정사각형인 것이 바람직하다.
상기 주경 모듈 고정부재는, 상기 주경 및 상기 주경용 차광막을 상기 고정 프레임에 연결시키고, 상기 부경 모듈 고정부재는, 상기 부경 및 상기 부경용 차광막을 상기 고정 프레임에 연결시키는 것이 바람직하다.
상기 주경 및 상기 주경용 차광막과, 상기 고정 프레임간 연결; 및 상기 부경 및 상기 부경용 차광막과. 상기 고정 프레임간 연결; 중 적어도 하나의 연결은 단단한 결합(rigidly coupled) 고정인 것이 바람직하다.
상기 주경용 차광막은, 상기 주경에 입사되는 빛 중 비스듬하게 들어오는 잡광을 차단하기 위하여, 상기 주경으로부터 원통 또는 사각기둥 또는 깔때기 형태로 수평 가로(z축) 방향 상기 부경쪽으로 연장되고, 상기 부경용 차광막은, 상기 부경에 입사되는 빛 중 비스듬하게 들어오는 잡광을 차단하기 위하여, 상기 부경으로부터 원통 또는 사각기둥 또는 깔때기 형태로 수평 가로(z축) 방향 상기 주경쪽으로 연장된 것이 바람직하다.
여기서, 부경용 차광막은 부경쪽은 좁고 끝쪽은 넓은 형태를 갖을 수도 있다.
상기 주경용 차광막의 수평 가로(z축) 방향 길이가 상기 부경용 차광막의 수평 가로(z축) 방향 길이 보다 길고, 상기 주경용 차광막의 수평 가로(z축) 방향과 수직 단면(x축-y축 면)의 넓이가 상기 부경용 차광막의 수평 가로(z축) 방향과 수직 단면(x축-y축면)의 넓이 보다 작은 것이 바람직하다.
또한, 상기 주경용 차광막(1200)과 상기 부경용 차광막(2200)은, 상기 부경용 차광막의 상기 주경 방향 끝단(A)과 상기 주경용 차광막의 상기 부경 방향 끝단(B)을 잇는 가상의 직선이 상기 광전영상모듈의 대각선 끝단(C)과 만나거나, 상기 광전영상모듈과 만나지 않고 상기 광전영상모듈의 영역을 벗어나도록 구성되는 것이 바람직하다.
상기 주경용 차광막은 수평 가로(z축) 방향 길이(e)는 110 mm 이고, 수평 세로(x축) 방향 길이 및 수직(y축) 방향 길이는 24 mm 이며, 상기 부경용 차광막의 수평 가로(z축) 방향 길이(f)는 20 mm 이고, 수평 세로(x축) 방향 길이 및 수직(y축) 방향 길이는 37 mm 인 것이 바람직하다.
상기 렌즈 모듈은, 상기 주경 모듈과 상기 광전영상모듈 사이에 직렬로 배치된 제 1 렌즈과 제 2 렌즈를 포함하며, 상기 제 1 렌즈는 상기 주경 모듈과 상기 제 2 렌즈 사이에 위치한 것이 바람직하다.
상기 제1렌즈와 상기 제2 렌즈는 주경 쪽으로 오목인 메니스커스(meniscus) 렌즈 형상인 것이 바람직하다.
상기 제 1 렌즈의 두께는 6.7 mm이고, 상기 제 2 렌즈의 두께는 6.3 mm인 것이 바람직하다.
상기 고정 프레임의 수평 가로(z축) 방향 길이는 300mm 이하이고, 상기 고정 프레임의 수평 세로(x축) 방향 길이는 100mm 이하이고, 상기 고정 프레임의 수직(y축) 방향 높이는 100mm 이하인 것이 바람직하다.
