KR20230091893A - 제한된 유령 이미지 가시성을 가진 투과 광학 시스템, 투과 광학 시스템의 유령 이미지 가시성을 평가하기 위한 시스템 및 방법 - Google Patents

제한된 유령 이미지 가시성을 가진 투과 광학 시스템, 투과 광학 시스템의 유령 이미지 가시성을 평가하기 위한 시스템 및 방법 Download PDF

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KR20230091893A
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KR1020237013113A
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쥐스틴 흐동
일렌 모히
마몬지 까데
니꼴라 매트흐
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에씰로 앙터나시오날
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Abstract

본 발명은 적어도 서로 다른 곡률을 갖는 제1 표면(11) 및 제2 표면(12) 및/또는 렌즈 굴절력을 제공하도록 배치된 제1 표면 및 제2 표면을 갖는 투과 광학 시스템(1)에 관한 것이다. 본 발명에 따르면, 제1 코팅(21) 및 제2 코팅(22)은 광학 시스템(1)이 사전결정된 임계값보다 낮은 유령 이미지 가시성 평가의 비색 파라미터를 갖도록 구성되고, 상기 평가의 비색 파라미터는 적어도 제1 표면(11)과 제2 표면(12) 사이의 광원(5)으로부터의 광선(30)의 내부 반사에 의해서 그리고 광학 시스템(1)을 통한 투과에 의해서 형성된 적어도 하나의 유령 이미지의 총 유령 이미지 투과 계수에 기초하고, 광원으로부터의 광선은 0이 아닌 입사각으로 제1 표면 상에 입사하고, 총 유령 이미지 투과 계수는 가시 스펙트럼 대역에 걸쳐 통합되며 광원의 스펙트럼에 따라 달라진다.

Description

제한된 유령 이미지 가시성을 가진 투과 광학 시스템, 투과 광학 시스템의 유령 이미지 가시성을 평가하기 위한 시스템 및 방법
본 발명은 낮은 유령 이미지 가시성(ghost image visibility)을 가진 투과 광학 시스템, 그리고 투과 광학 시스템 내의 유령 이미지 가시성을 평가하기 위한 시스템 및 방법에 관한 것이다.
또한, 본 발명은 하나 또는 여러 개의 렌즈를 포함하는 광학 시스템 내의 유령 이미지 가시성을 감소시키기 위한 디바이스 및 방법에 관한 것이다.
또한, 본 발명은 유령 이미지 가시성을 감소시키도록 투과 광학 시스템의 적어도 하나의 반사 방지 코팅을 최적화하는 방법에 관한 것이다.
유령 이미지는 일반적으로 하나 또는 여러 개의 렌즈 내의 내부 반사로 인한 물리적 현상이다. 유령 이미지는 적어도 하나의 렌즈를 포함하는 광학 시스템을 통해서 광원을 바라볼 때 보일 수 있다. 유령 이미지는 렌즈 굴절력 또는 프리즘을 갖는 렌즈에서만 보일 수 있는데, 이는 그러한 렌즈가 유령 이미지를 광원의 직접 이미지로부터 각도상 분리시키기 때문이다. 유령 이미지는 또한 제1 렌즈가 다른 스펙터클 렌즈 상에 클립으로 고정될 때 제1 렌즈와 다른 렌즈의 표면 사이의 거짓 반사로 인해 나타날 수 있다.
그 컬러 및 세기에 따라, 유령 이미지는 착용자의 불편함을 야기할 수 있다.
야간 운전과 같은 특정 조건에서 편안함을 제공하고 광원의 유령 이미지를 제한하거나 방지하기 위해 반사 방지 코팅을 가진 광학 시스템을 제조하는 디바이스 및 방법이 많은 문서에 기술되어 있다.
그러나, 유령 이미지 가시성은 볼록 및 오목 표면 반사율 및 투과율 특성 뿐 아니라, 기판 흡수율 및 광원 스펙트럼과 같은 다수의 파라미터에 따라 달라진다.
특허 문헌 US 5,193,028에는 광이 적어도 두 개의 경계 반사 표면에 의해 반사될 때 유령 이미지를 형성하는 적어도 두 개의 경계 반사 표면을 갖는 복수의 투과 광학 소자를 포함하는 투과 광학 시스템이 개시되어 있다. 두 개의 경계 반사 표면은 넓은 파장 대역에 걸쳐 유령 이미지를 제거하기 위해 상보적인 반사 스펙트럼 곡선을 갖는 두 개의 반사 방지 코팅으로 코팅된다.
간행물["Ophthalmic lenses and dispensing", pages 75-87, 2008-01-01, Elsevier, XP055039205]에는 정상 입사각에서 입사 및 반사된 광으로 400 내지 700 nm 범위에서 계산되거나 측정된 반사율 스펙트럼에 기초하여, 광학 시스템을 통해 유령 이미지가 시야를 방해하는 것을 방지하기 위한 다층 및 광대역 반사 방지 코팅이 개시되어 있다. 문헌 US 2020/0284962는 부분적으로 투명한 재료에 광학 흡수체를 통합시킴으로써, 부분적으로 투명한 재료를 통해 바라볼 때 실제적이고 인지되는 눈부심을 감소시키는 방법, 시스템 및 구성에 관한 것이다.
반사 방지 코팅을 가진 렌즈의 경우, 각각의 반사 방지 코팅은 CIE 색 좌표(C, h°, Rv)로 표현되는 비색 파라미터를 사용하여 정의될 수 있으며, 여기서 C는 채도(chroma), h는 색조 각도(hue angle), Rv는 CIE 1931 광순응 관찰자 및 D65 표준 기준 발광체로부터 인간의 눈의 감도에 기초한 색의 광도(luminosity)를 나타낸다.
유령 이미지 가시성은 내부 반사가 적거나 많은 현상과 관련이 있다. 또한, 두 개 이상의 표면을 갖는 광학 시스템의 경우, 표면이 추가될 때마다 유령 이미지가 추가로 발생한다.
경험적으로, 광학 시스템의 적어도 하나의 표면에 반사 방지 코팅을 적용하는 것이 유령 이미지 가시성을 감소시킬 수 있다. 그러나, 모든 표면에 종래의 반사 방지 코팅을 사용하는 것은 유령 이미지를 예측 가능한 방식으로 방지하기에 충분하지 않다.
두 개 이상의 표면을 가진 투과 광학 시스템에서 유령 이미지 가시성을 수치적으로 평가하는 방법은 존재하지 않는다.
유령 이미지 가시성을 최소화하기 위해 투과 광학 시스템에서 하나 또는 여러 개의 코팅을 최적화하는 방법은 존재하지 않는다.
따라서, 두 개 이상의 표면을 갖는 투과 광학 시스템에서 유령 이미지 가시성을 평가하기 위한 기준, 시스템 및/또는 방법이 필요하다.
또한, 유령 이미지 가시성을 방지하거나 제한하기 위해 두 개 이상의 표면을 갖는 광학 시스템에서 반사 방지 코팅을 최적화하기 위한 방법이 필요하다.
따라서 본 발명의 일 목적은 적어도 제1 표면 및 제2 표면을 가진 투과 광학 시스템을 제공하는 것으로, 제1 표면 및 제2 표면은 서로 다른 곡률을 가지고/가지거나 제1 표면 및 제2 표면은 렌즈 굴절력(dioptric power)을 제공하도록 배치되고, 상기 투과 광학 시스템은 유령 이미지 가시성(ghost image visibility)에 대해 사전결정된 임계값보다 낮은 유령 이미지 가시성 평가의 비색 파라미터(colorimetric parameter)를 가지고, 상기 평가의 비색 파라미터는, 적어도 제1 표면과 제2 표면 사이의 광원으로부터의 광선의 내부 반사에 의해 및 광학 시스템을 통한 투과에 의해 형성된 적어도 하나의 유령 이미지의 총 유령 이미지 투과 계수에 기초하고, 광원으로부터의 광선은 0이 아닌 입사각으로 제1 표면에 입사되고, 총 유령 이미지 투과 계수는 가시 스펙트럼 대역에 걸쳐 상기 적어도 하나의 유령 이미지의 유령 이미지 투과율을 통합한 결과이며, 광원의 스펙트럼 및 CIE 1964 광순응 관찰자(photopic observer)에 대한 스펙트럼 광 효율에 따라 달라진다.
