회절광학을 이용한 적외선 광학계 설계 및 BSP(Beam Synthesis Propagation)를 이용한 성능 평가, 분석

Abstract

본 논문에서는 두 매의 BD-2 렌즈와 비구면 회절 광학을 포함하는 F/1.2, 시야각 15.2도와 8-14micronmeter의 파장대를 가지는 적외선 광학계를 설계 및 분석하였으며, 이 광학계는 uncooled camera에 사용될 수 있을 것이다. 현대의 고성능 광학계 설계에 있어서 회절렌즈의 사용은 필수 시 되고 있는데 이는 적은 수의 회절렌즈의 사용으로 구면렌즈 4매 이상의 광학계 성능을 구현할 수 있기 때문이다. 따라서 본 논문에서 설계한 적외선 광학계는 4번째 면에 회절면을 포함하고 있다. 효과적인 광학설계의 최적화를 위하여 기하광학과 렌즈설계에 관한 수식을 통해 정확한 광학계의 초기 값을 결정하였고, 이를 바탕으로 이미지 면에서 먼 곳의 면부터 비구면 계수를 차례로 적용시키며 최적화를 진행하였다. CODE V등의 상용화 되어있는 광학설계 소프트웨어는 회절면이 포함된 광학계를 분석할 때 회절면에 의해 생성되는 회절차수가 광학계 성능에 미치는 영향과 기판위에 설계된 회절면의 두께를 고려하지 않기 때문에 정확한 광학계의 성능을 평가하기가 어렵다. 따라서 본 논문에서는 CODE V의 UDS 기능을 이용하여 회절면이 주어진 두께를 가지는 물리적인 면으로 취급하였으며, 일반적인 방법으로 설계된 광학계와 비교하였다. 광학계의 성능 비교는 출사동공법, 회절차수 합성법 등 기존의 방법들에 의한 것과 BSP(Beam Synthesis Propagation)를 이용한 방법을 MTF를 통하여 비교하였다.