또한, 상기 부경의 정점(vertex)과 상기 주경의 정점(vertex)간 거리(a)는 198 mm이고, 상기 부경의 정점(vertex)과 상기 제 1 렌즈의 제 1면의 정점(vertex)간 거리(b)는 214.8 mm이며 상기 제 1 렌즈의 제 2 면의 정점(vertex)과 상기 제 2 렌즈의 제 1 면의 정점(vertex)간 거리(c)는 15 mm이고, 상기 제 2 렌즈의 제 2 면의 정점(vertex)과 상기 광전영상모듈의 표면간 거리(d)는 7 mm 인 것이 바람직하다.
여기서, 제 1 면은 광 경로상 첫번째 면(도3을 기준으로 각 렌즈의 좌측면)을 의미하고, 제 2 면은 광 경로상 두번째 면(도3을 기준으로 각 렌즈의 우측면)을 의미한다.
상기 주경의 곡률 반경은 -520mm, 비구면 계수는 -1.039이고, 상기 부경의 곡률 반경은 -165.3mm, 비구면 계수는 -3.164이며, 상기 제 1 렌즈의 두께는 6.7 mm, 제1면의 곡률 반경은 -1810.3mm, 제2 면의 곡률 반경은 -76.0mm, 비구면 계수는 0이고, 상기 제 2 렌즈의 두께는 6.3 mm, 제 1 면의 곡률 반경은 -29.6mm, 제 2 면의 곡률 반경은 -217.4 mm, 비구면 계수는 0인 것이 바람직하다.
여기서, 제 1 면은 광 경로상 첫번째 면을 의미하고, 제 2 면은 광 경로상 두번째 면을 의미한다.
이하, 실시 예를 통하여 본 발명을 보다 상세하게 설명하나, 이러한 실시예의 기재는 본 발명의 실시를 예시하기 위한 것일 뿐 이러한 실시예의 기재에 의하여 본 발명이 제한되는 것은 아니다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따르면 단위 정육면체(cube)의 조합으로 이루어지는 초소형 위성(cube satellite)에 적합한 망원경을 제공함으로써, 아래와 같은 효과가 있다.
(1) 고강도, 초경량 섬유에 금속 물질을 코팅한 거울을 주경 및 부경으로 사용함으로써, 망원경의 무게를 크게 저감시킬 수 있다.
(2) 고강도, 초경량 섬유에 금속 물질을 코팅한 거울을 주경 및 부경으로 사용함으로써, 주경 및 부경을 프레임에 연결할 때 위성의 진동 및 충격에 의해서 주경 또는 부경이 깨지지 않게 하기 위한 진동 저감 장치를 사용할 필요가 없으므로 주경과 부경을 프레임에 직접 연결할 수 있고, 따라서, 진동 저감 장치의 무게만큼의 무게를 저감시킬 수 있으며, 비용을 저감할 수 있고, 진동 저감 장치 설치 공간을 다른 부품이 사용할 수 있으므로, 위성내의 공간 사용률을 높일 수 있다.
(3) 사각형 모양인 초소형 위성(cube satellite)의 형상의 특징상 사각형 주경, 부경을 채용함으로써, 원형의 주경, 부경을 적용한 경우에 비해서 주어진 공간내에서 집광력 및 해상도를 높일 수 있는 효과가 있다.
(4) 비스듬히 들어오는 잡광을 차단하기 위한 차광막을 사용함으로써, 더욱 깨끗한 상(image)를 얻을 수 있다.
(5) 부경측 차광막과 주경측 차광막의 크기와 단면적을 달리 함으로써 배경 밝기(background brightness)를 줄여서 상의 선명도(contrast)를 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
(6) 크기가 상대적으로 큰 주경측 차광막은 크기가 상대적으로 작은 부경측에 비해서 길이가 길게 만듦으로써, 잡광이 상기 렌즈모듈과 상기 광전영상모듈에 유입되는 것을 효과적으로 차단시킬 수 있는 효과가 있다.
(7) 부경측 차광막의 끝단과 주경측 차광막의 끝단을 연결하는 가상 직선이 광전영상모듈로 잡광이 들어오지 못하게 함으로써 광학 성능을 극대화 할 수 있는 효과가 있다.