구체적이고 유리한 양태에 따르면, 투과 광학 시스템은 서로 다른 곡률을 갖는 정확히 두 개의 표면을 가지고, 광학 시스템이 가진 상기 두 개의 표면들 사이의 광선의 내부 반사에 의해서 그리고 광학 시스템을 통한 투과에 의해서 형성된 각각의 유령 이미지는 다음 공식을 사용하여 계산된 유령 이미지 투과율을 가지며:
Figure pct00001
여기서 λ는 가시 스펙트럼의 파장을 나타내고, 광원의 입사각은 15도로 설정되고 제1 표면 및 제2 표면을 지지하는 기판 내부의 굴절각 α에 상응하고, TCx(λ,15°)는 상기 입사각에서 제1 표면의 스펙트럼 투과를 나타내고, RBCc(λ,α)는 기판 매질 내부에서 발생하는 반사에 대한 상기 굴절각 에서의 제2 표면의 스펙트럼 반사를 나타내고, RBCx(λ,α)는 기판 매질의 내부에서 발생하는 반사에 대한 제1 표면의 스펙트럼 반사이고, TCc(λ,α)는 제2 표면의 스펙트럼 투과이며 Tint(λ,α)는 제1 표면과 제2 표면 사이의 스펙트럼 투과이다.
특정 실시형태에 따르면, 총 유령 이미지 투과 계수는 다음 공식을 사용하여 계산되고:
Figure pct00002
여기서 가시 스펙트럼 대역은 380 내지 780 나노미터 사이에서 연장되고, S(λ)는 광원의 스펙트럼 휘도를 나타내며,
Figure pct00003
은 CIE 1964 광순응 관찰자에 대한 스펙트럼 광 효율을 나타낸다.
특정 양태에 따르면, 제1 표면은 제1 코팅을 포함하고 제2 표면은 제2 코팅을 포함한다.
특정 실시형태에서, 투과 광학 시스템은 다른 코팅을 포함하는 적어도 다른 표면을 추가로 포함하고, 서로 다른 곡률 쌍을 갖는 제1 표면, 제2 표면 및 적어도 다른 표면 중 두 개의 서로 다른 표면의 각각의 쌍이 특정 유령 이미지를 형성하고, 각각의 특정 유령 이미지가 특정 유령 이미지 투과율을 가지며, 제1 코팅, 제2 코팅 및 상기 다른 코팅은 각각의 특정 유령 이미지가 사전결정된 임계값보다 낮은 총 유령 이미지 투과 계수를 갖도록 구성된다.
특정 양태에 따르면, 서로 다른 유령 이미지의 중첩에 의해 형성된 총 유령 이미지의 유령 이미지 투과율이 다음 공식을 사용하여 계산되고:
Figure pct00004
여기서 XY는 두 곡률 반경의 동일한 조합을 갖는 표면 X와 Y의 임의의 커플을 나타내고, Z는 표면 X와 Y 사이의 임의의 기판이고, W는 표면 X와 Y 사이에 위치된 표면 X 및 Y와는 상이한 표면이고, R은 고려된 인터페이스의 반사율을 나타내고, T는 표면 투과율을 나타내며 Tint는 상기 기판의 투과를 나타낸다.
대안적으로, 다른 특정 실시형태에 따르면, 투과 광학 시스템은 다른 코팅을 포함하는 적어도 다른 표면을 추가로 포함하고, 동일한 곡률 쌍을 갖는 제1 표면, 제2 표면 및 적어도 다른 표면 중 두 개의 서로 다른 표면의 각각의 쌍이 성분 유령 이미지 투과율을 갖는 동일한 특정 유령 이미지의 성분을 형성하며, 제1 코팅, 제2 코팅 및 상기 다른 코팅은 동일한 특정 유령 이미지에 대해서 총 유령 이미지 투과 계수가 동일한 특정 유령 이미지 투과율의 서로 다른 성분들의 합의 함수로서 계산되고 사전결정된 임계값보다 낮도록 구성된다.
특히, 각 유령 이미지의 총 유령 이미지 투과 계수는 다음 공식을 사용하여 계산되고:
Figure pct00005
여기서 가시 스펙트럼 대역은 380 내지 780 나노미터 사이에서 연장되고, S(λ)는 광원의 스펙트럼 휘도를 나타내고,
Figure pct00006
은 CIE 1964 광순응 관찰자에 대한 스펙트럼 광 효율을 나타내며,
Figure pct00007
는 동일한 곡률 커플을 가진 두 표면들의 모든 유령 이미지 투과율 성분의 합을 나타낸다.
특정 양태에 따르면, 총 유령 이미지 투과 계수는 투과 광학 시스템의 표면의 수, 각 표면의 투과 계수 및 투과 광학 시스템의 표면을 지지하는 각 기판의 투과 계수에 추가로 기초한다.
예를 들어, 광원은 2700켈빈과 6000켈빈 사이에 포함되는 색온도를 갖는 발광 다이오드이다.
특정 양태에 따르면, 유령 이미지 가시성에 대한 사전결정된 임계값이 0.010% 미만이며 바람직하게는 0.007%이다.
바람직하게는, 투과 광학 시스템은 제1 표면 및/또는 제2 표면 상에 적어도 하나의 반사 방지 코팅을 포함한다.
특정 실시형태에 따르면, 적어도 하나의 반사 방지 코팅은 제1 표면 상의 제1 반사 방지 코팅 및 제2 표면 상의 제2 반사 방지 코팅으로 구성된 한 쌍의 코팅을 포함하며, 상기 한 쌍의 코팅은 다음의 쌍들: 청색 반사 방지 코팅과 구리 반사 방지 코팅; 청색 반사 방지 코팅과 녹색 반사 방지 코팅; 오렌지색 거울과 청색 반사 방지 코팅; 청색 거울과 구리 반사 방지 코팅; 녹색 반사 방지 코팅과 구리 반사 방지 코팅; 구리 반사 방지 코팅과 구리 반사 방지 코팅 중에서 선택된다.
특정 실시형태에 따르면, 적어도 하나의 반사 방지 코팅은 제1 표면 상의 제1 반사 방지 코팅 및 제2 표면 상의 제2 반사 방지 코팅으로 구성된 한 쌍의 코팅을 포함하며, 상기 한 쌍의 코팅은, 구리 반사 방지 코팅, 녹색 반사 방지 코팅 및 주황색 거울 코팅 중 적어도 하나를 포함한다.
유리하게는, 구리 반사 방지 코팅은 적어도 6개의 층을 포함하는 다층 스택을 포함하고, 상기 다층 스택은 기판으로부터 멀어지는 방향을 따라 약 150 nm의 두께를 갖는 이산화 규소 층, 14 nm 내지 16 nm의 두께를 갖는 이산화 지르코늄 층, 28 nm 내지 32 nm의 두께를 갖는 이산화 규소 층, 87 nm 내지 93 nm의 두께를 갖는 이산화 지르코늄 층, 약 6,5 nm의 두께를 갖는 산화 주석 또는 인듐-주석 산화물 층, 및 71,7 nm 내지 77 nm의 두께를 갖는 이산화 규소 층을 포함한다.
