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Edge-Blackening
Edmund Optics Inc.

Edge-Blackening

옵틱에 Edge Blackening을 지정하는 방법
렌즈의 지름이 5mm 이상인 당사의 어느 제품이든 blackened edge 지정이 가능합니다. Blackening을 명시하기 위해서는 BBAR 코팅 처리된 제품의 재고 번호 끝에 간단히 –INK를 추가 기입하면 됩니다. 예를 들어 지름이 10mm이고 초점 거리가 10mm인 VIS 0° coated DCX lens에 blackened edge 처리된 제품을 주문할 경우 재고 번호는 #63-599-INK입니다.

미광(stray light)

Edge-Blackening

렌즈를 다중 요소 시스템에 통합할 때 전반적인 성능을 제한하는 요소는 일반적으로 미광입니다. 미광은 광학 시스템의 clear aperture 바깥쪽에 존재하는 에너지로서 광학 혹은 기계 부품의 가장자리에서 산란한 뒤 시그널 보다는 노이즈 형태로 센서에 도달합니다. 시스템 내의 미광을 성공적으로 감소시킬 수 있는 일반적인 방법 중 하나가 바로 시스템 내에 있는 옵틱의 가장자리를 blackening 처리하는 것입니다.

BRDF의 측정

산란된 시그널은 일반적으로 단위 입체각 당 산란 광량 또는 역스테라디안( inverse steradian)으로 계량됩니다. 산란 광원에 입사하는 빛의 강도에 따라 결과물을 정량화하면 더욱 의미있는 결론을 낼 수 있습니다. 이러한 상관관계를 주로 Bi-Directional Reflectance Distribution Function 또는 BRDF라고 합니다. BRDF의 간소화된 방정식은 입체각 당 입사광 대비 반사광의 강도 비율입니다. 직각으로 고정된 각도에서 표면 위로 레이저를 투사하면 이러한 비율을 측정할 수 있습니다. 탐지기는 산란 지점을 중심으로 회전하면서 각도에 따른 조도의 변화를 기록합니다(그림 2).

Light reflected by an object outside FOV being scattered from the edges of a lens without edge blackening
그림 1: Edge blackening을 처리하지 않으면 FOV 외부의 피사체로 인해 반사된 빛이 렌즈 가장자리에서 산란을 일으킴
Detector recording irradiance as a function of angle
그림 2: Detector로 각도에 따른 조도를 기록함

 

그림 3에서는 옵틱의 가장자리를 시뮬레이션하기 위해 한 면에 edge-blackening ink를 입힌 글래스와 이와 반대로 edge-blackening ink를 입히지 않은 글래스를 테스트 후 각각의 결과를 비교해서 보여줍니다. 아래의 도표는 edge-blackening 처리 후 미광이 감소하는 개선 정도를 나타냅니다. 이러한 개선은 고가의 기계 시스템을 구입해야할 필요성을 잠재적으로 줄여줍니다. 탐지기가 직각에서 -90°에 근접할수록 높은 입사각으로 인해 기록된 입사광의 백분율은 0에 가깝습니다. 또한 -5°에서 기록된 입사광의 백분율은 탐지기가 광원을 가리기 때문에 0%가 됩니다. +5°에서는 정반사(입사 각도와 반사 각도가 일치함)로 인해 스파이크가 발생합니다. 탐지기의 각도가 다시 90° 직각에 가까워짐에 따라 기록된 입사광의 백분율은 0에 근접합니다.

BRDF Plot of unblackened and blackened lenses
그림 3: Blackening 처리 여부에 따른 렌즈의 BRDF 도표

결론

그림 4와 5는 점광원을 이미징하는 센서로 촬영된 조도 프로파일을 렌즈를 통해 보여줍니다. 그림 4는 일반 옵틱으로, 그림 5는 edge-blackening 처리된 옵틱으로 생성된 이미지입니다. 그림 4에서 알 수 있듯이 미광이 발생하면 노이즈 플로어가 더욱 높아지게 됩니다. 이러한 영향은 이미지 품질을 악화시켜 이미지의 콘트라스트가 낮아지는 결과를 낳게 됩니다.

Line profile of the irradiance distribution through the center of an imaging sensor where the lens edges are not blackened
Line profile of the irradiance distribution through the center of an imaging sensor where the lens edges are not blackened
그림 4: 기존 결과 — Edge blackening 처리가 되지 않은 렌즈를 사용한 이미징 센서의 중심부에서 나타나는 조도 분배의 라인 프로파일
Line profile of the irradiance distribution through the center of an imaging sensor where the lens edges are blackened
Line profile of the irradiance distribution through the center of an imaging sensor where the lens edges are blackened
그림 5: Edge blackening의 결과 — Edge blackening 처리가 된 렌즈를 사용한 이미징 센서의 중심부에서 나타나는 조도 분배의 라인 프로파일

RoHS 규정에 따라 내용제 잉크(solvent resistant ink)를 사용하는 edge-blackening은 현재 에드몬드 옵틱스에서 취급하는 다양한 광학 렌즈에 적용이 가능한 옵션입니다. Edge-blackening 지정을 원할 경우 해당 제품의 재고 번호 끝에 INK를 기재하세요. Edge-blackening을 적용할 수 없는 부품의 경우에는 광학 프로토타이핑을 통해 edge-blackening을 이용할 수 있습니다.

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세계 최대 규모의 광학 부품 재고를 보유한 EO에서는 기성 광학 부품의 개조(modification) 서비스를 제공하며, 신청 시 3-4주 가량 소요됩니다.

이미지의 릴레이 용도나 close conjugate에서 피사체를 이미징하는 용도에 적합. UV, VIS, NIR과 같은 무반사 코팅 옵션 이용 가능.

빛을 시준하거나 단색광을 이용하는 포커싱 용도에 적합. 레이저 라인 또는 광대역 anti-reflection 코팅 옵션 적용 가능. 

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