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두가지 종류의 미광
설계에서 미광을 찾는것이 왜 중요할까요?
소프트웨어가 미광을 찾는걸 어떻게 도와줄까요?
미광 시뮬레이션을 위한 컴퓨팅 접근 방식
소프트웨어를 사용한 미광 모델링
미광 분석 Workflow

정의

미광은 원치 않는 전자기 복사로, 광학 시스템의 의도된 기능의 성능을 방해합니다. 원치 않는 미광은 결상 렌즈 또는 프로젝션 시스템에서 발생할 수 있지만 일반적으로 렌즈에서 이를 제어하는 것이 더 중요합니다. 미광은 광학 시스템이 포착하는 물체 또는 의도하지 않은 외부 방출기에서 발생할 수 있으며, 적외선 감지 시스템의 경우 자체 열로 인해 빛을 방출하는 시스템 자체에서 발생할 수 있습니다.

미광의 예는 아래를 포함합니다:
광학 시스템 내부의 기계적 마운팅 표면에서 일어나는 빛 반사
시스템 내부의 틈을 통해 새는 빛
시스템의 광학 표면에 있는 먼지 및 기타 결함으로 인한 빛의 산란
지상 기반 천문학의 경우 대기에서 도시 조명의 반사로 인해 발생하는 미광
천문 망원경에 들어오는 태양, 지구 및 달로 인한 미광

두가지 종류의 미광

미광은 고스트 (ghost)와 플레어 또는 베일링 글레어 (flare or veiling glare), 이렇게 두 가지 유형으로 특징 지을 수 있습니다.

이미지 필드의 광원에서 나오는 빛이 두 번 이상의 원치 않는 반사를 겪은 다음 이미징 장치에 떨어지면서 원치 않는 고스트 이미지가 생성될 때 결상 광학 시스템에서 고스트가 발생합니다. 디지털 카메라의 경우 고스트 이미지의 가장 일반적인 소스 중 하나는 이미징 장치에서 다시 광학 시스템으로 반사된 다음 렌즈 표면에서 다시 반사되어 2차 이미지를 형성하는 빛입니다.

플레어 (flare) 또는 베일링 글레어 (veiling glare)는 일반적으로 광학 시스템 내부의 빛이 광학 표면의 결함이나 시스템의 기계적 요소에서 산란될 때 발생합니다. 베일링 글레어는 안개 (haze)나 빛의 대기 중 반사로 인해 발생할 수도 있습니다.

고스트 (Ghosts)
- 일반적으로 결상 표면 사이에서 일어나는 의도하지 않은 반사로 인해 발생
- 격자에서 더 높거나 차단되지 않은 회절 차수로 인해 발생
- 밝은 산란 면의 2차 이미징으로 인해 발생

플레어 및 베일링 글레어 (Flare or veiling glare)
- 광학계의 필드 외부에서 이미지에 입사되는 빛으로 인해 발생
- FOV 내의 밝은 광원, 따뜻한 표면에서 방출되는 열 복사로 인해 발생
- 광학 시스템 내에 빛 산란으로 인해 발생

Ghost example: Picture Photo taken with a cell phone camera that clearly shows three sharply focused ghost images of the candle flames. There is also a fourth, extended ghost image centered on the middle sharp ghost image. | Synopsys

고스트 예시: 휴대폰 카메라로 촬영한 사진이며, 촛불 3개의 고스트 이미지를 보여줍니다. 중간의 선명한 고스트 이미지를 중심으로 네번째 확장된 고스트 이미지도 볼 수 있습니다.

설계에서 미광을 찾는것이 왜 중요할까요?

미광은 이미지에 원치 않는 빛을 추가하여 이미지의 대비를 줄이기도 합니다. 감지 시스템의 경우 미광은 민감도를 감소시킬 수 있습니다. 상업용 결상 시스템의 경우 미광이 있으면 매력적이지 않은 이미지를 생성하기도 하며 프로젝션 시스템의 경우 미광이 있으면 빔 패턴에 원치 않는 밝은 점을 생성할 수 있습니다.

소프트웨어가 미광을 찾는걸 어떻게 도와줄까요?

고스트 이미지는 일반적으로 순차 광선 추적 소프트웨어로 분석할 수 있습니다. 표면의 반사율은 일반적으로 매우 낮기 때문에 일반적으로 두개의 반사를 포함하는 고스트에 더 신경을 쓰게 됩니다. 광선 추적 소프트웨어를 사용하면 가능한 각각의 고스트 경로를 개별적으로 검사하고 잠재적 영향을 평가할 수 있도록 문제를 충분히 제한합니다.