특정 실시형태에 따르면, 상기 코팅들의 쌍은 구리 반사 방지 코팅과 청색 거울 또는 청색 반사 방지 코팅 중 적어도 하나를 포함한다.
본 발명의 다른 목적은 적어도 제1 표면 및 제2 표면을 가진 투과 광학 시스템의 유령 이미지 가시성을 평가하기 위한 방법을 제공하는 것으로, 제1 표면 및 제2 표면은 서로 다른 곡률을 가지고/가지거나 제1 표면 및 제2 표면은 렌즈 굴절력을 제공하도록 배치된다.
상기 목적은, 본 발명에 따라, 유령 이미지 가시성 평가의 비색 파라미터를 결정하는 단계를 포함하는 유령 이미지 가시성을 평가하기 위한 방법을 제공함으로써 달성되며, 상기 평가의 비색 파라미터는, 제1 표면과 제2 표면 사이의 광원으로부터의 광선의 내부 반사에 의해 및 광학 시스템을 통한 투과에 의해 형성된 적어도 하나의 유령 이미지의 총 유령 이미지 투과 계수에 기초하고, 광원으로부터의 광선은 0이 아닌 입사각으로 제1 표면에 입사되고, 총 유령 이미지 투과 계수는 가시 스펙트럼 대역에 걸쳐 상기 적어도 하나의 유령 이미지의 유령 이미지 투과율을 통합한 결과이며, 광원의 스펙트럼 및 CIE 1964 광순응 관찰자에 대한 스펙트럼 광 효율에 따라 달라진다.
상기 목적은, 본 발명에 따라, 적어도 제1 표면과 제2 표면을 갖는 투과 광학 시스템의 적어도 하나의 반사 방지 코팅을 최적화하는 방법을 제공함으로써 달성되며, 제1 표면은 제1 코팅을 포함하고 제2 표면은 제2 코팅을 포함하며, 제1 코팅과 제2 코팅 중 적어도 하나는 반사 방지 코팅이고, 제1 표면과 제2 표면은 상이한 곡률을 가지고/가지거나 제1 표면과 제2 표면은 렌즈 굴절력을 제공하도록 배치된다.
상기 목적은, 본 발명에 따라, 적어도 하나의 반사 방지 코팅을 최적화하는 방법을 제공함으로써 달성되고, 이 방법은,
a) 유령 이미지 가시성 평가의 비색 파라미터를 결정하는 단계로서, 상기 평가의 비색 파라미터는, 제1 표면과 제2 표면 사이의 광원으로부터의 광선의 내부 반사에 의해 및 광학 시스템을 통한 투과에 의해 형성된 적어도 하나의 유령 이미지의 총 유령 이미지 투과 계수에 기초하고, 광원으로부터의 광선은 0이 아닌 입사각으로 제1 표면에 입사되고, 총 유령 이미지 투과 계수는 가시 스펙트럼 대역에 걸쳐 상기 적어도 하나의 유령 이미지의 유령 이미지 투과율을 통합한 결과이며, 광원의 스펙트럼 및 CIE 1964 광순응 관찰자에 대한 스펙트럼 광 효율에 따라 달라지는, 단계;
b) 제1 코팅 및/또는 제2 코팅의 구조 및/또는 조성을 수정하는 단계, 및
c) 투과 광학 시스템이 유령 이미지 가시성에 대해 사전결정된 임계값보다 낮은 유령 이미지 가시성 평가의 비색 파라미터를 가질 때까지 단계 a) 및 b)를 반복하는 단계
를 포함한다.
발명의 다른 목적은, 적어도 제1 표면 및 제2 표면을 가진 투과 광학 시스템의 유령 이미지 가시성을 평가하기 위한 시스템을 제공하는 것으로, 제1 표면 및 제2 표면은 서로 다른 곡률을 가지고/가지거나 제1 표면 및 제2 표면은 렌즈 굴절력을 제공하도록 배치된다.
본 개시내용에 따르면, 상기 유령 이미지 가시성을 평가하기 위한 시스템은 유령 이미지 가시성 평가의 비색 파라미터를 결정하도록 구성된 프로세서를 포함하고, 상기 평가의 비색 파라미터는, 제1 표면과 제2 표면 사이의 점광원으로부터의 광선의 내부 반사에 의해 그리고 광학 시스템을 통한 투과에 의해 형성된 적어도 하나의 유령 이미지의 총 유령 이미지 투과 계수에 기초하고, 광원으로부터의 광선은 0이 아닌 입사각으로 제1 표면에 입사되고, 총 유령 이미지 투과 계수는 가시 스펙트럼 대역에 걸쳐 상기 적어도 하나의 유령 이미지의 유령 이미지 투과율을 통합한 결과이며, 광원의 스펙트럼 및 CIE 1964 광순응 관찰자에 대한 스펙트럼 광 효율에 따라 달라진다.
특정 양태에 따르면, 투과 광학 시스템은 제3 표면 및/또는 제4 표면을 가지고, 그리고 상기 유령 이미지 가시성을 평가하기 위한 시스템은 두 개의 서로 다른 곡률의 동일한 커플을 갖는 모든 표면들의 쌍들 사이에서 광선의 내부 반사에 의해 형성된 각각의 유령 이미지의 총 유령 이미지 투과 계수를 결정하도록 구성된 프로세서를 포함하고, 상기 총 유령 이미지 투과 계수는 두 개의 서로 다른 곡률의 동일한 커플을 갖는 모든 표면들의 쌍들에 대한 각각의 유령 이미지 투과율 성분의 합에 따라 달라진다.
다른 양태에 따르면, 투과 광학 시스템은 제3 표면 및/또는 제4 표면을 가지고, 그리고 상기 유령 이미지 가시성을 평가하기 위한 시스템은 두 개의 서로 다른 곡률을 갖는 표면들의 각각의 커플 사이에서 광선의 내부 반사에 의해 형성된 각각의 유령 이미지의 유령 이미지 투과 계수를 결정하도록 구성된 프로세서를 포함하고, 상기 총 유령 이미지 투과 계수는 각각의 유령 이미지의 유령 이미지 투과 계수의 합에 따라 달라진다.
본 발명의 내용에 포함됨.
첨부 도면을 참조하여 이루어지는 이하의 설명은 본 발명이 무엇으로 구성되고 어떻게 달성될 수 있는지를 명확하게 할 것이다. 본 발명은 도면에 예시된 실시형태(들)로 제한되지 않는다. 따라서, 청구범위에서 언급된 특징부 다음에 참조 부호가 붙는 경우, 이러한 부호는 청구범위의 명료성을 제고시킬 목적으로만 포함되며, 청구범위의 범위를 제한하기 위한 것이 아님을 이해해야 한다.
이제, 첨부 도면 및 상세한 설명과 관련하여 이루어지는 이하의 간단한 설명을 참조하며, 여기에서 유사한 참조 번호는 유사한 부분을 나타낸다.
