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소개: 산란광 테스트 및 정규화된 산란광 소개 |Imatest 산란광 분석 결과 | 역사
배경: 산란광 사례 |근본 원인 |테스트 개요 |테스트 요소 | 테스트 고려 사항 | 용어집
계산: 측정 이미지 |정규화 방법 |광원 마스크 방법 | 요약 측정 항목 | 분석 채널 | 채도
지침: 고급 Imatest 분석 지침(Master 및 IT) | Imatest를 이용한 정규화된 산란광 계산 | 전동 짐벌 사용 지침
설정: 설정 목록 및 INI 키/값 | 표준 및 권장 사항 |구성 파일 입력
이 페이지에서는 산란광 테스트의 기술적 고려 사항에 대해 설명합니다.
테스트 가정
아래 표는 산란광 테스트 시 가정할 수 있는 사항과, 가정이 완전히 사실이 아닐 경우 발생할 수 있는 결과, 그리고 이러한 결과를 해결하기 위한 개선 방안을 설명합니다.
| 추정 | 결과 | 개선 가능 사항 |
|---|---|---|
| 방은 검은색입니다 (반사율 0%, 다른 광원 없음). |
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| 광원은 적절하게 밝습니다. |
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| 빛의 휘도는 공간적으로 일정하다 |
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| 광원은 단일 반사를 통해 전면 소자와 전면 소자를 "보는" 기계 표면을 비춥니다. |
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| 광원에는 산란광이 없습니다. |
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| 원본 이미지가 작습니다 |
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| 데이터는 선형적입니다. |
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| 모든 자동 알고리즘이 꺼져 있습니다. |
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| 데이터는 단조적입니다. |
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| 시야각(FOV) 내에 있을 때, 광원은 마스크 처리됩니다. |
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| 산란광은 방사형 대칭입니다(테스트에는 단일 방위각으로도 충분합니다). |
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| 시험 장비가 DUT의 시야각(FOV) 내에 있지 않습니다. |
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| DUT에 대한 음원의 각도가 알려져 있습니다. |
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| 기준 이미지 보정은 단일 곱셈 인자로 나타낼 수 있습니다. |
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| 설계 경로 외부의 모든 신호는 산란광에서 발생합니다. |
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| 광원은 평행광으로 되어 있습니다. |
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광원
집속광원 vs 발산광원
계산 관점에서 볼 때, 산란광은 발산광원 또는 평행광원을 사용하여 측정할 수 있습니다. 그러나 시험 설정 간의 재현성을 위해서는 평행광원을 사용하는 것이 좋습니다.
산란광을 측정하는 두 가지 측면은 광선의 각도와 카메라에 대한 광선의 교차점(이동 거리)입니다. 발산광원과 평행광원은 각각 이 공간을 샘플링합니다(카메라/광원을 회전시키면 커버리지가 증가합니다).
추측: 한 설정에서 작은 광선 다발이 있다면, 다른 설정에도 그와 동일한 광선 다발이 존재합니다. 충분한 (정의되지 않은) 샘플링이 이루어진다면, 한 설정의 모든 광선 다발은 다른 설정에서 하나 이상의 캡처 영역에 포함될 것입니다. 그러나 해당 캡처 영역에 포함된 다른 광선 다발들은 동일하지 않을 수 있습니다. 따라서 한 설정에 나타나는 모든 산란광 특징은 다른 설정에도 나타나지만, 크기와 위치(각도)는 다를 수 있습니다.
평행광원은 모든 시나리오에 적합한 것은 아닙니다(예: 자동차 앞유리를 통해 테스트하는 경우 허블 우주 망원경 크기의 광학 장치가 필요함). 따라서 어떤 경우에는 발산광을 사용하여 테스트하는 것이 권장됩니다(측정 반복성은 다소 떨어질 수 있음).
| 콜리메이션 | 발산 | |
|---|---|---|
| 장점 |
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| 단점 |
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광원 레벨(밝기)
일차적으로, 산란광 테스트는 테스트에 사용된 조도와 무관합니다(정규화 덕분입니다). 그러나 실제로는 카메라의 제한된 다이내믹 레인지로 인해 산란광이 포화되거나 노이즈 플로어 이하로 떨어질 경우 조도가 중요해집니다.
| 통합 시간 | 샘플 이미지 | 메모 |
|---|---|---|
| 800 [ms] |  |
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| 200 [ms] |  |
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| 25 [ms] |  |
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| 1 [ms] |  |
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위 표는 다양한 조도에서 산란광 특성을 측정하는 방법을 보여줍니다. 참고: 넓은 범위의 산란광 반응을 측정하려면 여러 노출 수준이 필요할 수 있습니다.