Ghost example: A sequential ray trace of a single ghost image path. The light from an object in the field of view passes through the lens and forms an image on the detector at right. Some of the light is then reflected by the detector back into the lens. One of the lens surfaces then reflects the light back to the detector at a different location. This ghost image is of interest because the ghost light is nearly focused on the detector, which will lead to a much brighter ghost image than if the light were spread out over a larger area. | Synopsys

고스트 예시: 단일 고스트 이미지 경로의 순차 광선 추적입니다. FOV에 들어온 물체의 빛은 렌즈를 통과하여 오른쪽의 검출기에 이미지를 생성합니다. 빛의 일부는 감지기에 의해 다시 렌즈로 반사됩니다. 그런 다음 렌즈 표면 중 하나가 빛을 다른 위치의 검출기로 다시 반사합니다. 이 고스트 이미지가 중요한 이유는 고스트 빛이 감지기에 거의 초점을 맞추므로 빛이 더 넓은 영역에 퍼져 있는 경우보다 훨씬 더 밝은 고스트 이미지로 이어지기 때문입니다.

플레어는 예상하지 못한 다양한 광학 경로를 통해 광학 시스템에 들어갈 수 있습니다. 몬테카를로 소프트웨어는 기여도를 조사하는 데 사용됩니다. 무차별 대입 방법은 무작위로 많은 광선을 생성하고 에너지가 설계한 모델을 통해 어떻게 분포되는지 분석합니다. 분산 감소 방법은 높은 각도 산란과 같은 낮은 확률을 포함하는 경로의 기여도를 찾는 효율성을 개선하는 데에 사용됩니다.

Unintended light example: Light from an object in the field of view scatters off the lens mount and then is reflected by a lens surface to the detector. | Synopsys

의도하지 않은 빛의 예시: FOV 내에 있는 물체의 빛이 렌즈 마운트에서 산란된 다음, 렌즈 표면에서 감지기로 반사되는 모습입니다.

미광 시뮬레이션을 위한 컴퓨팅 접근 방식

고스트 이미지와 플레어로 구성된 미광의 분석 및 제어는 결상 시스템 설계에 매우 중요하지만 복잡한 작업입니다. 고스트 이미지는 기본 광학 경로의 표면에서 여러번 반사되어 발생합니다. 초점 또는 초점 근처의 이미지 면에 충돌하는 고스트 이미지는 특히 더 중요합니다. 플레어는 렌즈 마운트, 렌즈의 비광학 표면 (예: 평면 및 가장자리)에서 반사되는 빛으로 인해 발생할 수 있으며, 검출기 자체에서 반사되어 검출기로 다시 이미지화될 수 있습니다. 검출기에서 반사된 빛을 모델링하는 것은 검출기의 미세 구조로 부터의 회절로 인해 복잡해질 수 있습니다. 결상 렌즈에서 미광을 시뮬레이션 하기 위한 다양한 계산 접근 방식을 다루는 애플리케이션 노트를 참고하십시오. 모든 계산은 Synopsys 소프트웨어 (CODE V, RSoft Photonic Device Tools 및 LightTools) 로 수행되었습니다.

소프트웨어를 사용한 미광 모델링

Synopsys는 미광을 모델링하고 분석하기 위한 여러 소프트웨어 옵션을 제공합니다. 올바른 소프트웨어를 선택하는 것은 적용 분야에 따라 다르며, 당사의 제품은 제품 간의 동시 시뮬레이션이 가능합니다.

LightTools 조명 설계 소프트웨어는 일반 조명, 백라이트 디스플레이, LED, 차량 실내 조명을 설계하고 조명 시스템 설계를 최적화 합니다. 최신 버전의 LightTools는 소프트웨어의 업계 최고의 설계 기능, 안정성 및 정확성을 보장하며 미광 분석 향상 기능을 제공합니다.

LightTools에 대해 더 알아보기

LucidShape 소프트웨어는 자동차 전방, 후방, 신호 조명의 설계 및 실시간 시뮬레이션을 위해 완전한 설계, 시뮬레이션, 분석 도구를 제공합니다.

Ray History Sensor Example – Edge light design ray restoration from a surface sensor. | Synopsys

광선 히스토리 센서 예시 – 표면 센서에서 엣지 조명 설계 광선 복원

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결상 또는 자유 공간 통신 시스템 설계를 위해서 사용되는 CODE V는 항공 우주, 카메라, 정보 디스플레이, 마이크로리소그래피 및 포토닉스와 같은 적용분야를 위해 설계, 분석, 최적화 및 제작 지원을 제공하는 소프트웨어입니다.

CODE V에 대해 더 알아보기

미광 분석 Workflow

아래는 Synopsys 소프트웨어를 이용해서 카메라 시스템 내의 미광을 분석하는 일반적인 워크플로우 입니다.

Typical workflow for the analysis of stray light in a camera system when using Synopsys software. | Synopsys

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