(8) 초소형 위성(cube satellite)의 단위 체적인 정육면체 3개의 크기(300mm ×100mm ×100mm)에서 주경 및 부경의 크기 비율과 그에 따른 차광막의 크기 및 단면적을 최적화함으로써 광학 성능을 향상시키는 효과가 있다.
(9) 도 4 내지 7 의 spot diagram과 MTF diagram에서 보이는 바와 같이, 제안된 망원경의 각 광학 부품의 거리, 두께, 곡률에 의해서 광학 성능을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 초소형 위성용 망원경의 사시도이다.
도 2는 본 발명의 초소형 위성용 망원경의 단면도이다.
도 3는 본 발명의 초소형 위성용 망원경의 구조도이다.
도 4는 본 발명의 Spot 다이어그램을 도시한 것이다.
도 5는 본 발명의 변조전달함수(Modulation Transfer Function) 도표이다.
도 6은 본 발명의 광 경로차(Optical Path Difference)의 도표이다.
도 7은 본 발명의 수차 도표(Transverse ray fan)이다.
상술한 본 발명의 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면과 관련한 다음의 실시예를 통하여 보다 분명해질 것이다.
이하의 특정한 구조 내지 기능적 설명들은 단지 본 발명의 개념에 따른 실시예를 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로, 본 발명의 개념에 따른 실시예들은 다양한 형태로 실시될 수 있으며 본 명세서 또는 출원에 설명된 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 아니된다.
본 발명의 개념에 따른 실시예는 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있으므로 특정 실시예들은 도면에 예시하고 본 명세서 또는 출원에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명의 개념에 따른 실시예들을 특정한 개시 형태에 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
제1 및/또는 제2 등의 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소들로부터 구별하는 목적으로만, 예컨대 본 발명의 개념에 따른 권리 범위로부터 이탈되지 않은 채, 제1 구성 요소는 제2 구성 요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성 요소는 제1 구성 요소로도 명명될 수 있다.
어떠한 구성 요소가 다른 구성 요소에 연결되어 있다거나 접속되어 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성 요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성 요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떠한 구성 요소가 다른 구성 요소에 직접 연결되어 있다거나 또는 직접 접속되어 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성 요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 구성요소들 간의 관계를 설명하기 위한 다른 표현들, 즉 ～사이에와 바로 ～사이에 또는 ～에 인접하는과 ～에 직접 인접하는 등의 표현도 마찬가지로 해석되어야 한다.
본 명세서에서 사용하는 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로서, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서 포함하다 또는 가지다 등의 용어는 설시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 갖는 것으로 해석되어야 하며, 본 명세서에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명함으로써 본 발명을 상세히 설명하도록 한다. 각 도면에 제시된 동일한 참조부호는 동일한 부재를 나타낸다.
