KR102197977B1 - 능동 거울 및 상기 능동 거울을 모니터링하기 위한 내부 수단을 포함하는 망원경 - Google Patents

Abstract

본 발명의 일반적인 분야는 광학 시스템 및 상기 광학 시스템의 초점면에 배치된 파면 분석 수단 (D) 을 포함하는 망원경 분야이다. 광학 시스템은 집속 광학계 및 확대 광학계 (M3, M4, M6) 를 포함하고, 확대 광학계는 그 변형이 제어가능한 변형가능 거울 (M5) 을 포함한다. 망원경은, 소스의 이미지가 변형가능 거울로부터의 반사 이후 파면 분석 수단 상에 집속되도록 배치되는 상기 소스 (S) 를 포함하는, 변형가능 거울을 모니터링하기 위한 수단 (M7, M8, M9) 을 포함한다. 본 발명의 실시형태들에서, 모니터링 수단은 2가지 포지션, 레스트 포지션 및 모니터링 포지션을 갖는 가동 거울을 포함한다. 소스는 집속 광학계의 중간 초점면에, 또는 모니터링 거울의 초점에, 또는 심지어 광학 시스템의 초점면 부근에 배치될 수도 있다.

Description

능동 거울 및 상기 능동 거울을 모니터링하기 위한 내부 수단을 포함하는 망원경{TELESCOPE COMPRISING AN ACTIVE MIRROR AND INTERNAL MEANS FOR MONITORING SAID ACTIVE MIRROR}

본 발명의 일반적인 분야는 주거울 및 주거울에서의 흠결을 보정하기 위한 능동 거울을 포함하는 망원경 분야이다.

망원경은 종래에 대형 사이즈일 수도 있는 주거울, 및 다수의 거울을 포함할 수도 있고 주거울의 초점에서의 중간 이미지로부터 광검출기 상에 2차 이미지를 형성하는 보정 광학계를 포함한다. 소정 수의 애플리케이션에서, 보정 광학계는 주거울에서의 흠결이 보정될 수 있게 하는 변형가능 (deformable) 거울을 포함한다. 이로써 예를 들어 온도 변화에 의한 흠결을 연속적으로 보정하는 것이 가능하다.

변형가능 거울은 그 표면이 정해진 법칙에 따라 변형될 수 있게 하는 액추에이터를 포함한다. 주거울의 2개의 보정들 사이에서는, 변형가능 거울에 적용되는 변형이 완전히 안정적일 것이 필수적이다. 요구되는 안정성의 크기 정도는 약 5 나노미터이다. 하지만, 소정 종류의 우주 망원경의 경우, 2개의 연속적인 보정들 사이의 시간 길이는 매우 클 수도 있으며, 약 한달일 수도 있다. 이러한 긴 시간에 걸쳐 이러한 높은 안정성을 보장하는 것이 어렵다는 것을 이해할 것이다.

변형가능 거울 (M) 의 표면이 모니터링될 수 있게 하는 수단이 존재한다. 예를 들어, 도 1 에 도시된 바와 같이, 이 모니터링 업무에 전용되고 변형가능 거울 (M) 에 대해 이용되는 것과 상이한 입사에서 기능하는 간섭계 (I) 를 사용하는 것이 가능하다. 하지만, 이러한 수단의 통합이 반드시 간단한 것은 아니다. 이제, 능동 망원경은 그 광학계의 전체 품질이 모니터링될 수 있게 하는 내부 수단을 포함한다. 이 수단들은 일반적으로 파면 분석기를 포함한다. 본 발명에 따른 망원경은 이 수단들을 이용하며, 이들이 또한 변형가능 거울만을 모니터링하도록 구성된다.

보다 구체적으로, 본 발명의 주내용은 적어도 하나의 광학 시스템 및 상기 광학 시스템의 초점면에 배치된 파면 분석 수단을 포함하는 망원경으로서, 광학 시스템은 집속 광학계 (focusing optics) 및 확대 광학계 (magnifying optics) 를 포함하고, 확대 광학계는 그 변형이 제어가능한 변형가능 거울을 포함하며, 망원경은 변형가능 거울을 모니터링하기 위한 수단을 포함하고, 상기 모니터링 수단은 소스를 포함하며, 상기 소스는 소스의 이미지가 적어도 변형가능 거울로부터의 반사 이후 파면 분석 수단 상에 집속되도록 배치되는 것을 특징으로 한다.

이롭게도, 소스는 집속 광학계의 중간 초점면에 배치된다.

