Design strategies of an unobscured three mirror telescope with freeform surfaces for infrared nanosatellite imagery - Archive ouverte HAL Accéder directement au contenu
Communication Dans Un Congrès Année : 2021

Design strategies of an unobscured three mirror telescope with freeform surfaces for infrared nanosatellite imagery

Stratégies de conception d'un télescope à trois mirroirs freeforms sans obstruction pour l'imagerie infrarouge par nanosatellite

Résumé

The new degrees of freedom offered by the new family of freeform surfaces helps compensating for off axis aberrations in optical designs. We define a freeform surface as a non-rotationally symmetric surface which cannot be described as an off-axis part of a conicoid. The use of freeform surfaces allows an increase in performance such as on the field of view, the F-number and compactness of unobscured all reflective telescopes. Reflective designs have the advantage of being light, achromatic, and potentially low-cost due to cheaper materials involved. It could result in industrial production of compact panchromatic systems for various applications ranging from automotive sensors to imaging nanosatellites. In this paper we address the challenges posed by the use of these surfaces in optical design optimization, specifically the minimization of the surface counting, in order to simplify the manufacturing, assembly and integration phases. We focus on three mirror designs and work on the compactness with various flavors in the 3D space. We will discuss our results on a fast, unobscured, non reimaging and well corrected three mirror anastigmat (TMA) design for a nanosatellite thermal imaging payload using uncooled bolometers. Optimization method of a TMA under volume and straylight constraints is described. A tolerance analysis is performed and minimal alignment is required even for large tolerances.
Les nouveaux degrés de liberté offerts par la récente famille des surfaces freeform permet de compenser les aberrations optiques des systèmes hors d'axe. Nous définissons une surface freeform comme une surface sans symmétrie de révolution qui ne peut être décrite comme une sous partie d'une conicoïde. L'usage de surfaces freeform permet une augmentation des performances comme le champ de vue, l'ouverture et la compacité des systèmes réflectifs sans obstruction. Les concepts à miroirs ont l'avantage d'être légers, achromatiques, et potentiellement bas coût en raison du faible prix des matériaux utilisés. Cela pourrait mener vers une production industrielle de systèmes panchromatiques compacts pour de multiples applications allant des capteurs automobiles à l'imagerie par nanosatellite. Dans cet article, nous discuterons des défis posés par l'utilisation de ces surfaces dans l'optimisation de systèmes optiques, et en particulier la minimisation du nombre de surfaces pour simplifier la fabrication, l'assemblage et l'intégration de ces systèmes. Nous nous concentrons sur les systèmes à trois miroirs et travaillons à maximiser la compacité de ces systèmes dans un volume tridimensionnel. Les résultats seront présentés sur un téléscope à trois miroirs très ouvert, sans obstruction, non réimageant et très bien corrigé des aberrations conçu pour de l'imagerie thermique non refroidie depuis un nanosatellite en orbite basse. La méthode d'optimisation est décrite et une étude en lumière parasite et de tolérancement est faite.

Dates et versions

hal-03264451 , version 1 (18-06-2021)

Identifiants

Citer

Louis Duveau, Thierry Lépine, Emmanuel Hugot, Xavier Briottet, Guillaume Druart. Design strategies of an unobscured three mirror telescope with freeform surfaces for infrared nanosatellite imagery. International Conference on Space Optics - ICSO 2021, Mar 2021, Online, France. pp.118520C, ⟨10.1117/12.2599153⟩. ⟨hal-03264451⟩
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