초대받지 않은 손님: 빛이 악당이 될 때

렌즈 제조의 세계에서 빛은 우리의 가장 친한 친구입니다. 고급 보안 시스템용 렌즈, 자동차 ADAS 또는 섬세한 의료용 내시경 등 무엇을 생산하든 어려움을 겪고 계시다는 것을 알고 계실 것입니다. 완벽한 유리 요소 세트를 디자인하면 불량한 광선이 내부에서 반사되어 아무도 요청하지 않은 "광학 인공물"을 생성할 수 있습니다.1

우리는 이러한 초대받지 않은 손님을 "Flare" 및 "Ghosting"이라고 부릅니다. 영화 영화에서는 약간의 플레어가 "예술적"으로 보일 수 있습니다. 하지만 현실 세계에서는? 그것은 재앙이다. 보안상, 헤드라이트 플레어로 인해 카메라의 시야가 가려져 번호판을 놓칠 수 있습니다.4 자율 주행(ADAS)에서는 "유령" 빛이 알고리즘에 의해 실제 장애물로 잘못 해석되어 위험한 팬텀 브레이크가 발생할 수 있습니다.6 그리고 수술에서 안개가 낀 플레어 내시경 뷰는 누군가의 생명이 위태롭다는 점을 제외하면 눈보라 속에서 운전하려고 하는 것과 같습니다.8

렌즈에서 이러한 "유령"을 쫓아내기 위해 우리는 다양한 코팅 기술을 개발했습니다. 하지만 치료법에 대해 이야기하기 전에 문제를 진단해 보겠습니다.

렌즈 속 "유령"을 만나보세요

플레어와 고스팅은 종종 같은 의미로 사용되지만 성격도 다르고 '범죄 현장'도 다릅니다.

베일링 플레어: 흐릿한 "하얀 베일"

베일링 플레어는 이미지의 분위기를 망치는 것과 같습니다. 이는 강한 광원이 프레임 바로 바깥에 있지만 그 빛이 여전히 렌즈 안으로 흘러 들어가 사방으로 흩어지는 경우에 발생합니다.1 결과는? 짙은 검정색이 탁한 회색으로 변하고 대비가 사라지며 전체 이미지가 얇은 흰색 레이스 커튼을 통해 촬영된 것처럼 보입니다.3

이는 일몰을 향해 달려가는 야간 투시경 보안 카메라나 자동차 렌즈에게는 악몽입니다. 처리하지 않으면 표준 유리 표면은 빛의 약 4%를 반사합니다.12 10개 또는 15개 요소로 구성된 렌즈에서는 빛의 "반란"이 빠르게 증가합니다.

고스팅: 폴리곤 팬텀

플레어가 "안개"라면 고스팅은 "유령"입니다. 이는 광원 반대쪽에 대칭적으로 나타나는 뚜렷하고 종종 다각형 모양의 빛 지점(렌즈 조리개 모양을 취함)입니다.10

고스팅은 내부 렌즈 표면 사이에서 앞뒤로 빛이 반사되면서 발생합니다.3 복잡한 줌 렌즈나 유리층이 많은 고배율 의료용 내시경의 경우 이러한 "유령"을 막는 것은 마치 핀볼 게임을 하는 것과 같습니다.

센서/레드 도트 플레어: 디지털 전문 분야

디지털 시대에는 센서 자체가 거울이라는 새로운 문제가 있습니다.1 빛이 CMOS/CCD 센서에 닿고 후면 렌즈 요소로 다시 반사된 다음 다시 센서로 반사됩니다.10 이는 종종 광원 주변에 빨간색 점이나 밝은 점 패턴을 생성하는데, 이는 현대 감시에서 흔히 발생하는 문제입니다.10

3

반사 방지(AR) 코팅: 간섭의 "마법"

이러한 인공물에 대항하는 우리의 주요 무기는 반사 방지(AR) 코팅입니다. 과학은 공상 과학 소설처럼 들립니다. 우리는 빛의 파동 특성을 사용하여 반사가 "스스로 상쇄"되도록 합니다.17

"1/4 파장" 트릭

매우 특정한 두께(정확히 대상 빛 파장의 1/4)를 갖는 미세한 필름을 적용함으로써 우리는 코팅 상단에서 반사되는 빛과 코팅 아래 유리에서 반사되는 빛이 180도 동기화되지 않는 상황을 만듭니다.18 그들이 만나면 서로를 파괴하고 에너지는 반사되는 대신 렌즈를 통해 "밀어집니다".

기본 경험 법칙은 다음과 같습니다.

두께 = 파장 / (4 * 굴절률) 18

단일 레이어 vs. 다층: 왜 많을수록 좋은가

초기에는 단층 코팅(예: 불화마그네슘, MgF2)을 사용했는데, 이는 한 가지 색상(보통 녹색)에는 효과적이었지만 다른 색상에서는 실패했습니다. 이것이 바로 값싼 렌즈에 종종 보라색이나 파란색 색조가 나타나는 이유입니다. 코팅은 이러한 색상에는 효과가 없습니다.12

현대의 전문가용 렌즈는 "Multilayer AR"을 사용합니다. 다양한 재료(이산화티타늄, TiO2, 이산화규소, SiO2 등)를 쌓아서 무지개 전체에 걸쳐 반사율을 0.5% 또는 심지어 0.1% 미만으로 유지할 수 있습니다.17

나노 혁명: SWC와 ASC

기존 코팅은 빛이 가파른 각도에 닿는 광각 렌즈에 어려움을 겪습니다.22 이러한 "곡선형" 렌즈에는 나노 코팅이라는 큰 무기가 필요합니다.

