Design of Aspheric Imaging Optical System having 24mm Focal Length for MWIR with Facing Symmetric Lenses

This study deals with the design and development of imaging optics having 24mm focal length for MWIR ($3{\sim}5{\mu}m$) with two symmetrical lenses facing each other. We used CodeV in our optical design, and we performed the optimization process to have the resolution and angle of view satisfying the user's requirements. The materials of lenses were limited to two types, including KCIR035 with a refractive index of 1.7589, developed in Korea. The optical system designed in this way consists of two aspherical lenses made of KCIR035 material having the same shape and one spherical lens made of Si. Here, the arrangement of the two aspherical lenses is characterized by having a symmetrical structure facing each other. And this optical system has a resolution of MTF value of 0.35 or more at a line width of 20 lp / mm. Therefore, it is considered that this optical system has the capability to be applied to a thermal imaging camera using a $206{\times}156$ array MWIR detection device having a pixel size of $25{\mu}m$.

마주보는 대칭렌즈를 가지는 MWIR용 초점거리 24mm의 비구면 결상광학계 설계

본 연구는 마주보는 두 대칭렌즈를 가지는 초점거리 24mm 인 MWIR($3{\sim}5{\mu}m$)용 결상광학계의 설계 개발에 관한 것이다. 광학계는 CodeV를 사용하여 설계하였으며, 사용자의 요구조건을 만족할 수 있는 분해능과 화각을 가지도록 최적화 과정을 진행하였다. 렌즈의 초자는 국내에서 개발된 $3{\mu}m$에서 굴절률 1.7589를 갖는 초자( KCIR035 )를 포함하여 두 종류로 제한하였다. 이렇게 설계되어진 광학계는 같은 모양을 갖는 KCIR035 초자의 2장의 비구면 렌즈와 1장의 Si 초자의 구면 렌즈로 이루어져 있다. 여기서 2장의 비구면 렌즈의 배치는 마주보는 대칭구조를 이루고 있는 것이 특징이다. 그리고 이 광학계는 선폭 20lp/mm에서 MTF값이 0.35 이상인 분해능을 갖게 되었다. 따라서 이 광학계는 pixel의 크기가 $25{\mu}m$인 $206{\times}156$ 어레이 MWIR 검출소자를 사용하는 열영상 카메라에 적용할 수 있는 성능을 가진 것으로 판단된다.