초소형 위성(cube satellite)은 100mm×100mm×100mm 크기인 단위 정육면체의 조합으로 구성되며, 본 발명은 3개의 단위 정육면체(300mm×100mm×100mm)내에 들어가는 망원경이며, 집광력을 최대화하도록 주경의 크기를 정하고, 주경 및 부경의 형상을 위성의 형태에 따라 사각형에 가깝게 하였다. 또한 길이도 300 mm 이내에 주경과 부경, 보정 렌즈들이 포함된 망원경이 들어가도록 하면서 높은 광학 성능을 발현하도록 설계되었다. 여기에는 상이 맺히는 부분에 설치되는 CCD 등의 화상기록장치도 포함된다. 광학 성능은 도 4 내지 도 7의 spot diagram과 MTF diagram 등을 통해 확인할 수 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명은 초소형 위성(cube satellite)용 망원경으로서, 입사되는 빛을 반사시키는 주경 모듈(1000), 상기 주경 모듈(1000)에 대향 배치되고, 상기 주경 모듈(1000)에서 반사시킨 빛을 반사시키는 부경 모듈(2000), 상기 부경 모듈(2000)에서 반사시킨 빛을 굴절시키는 렌즈 모듈(3000), 상기 렌즈 모듈(3000)을 통한 빛을 전기신호로 변환하는 광전영상모듈(4000), 상기 주경 모듈(1000), 상기 부경 모듈(2000), 상기 렌즈 모듈(3000) 및 상기 광전영상모듈(4000)을 고정하는 고정 프레임(5000)을 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, 상기 주경 모듈(1000)은, 빛을 반사시키는 거울인 주경(1100), 불필요한 빛이 상기 주경(1100)으로 전달되는 것을 막아주는 주경용 차광막(1200), 상기 주경(1100) 및 상기 주경용 차광막(1200)을 상기 고정 프레임(5000)에 고정시키는 주경 모듈 고정 부재(1300)을 포함하고, 상기 부경 모듈(2000)은, 빛을 반사시키는 거울인 부경(2100), 불필요한 빛의 전달을 막아주는 부경용 차광막(2200), 상기 부경(2100) 및 상기 부경용 차광막(2200)을 상기 고정 프레임(5000)에 고정시키는 부경 모듈 고정 부재(2300)을 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
이러한 특징으로 인하여, 비스듬히 들어오는 잡광을 차단하기 위한 차광막을 사용함으로써, 더욱 깨끗한 상(image)를 얻을 수 있다.
상기 주경(1100)과 상기 부경(2100) 중 적어도 하나는, 강한 충격과 진동에도 파손되지 않기 위해, 유리보다 강도 및 탄성률이 높되, 위성의 무게를 줄이기 위하여, 유리보다 무게가 가벼운 재질로 구성된 고강도 경량 거울인 것을 특징으로 할 수 있다.
이러한 특징으로 인하여, 망원경의 무게를 크게 줄일 수 있는 효과가 있다.
상기 고강도 경량 거울은, 강도가 10 내지 20 g/d 이고, 비중이 1.5 내지 2.1 이며, 알루미늄 보다 가벼운 섬유의 표면에 금속 물질을 코팅하여 구성된 것을 특징으로 할 수 있다.
이러한 특징으로 인하여, 고강도, 초경량 섬유에 금속 물질을 코팅한 거울을 주경 및 부경으로 사용함으로써, 망원경의 무게를 크게 저감시킬 수 있다.
상기 고강도 경량 거울은, 탄소 섬유의 표면에 금속 물질을 코팅하여 구성된 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 주경(1100), 상기 부경(2100) 중 적어도 하나는, 사각형 모양인 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 주경, 상기 부경은 모두 정사각형 모양인 것이 바람직하다.
또한, 상기 주경(1100)은 가로 및 세로가 90 mm 인 정사각형인 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 부경(2100)은 가로 및 세로가 28 mm 인 정사각형인 것을 특징으로 할 수 있다.
이러한 특징으로 인하여, 사각형 모양인 초소형 위성(cube satellite)의 형상의 특징상 사각형 주경, 부경을 채용함으로써, 원형의 주경, 부경을 적용한 경우에 비해서 주어진 공간 내에서 집광력 및 해상도를 높일 수 있는 효과가 있다.
상기 주경 모듈 고정부재(1300)는, 상기 주경(1100), 상기 주경용 차광막(1200) 및 상기 렌즈 모듈(3000)을 상기 고정 프레임(5000)에 연결시키고, 상기 부경 모듈 고정부재(2300)는, 상기 부경(2100) 및 상기 부경용 차광막(2200)을 상기 고정 프레임(5000)에 연결시키는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 주경(1100) 및 상기 주경용 차광막(1200)과, 상기 고정 프레임(5000)간 연결; 및 상기 부경(2100) 및 상기 부경용 차광막(2200)과. 상기 고정 프레임(5000)간 연결; 중 적어도 하나의 연결은 단단한 결합(rigidly coupled) 고정인 것을 특징으로 할 수 있다.