서브파장 구조 코팅(SWC): 나방으로부터 배우기

나방은 빛을 반사하지 않는 눈을 진화시켰습니다. 그렇지 않으면 포식자가 밤에 눈을 발견할 것입니다. 그들의 눈은 빛의 파장보다 작은 작은 "나노 원뿔"로 덮여 있습니다.12

SWC는 이것을 모방합니다. SWC는 공기(지수 1.0)에서 유리(지수 1.5)로 "절벽과 같은" 점프 대신 "부드러운 경사로"를 만듭니다. 빛은 유리에 들어오고 있다는 사실조차 인식하지 못하므로 반사되지 않습니다.23 이는 광각 렌즈를 위한 최고의 "스텔스" 기술입니다.22

공기구 코팅(ASC): 기포에 빛을 가두기

ASC는 나노 크기의 공기 구체를 포함하는 층입니다.23 공기는 굴절률이 가장 낮기 때문에(1.0), 이러한 기포는 렌즈 중앙에 닿는 거의 모든 빛을 흡수하는 "초저굴절률" 층을 생성합니다.23 고강도 스포트라이트를 처리해야 하는 보안 카메라를 위한 완벽한 솔루션입니다.

18

자동차 렌즈: 안전 문제

자동차 렌즈 생산업체에게는 오류의 여지가 전혀 없습니다. ADAS 카메라는 자동차의 "눈"입니다. 실제 자동차 옆에 나타나는 고스트 라이트는 자동차의 컴퓨터를 속여 거리를 잘못 계산할 수 있습니다.6

게다가 이 렌즈들은 지옥에 산다. 그들은 -40°C에서 85°C까지 살아남아야 하며, 세차장과 자갈을 견뎌야 합니다.28 이를 위해 다음을 권장합니다.

1. 

이온빔 스퍼터링(IBS): 이렇게 하면 코팅이 너무 조밀해 갑옷처럼 작용하여 습기가 스며드는 것을 방지하고 극심한 열에서 코팅이 벗겨지는 것을 방지합니다.17

2. 

3. 

하드 코팅(DLC): 렌즈가 도로 잔해로 인해 긁히지 않도록 "다이아몬드 라이크 카본" 레이어를 추가했습니다.31

4. 

의료용 내시경: 안개와의 전쟁

수술에서 적은 조명탄이 아니라 안개입니다. 상온 내시경이 따뜻하고 습한 신체에 들어가면 즉시 김이 서리게 됩니다.

"50밀리초" 규칙

외과 의사는 실시간 비디오에 의존합니다. 스코프에 안개가 끼거나 "화이트아웃" 플레어가 발생하면 시각적 지연이나 왜곡이 발생합니다. 연구에 따르면 50ms의 지연이라도 외과 의사의 손과 눈의 협응력을 손상시킬 수 있는 것으로 나타났습니다.32

해결책?초친수성 코팅.33 물을 구슬 모양으로 만드는(산란/플레어 유발) "물을 두려워하는"(소수성) 코팅과 달리 초친수성 코팅은 미세한 스펀지처럼 작용합니다. 그들은 물을 완벽하게 평평하고 투명한 시트로 퍼뜨립니다.33 안개는 본질적으로 투명한 창문이 됩니다!

유지 관리: 지문으로 "마법"을 죽이지 마세요

세계 최고의 SWC 나노 코팅이라도 기름진 지문 하나로 망가질 수 있습니다. 오일은 나노 구조를 "채우는" 높은 굴절률을 가지고 있어 값비싼 코팅을 효과적으로 반사 유리 조각으로 되돌릴 수 있습니다.25

이것이 바로불소(AF) 코팅 가장 바깥쪽 요소에 필수적입니다. 기름과 지문을 밀어내는 "붙지 않는" 표면을 만들어 아래의 섬세한 AR 층을 긁지 않고 닦아낼 수 있습니다.23

최종 생각: 빛과 그림자의 균형

플레어와 고스팅은 "결함"이 아닙니다. 단지 물리학이 장난을 치는 것일 뿐입니다. 전통적인 다층 AR과 나노 구조 및 특수 보호 코팅을 결합하여 모든 응용 분야에 완벽한 "눈"을 맞춤화할 수 있습니다.

결국, 렌즈 제조업체로서 귀하의 임무는 단지 유리를 만드는 것만이 아닙니다. 도로 위의 안전, 수술실의 정확성, 야간 경계 등 가장 중요한 부분에 명확성을 제공하는 것입니다.

광학의 미래는 밝습니다. 올바른 코팅을 사용하면 마침내 플레어가 발생하지 않게 됩니다.