이롭게도, 수차 보정기는 소스에 의해 또는 파면 분석 수단에 의해 임플란트된다.

이롭게도, 모니터링 수단은 2개의 고정 포지션을 갖는 가동 거울을 포함하고, 제 1 고정 포지션은 광학 시스템의 외측에 위치하고, 모니터링하는 제 2 고정 포지션은 가동 거울이 집속 광학계로부터 이슈된 방사선의 전부 또는 일부를 마스킹하여, 소스의 이미지가 적어도 변형가능 거울 및 가동 거울로부터의 반사 이후 파면 분석 수단 상에 집속되도록 한다.

이롭게도, 가동 거울은 구면 오목 거울이고, 소스는 광학 시스템의 초점면 부근에 배치된다.

이롭게도, 모니터링 수단은 광학 시스템의 외측에 위치하는 고정 거울을 포함하고, 그리고 고정 거울은 가동 거울이 그 제 2 포지션에 배치되어, 소스의 이미지가 적어도 변형가능 거울, 가동 거울 및 고정 거울로부터의 반사 이후 파면 분석 수단 상에 집속되도록 배열된다.

이롭게도, 가동 거울은 평면 거울이고 고정 거울은 예를 들어 타원면일 수도 있는 오목 거울이다.

이롭게도, 소스는 광학 시스템의 초점면 부근에 배치된다.

이롭게도, 고정 거울은 오목 거울, 예를 들어 타원면 오목 거울이고, 소스, 바람직하게 포인트 소스는 상기 거울의 초점에 배치된다.

이롭게도, 집속 광학계는 오목 주거울 및 볼록 보조거울을 포함한다.

이롭게도, 확대 광학계는 그 변형이 제어가능한 변형가능 거울 및 적어도 하나의 평면 거울을 포함한다.

비한정적인 예로써 제공된 하기 설명을 첨부된 도면들을 참조하여 읽을 때 본 발명이 보다 잘 이해될 것이고 다른 이점들이 명백해질 것이다.
도 1 은 종래 기술에 따른 변형가능 거울을 모니터링하기 위한 수단을 도시한다.
도 2 는 종래 기술에 따른 변형가능 거울을 포함하는 망원경의 광학계를 도시한다.
도 3, 도 4, 도 5 및 도 6 은 본 발명에 따른 망원경의 모니터링 수단의 4개의 실시형태를 도시한다.
도 7 은 망원경의 중간 초점에서의 수차 패턴 (aberration pattern) 의 예를 도시한다.

예로써, 도 2 는 광학 모니터링 수단을 포함하지 않는 망원경의 광학계를 도시한다. 그것은 필수적으로, 한편에서는 집속 광학계와 다른 한편에서는 확대 광학계를 포함하는 2개의 부분을 포함한다. 집속 광학계는 제 1 의 큰 포물면 오목 거울 (M1) 및 볼록 거울 (M2) 을 포함하고, 이 2개의 거울은 함께 무한대에서의 물체에 대해 그 중간 초점면 (P1) 에서 이미지를 형성한다.

확대 광학계는 폴딩된 참조 번호 M3, M4, M5 및 M6 의 4개의 거울들을 컴팩트한 구조로 포함한다. 거울 (M3 및 M6) 은 평면 거울이고, 거울 (M4) 은 비구면 오목 거울이다. 거울 (M5) 은 실질적으로 평면의 변형가능 거울이고, 그 변형은 제어가능하며, 즉 그 형상이 액추에이터에 의해 제어가능한 거울이다. 검출기 (D) 는 망원경 (P2) 의 초점면에 배치된다. 이 검출기는 파면 분석을 수행한다. 그것은 전용 파면 분석기이거나 또는 파면 분석을 위해 사용되는 미션 검출기일 수도 있다.

본 발명의 목적은, 상기 확대 광학계 내에, 변형가능 거울의 광학 품질의 입증을 가능하게 하는 모니터링 수단을 배치하는 것이다. 이 목적을 위해서, 모니터링 수단은 소스의 이미지가 변형가능 거울로부터의 반사 이후 파면 분석 수단 상에 집속되도록 배치되는 소스를 포함한다. 소스가 확대 광학계 내에 직접 배치될 수도 있다. 광학 파이버는 또한 소스가 원격으로 위치될 수 있게 할 수도 있다. 이 소스는 포인트 또는 유사-포인트 소스일 수도 있다.

