대형 거울 제조

장거리 다중 스펙트럼 광학 시스템의 경우 대형 거울이 중요한 역할을 합니다. 이러한 광학 시스템은 국방 애플리케이션, 감시 및 모니터링은 물론 특정 상업용 애플리케이션에도 사용됩니다. 예를 들어, 대형 거울은 대형 UAV와 같은 항공기의 광학 시스템에 통합될 수 있습니다. 흥미로운 상업적 응용 분야는 적외선을 사용하여 농경지 온도를 장거리 공중으로 모니터링하는 것입니다. 대형 거울의 가장 일반적으로 인식되는 응용 분야는 항공우주 산업의 위성 및 망원경입니다.

반사 시스템은 일반적으로 초점 거리가 길고 수십 킬로미터에 달하는 장거리 감시를 의미합니다. 반사 망원경은 고해상도 이미지를 생성하기 위해 하나 이상의 축상 또는 축외 거울을 사용할 수 있습니다. 대형 거울을 사용하는 많은 망원경과 기타 광학 시스템은 렌즈와 곡면 거울의 조합을 사용하는 반사굴절 시스템입니다. 이는 오류 수정을 극대화하여 더 넓은 시야를 허용합니다. 대형 거울은 구형에서 비구면, 포물선 또는 자유 형태까지 다양한 형태를 취합니다. 가시광선, UV, IR을 포함한 광범위한 빛에 사용됩니다. 거울은 알루미늄(Al), 실리콘(Si), 게르마늄(Ge), 구리(Cu)와 같은 재료로 제작됩니다.

이러한 거울의 생산은 광학 제조업체에게 고유한 일련의 과제를 제시합니다. 하나는 구형, 비구면, 포물선, 자유 형태 등 표면 형태의 정확성입니다. HeNe 빛의 0.2 프린지 정도에 대한 허용 오차 요구 사항은 드문 일이 아닙니다. 축외 형태는 중앙 모호함을 견딜 수 없는 시스템에서 지정됩니다. 이러한 오프축 미러는 미러 제작, 테스트 및 시스템 조립 측면에서 훨씬 더 까다롭습니다.

대형 거울은 다중 스펙트럼 응용 분야에 자주 사용되므로 광범위한 파장에 걸쳐 높은 수준의 성능을 발휘해야 합니다. 이는 특히 거울이 40Å RMS 미만의 VIS 파장에서 사용될 때 빛이 산란되는 것을 방지하기 위해 거울의 거칠기가 최소화되어야 함을 의미합니다. 또한 감지기의 해상도가 향상됨에 따라 표면이 더욱 정확한 거울에 대한 수요도 증가했습니다.

요구되는 엄격한 사양을 충족하기 위해 광학 제조업체는 최첨단 기술을 채택해야 합니다. Ophir는 축상 또는 축외에 상관없이 직경이 최대 700mm인 구형, 비구면, 포물선 및 자유형 거울을 생산하기 위해 고급 CNC 연삭 및 연마와 다이아몬드 선삭을 사용합니다. 대형 미러는 0.05%의 반경 허용오차, 0.5Fr PV 미만의 불규칙성, 0.633μ에서 0.1Fr RMS, 40Å RMS 미만의 거칠기를 가지며 정확도가 높고 산란이 적습니다. 스펙트럼 성능과 표면 내구성을 위해 여러 가지 독점 반사 코팅을 사용할 수 있습니다.

F값이 f/3.4인 고전적인 카세그레인 망원경과 유사한 전면 반사 디자인의 간단한 예를 통해 표면 형상이 성능에 미치는 영향을 살펴보겠습니다.

이러한 유형의 반사 시스템은 물리적 길이에 대한 유효 초점 거리(EFL)의 비율이 큰 경우에 가장 유리합니다. 이 예에서 EFL은 1000mm인 반면 광학 장치의 전체 길이는 200mm입니다. 굴절 시스템의 경우 이러한 5:1 비율은 흔하지 않습니다. mm당 100개의 라인 쌍(lp/mm)에서 이 시스템의 MTF는 파장 500nm에 대해 0.7입니다. 이는 회절 한계에 해당합니다.

EFL과 길이의 비율이 5:1인 이 단순한 전면 반사 케이스에서는 필드 곡률이 상당하고 축에서 벗어난 필드 위치에 상당한 난시가 있습니다. 이는 그림 2의 MTF 플롯에서 볼 수 있는데, 여기서 0.25° 필드의 성능은 훨씬 저하됩니다. 이러한 이유로 우리의 간단한 예는 단지 설명을 위한 것일 뿐 실제 디자인으로 간주되어서는 안 됩니다.

일반적으로 필드를 평탄화하려면 굴절 요소가 필요합니다. 고전적인 해결책은 슈미트 교정판으로, 주경 전면에 부경과 대략 동일한 축 위치에 배치됩니다. 대안으로, 보조 거울과 이미지 사이의 굴절 요소는 필드를 수정하고 EFL을 동시에 변경할 수 있습니다. 시스템의 굴절 요소의 단점은 파장 스펙트럼을 제한하고 색수차를 유발한다는 것입니다.