미광분석 (Stray Light Analysis) Zemax OpticStudio, Speos

 

<스트레이 라이트 분석 프로세스>

 

 

미광(Stray Light)이란?

미광은 광학 시스템에서 의도하지 않게 발생하는 불필요한 빛으로, 이미지 품질을 저하시켜 센서의 성능과 정확도에 영향을 미칩니다.
사진 촬영 시 햇빛이 들어와 화면이 흐려지거나, AR/VR 시스템에서 빛이 산란하여 몰입감을 방해하는 현상이 대표적인 예입니다.
이러한 미광은 증강 현실(AR), 첨단 운전자 보조 시스템(ADAS), 의료 영상, 우주 기반 이미징 등 다양한 분야에서 문제가 될 수 있습니다.

미광의 종류

미광은 내부 광학 부품과의 상호 작용 방식에 따라 다양한 형태로 나타납니다.

 

• 렌즈 플레어
  • 내부 반사로 인해 이미지에 줄무늬나 밝은 원형 플레어가 발생.
  • 강한 광원을 바라볼 때 자주 나타나며, ADAS 카메라 시스템에서 물체 감지를 방해할 수 있음.
    
    
    
• 빛의 샘
  • 설계되지 않은 틈을 통해 빛이 유입되어 대비가 감소하고 이미지가 손상됨.
  • LCD 모니터 및 디스플레이 프레임이 완전히 밀착되지 않을 때 흔히 발생.

 

• 산란
  • 빛이 표면의 불규칙성 또는 기계 부품과 상호 작용하여 여러 방향으로 퍼짐.
  • 망원경, 위성 시스템의 반사 표면이 불완전할 경우 발생하며, 이미지에 음영과 노이즈를 생성.

 

• 고스팅(Ghosting)
  • 광학 요소 사이에서 반복 반사가 일어나 1차 이미지의 희미한 중복이 나타남.
  • 의료 영상(X-ray 등)에서 정확도를 저하시킬 수 있음.
• 베일링 글레어(Veiling Glare)
  • 강한 광원으로 인해 이미지 대비가 손실되어 세부 사항이 가려짐.
  • 로봇 공학 시스템에서 물체 인식을 방해할 가능성이 있음.
     

 

 

※ 미광의 출처와 형태

 

 

산업별 미광의 영향

미광은 다양한 산업에서 광학 시스템의 성능과 신뢰성에 부정적인 영향을 미칠 수 있습니다.

• 자동차(ADAS): 카메라 기반 운전자 보조 시스템에서 물체 인식을 방해하여 안전 문제 발생 가능.
• 항공 우주: 태양광 등 외부 광원으로 인해 망원경과 위성의 데이터 정확도가 떨어짐.
• 의료 영상: X-ray, MRI 등의 영상 품질을 저하시켜 오진 및 진단 오류를 유발할 수 있음.
• AR/VR: 몰입형 환경을 방해하여 사용자의 경험 품질을 저하.

 

 

미광 분석 및 시뮬레이션

과거에는 미광을 분석하기 위해 물리적 프로토타입을 제작해야 했지만, 이는 비용과 시간이 많이 소요되는 단점이 있었습니다.
오늘날에는 광학 시뮬레이션 소프트웨어를 활용하여 설계 단계에서 미광 문제를 해결할 수 있습니다.

 

 

미광 분석을 위한 소프트웨어

 

● 광학 및 광기계 설계 소프트웨어: 미러 마운트, 하우징 브래킷, 조리개 및 렌즈 배럴과 같은 기계적 구성 요소를 포함한 전체 광학 시스템을 모델링하는 데 사용됩니다. 이를 통해 엔지니어는 다양한 시나리오와 조건에서 시스템을 평가할 수 있습니다.

● 광선 추적 소프트웨어: 광선이 광학 시스템을 통과할 때를 시뮬레이션하는 데 사용됩니다. 광선 추적 소프트웨어는 특히 복잡한 원격 시스템에서 엔지니어가 빛이 이미지 품질에 미치는 영향을 분석하는 데 도움이 됩니다. 

● 이미지 분석 소프트웨어: 광학 시스템에서 생성된 이미지를 분석하는 데 사용됩니다. 이 소프트웨어는 미광에 의해 생성된 결함을 식별하고 이미지 품질과 신뢰성을 평가하는 데 도움이 됩니다.  

 

미광은 광학 시스템에서 필연적으로 발생하는 문제이며, 다양한 산업에서 성능 저하의 원인이 될 수 있습니다. 그러나 반사 방지 설계, 차폐 기술, 시뮬레이션 소프트웨어를 활용한 사전 분석을 통해 미광 문제를 최소화할 수 있습니다. 미광에 대한 연구와 개선이 지속된다면, AR/VR, 자동차, 의료, 항공 우주 분야에서 더욱 정밀하고 신뢰성 높은 광학 기술을 실현할 수 있을 것입니다.