첨부 도면에서:
도 1은 안과용 렌즈의 단면도 및 유령 이미지 형성 원점에서의 입사 광선의 내부 반사를 나타내고;
도 2는 광학 시스템을 통해 광원의 유령 이미지를 관찰하기 위한 시스템을 도시하고;
도 3은 광학 시스템을 통해서 보이는 동일한 광원의 직접 이미지와 유령 이미지의 예를 도시하고;
도 4는 안과용 렌즈의 단면도 및 유령 이미지 형성 원점에서의 입사 광선의 내부 반사를 나타내고;
도 5a 내지 5c는 2렌즈 광학 시스템의 한 쌍의 표면들 사이의 내부 반사에 의해 형성된 각각의 유령 이미지를 도시하고; 도 5d는 별개의 유령 이미지를 생성하지 않는 동일한 곡률 반경을 가진 표면들 사이의 내부 반사를 도시하고;
도 6은 2렌즈 광학 시스템 내의 유령 이미지 형성의 광선 추적(raytracing) 시뮬레이션의 예를 도시하고;
도 7은 유령 이미지 투과를 결정하기 위해 사용되는 서로 다른 파라미터(입사각, 굴절각, 2-표면 광학 시스템의 투과 및 반사 계수)를 도시하고;
도 8은 주간 및 야간 시야 조건 각각에서 서로 다른 유형의 관찰자에 대한 스펙트럼 광 효율을 나타내고;
도 9는 다양한 2-표면 광학 시스템에 대한 전체 유령 이미지 투과의 로그 함수로서 유령 이미지 가시성을 평가한 결과를 도시하고;
도 10은 다양한 2-표면 광학 시스템에 대한 전체 유령 이미지 투과의 콘트라스트(contrast)와 로그 사이의 상관관계 곡선을 도시하고;
도 11은 광학 시스템의 4개의 표면들 및 A로 지정된 제1 표면과 D로 지정된 제4 표면 사이의 내부 반사에 의한 유령 이미지의 형성을 개략적으로 도시하고;
도 12는 광학 시스템의 4개의 표면들 및 B로 지정된 제2 표면과 D로 지정된 제4 표면 사이의 내부 반사에 의한 유령 이미지의 형성을 개략적으로 도시하고;
도 13은 광학 시스템의 4개의 표면들 및 C로 지정된 제3 표면과 D로 지정된 제4 표면 사이의 내부 반사에 의한 유령 이미지의 형성을 개략적으로 도시하고;
도 14 내지 17은 본 개시내용에 따라 유령 이미지 가시성을 감소시키기 위해 적어도 하나의 코팅이 최적화되는 서로 다른 2렌즈 광학 시스템을 도시한다.
이하의 설명에서, 도면은 반드시 실제 축척으로 도시될 필요는 없으며, 특정 특징부가 명확성과 간결성을 위해 또는 정보 제공의 목적으로 일반화되거나 개략적인 형태로 도시될 수 있다. 또한, 다양한 실시형태를 형성하고 사용하는 것이 아래에 상세히 설명되지만, 본원에 설명된 바와 같이, 다양한 맥락에서 구현될 수 있는 다수의 본 발명의 개념이 제공됨을 이해해야 한다. 본원에서 논의된 실시형태는 단지 대표적인 것이며 본 발명의 범위를 한정하지 않는다. 또한, 프로세스와 관련하여 정의되는 모든 기술적 특징이 장치에 대하여 개별적으로 또는 조합하여 전치될 수 있고, 역으로, 장치와 관련하여 정의되는 모든 기술적 특징이 프로세스에 대하여 개별적으로 또는 조합하여 전치될 수 있다는 점이 통상의 기술자에게는 명백할 것이다.
디바이스 및 프로세스
도 1은 제1 표면(11) 및 제2 표면(12)을 갖는 단일 안과용 렌즈(1)로 구성된 광학 시스템의 단면도를 도시한다. 제1 표면(11) 및 제2 표면(12)은 서로 다른 곡률을 가지고/가지거나 제1 표면(11) 및 제2 표면(12)은 렌즈 굴절력을 제공하도록 배치된다. 일반적으로, 안과용 렌즈의 경우에, 제1 표면(11)은 볼록하고 제2 표면(12)은 오목하다. 도 1은 또한 안과용 렌즈(1) 상으로 향하는 입사 광선(30)을 생성하는 점광원(5)과 렌즈(1)를 통한 광선의 2개의 주요 광 경로를 도시한다. 직접 투과된 광선(40)은 투과된 광이 렌즈의 제1 표면(11)과 제2 표면(11)을 직접 통과하고, 그에 따라 렌즈 기판을 1회 통과할 때에 형성된다. 1차 반사된 광선(41)은 입사광이 제2 표면(12)에 대한 내부 반사를 겪은 다음 제2 표면(12)을 통과하기 전에 렌즈의 제1 표면(11)에 대한 내부 반사를 겪고, 그에 따라 렌즈 기판을 2회 통과할 때에 형성된다. 특정 조건 하에서, 유령 이미지가 형성된다. 특히, 점광원(5)의 경우, 제1 표면(11)에 대한 입사 광선(30)의 입사각이 0과 다르거나, 또는 0이 아닌 경우, 직접 투과된 광선(40)과 1차 반사된 광선(41)이 각도상 분리된 방향을 따라서 전파되고 광원(5)의 2개의 다른 이미지를 형성하기 쉽다. 직접 이미지(6)는 직접 투과된 광선(40)의 방향을 따라서 형성된다. 광원(5)의 유령 이미지(7)는 1차 반사된 광선(41)의 방향을 따라서 형성된다. 따라서, 유령 이미지 형성은 렌즈(1) 내부의 내부 반사로 인한 물리적 현상이다. 유령 이미지(7)는 렌즈 굴절력 또는 프리즘을 갖는 렌즈에서만 보일 수 있는데, 이는 그러한 렌즈가 광학 시스템을 통해서 유령 이미지를 광원의 직접 이미지(6)로부터 각도상 분리시키기 때문이다.
도 2는 유령 이미지를 관찰하기 위한 시스템을 도시한다. 유령 이미지(7)는 렌즈(1)를 통해서 광원(5)을 바라볼 때 보일 수 있다. 점광원(5)은 예를 들어 발광 다이오드(LED)이다. 유령 이미지의 존재는, 유령 이미지의 색상 및 강도에 따라, 착용자의 불편함의 원인이 될 수 있다.
도 3은 LED 소스 및 자신의 양면에 높은 채도를 갖는 블루 코팅된 렌즈를 사용하여 형성된 직접 이미지(6) 및 유령 이미지(7)의 예를 도시한다. 직접 이미지(6)는 어두운 배경에서 선명하고 강렬하게 나타난다. 유령 이미지(7)는 덜 강렬하고 예를 들어 여기에서는 청색으로 착색된 것처럼 나타난다.
광은 렌즈의 각각의 면으로부터 반사되기 때문에, 각각의 면에 침착된 코팅의 비색 특성이 유령 이미지에 영향을 미친다. 제1 표면(11) 상의 제1 코팅(21), 그리고 제2 표면(12) 상의 제2 코팅(22)을 각각 지정한다. 제1 코팅 및 제2 코팅 각각은: 반사 방지 코팅, 미러 코팅, 하드코트 중에서 선택된다. 각 코팅은 단일 층 또는 다층 스택으로 구성될 수 있다.
유령 이미지의 가시성을 최소화하면서 직접 이미지의 가시 투과율을 최대화하는 것이 바람직하다.
그러나, 제1 코팅과 제2 코팅의 비색 측정과 유령 이미지 가시성 사이의 연결성은 명확하지 않다. 코팅의 비색 측정은 (Rv, C, h)와 같은 3D 비색 좌표를 사용하여 정의될 수 있고, 여기서 h는 색조 각도(hue angle), C는 채도(chroma)를 나타내며, Rv는 인간 눈의 감도에 기초한 색의 광도(luminosity)를 나타낸다(Rv의 경우 CIE 1931, 채도 및 색조와 D65 발광체의 경우 CIE 1964에서). 두 가지 반사 방지 코팅의 조합을 고려할 때, 많은 비색 파라미터가 존재한다: 각 코팅에 대한 Rv, 채도, 색조 각도.
경험적으로, 단일 렌즈의 볼록한 표면과 오목한 표면 상의 반사 방지 코팅의 서로 다른 조합들이 뚜렷하게 다른 유령 이미지 가시성을 야기하는 것으로 관찰되었다.