예로써, 모니터링 수단의 4개의 가능한 실시형태가 도 3 내지 도 6 에 도시된다. 이들 다양한 도면에서, 소스 (S) 는 백색 원형으로 나타내고, 파면 분석 수단 (ASO) 은 흑색 원형으로 나타내고, 소스로부터 이슈된 광선은 화살표 선으로 나타내며, 그리고 모니터링에 특성화된 광학 수단은 이중선으로 나타낸다.

도 3 은 제 1 실시형태를 도시한다. 이 예에서, 모니터링 수단은 구면 오목 거울 (M7) 및 2개 포지션을 점유할 수 있는 가동 평면 거울 (M8) 을 포함한다. 소스 (S) 는 망원경의 초점면 부근에 배치된다. 제 1 의 "레스트 (rest)" 포지션에서, 거울 (M8) 은 망원경의 광학 시스템의 외측에 배치되며, 그것은 도 3 에서 점선으로 도시되며, 변형가능 거울 (M5) 은 모니터링되지 않고 소스 (S) 는 턴 오프되어 있다.

"모니터링" 포지션으로 불리는 제 2 의 포지션에서, 거울 (M8) 은 조향 거울 (M4) 의 앞으로 이동된다. 소스 (S) 는 턴 온된다. 거울 (M5, M6, M7 및 M8) 의 배열은, 소스 (S) 의 이미지가 연속하여 M5, M6, M7 및 M8 을 통해 파면 분석 수단 (ASO) 상에 위치되게 한다. 요구되는 모든 것은 거울 (M7 및 M8) 의 위치, 그 경사 및 구면 거울 (M7) 의 곡률을 정확하게 선택하는 것이다.

도 4 에 도시된 제 1 의 변형 실시형태에서는, 고정 거울 (M7) 이 제거되고 가동 평면 거울 (M8) 이 가동 구면 거울 (M9) 로 대체된다. 소스 (S) 는 망원경의 초점면 부근에 배치된 채로 유지된다. 거울 (M5, M6 및 M9) 의 배열은, 소스 (S) 의 이미지가 연속하여 M5, M6 및 M9 로부터의 반사를 통해 파면 분석 수단 (ASO) 상에 위치되게 한다. 요구되는 모든 것은 구면 거울 (M9) 의 위치, 경사 및 곡률을 정확하게 선택하는 것이다.

도 5 에 도시된 제 2 의 변형 실시형태에서는, 오목 거울 (M7) 및 가동 평면 거울 (M8) 이, 소스 (S) 가 포물면 거울일 수도 있는 거울 (M7) 의 초점에 배치되는 것을 제외하고 유지된다. 포물면 거울을 렌즈로 대체하는 것이 가능하며, 이후 소스 (S) 는 이 렌즈의 초점에 위치된다. 거울 (M5, M6, M7 및 M8) 의 배열은, 소스 (S) 의 이미지가 연속하여 M5, M6, M7 및 M8 로부터의 반사를 통해 파면 분석 수단 (ASO) 상에 위치되게 한다. 요구되는 모든 것은 거울 (M7 및 M8) 의 위치, 그 경사 및 구면 거울 (M7) 의 곡률을 정확하게 선택하는 것이다.

상기 실시형태들은 가동 거울이 사용될 것을 요구하며, 가동 거울은 모니터링 포지션에서, 평면 거울의 문제인 경우 높은 정도의 방향성 정확도를 가지고, 그리고 광학 전력을 갖는 오목 거울의 문제인 경우 높은 정도의 방향성 정확도 및 위치성 정확도를 가지고 위치가능해야 한다. 이로써, 도 6 에 도시된 마지막 실시형태에서는, 모니터링 수단이 단순히 중간 초점 부근 및 파면 분석 검출기의 필드 부근에 배치된 소스 (S) 를 포함한다. 소스 (S) 의 이미지 패턴은, 그것이 거울 (M1 및 M2) 로 구성되는 주요 망원경의 수차들을 보정하는 거울 (M4) 의 업스트림에 배치되기 때문에, 수차가 있다.

이것은 결코 변형가능 거울의 측정에 악영향을 주지 않으며, 수차 이미지를 가지고 측정되는 것이 나을 수도 있다. 기구의 초점면에서의 수차 이미지 패턴의 형상 예는 도 7 에 제공된다. 도 7 에서의 패턴은 대칭적인 터프트 (tuft) 형상을 가지며, 그 프린지 (fringe) 는 회절에 의한 것이다.