여기서,‘단단한 결합(rigidly coupled) 고정’의 의미는 진동저감장치를 채용하지 않고, 진동도 전달될 수 있는, 고정 프레임에 브라켓 등으로 직접 연결된 것을 포함하는 의미이다.
이러한 특징으로 인하여, 고강도, 초경량 섬유에 금속 물질을 코팅한 거울을 주경 및 부경으로 사용함으로써, 주경 및 부경을 프레임에 연결할 때 위성의 진동 및 충격에 의해서 주경 또는 부경이 깨지지 않게 하기 위한 진동 저감 장치를 사용할 필요가 없으므로 주경과 부경을 프레임에 직접 연결할 수 있고, 따라서, 진동 저감 장치의 무게만큼의 무게를 저감시킬 수 있으며, 비용을 저감할 수 있고, 진동 저감 장치 설치 공간을 다른 부품이 사용할 수 있으므로, 위성내의 공간 사용률을 높일 수 있다.
도 3에 도시된 바와 같이, 상기 주경용 차광막(1200)은, 상기 주경(1100)에 입사되는 빛 중 비스듬하게 들어오는 잡광을 차단하기 위하여, 상기 주경(1100)으로부터 원통 또는 사각기둥 또는 깔때기 형태로 수평 가로(z축) 방향 상기 부경(2100)쪽으로 연장되고, 상기 부경용 차광막(2200)은, 상기 부경(2100)에 입사되는 빛 중 비스듬하게 들어오는 잡광을 차단하기 위하여, 상기 부경(2100)으로부터 원통 또는 사각기둥 또는 깔때기 형태로 수평 가로(z축) 방향 상기 주경(1100)쪽으로 연장된 것을 특징으로 할 수 있다.
여기서, 부경용 차광막은 부경쪽은 좁고 끝쪽은 넓은 형태를 갖을 수도 있다.
이러한 특징으로 인하여, 비스듬히 들어오는 잡광을 차단하기 위한 차광막을 사용함으로써, 더욱 깨끗한 상(image)를 얻을 수 있다
상기 주경용 차광막(1200)의 수평 가로(z축) 방향 길이가 상기 부경용 차광막(2200)의 수평 가로(z축) 방향 길이 보다 길고, 상기 주경용 차광막(1200)의 수평 가로(z축) 방향과 수직 단면(x축-y축 면)의 넓이가 상기 부경용 차광막(2200)의 수평 가로(z축) 방향과 수직 단면(x축-y축면)의 넓이 보다 작은 것을 특징으로 할 수 있다.
이러한 특징으로 인하여, 부경측 차광막과 주경측 차광막의 크기와 단면적을 달리 함으로써 잡광이 상기 렌즈모듈과 상기 광전영상모듈에 유입되는 것을 효과적으로 차단시킬 수 있는 효과가 있다.
이러한 특징으로 인하여, 크기가 상대적으로 큰 주경측 차광막은 크기가 상대적으로 작은 부경측에 비해서 길이가 길게 만듦으로써, 광전영상모듈로 잡광이 들어오지 못하게 함으로써 광학 성능을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
또한, 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 주경용 차광막(1200)과 상기 부경용 차광막(2200)은, 상기 부경용 차광막(2200)의 상기 주경(1100) 방향 끝단(A)과 상기 주경용 차광막(1200)의 상기 부경(2100) 방향 끝단(B)을 잇는 가상의 직선(1)이 상기 광전영상모듈(4000)의 대각선 끝단(C)과 만나거나, 상기 광전영상모듈(4000)과 만나지 않고 상기 광전영상모듈(4000)의 영역을 벗어나도록 구성된 것을 특징으로 할 수 있다.
이러한 특징으로 인하여, 부경측 차광막의 끝단과 주경측 차광막의 끝단을 연결하는 가상 직선이 광전영상모듈로 잡광이 들어오지 못하게 함으로써 광학 성능을 극대화 할 수 있는 효과가 있다.
