[논문]비열화 소재 구성 방법을 이용한 중적외선 카메라용 확장형 10배 줌 렌즈 설계

류태식; 박성찬

doi:10.3807/kjop.2022.33.6.287

비열화 소재 구성 방법을 이용한 중적외선 카메라용 확장형 10배 줌 렌즈 설계
Design of a 10× Zoom Lens with an Expander for an MWIR Camera Using Athermal Material Composition Method 원문보기

한국광학회지 = Korean journal of optics and photonics, v.33 no.6, 2022년, pp.287 - 294

초록
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본 연구에서는 중적외선용 줌 광학계를 비열화에 유리한 소재 조합으로 구성하기 위해 비열화 유리 지도를 이용한 반복적인 설계 방법을 제시한다. 일반적으로 중적외선용 유리 소재는 가시광선용 소재에 비해 온도변화에 매우 민감하다. 또한 줌 광학계는 이동군이 존재하여 온도 변화에 따른 성능 보상이 어느 정도 가능하지만, 광학 렌즈에 적절한 소재가 배치되지 않으면 온도에 따른 이동군의 보상량이 크게 발생하여 비열화 설계 시 어려움이 발생한다. 이러한 문제점을 해결하기 위해 비열화 유리 지도상에서 수차 보정을 위한 값을 분석하여 비열화에 유리한 소재로 중적외선용 줌 광학계를 구성하고, 초점거리 2배 확장기를 부착하여도 온도 변화에 안정적인 확장형 줌 광학계를 설계하였다.

Abstract ▼ AI-Helper

This study presents a method for designing an athermal middle wavelength infrared (MWIR) zoom lens with the iterative selection of material compositions on an athermal glass map. The optical properties of glass for MWIR are generally very sensitive to temperature, compared with visible glass. To compensate for focus error due to temperature change, the non-athermalized zoom system requires a large amount of movement of a compensator, which results in an unstable zoom system. To solve this problem, the material compositions for an athermal zoom lens have effectively been obtained using the thermal aberration correction process analytically on an athermal glass map. An expander lens is used to enlarge the focal lengths of an original main zoom lens two times. Finally, while this expander is attached to an original athermal zoom system, the final zoom system equipped with this expander doubles the focal length ranges and has stable performance over a specified temperature range.

주제어

표/그림 (18)

그림 Fig. 1. Athermal design process on a glass map.
그림 Fig. 2. Layout of an afocal expander system.
그림 Fig. 3. Layout of an initial middle wavelength infrared optical zoom lens: (a) wide (effective focal length, EFL = 30 mm), (b) middle (EFL = 165 mm), and (c) narrow (EFL = 300 mm) field positions.
표 Table 1. Specification of an initial middle wavelength infrared optical zoom system with an expander
표 Table 2. Optical properties of the lens elements in an initial middle wavelength infrared optical zoom system
그림 Fig. 4. Modulation transfer functions (MTFs) of an initial middle wavelength infrared optical zoom lens with temperature: (a) wide, (b) middle, and (c) narrow field positions.
그림 Fig. 5. Athermal glass map plotted using middle wavelength infrared optical materials.
표 Table 3. Movement amount of the compensation lens according to the temperature at each zoom position in an initial middle wavelength infrared optical zoom system
표 Table 4. Optical properties of the lens elements in an initial middle wavelength infrared optical zoom system
그림 Fig. 6. (a) Correction value applied to an athermal glass map. (b) Material change process of the 4th lens using the graphical method.
그림 Fig. 7. (a) Correction value applied to an athermal glass map. (b) Material change process of the 6th lens using the graphical method.
표 Table 5. Optical properties of the lens elements after material change of the 4th lens
그림 Table 6. Optical properties of the lens elements after material change of the 6th lens
그림 Fig. 8. Layout of a final designed middle wavelength infrared optical zoom lens: (a) wide, (b) middle, and (c) narrow field positions.
그림 Fig. 9. Modulation transfer functions (MTFs) of a final designed middle wavelength infrared optical zoom lens with temperature: (a) wide, (b) middle, and (c) narrow field positions.
그림 Fig. 10. Layout of a final designed expander type middle wavelength infrared (MWIR) optical zoom lens: (a) wide (effective focal length, EFL = 60 mm), (b) middle (EFL = 330 mm), and (c) narrow field positions (EFL = 600 mm).
그림 Fig. 11. Modulation transfer functions (MTFs) of a final designed expander type middle wavelength infrared optical zoom lens with temperature: (a) wide, (b) middle, and (c) narrow field positions.
표 Table 7. Movement amount of the compensation lens according to the temperature at each zoom position in a final optical zoom system

참고문헌 (7)

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상세보기
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