제1 근사치에 따르면, 단일 렌즈의 경우, 유령 이미지 가시성은 제1 (볼록) 표면(11)에 대한 Rv와 제2 (오목) 표면(12)에 대한 Rv 모두에 연결된다. 그러나, 볼록면에는 동일한 코팅을, 그리고 오목면에는 동일한 Rv 값을 가진 두 개의 서로 다른 코팅을 갖는 렌즈 구성이 존재하며, 이는 뚜렷하게 다른 유령 이미지를 발생시킨다.
예를 들어, 채도가 높은 청색 코팅으로 구성된 제1 코팅(21) 및 후면의 제2 코팅을 가진 렌즈를 고려한다. 제2 코팅(22)이 0,96의 Rv를 갖는 청색 반사 방지 코팅으로 구성되었을 때 유령 이미지가 진한 청색으로 나타난다. 그러나, 제2 코팅(22)이 동일한 0,96의 Rv를 갖는 녹색 반사 방지 코팅으로 구성되었을 때, 유령 이미지는 훨씬 더 어둡고 어두운 배경에서 거의 사라진다.
또한, 반사 방지 색상은 일반적으로 주광 조명에 해당하는 D65 표준 발광체를 사용하여 계산되는 것이 본 명세서에서 관찰된다. 그러나 D65 표준 발광체는 일반적으로 어두운 배경 상의 점 광원으로부터 형성되는 유령 이미지의 관찰에는 적합하지 않은 것으로 보인다.
안과용 시스템이 두 개 이상의 표면을 가지고(N2), 표면들 중 하나가 상이한 곡률을 갖는 경우, 이들 표면 사이의 다수의 내부 반사로 인해 복수의 유령 이미지가 나타나기 쉽다.
두 개의 표면을 가진 안과용 시스템의 경우, 시스템 내부에 이중 반사에 의해 형성된 단일, 또는 1차 유령 이미지가 존재한다. 그로부터, 각각의 추가 표면이 추가의 유령 이미지를 발생시킨다. 따라서, N2 표면을 가진 시스템에는 (N-1)!의 잠재적인 1차 유령 이미지가 존재한다.
두 개 이상의 표면을 가진 안과용 시스템은 일반적으로 제1 렌즈(1)와 제2 렌즈(2)의 조합으로 구성되지만, 이에 제한되지 않는다. 제1 렌즈는 일반적으로 평면 렌즈이고 제2 렌즈는 볼록 렌즈이다. 이러한 조합은 평면 렌즈(에크로믹, 선글라스 등)에 처방을 제공하기 위한 목적일 수 있다. 이와 다르게, 이러한 조합은 굴절 렌즈 위에, 임시로 또는 임시가 아닌 방식으로, (주간 또는 야간 운전용 클립 세트 또는 증강 현실 렌즈와 같이) 추가적인 기능을 제공하기 위한 것일 수 있다.
두 개 이상의 표면을 가진 안과 시스템 중 대다수의 시스템은, 이들 표면에 대한 곡률 반경의 특정 조합으로 배치된 4개의 표면을 가진다. 일반적으로, 하나의 표면을 제외한 모든 표면은 서로 평행하거나 동일한 (또는 거의 동일한) 곡률 반경을 가진다. 두 개의 클립으로 고정된 렌즈의 인터페이스에서 동일한 곡률 반경을 사용하는 것은 기계적 제약에 의해 정당화된다.
예를 들어, 도 4에 도시된 바와 같이, 안과용 시스템은 제1 렌즈(1) 및 제2 렌즈(2)로 구성된다. 제1 렌즈(1)는 제1 곡률 반경(R1로 지정됨)을 갖는 제1 볼록 표면(11) 및 동일한 곡률 반경(R1)을 갖는 제2 오목 표면(12)을 구비한다. 제2 렌즈(2)는 동일한 제1 곡률 반경(R1)을 갖는 제3 볼록 표면(13) 및 R1과 상이한 제2 곡률 반경(R2로 지정됨)을 갖는 제4 오목 표면(14)을 구비한다.
두 개 이상의 표면을 가진 안과용 시스템의 경우, 여러 개의 유령 이미지가 형성된다. 점광원(5)은 0이 아닌 입사각을 갖는 안과용 시스템의 제1 렌즈(1)로 향하는 입사 광선(30)을 생성한다. 도 4는 제1 렌즈(1) 및 제2 렌즈(2)를 통과하는 광선의 주요 광 경로를 도시한다. 투과된 광이 제1 렌즈(1)의 제1 표면(11) 및 제2 표면(12)을 직접 통과한 후 제2 렌즈(2)의 제3 표면(13) 및 제4 표면(14)을 통과할 때 직접 투과된 광선(40)이 형성된다. 직접 투과된 광선(40)은 제1 렌즈(1)의 기판을 한 번 통과하고 제2 렌즈(2)의 기판을 한 번 통과한다. 1차 반사된 광선(43)은 입사광이 제2 렌즈(2)의 제4 표면(14)에 대한 내부 반사 및 제4 표면(14)을 통과하기 전에 제2 렌즈(2)의 제3 표면(13)에 대한 내부 반사를 겪고, 그에 따라 제1 렌즈(1)의 기판을 1회 통과하고 제2 렌즈(2)의 기판을 2회 통과할 때에 형성된다(도 5a). 다른 1차 반사된 광선(42)은 입사광이 제2 렌즈(2)의 제4 표면(14)에 대한 내부 반사 및 제1 렌즈의 제2 표면(12)에 대한 내부 반사를 겪은 다음, 제2 렌즈(2)의 제3 및 제4 표면을 통과할 때에 형성된다(도 5b). 이러한 다른 1차 반사된 광선(42)은 따라서 제1 렌즈(1)의 기판을 1회 통과하고 제2 렌즈(2)의 기판을 3회 통과한다. 또 다른 1차 반사된 광선(41)은 입사광이 제2 렌즈(2)의 제4 표면(14)에 대한 내부 반사 및 제1 렌즈의 제1 표면(11)에 대한 내부 반사를 겪은 다음, 제2, 제3 및 제4 표면을 통과할 때에 형성된다(도 5c). 또 다른 1차 반사된 광선(41)은 따라서 제1 렌즈(1)의 기판을 3회 통과하고 제2 렌즈(2)의 기판을 3회 통과한다. 1차 반사된 광선(43, 42, 41)은 서로 평행하다.
이러한 특정 구성은 유령 이미지와 관련하여 여러 결과를 갖는다. 동일한 두 개의 서로 다른 곡률 반경(R1, R2)의 조합으로 인해 발생하는 모든 유령 이미지(도 5a, 5b, 5c)는 1차 유령 이미지(도 6)에서 함께 결합됨에 따라 별개의 이미지일 때보다 더 잘 보인다.
일부 유령 이미지는 (둘 다 동일한 곡률 반경(R1)을 갖는) 평행한 표면 사이에서 발생하기 때문에 직접 이미지와 병합되므로, 보이지 않는다. 예를 들어(도 5d 참조), 반사된 광선(50)은 제2 표면(12) 및 제1 표면(11)에 대한 내부 반사에 의해 형성되며, 제1 렌즈의 제2 표면(12) 및 제2 렌즈(2)의 제3 및 제4 표면을 통해서 투과된다. 반사된 광선(50)은 유령 이미지를 생성한다. 그러나, 직접 투과된 광선(40)과 반사된 광선(50)은 평행한 방향을 따라 전파되므로, 이러한 유령 이미지는 점광원(5)의 직접 이미지 상에 중첩된다.