또한, 상기 주경용 차광막(1200)은 수평 가로(z축) 방향 길이(e)는 110 mm 이고, 수평 세로(x축) 방향 길이 및 수직(y축) 방향 길이는 24 mm 이며, 상기 부경용 차광막(2200)의 수평 가로(z축) 방향 길이(f)는 20 mm 이고, 수평 세로(x축) 방향 길이 및 수직(y축) 방향 길이는 37 mm 인 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 렌즈 모듈(3000)은, 상기 주경 모듈(1000)과 상기 광전영상모듈(4000)사이에 직렬로 배치된 제 1 렌즈(3100)과 제 2 렌즈(3200)를 포함하며, 상기 제 1 렌즈(3100)는 상기 주경 모듈(1000)과 상기 제 2 렌즈(3200) 사이에 위치한 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 제 1 렌즈(3100)와 상기 제 2 렌즈(3200)는 주경 쪽으로 오목인 메니스커스(meniscus) 렌즈 형상인 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 제 1 렌즈(3100)의 두께는 6.7 mm이고, 상기 제 2 렌즈(3200)의 두께는 6.3 mm인 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 고정 프레임(5000)의 수평 가로(z축) 방향 길이는 300mm 이하이고, 상기 고정 프레임(5000)의 수평 세로(x축) 방향 길이는 100mm 이하이고, 상기 고정 프레임(5000)의 수직(y축) 방향 높이는 100mm 이하인 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 부경(2100)의 정점(vertex)과 상기 주경(1100)의 정점(vertex)간 거리(a)는 198 mm이고, 상기 부경(2100)의 정점(vertex)과 상기 제 1 렌즈(3100)의 제 1면의 정점(vertex)간 거리(b)는 214.8 mm이며 상기 제 1 렌즈(3100)의 제 2 면의 정점(vertex)과 상기 제 2 렌즈(3200)의 제 1 면의 정점(vertex)간 거리(c)는 15 mm이고, 상기 제 2 렌즈(3200)의 제 2 면의 정점(vertex)과 상기 광전영상모듈의 표면 간 거리(d)는 7 mm 인 것을 특징으로 할 수 있다.
여기서, 제 1 면은 광 경로상 첫번째 면(도3을 기준으로 각 렌즈의 좌측면)을 의미하고, 제 2 면은 광 경로상 두번째 면(도3을 기준으로 각 렌즈의 우측면)을 의미한다.
또한, 상기 주경(1100)의 곡률 반경은 -520mm, 비구면 계수는 -1.039이고, 상기 부경(2100)의 곡률 반경은 -165.3mm, 비구면 계수는 -3.164이며, 상기 제 1 렌즈(3100)의 두께는 6.7 mm, 제 1 면의 곡률 반경은 -1810.3mm, 제2 면의 곡률 반경은 -76.0mm, 비구면 계수는 0이고, 상기 제 2 렌즈(3200)의 두께는 6.3 mm, 제 1 면의 곡률 반경은 -29.6mm, 제 2 면의 곡률 반경은 -217.4 mm, 비구면 계수는 0인 것을 특징으로 할 수 있다.
이러한 특징으로 인하여, 초소형 위성(cube satellite)의 단위 체적인 정육면체 3개의 크기(300mm ×100mm ×100mm)에서 주경 및 부경의 크기 비율과 그에 따른 차광막의 크기 및 단면적을 최적화함으로써 광학 성능을 향상시키는 효과가 있다.
도 4 내지 7 의 spot diagram과 MTF diagram에서 보이는 바와 같이, 제안된 망원경의 각 광학 부품의 거리, 두께, 곡률에 의해서 광학 성능을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
도 4의 Spot diagram에 나타낸 바와 같이, 도 4의 (a) 내지 (e)는 각각 초점면의 중심에서의 spot과 가로축으로 0 mm(도 4의 (a)), 4 mm(도 4의 (b)), 8 mm(도 4의 (c)), -4 mm(도 4의 (d)), -8 mm(도 4의 (e))에 맺히는 상의 크기가 세 가지의 파장인 0.48 um, 0.65 um, 1 um에서 그려져 있다. 도 4의 (a) 내지 (e)의 spot들의 RMS 반지름이 각각 0.522 um, 0.331 um, 0.170 um, 0.331 um, 0.170 um로서, 원으로 그려진 Airy radius인 9.38 um보다 훨씬 작으므로 회절한계의 정확한 상을 얻을 수 있게 된다.
