NIR 영역에서의 렌즈 설계와 glass expert

안녕하세요.  오늘 글 하나 더 올려야지~~

지난 해부터 NIR 파장대역의 렌즈 설계를 하고 있습니다. 하나는 대물렌즈이고 또 다른 하나는 hyperspectral imaging lens인데요. 파장의 범위가 365nm~1014nm를 벗어난 경우에 렌즈 재질 선정에 주의할 점이 있습니다. 이 범위를 벗어난 경우의 굴절률 데이타가 정확하지 않은 경우 렌즈 설계에 어려움이 있는데요. 먼저, CodeV에서는 아래와 같은 warning message를 보여줍니다.

 

 "Warning: For wavelengths outside the 365.000 - 1014.000 range, the Laurent dispersion
               formula can produce refractive index errors in excess of 5x10-6"

 

이 파장 대역에서는 가상유리를 사용해서 최적화하고 glass fitting으로 실재하는 재질로 변경할 경우, 성능이 많이 달라질 가능성이 매우 높습니다. 저는 렌즈 설계시 반드시 glass expert를 이용해서 최적화를 하는 데 시간이 오래 걸리기는 하지만, 가상유리로 최적화가 한계가 있을 때는 반드시 사용해야 하는 방법입니다. 이 기능이 없는 tool로 이 파장대역에서 렌즈설계하는 것은 효율이 너무 떨어져 보입니다. 

 

실제로 이 파장대역에서의 설계에서 재질은 Schott, Hikari, Ohara 등을 사용할 수가 있고,  많이 사용하는 CDGM(Hoya도...)에서는 이 파장의 데이타가 제한적으로 제공됩니다. 

 

Schott는 nt(1014nm)~ni(365nm)외에 NIR영역과 UV영역에서 일부 굴절률을 제공합니다.  CDGM도 2021년 자료에 보면 Schott처럼 NIR과 UV영역의 데이타가 추가되고 있는데, 아직 없는 것이 더 많습니다. 그리고, 중요한 것은 CodeV나 Zemax에는 이것이 아직 반영되어 있지 않습니다. 따라서, CodeV에서는 CDGM의 경우 warning message가 뜨지만, Schott의 경우는 그렇지 않습니다.

 

Zemax의 경우 범위를 벗어나서 재질자체가 입력이 되지 않는데, CodeV는 파장범위를 벗어난 재질도 입력은 가능합니다. 입력이 된다고 그 재질로 사용하시면 헛고생을 하게 됩니다. 저도 그랬습니다. -.-

 

아래 그림은 HZF88의 굴절률을 CDGM 데이타와 비교한 것인데, 1060nm에서는 소수점 5째 자리에서 차이가 발생하지만,  1529.58nm는 소수점 2째 자리에서 차이가 납니다. 이 정도면 아주 다른 재질입니다. CodeV에서 이것을 update하기 전에는 Schott것을 사용하는 게 안전합니다.

CodeV에서의 굴절률

CDGM 굴절률 데이타

... Glass expert 꼭 사용하세요~~