모든 물체는 온도 정보를 복사(Radiation)의 형태로 방출하며 이는 플랑크 법칙으로 잘 알려져 있다. 법칙에 따르면 복사 스펙트럼은 물체의 온도에 의존하게 된다. 예를 들어, 사람의 복사 스펙트럼은 8 μm 부터 12 μm 의 원적외선(LWIR)에 해당한다. 본 연구에서는 320×240 배열에 픽셀 피치 (...
모든 물체는 온도 정보를 복사(Radiation)의 형태로 방출하며 이는 플랑크 법칙으로 잘 알려져 있다. 법칙에 따르면 복사 스펙트럼은 물체의 온도에 의존하게 된다. 예를 들어, 사람의 복사 스펙트럼은 8 μm 부터 12 μm 의 원적외선(LWIR)에 해당한다. 본 연구에서는 320×240 배열에 픽셀 피치 (PixelPitch) 25 μm 를 갖는 원적외선 비냉각 검출기용 광학계를 설계하였다. 최종 설계된 Germanium 3매 광학계의 사양은 화각 36°, F/# 0.95, 초점 거리 15.2 mm, 최대 직경 16.0 mm, 그리고 전장 거리 25.6 mm 를 갖는다. ZnS 소재의 나이트 비전 카메라 특허를 선정하였고 주어진 사양을 바탕으로 재현하였다. 구체적으로 2매 혹은 3매 렌즈 시스템에 대한 사양을 재설계 하였다. 또한 비구면을 도입하여 ZnS 구면 렌즈의 수를 줄이려는 시도를 진행하였다. 설계 시 파장은 기준 파장인 10238.0 nm 에 가중치는 99로 설정하였고, 주변 파장은 12774.70 nm, 11740.85 nm, 8766.73 nm, 그리고 7746.40 nm 에 가중치는 각각 38, 79, 85, 그리고 38로 설정하여 목표 파장보다 약간 넉넉한 범위에서 설계하였다. 적외선 광학계는 온도 변화에 민감하므로 비열화와 몰색화를 동시에 갖는 다양한 렌즈 조합에 대해 연구하였다. 우선, 높은 MTF 값을 유지하며 3매 ZnS 렌즈로 이루어진 광학계를 ZnSe, ZnS, 그리고 Ge 렌즈들로 교체하였다. ZnSe 소재의 첫 번째 렌즈는 하이브리드 렌즈이며, 렌즈의 뒷면은 키노폼 형태의 회절광학소자로 구성되어 있어 색수차를 보정하고 동시에 초점 심도를 확장할 수 있다. 두 번째로 ZnSe, 또는 ZnS 렌즈를 Ge 렌즈로 교체하는 두 가지 경우의 수 중에, ZnS 렌즈를 Ge 렌즈로 교체하는 것만이 높은 MTF를 유지할 수 있는 유일한 방법이었다. 이후, 첫 번째 ZnSe 하이브리드 렌즈를 Ge 하이브리드 렌즈로 교체하였다. 최종 결과 Ge 렌즈를 기반으로 한 적외선 광학계는 10 μm 종 구면 수차, 17 μm 의 구결면 비점 수차, 31 μm 의 자오면 비점 수차, 2.61%의 왜곡 수차, 30 lp/mm에서 0.574의 높은 MTF 성능을 보였으며, 이는 ZnS 기반의 적외선 광학계보다 우수한 성능을 갖게 됨을 확인하였다.
모든 물체는 온도 정보를 복사(Radiation)의 형태로 방출하며 이는 플랑크 법칙으로 잘 알려져 있다. 법칙에 따르면 복사 스펙트럼은 물체의 온도에 의존하게 된다. 예를 들어, 사람의 복사 스펙트럼은 8 μm 부터 12 μm 의 원적외선(LWIR)에 해당한다. 본 연구에서는 320×240 배열에 픽셀 피치 (Pixel Pitch) 25 μm 를 갖는 원적외선 비냉각 검출기용 광학계를 설계하였다. 최종 설계된 Germanium 3매 광학계의 사양은 화각 36°, F/# 0.95, 초점 거리 15.2 mm, 최대 직경 16.0 mm, 그리고 전장 거리 25.6 mm 를 갖는다. ZnS 소재의 나이트 비전 카메라 특허를 선정하였고 주어진 사양을 바탕으로 재현하였다. 구체적으로 2매 혹은 3매 렌즈 시스템에 대한 사양을 재설계 하였다. 또한 비구면을 도입하여 ZnS 구면 렌즈의 수를 줄이려는 시도를 진행하였다. 설계 시 파장은 기준 파장인 10238.0 nm 에 가중치는 99로 설정하였고, 주변 파장은 12774.70 nm, 11740.85 nm, 8766.73 nm, 그리고 7746.40 nm 에 가중치는 각각 38, 79, 85, 그리고 38로 설정하여 목표 파장보다 약간 넉넉한 범위에서 설계하였다. 적외선 광학계는 온도 변화에 민감하므로 비열화와 몰색화를 동시에 갖는 다양한 렌즈 조합에 대해 연구하였다. 우선, 높은 MTF 값을 유지하며 3매 ZnS 렌즈로 이루어진 광학계를 ZnSe, ZnS, 그리고 Ge 렌즈들로 교체하였다. ZnSe 소재의 첫 번째 렌즈는 하이브리드 렌즈이며, 렌즈의 뒷면은 키노폼 형태의 회절광학소자로 구성되어 있어 색수차를 보정하고 동시에 초점 심도를 확장할 수 있다. 두 번째로 ZnSe, 또는 ZnS 렌즈를 Ge 렌즈로 교체하는 두 가지 경우의 수 중에, ZnS 렌즈를 Ge 렌즈로 교체하는 것만이 높은 MTF를 유지할 수 있는 유일한 방법이었다. 이후, 첫 번째 ZnSe 하이브리드 렌즈를 Ge 하이브리드 렌즈로 교체하였다. 최종 결과 Ge 렌즈를 기반으로 한 적외선 광학계는 10 μm 종 구면 수차, 17 μm 의 구결면 비점 수차, 31 μm 의 자오면 비점 수차, 2.61%의 왜곡 수차, 30 lp/mm에서 0.574의 높은 MTF 성능을 보였으며, 이는 ZnS 기반의 적외선 광학계보다 우수한 성능을 갖게 됨을 확인하였다.
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