도 5의 변조전달함수(MTF) 그래프에 나타낸 바와 같이, 초점면의 중심에서의 MTF 곡선과 x방향(Tangential)과 y방향(sagittal)으로 각각 4 mm, 8 mm, -4 mm, -8 mm 떨어진 곳에서의 MTF 곡선들이 모두 비슷한 값들을 가지고 있다. 광전영상장치의 화소가 9.3 um일때의 공간주파수인 54 cycles/mm에서도 MTF 값이 30%에 달하는 MTF 값을 나타낸다.
도 6은 광경로차 (Optical Path Difference) 도표이다. 여기서, 눈금 하나는 0.01 wavelength로서 약 6.5 nm이다. 최대 경로차 값이 0.04 wavelength 이내로서 매우 작은 값을 보이고 있다.
도 7은 수차 도표(Transverse ray fan)이다. 여기서 눈금 하나는 0.2 um이다. 최대 수차 값이 3 눈금이 조금 넘는 0.65 um 이내로서 Airy radius인 9.4 um보다 훨씬 작은 값으로서 매우 좋은 설계임을 보이고 있다.
1000 : 주경 모듈
1100 : 주경
1200 : 주경용 차광막
1300 : 주경 모듈 고정부재
2000 : 부경 모듈
2100 : 부경
2200 : 부경용 차광막
2300 : 부경모듈 고정부재
3000 : 렌즈 모듈
3100 : 제 1 렌즈
3200 : 제 2 렌즈
4000 : 광전영상모듈
5000 : 프레임

Claims (13)

  1. 초소형 위성용 망원경에 있어서,
    입사되는 빛을 반사시키는 주경 모듈(1000),
    상기 주경 모듈(1000)에 대향 배치되고, 상기 주경 모듈(1000)에서 반사시킨 빛을 반사시키는 부경 모듈(2000),
    상기 부경 모듈(2000)에서 반사시킨 빛을 굴절시키는 렌즈 모듈(3000),
    상기 렌즈 모듈(3000)을 통한 빛을 전기신호로 변환하는 광전영상모듈(4000),
    상기 주경 모듈(1000), 상기 부경 모듈(2000), 상기 렌즈 모듈(3000) 및 상기 광전영상모듈(4000)을 고정하는 고정 프레임(5000)을 포함하고,
    상기 주경 모듈(1000)은,
    빛을 반사시키는 거울인 주경(1100),
    불필요한 빛이 상기 주경(1100)으로 전달되는 것을 막아주는 주경용 차광막(1200) 및
    상기 주경(1100) 및 상기 주경용 차광막(1200)을 상기 고정 프레임(5000)에 고정시키는 주경 모듈 고정 부재(1300)을 포함하고,
    상기 부경 모듈(2000)은,
    빛을 반사시키는 거울인 부경(2100),
    불필요한 빛의 전달을 막아주는 부경용 차광막(2200) 및
    상기 부경(2100) 및 상기 부경용 차광막(2200)을 상기 고정 프레임(5000)에 고정시키는 부경 모듈 고정 부재(2300)를 포함하며,
    상기 주경(1100)과 상기 부경(2100) 중 적어도 하나는,
    강한 충격과 진동에도 파손되지 않기 위해, 유리보다 강도 및 탄성률이 높되, 위성의 무게를 줄이기 위하여, 유리보다 무게가 가벼운 재질로 구성된 고강도 경량 거울이되,
    상기 고강도 경량 거울은 탄소 섬유의 표면에 금속 물질을 코팅하여 구성되는 것을 특징으로 하는 초소형 위성용 망원경.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 고강도 경량 거울은,
    강도가 10 내지 20 g/d 이고, 비중이 1.5 내지 2.1 이며, 알루미늄 보다 가벼운 섬유의 표면에 금속 물질을 코팅하여 구성된 것
    을 특징으로 하는 초소형 위성용 망원경.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 주경(1100), 상기 부경(2100) 중 적어도 하나는,
    사각형 모양인 것
