APQ 광학 설계

새로운 세대의 천문 대물렌즈를 개발하는 과정에서 기존의 트리플렛 아포크로매틱 설계 는 최신 전자 센서(CCD, CMOS)의 전체 UBVRI 스펙트럼 범위(365 nm – 1014 nm) 중 일부만 활용할 수 있습니다.

따라서 새로운 세대의 목표는 이 넓은 스펙트럼 범위에서 사실상 무수차 이미징이 가능한 설계를 개발하는 것이었습니다. 이를 위해서는 여러 조건이 충족되어야 합니다.

폴리크로매틱 화질은 계산으로 인위적으로 변경하거나 더 유리하게 보이도록 만들지 않습니다. 그렇게 해도 광학 보정 자체가 향상되는 것은 아니기 때문입니다. 대신 광학 시스템은 각 파장에 동일한 가중치 1을 적용한 파장표를 사용하여 365 nm~1014 nm 범위에서 최적화됩니다.

그 결과 CaF₂ 요소가 특수 광학 유리로 만든 두 요소 사이에 보호 배치된 4요소 폴리크로매틱 기본 시스템이 구현됩니다.

폴리크로매틱 대물렌즈의 4요소 구성은 약 130 mm 이상의 대구경 굴절망원경에 특히 적합하며, 종색수차와 스페로크로마티즘을 매우 효과적으로 보정할 수 있습니다.

안시 관측과 CCD 이미징에서 이 설계는 거의 무수차에 가까운 이미징을 제공합니다. 이미지는 밝고 색수차, 비점수차, 코마, 구면수차 및 가우스 오차가 사실상 없어 분해능이 이론적 한계에 근접할 수 있습니다.

특히 까다로운 행성 관측에서 밝고 세밀하며 고대비인 화질은 매우 높은 배율을 지원하고 기존 아포크로매틱 시스템에 대한 광학적 이점을 분명히 보여 줍니다.

대부분의 아포크로마트와 달리 가시 스펙트럼 가장자리에서도 스트렐 비가 회절 한계까지 또는 그 아래로 저하되지 않습니다. 다음은 436 nm~707 nm 스펙트럼 범위로 정규화한 비교입니다:

가시 스펙트럼 범위에서 APQ 150/1200 Polychromat와 Carl Zeiss APQ 150/1200 Apochromat 비교: 파장에 따른 스트렐 비(436 nm – 707 nm)

플루오로포스페이트 및 CaF₂ 더블렛·트리플렛 아포크로매틱 대물렌즈는 일반적으로 최적화된 가시광 범위 밖의 스펙트럼 성분을 억제하기 위해 UV/IR 차단 필터가 필요합니다.

이러한 아포크로마트는 가시 스펙트럼 범위에 맞춰 설계되므로 충분히 선명한 이미지를 얻으려면 일반적으로 그 범위 밖의 스펙트럼 성분을 필터링해야 합니다.

4요소 기본 설계에서 요소를 추가하거나, 광학적으로 투명한 유체 결합 매질을 공기 간격으로 대체하거나, 비구면 유리-공기 표면을 사용하거나, 기존 광학 유리를 결정 재료 및 기타 특수 광학 매질로 대체함으로써 f/1~f/8 초점비의 Polychromat를 파생할 수 있습니다.

렌즈 요소 사이에 광학적으로 투명한 유체를 사용하는 오일 결합 구조는 기존 공기 간격 구조에 비해 여러 장점을 제공합니다:

결합 오일은 인접 렌즈 요소 사이의 열 유발 응력을 방지합니다.

오일막은 공기 간격 구조에서 발생할 수 있는 상대적인 표면 기울어짐을 방지합니다.

기존 반사 방지(AR) 코팅은 일반적으로 가시 스펙트럼 범위에만 최적화되어 있어 폴리크로매틱 대물렌즈의 넓은 스펙트럼 성능과 완전히 부합하지 않습니다.

따라서 당사는 Fluorite Quadruplet Polychromat용 새로운 초광대역 AR 코팅 개발을 의뢰했으며, 이 코팅은 평균 잔류 반사율 R이 매우 낮습니다_AVG 전체 365 nm(UV)~1014 nm(IR) 스펙트럼 범위에서 0.7% 미만입니다.

비구면을 사용하고 공기 간격이 없는 버전에서 4요소 Polychromat는 외부 유리-공기 경계면이 단 두 개뿐입니다. 초광대역 AR 코팅과 함께 잔류 반사를 물리적 최소 수준으로 줄입니다.