이롭게도, 수차를 감소시키고 파면 분석기에 의해 획득되는 패턴의 스프레딩을 제한하기 위해서 보정 엘리먼트, 예를 들어 위상판이 제공될 수도 있다. 이 보정 엘리먼트는 파면 분석기 입구에 또는 조향 거울 상에 소스에 의해 배치될 수도 있다.

파면 분석 검출기의 광학 필드는 망원경으로부터 이슈된 이미지와 소스의 이미지의 양자를 통과시키기 위해서 보통보다 약간 더 커야 한다.

후자의 해결책은 망원경의 광학계에 대한 최소의 변화만을 요구하고, 어떠한 거울도 이동되는 것을 요구하지 않으며, 그리고 변형가능 거울이 연속적으로 수반될 수 있게 한다는 이점을 갖는다.

Claims (13)

1. 적어도 하나의 광학 시스템 및 상기 광학 시스템의 초점면에 배치된 파면 분석 수단 (D) 을 포함하는 망원경으로서,
   상기 광학 시스템은 집속 광학계 (M1, M2) 및 확대 광학계 (M3, M4, M5, M6) 를 포함하고,
   상기 확대 광학계는 변형이 제어가능한 변형가능 거울 (M5) 을 포함하고,
   상기 확대 광학계는 단일의 오목 거울 (M4) 및 2개의 평면 거울들 (M3, M6) 을 포함하고, 그리고
   상기 망원경은 상기 변형가능 거울을 모니터링하기 위한 수단 (M7, M8, M9) 을 포함하고, 상기 모니터링 수단은 소스 (S) 를 포함하며, 상기 소스는 상기 소스의 이미지가 적어도 상기 변형가능 거울로부터의 반사 이후 상기 망원경의 상기 초점면 (P2) 에 배치된 상기 파면 분석 수단 상에 집속되도록 배치되는 것을 특징으로 하는 망원경.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 소스 (S) 는 상기 집속 광학계의 중간 초점면 (P1) 에 배치되는 것을 특징으로 하는 망원경.
3. 제 2 항에 있어서,
   수차 보정기가 상기 소스에 의해 또는 상기 파면 분석 수단에 의해 임플란트되는 것을 특징으로 하는 망원경.
4. 제 1 항에 있어서,
   상기 모니터링 수단은 2개의 고정 포지션들을 갖는 가동 거울 (M8, M9) 을 포함하고, 제 1 고정 포지션은 상기 광학 시스템의 외측에 위치하고, 모니터링하는 제 2 고정 포지션은 상기 가동 거울이 상기 집속 광학계로부터 이슈된 방사선의 전부 또는 일부를 마스킹하여, 상기 소스의 이미지가 적어도 상기 변형가능 거울 및 상기 가동 거울로부터의 반사 이후 상기 파면 분석 수단 상에 집속되도록 하는 것을 특징으로 하는 망원경.
5. 제 4 항에 있어서,
   상기 가동 거울 (M9) 은 오목 거울이고, 상기 소스는 상기 광학 시스템의 초점면 부근에 배치되는 것을 특징으로 하는 망원경.
6. 제 5 항에 있어서,
   상기 오목 가동 거울은 타원면인 것을 특징으로 하는 망원경.
7. 제 4 항에 있어서,
   상기 모니터링 수단은 상기 광학 시스템의 외측에 위치하는 고정 거울 (M7) 을 포함하고, 그리고 상기 고정 거울은 상기 가동 거울이 그 제 2 포지션에 배치되어, 상기 소스의 이미지가 적어도 상기 변형가능 거울, 상기 가동 거울 및 상기 고정 거울로부터의 반사 이후 상기 파면 분석 수단 상에 집속되도록 배열되는 것을 특징으로 하는 망원경.
8. 제 7 항에 있어서,
   상기 가동 거울 (M8) 은 평면 거울이고 상기 고정 거울 (M7) 은 오목 거울인 것을 특징으로 하는 망원경.
9. 제 8 항에 있어서,
   상기 오목 고정 거울은 타원면인 것을 특징으로 하는 망원경.
10. 제 8 항 또는 제 9 항에 있어서,
    상기 소스는 상기 광학 시스템의 초점면 부근에 배치되는 것을 특징으로 하는 망원경.
11. 제 8 항 또는 제 9 항에 있어서,
    상기 소스는 상기 오목 거울의 초점에 배치되는 것을 특징으로 하는 망원경.
12. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 집속 광학계는 오목 주거울 (M1) 및 볼록 보조거울 (M2) 을 포함하는 것을 특징으로 하는 망원경.
13. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 확대 광학계의 오목 거울 (M4) 은 비구면인 것을 특징으로 망원경.

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