도 6은 도 4 및 5에 도시된 바와 같이 코팅이 없는 2렌즈 광학 시스템에서 유령 이미지 형성의 광선 추적(raytracing) 시뮬레이션의 예를 도시한다. 여기에서 사용된 시뮬레이션 소프트웨어는 Zemax OpticStudio 소프트웨어이다. 시뮬레이션에 사용된 광원은 40 mm 정사각형으로, 광학축으로부터 15도 입사각으로, 눈에서부터 500 mm 떨어진 곳에 배치되었다. 광원은 세 가지 동일하게 가중되는 파장: 486 nm, 588 nm, 656 nm을 가진다. 광원의 색온도는 약 4000K LED이다. 서로 다른 곡률 반경(R1=193 mm 및 R2=117 mm)을 갖는 한 쌍의 표면에 대한 2렌즈 광학 시스템 내의 내부 반사에 의해 형성된 세 개의 유령 이미지는 주 이미지(6)에 대해 공간적으로 오프셋된 단일 유령 이미지(7) 내에 결합된다. 다른 미광(stray light)(8)이 또한 생성된다. 그러나, 이러한 잔류 미광(8)은 실질적으로 인간의 눈에는 거의 보이지 않는다.
단일 렌즈를 가진 안과용 시스템의 경우, 일반적인 반사 방지 코팅을 가진 두 개의 표면(N=2)을 제공하는 것이 유령 이미지의 가시성을 감소시키기에 충분할 수 있다.
그러나, (앞선 예에서와 같이, 동일한 곡률 반경(R1)을 가진 세 개의 표면 및 상이한 곡률 반경(R2)을 가진 한 개의 표면을 갖는) 두 개의 렌즈가 있는 안과용 시스템의 경우, 유사한 강도의 유령 이미지 세 개가 중첩되며, 결과적으로 세 개의 유령 이미지 전부의 투과율의 합이 대략 3배 더 높다. 그러나, 모든 표면에 일반적인 반사 방지 코팅을 제공하는 것은 일반적으로 결과적인 유령 이미지의 가시성을 가시성 임계값 아래로 감소시키기에는 충분하지 않다. 보다 일반적으로, 곡률 반경의 서로 다른 조합은 서로 다르게 중첩하는 서로 다른 수의 유령 이미지를 생성한다.
따라서, 본 개시내용의 목적은 유령 이미지 가시성을 평가하기 위한 다른 기준을 제안하는 것이다.
보다 정확하게는, 본 출원인은 유령 이미지 가시성을 평가하기 위한 적절한 비색 파라미터를 제안한다. 이러한 새로운 파라미터는 유령 이미지 스펙트럼의 계산에 기초하며, 또한 광원의 스펙트럼 및 종래의 CIE 1931 관찰자보다 더 관련성이 높은 것으로 밝혀진 CIE 1964 관찰자를 포함한다. 아래에서는, 적어도 두 개의 표면을 가진 안과용 시스템에 대한 계산 방법이 명시된다.
이하에서 TGI로 지정되는 새로운 파라미터인 총 유령 이미지 투과 계수는, 두 개의 표면을 가진 광학 시스템의 유령 이미지 투과 또는 두 개 이상의 표면을 가진 광학 시스템의 총 유령 이미지 투과가 지각(perception)과의 강한 상관관계에 의해서 지지됨을 나타내며, 이는 훈련되지 않은 관찰자를 대상으로 한 연구와 훈련된 관찰자를 대상으로 한 다른 연구의 결과에 의해 입증된다. 지각 데이터 덕분에, 반사 방지 코팅의 조합에 대한 유령 이미지의 위험성 기준이 구축될 수 있으며 적어도 두 개의 표면을 가진 광학 시스템의 반사 방지 설계 단계에서 통합될 수 있다. 본 출원인은 또한 유령 이미지 가시성에 대한 수치 임계값을 결정한다.
1. 두 개의 표면을 가진 광학 시스템 내의 T GI 정의 및 계산
비색 파라미터를 계산하기 위해, 제1 단계에서 유령 이미지의 투과율 스펙트럼을 사용한다. 투과율 스펙트럼은 유령 이미지 색상에 대한 설명 정보를 획득할 수 있게 한다. 이것으로부터 유령 이미지를 간결하고 정확하게 기술하고 평가할 수 있는 수치 매개변수를 도출한다.
현재, 유령 이미지는 직접 측정될 수 없으며 매우 특정한 분광계 장비와 획득 조건을 필요로 할 수 있기 때문에, 모델화된다.
유령 이미지의 투과율 스펙트럼을 계산하기 위한 수치 시뮬레이션 도구가 Matlab에서 개발되었다. 유령 이미지의 투과율 스펙트럼은 Macleod 소프트웨어의 vStack 기능(Macleod Enhanced Edition에서 이용가능)에서도 계산될 수 있다.
수치 시뮬레이션은 도 7 에 개략적으로 도시된 다음의 가정에 기초한다:
- 평행하는 두 표면의 근사치(렌즈 보정은 고려되지 않음),
- 기판 흡수 및 두께가 고려되고,
- 입사각 15도로 계산이 이루어진다.
입사각은 평균 관찰 각도를 나타내도록 15도로 설정된다. 그러나, 필요한 경우 보다 구체적인 조건들의 세트에 일치하도록 임의의 0이 아닌 입사각, 바람직하게는 5도 내지 30도의 입사각이 사용될 수 있다.
유령 이미지의 색상은 380 내지 780 nm 스펙트럼 범위에서 유령 이미지의 투과율을 사용하여 계산된다.
색상 계산을 위한 기준 발광체는 일반적으로 일광을 나타내는 표준 발광체인 D65이다. 그러나, 유령 이미지는 '일광(daylight)'이 아닌 점광원이 필요하기 때문에 일광 하에서는 관찰되지 않는다. 일반적으로 사람들은 태양을 직접 바라보지 않기 때문에 일반적으로 햇빛 역시 적합하지 않다.
결과적으로, 여기서 선택된 기준 발광체는 관찰에 사용되고 측정되어온 특정 광원이다. 예를 들어, 기준 발광체는 2700 켈빈 내지 6000 켈빈에 포함되는 색온도를 갖는 LED, 특히 4000K LED이거나, 또는 필라멘트 램프, 할로겐 램프, 또는 심지어 태양과 같은 임의의 점광원이다. 본 문서에서, 점광원은 렌즈를 통해 관찰자의 시야에 비해 작게 나타나는 광원이다. 예를 들어, 광원의 각도 크기는 관찰자의 전체 시야보다 5-10배 이상 더 작다. 본 개시내용에서 수행된 계산은 광학의 일반적인 정의에 의해서 의도된 바와 같이, 광원을 점광원으로 근사한다.
색상은 다음의 도구로 계산된다: 필요한 색상 계산 기능은 Matlab(상용 도구상자로도 이용가능) 상에 구현되어 왔으며, Macleod는 내장된 색상 계산 기능을 가진다.
CIE XYZ 색 좌표계에서, 반사 방지 코팅의 RV는 2도 관찰자(CIE 1931 관찰자)를 사용하여 반사 방지의 반사율로부터 계산된 Y 삼자극 값(휘도를 나타내는 값)에 해당한다. 본 명세서에서 TGI는 10도 관찰자(또는 CIE 1964 관찰자)를 사용하여 대신 계산된 유령 이미지 투과율의 Y 삼자극 값으로서 정의된다. 10도 관찰자는 2도 관찰자의 업데이트 버전으로, 청색 파장 범위에서 보정을 제공하며, 색상 계산을 위한 CIE 권장사항이다. RV와 같이, TGI는 %로 표시된다. 다시 말해, TGI는 CIE 1964 광순응 관찰자로부터의 인간의 눈 감도에 기초하고 (D65 표준 기준 대신) 점광원 발광체의 스펙트럼에 기초하는 유령 이미지 색상의 휘도를 나타내는 비색 파라미터에 해당한다.