    을 특징으로 하는 초소형 위성용 망원경.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 주경 모듈 고정부재(1300)는,
    상기 주경(1100), 상기 주경용 차광막(1200) 및 상기 렌즈 모듈(3000)을 상기 고정 프레임(5000)에 연결시키고,
    상기 부경 모듈 고정부재(2300)는,
    상기 부경(2100), 상기 부경용 차광막(2200)을 상기 고정 프레임(5000)에 연결시키는 것
    을 특징으로 하는 초소형 위성용 망원경.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 주경(1100) 및 상기 주경용 차광막(1200)과, 상기 고정 프레임(5000)간 연결; 및 상기 부경(2100) 및 상기 부경용 차광막(2200)과. 상기 고정 프레임(5000)간 연결; 중 적어도 하나의 연결은 단단한 결합(rigidly coupled) 고정인 것
    을 특징으로 하는 초소형 위성용 망원경.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 주경용 차광막(1200)은,
    상기 주경(1100)에 입사되는 빛 중 비스듬하게 들어오는 잡광을 차단하기 위하여, 상기 주경(1100)으로부터 원통 또는 사각기둥 또는 깔대기 형태로 수평 가로(z축) 방향 상기 부경(2100)쪽으로 연장되고,
    상기 부경용 차광막(2200)은,
    상기 부경(2100)에 입사되는 빛 중 비스듬하게 들어오는 잡광을 차단하기 위하여, 상기 부경(2100)으로부터 원통 또는 사각기둥 또는 깔대기 형태로 수평 가로(z축) 방향 상기 주경(1100)쪽으로 연장된 것
    을 특징으로 하는 초소형 위성용 망원경.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 주경용 차광막(1200)의 수평 가로(z축) 방향 길이가 상기 부경용 차광막(2200)의 수평 가로(z축) 방향 길이 보다 길고,
    상기 주경용 차광막(1200)의 수평 가로(z축) 방향과 수직 단면(x축-y축 면)의 넓이가 상기 부경용 차광막(2200)의 수평 가로(z축) 방향과 수직 단면(x축-y축면)의 넓이 보다 작은 것
    을 특징으로 하는 초소형 위성용 망원경.
  10. 제 1 항, 제4항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 렌즈 모듈(3000)은,
    상기 주경 모듈(1000)과 상기 광전영상모듈(4000)사이에 직렬로 배치된 제 1 렌즈(3100)과 제 2 렌즈(3200)를 포함하며,
    상기 제 1 렌즈(3100)는 상기 주경 모듈(1000)과 상기 제 2 렌즈(3200) 사이에 위치한 것
    을 특징으로 하는 초소형 위성용 망원경.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 제 1 렌즈(3100)와 상기 제 2 렌즈(3200)는 주경 쪽으로 오목인 메니스커스(meniscus) 렌즈 형상인 것
    을 특징으로 하는 초소형 위성용 망원경.
  12. 제 10 항에 있어서,
    상기 제 1 렌즈(3100)의 두께는 6.7 mm이고,
    상기 제 2 렌즈(3200)의 두께는 6.3 mm인 것
    을 특징으로 하는 초소형 위성용 망원경.
  13. 제 10 항에 있어서,
    상기 고정 프레임(5000)의 수평 가로(z축) 방향 길이는 300mm 이하이고,
    상기 고정 프레임(5000)의 수평 세로(x축) 방향 길이는 100mm 이하이고,
    상기 고정 프레임(5000)의 수직(y축) 방향 높이는 100mm 이하인 것
    을 특징으로 하는 초소형 위성용 망원경.

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