소스 범위
광원 범위는 카메라 위치에서의 빔 크기를 나타냅니다. 이상적인 광원 범위는 카메라의 주요 표면 보다 약간 더 큽니다. 단, 이 범위는 테스트하는 모든 카메라마다 다를 수 있습니다.
키 표면 이란 다음과 같은 표면을 말합니다.
- 전면 광학 요소(예: 렌즈 또는 커버 글라스)
- 카메라의 전면 광학 소자를 "직접 보는" 모든 표면
주요 표면의 예는 다음과 같습니다.
- 전면 렌즈
- ND/UV 필터
- 이해할 수 없는
- 렌즈를 제자리에 고정하는 데 사용되는 기계적 표면
- 휴대폰 케이스
아래는 주요 표면의 예입니다(비광학 키 표면은 빨간색으로 표시됨).
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| 주요 표면으로는 전면 광학 요소와 차폐판이 있습니다. | 주요 표면에는 전면 광학 요소와 이를 제자리에 고정하는 데 사용되는 기계 부품이 포함됩니다. | 주요 표면으로는 전면 광학 요소와 렌즈 후드가 있습니다. |
참고: 광원의 범위가 주요 표면보다 훨씬 큰 경우, 빔에서 나오는 "추가" 빛이 카메라, 보조 장비 및/또는 실내에서 반사되어 다시 "장면"으로 퍼져나가 카메라가 받아야 할 것보다 더 심각한 산란광 측정값을 초래할 수 있으므로 테스트 위생 문제가 발생할 수 있습니다.
참고: 산란광 테스트를 진행하는 동안 모든 주요 표면을 (모든 각도에서) 모두 비춰야 합니다. 이는 단일 빔을 사용하거나 더 작은 빔을 주요 표면 위로 이동시키면서 수행할 수 있습니다.
참고: "시스템 수준" 테스트를 수행하는 경우 카메라 외부 표면(예: 자동차 보닛과 앞유리는 시스템 수준에서 중요한 표면임)도 중요한 표면으로 간주해야 합니다.
회전
카메라 회전 vs 광원 회전
언뜻 보기에 카메라를 회전시키는 것과 광원을 회전시키는 것은 기능적으로 동일합니다. 그러나 아래에서 설명하는 바와 같이 각각 장단점이 있습니다.
| 회전 카메라 | 회전 소스 | |
|---|---|---|
| 장점 |
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| 단점 |
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참고로, 회전 대상은 소스 장비일지라도 회전 지점은 일반적으로 DUT(테스트 대상 장비)를 기준으로 정의됩니다.
회전점
광원이 평행광이고, 충분히 크며, 공간적으로 균일하고, 주변이 무한히 검은색이라고 가정하면 회전점은 중요하지 않습니다. 회전점은 카메라(또는 광원)가 회전하는 기준점이 되는 카메라 상의 한 지점입니다.
그 이유는 다음과 같습니다.
- 완벽하게 평행광이 된 빔은 거리에 따라 조도가 일정합니다. 즉, 측정 거리에 관계없이 빛의 밝기에 변화가 없습니다.
- 완벽하게 평행화된 빔은 모든 광선이 같은 방향을 향하도록 합니다. 즉, 어떤 방향으로 이동하더라도 DUT와 빔 사이의 교차 각도는 항상 동일합니다.
- 공간적으로 균일한 광선은 광선 전체에 걸쳐 동일한 조도를 갖습니다. 즉, 광선의 진행 방향에 수직인 방향으로의 변위(중심 이탈)가 발생하더라도 조도에는 변화가 없습니다.
- 테스트 범위를 확보하려면 충분히 큰 빔이 필요합니다. 큰 빔을 사용할 수는 있지만, 테스트 설정에 추가적인 빛이 유입됩니다.
- 주변이 완전히 검은색이므로 산란광을 측정하는 기준이 되는 어둠의 수준을 제공하고, 측정 배경에 빛을 추가하는 데 꼭 필요한 것보다 큰 빔을 사용하는 영향을 줄여줍니다.