도 8은 주간(또는 광순응) 및 야간(또는 암순응) 시야 조건 각각에서 서로 다른 유형의 관찰자에 대한 스펙트럼 광 효율(임의 단위의 S.I.)을 도시한다. 곡선(51)은 광순응 CIE 1931 관찰자, 즉 주간 시야 조건에서 2도 관찰자에 대한 스펙트럼 광 효율을 나타낸다. 곡선(52)은 암순응 CIE 1951 관찰자, 즉 야간 시야 조건에서 2도 관찰자에 대한 스펙트럼 광 효율을 나타낸다. 곡선(53)은 유령 이미지 가시성을 평가하기 위해 본 개시내용에 따라 선택된 광순응 CIE 1964 관찰자, 즉 주간 시야 조건에서 10도 관찰자에 대한 스펙트럼 광 효율을 나타낸다.
본 경우에서, CIE 1964 관찰자는 두 가지 이유로 선택된다. 첫째로, (대부분의 경우) 유령 이미지는 색상을 가지며, CIE 1964 관찰자는 색상 계산에 권장되는 관찰자인 반면, CIE 1931 관찰자는 RV와 같은 표준 값에 사용된다. 두 번째 이유는 실험 결과와 관련이 있으며 이후에 기술될 것이다.
유령 이미지 가시성 기준의 경우, 1931 관찰자의 사용을 필요로 하는 기존 표준이 존재하지 않는다. 결과적으로, 위의 이유들로 보다 적합한 것으로 보이는 1964 관찰자를 사용할 것을 제안한다.
두 개의 표면을 가진 광학 시스템에 대해 TGI로 지정된 유령 이미지의 투과 또는 유령 이미지 투과 계수는 다음의 식 (I)에 의해서 계산되고:
Figure pct00008
여기서 S(λ)는 380 nm 내지 780 nm의 가시 스펙트럼 범위에서 파장 λ에 따른 광원의 스펙트럼을 나타내고, T(λ, 15°)는 15도의 입사각에 대해 파장 λ에 따른 유령 이미지 투과율이며,
Figure pct00009
은 ('10° 관찰자'로도 알려진) CIE 1964 광순응 관찰자에 대한 스펙트럼 광 효율이다.
두 개의 표면을 가진 광학 시스템의 유령 이미지 투과율은 다음 식 (II)를 사용하여 계산된다:
Figure pct00010
여기서 TCx(λ,15°)는 파장 λ에 따라 입사각 15도에 대해 제1 (볼록) 표면(11)을 통과하는 입사 광선의 스펙트럼 투과를 나타내고, RBCc(λ,α)는 파장 λ에 따라 굴절각 대해 기판 매체의 내부로부터 발생하는 반사에 대한 제2 (오목) 표면(12) 상에서의 광선의 스펙트럼 반사를 나타내고, RBCx(λ,α)는 파장 λ에 따라 굴절각 대해 기판 매체의 내부로부터 발생하는 반사에 대한 제1 (볼록) 표면(11) 상에서의 광선의 스펙트럼 반사를 나타내고, TCc(λ,α)는 파장 λ에 따라 굴절각 대해 기판 매체로부터 공기 중으로 발생하는 투과에 대한 제2 (오목) 표면(12)을 통과하는 광선의 스펙트럼 투과를 나타내며, Tint(λ,α)는 파장 λ에 따라 굴절각 대해 제1 및 제2 표면을 지지하는 기판을 통과하는 광선의 스펙트럼 투과를 나타낸다(도 7 참조).
입사각이 15도인 경우, 굴절각은 스넬-데카르트(Snell-Descartes) 공식으로부터 도출되고:
Figure pct00011
여기서 nair는 공기의 굴절률이고, nsubstrate는 렌즈 기판의 굴절률이다.
두 개의 표면을 가진 광학 시스템의 경우, 유령 이미지 가시성에 대한 수치 임계값을 0,007%로 결정하였다. 다시 말해, N=2인 경우, 유령 이미지 가시성의 수치 임계값은 TGI=0.007%로 확인된다.
위의 공식 TGI(15°)를 사용하여, 유령 이미지 가시성의 수치 임계값인 0.007%보다 낮은 유령 이미지 투과율을 획득하기 위해 제1 및 제2 표면 상의 코팅이 최적화될 수 있다.
새로운 파라미터인 총 유령 이미지 투과 계수 TGI는, 지각과의 강한 상관관계에 의해서 지지되며, 이는 훈련되지 않은 관찰자를 대상으로 한 연구와 훈련된 관찰자를 대상으로 한 다른 연구의 결과에 의해 입증된다. 지각 데이터 덕분에, 반사 방지 코팅의 조합에 대한 유령 이미지의 위험성 기준이 구축될 수 있으며 적어도 두 개의 표면을 가진 광학 시스템의 반사 방지 설계 단계에서 통합될 수 있다.
보다 정확하게는, 두 가지 독립적인 방법인: 머신 러닝에 기초한 제1 방법 및 전문가 관찰자에 의해 매겨진 점수와 TGI에 대한 상관관계에 기초한 제2 방법 을 이용하여 유령 이미지 가시성의 수치 임계값을 경험적으로 결정해왔다.
2. 머신 러닝을 통한 T GI 임계값의 결정
다양한 조합의 반사 방지 코팅(또는 AR 조합)으로 코팅된 28개 렌즈들의 세트를 준비하였다. 다른 모든 렌즈 파라미터는 동일하다(렌즈 굴절력: -2.00 D, 기판: CR39, 인덱스 일치 하드코트 1.5).
한 면에서, 색상 데이터는 각 렌즈/AR 조합과 연관된다. 유령 이미지 색상 좌표(TGI,a*,b*,C*,h)는 관찰에 사용되는 4000K LED(중성 백색)의 광원 스펙트럼 S(λ)를 사용하여 이전 단락에서 설명된 바와 같이 각 렌즈에 대해 계산된다. 볼록 및 오목 AR 색상(Rv, a*,b*,C*,h)(Cx색상 및 Cc 색상)은 연구에서 관찰된 것과 정확히 동일한 렌즈의 반사율 측정값과 4000K LED의 스펙트럼으로부터 계산된다. 이러한 연구에서, TGI와 동일한 방식으로, (1931 관찰자를 사용한 RV대신) 1964 관찰자를 사용하여 Y10이 계산된다.
다른 면에서, 인지 데이터가 수집된다. 28개의 렌즈와 16개의 관찰자를 대상으로 내부 인지 연구가 수행되었다. 유령 이미지는 특정 조건 하에서 관찰되었다. 특히, 이러한 조건은 광원으로서 4000K LED, 밝은 회색 배경 및 실내의 인공 조명을 켜는 것을 포함한다. 이러한 조건들의 특정 세트는 유령 이미지가 더 잘 보이게 하는 '검은 배경과 어두운 환경'과 같은 다른 조건들의 세트와는 대조적으로, 실제의 일상적인 조건에 보다 가깝도록 만들어졌다.
결과적으로, 이들 조건에서는 관찰자가 어떠한 유령 이미지도 볼 수 없는 일부 렌즈가 존재한다. 관찰자는 어떤 렌즈가 유령 이미지를 전혀 갖지 않는지(또는 다시 말해, 유령 이미지가 보이지 않는지) 명시할 것을 요청받는다.
16개의 관찰자와 39개의 렌즈(28개 렌즈 중 일부는 두 번 제시됨)를 사용할 때, 0(유령 이미지가 보임) 또는 1(유령 이미지가 보이지 않음)로 라벨링되는 16*39 = 624개의 데이터 포인트를 갖는다.