다만, 실제 테스트 환경에서는 이러한 가정들을 완벽하게 충족시키는 것이 불가능하다는 점에 유의하십시오.
다음은 고려해볼 수 있는 회전 지점입니다.
- 주요 표면의 최소 투영점(권장)
- 전면 렌즈 요소의 중앙
- 입학 학생 자리
- 출구 동공 위치
- 초점면 배열(검출기)의 중앙
- 임의의 지점 (매우 넓은 시야각에서 고정 장치를 시야에서 벗어나게 하는 데 유용할 수 있음)
평행광원을 사용하는 경우 회전 지점이 중요하지 않다면 최적 회전 지점을 고려할 수 있습니다. 최적 회전 지점은 주요 테스트 표면의 누적 투영각(전체 측정 각도)이 광원의 k 벡터(진동 방향)에 수직인 평면에 투영되는 것을 최소화하는 지점입니다. 아래 애니메이션에서 왼쪽 상단의 회전 지점이 가장 작은 투영각을 생성하는 것을 확인할 수 있습니다. 누적 투영각은 회전만으로 DUT 전체를 공간적으로 커버하는 데 필요한 최소 광원 크기입니다.
투영되는 빛의 총 크기를 최소화하면 더 작은 평행광 빔을 사용할 수 있습니다. 평행광원이 작을수록 제작이 용이하며, 광원에서 발생하는 "추가" 빛이 측정에 미치는 악영향이 줄어들어 검사의 질이 향상됩니다.
기타
다른 IQF와의 관계
다이나믹 레인지
다이내믹 레인지가 넓은 카메라는 더 넓은 입력 광량 범위에서 감도를 가져야 하므로 산란광에 더 민감합니다. 또한 다이내믹 레인지가 넓은 카메라는 강한 산란광(일반적으로 광원의 디지털 값에 가까움)과 약한 산란광(광원의 디지털 값 응답에서 멀리 떨어져 있음) 모두에 민감하게 반응할 수 있으므로 산란광을 더 잘 측정할 수 있습니다.
(어두운) 소음
현재 테스트에서는 모든 "신호"를 산란광으로 간주합니다. 그러나 암잡음은 엄밀히 말하면 산란광이 아닙니다. Imatest의 향후 버전에서는 암프레임을 빼서 암잡음과 산란광을 분리할 수 있도록 할 예정입니다.
왜곡
왜곡으로 인해 광원의 이미지가 변형될 수 있습니다. 이 경우 광원의 이미지를 적절하게 가리기 위해 더욱 복잡한 광원 마스킹 방법이 필요할 수 있습니다.
렌즈 광량 감소
렌즈 광량 저하는 측정된 산란광 값에 영향을 미칠 수 있습니다. Imatest의 산란광 분석에서는 렌즈 광량 저하는 고려되지 않습니다.
SFR/MTF
산란광 테스트에서는 흐림 현상과 산란광을 구분할 수 없습니다(즉, 테스트에서는 산란광과 빛의 흐릿한 이미지가 동일하게 보입니다). 직교적인 테스트 지표를 얻는 것이 목표라면 산란광 테스트 시 광원의 이미지가 초점이 맞아야 하며, 그래야 산란광과 SFR(Surface Frequency Resonance)을 더 명확하게 구분할 수 있습니다.
비대칭적인 점 확산 함수(PSF)를 갖는 광학 수차(예: 코마 수차 및 비점 수차)는 광원의 이미지를 길게 늘어뜨리는 현상을 초래할 수 있습니다. 이는 광원 이미지를 마스킹할 때 문제를 일으킬 수 있습니다.
보고 권장 사항
Imatest는 계산에 필요한 요소 외에도 다음과 같은 테스트 조건을 기록하고 보고할 것을 권장합니다.
광원
- 레벨(예: DUT에서의 조도)
- 각지름(DUT의 시야각 대비 광원의 직접상 각도 크기)
- 조리개 크기(최소 빔 크기)
- 발산각
- 소스 스펙트럼
- 시간적 안정성 측정
- 소스가 어떤 구성에 있든
테스트 대상 장치
- 일련번호
- 적분 시간
- 모드(예: 선형)
- 게인 스테이트
- 다크 노이즈
테스트 조건
- 광원-카메라 거리
- 정렬 정보(예: DUT 상의 기준점에 대한 회전점의 위치)
- 주변(실내) 온도
- 테스트 설정 사진