그 다음, 의사 결정 트리(decision tree)를 구축하도록 색상 데이터가 인지 데이터에 연결된다. 인지 데이터에 연결된 색상 데이터는 의사 결정 트리 알고리즘의 입력인 4개의 서로 다른 데이터세트에 결합된다. 알고리즘의 원리는 입력 데이터(색상 데이터)만으로 0/1 인지(유령 이미지가 보이거나 보이지 않음)을 예측할 수 있어야 한다는 것이다. 624개의 인지 데이터 포인트 중에 70%(무작위로 선택)는 알고리즘을 훈련하는 데에 사용되고 30%는 검증에 사용된다.
데이터세트는 다음과 같다:
Figure pct00012
가장 정확하고 간단한 결과를 제공하는 데이터세트는 모든 유령 이미지 비색 좌표(TGI,a*,b*,C*,h)에 대한 유령 이미지 색상 데이터세트이다. 이 알고리즘은 11회 수행되었다. 모든 시도에서 모든 좌표들 중에서 가장 관련성이 높은 파라미터는 TGI이다. 이들 11회의 테스트 중:
- 단일 조건 트리의 5회 발생: TGI>0,0071%.
- 단일 조건 트리의 4회 발생: TGI>0,0063%.
- 3-조건 트리의 2회 발생에서 주요 조건은: TGI>0,0071%.
위 결과의 반올림된 가중 평균(0.0068%)으로부터 사전결정된 임계값이 결정되었다.
이러한 사전결정된 임계값은 0.010% 미만, 바람직하게는 0.009% 미만, 보다 바람직하게는 0.008% 미만, 그리고 보다 더 바람직하게는 0.007% 미만이도록 정의된다.
11개의 트리 각각은 검증 데이터 중 전체 0/1의 80% 내지 90%를 정확하게 예측하였다.
* CIE 1931 대 CIE 1964
CIE 1964 관찰자가 선택된 다른 이유는 CIE 1964 관찰자가 CIE 1931 관찰자보다 더 우수한 관측에 대한 상관관계를 제공함을 이러한 비-가시성 데이터가 나타내기 때문이다.
도 9는 내부 연구에서 어떠한 유령 이미지도 보지 않은 사람들의 비율(총 관찰 횟수에 대해 획득된 총 '1'='보이지 않음')을 유령 이미지 투과 계수의 로그 함수, log(TGI)로서 나타낸다.
그러나, 1931 관찰자를 사용한 유사한 그래프는, 볼록면 상의 청자색 절단 코팅과 오목면 상의 효율적인 반사 방지 코팅의 조합을 포함하는 샘플에 상응하는, 주요 아웃라이어(outlier)를 나타낸다. 이러한 샘플은 흥미롭기 때문에, 이를 고려하는 것이 중요하다.
3. T GI 와 전문 관찰자에 의한 스코어링의 상관관계
외부 관찰자를 이용한 연구는 내부 연구의 조건들의 세트인: LED 소스, 어두운 환경에서 검은 배경에 대한 관찰 중 하나를 재현하였다 (도 2를 또한 참조). 12개의 전문 관찰자가 유령 이미지를 특징짓는 세 가지 기술자(descriptor)인: 콘트라스트, 선명도 및 광도에 따라, 28개의 렌즈 각각을 절대적인 척도로 평가하였다.
이 세 가지 기술자는 12개의 관찰자에 의해서 2회의 1시간 세션 동안 생성된다. 관찰자는 이후에 비색 파라미터와 상관될 수 있는 반복 가능하고 정확하게 스케일링된 점수를 제공할 수 있도록, 2회의 1시간 세션 동안 기술자에 대해 훈련된다. 모든 28개의 렌즈는 각 전문가에 의해서 2회씩 평가된다.
모두 함께, 각각의 렌즈는 각 기술자에 대해 24개의 개별 점수를 얻는다.
각 기술자에 대한 점수는, 이것이 동일한 양을 기술한다고 믿을 수 있을 정도로 상관관계가 높다. 콘트라스트 기술자는 변형의 99%를 차지하는 것으로 나타났다. 이는 두 개의 다른 기술자(선명도 및 광도) 각각이 콘트라스트 기술자와 1% 미만으로 상이하며, 두 개의 다른 기술자들 중 어느 하나를 사용하는 것이 99% 동일할 수 있음을 의미한다. 결과적으로, 도 10에서는 콘트라스트 점수만을 사용한다.
데이터 포인트는 로그 형태로 나타난다. 따라서 광도에 대한 인간의 인지는 물리적인 양의 로그에 따라 달라지는 것으로 입증되었다. 이 결과는 전문가에 의해 평가된 콘트라스트 점수와 TGI의 로그 사이에 실제로 강한 상관관계가 있음을 나타낸다.
도 10은 콘트라스트 점수 대 TGI의 로그를 도시한다.
도 10에서 콘트라스트 점수와 log(TGI)의 선형 상관관계가 관찰된다. 특히 log(TGI)에 대한 상관관계는 0.85보다 높은 상관 계수 R²를 갖는다. 감각 분석에서, R²계수가 0.75보다 높으면 우수한 것으로 간주된다. 여기서 점선은 95% 예측 간격에 해당하며: 새로운 데이터 포인트가 95%의 시간 동안 이 선 안에 속한다.
log(RvCx*RvCc)와의 상관관계 또한 우수한 것으로 보이지만, 0.75의 상관 계수를 갖는 TGI보다 낮다. 제품 RvCx*RvCc의 파라미터는 기판 흡수 또는 Cx/Cc 반사의 잠재적 보상을 취하지 않음에 유의해야 한다. 본 경우에, 데이터가 흡수가 매우 낮거나 전혀 없는 Orma 렌즈로부터 나온 것 뿐이지만, 다른 기판은 정확도가 더 낮은 RvCx*RvCc를 발생시킬 수 있다.
두 가지 독립적인 방법(각각 머신 러닝에 기초한 방법 및 전문 관찰자의 스코어링에 기초하고 TGI와 상관관계가 있는 방법)의 결론으로, 임계값 0.007%와 연관된 유령 이미지 투과 또는 TGI양은 사람의 인지에 적합한 유령 이미지 가시성에 대한 새로운 기준을 제공한다. 이러한 기준은 광원의 스펙트럼을 고려한다. 관찰이 투명 렌즈에 대해서만 수행되었지만, TGI는 기판 흡수 또한 고려한다. 임계값은 현실의 실내 상황에 가깝도록 선택된 특정 조건에서의 관찰에 의해서 획득된다.
이러한 기준은 코팅 설계 단계에서 임의의 코팅 조합의 유령 이미지의 위험을 평가하는 데에 사용된다.
두 개의 표면을 가진 광학 시스템에 대한 TGI기준은 이어지는 섹션에서 자세히 설명되는 바와 같이, 두 개 이상의 표면을 가진 광학 시스템으로 확장된다.
4. N>2 표면을 가진 시스템에 대한 계산
이를 위해, 유령 이미지 가시성 평가의 비색 파라미터가 복수의 유령 이미지에 대해 조정된다. 유령 이미지 가시성 평가의 비색 파라미터는 서로 다른 표면들의 코팅 조합을 최적화할 수 있게 한다.
먼저, 광학 시스템의 곡률 조합이 식별된다. 두 가지 곡률의 각각의 가능한 조합은 다음의 규칙에 기초하여 검토된다:
* 서로 다른 곡률(R1, R2) 또는 (R2, R3)의 조합은 개별적으로 고려된다.
* 두 가지 곡률(R1, R2) 또는 (R2, R1)의 모든 유사한 조합은 함께 고려된다(조합 중 하나의 표면들 사이에 다른 R3 곡률 반경 표면이 존재하고 다른 조합의 표면들 사이에는 존재하지 않는 경우를 제외한다. 그러한 경우, 해당 특정 조합은 제외된다).
* 이들 두 표면 사이에 프리즘이 존재하는 경우(그러한 경우, 이들은 평행하지 않음)를 제외하고, 동일한 곡률(R1, R1)의 모든 조합이 무시된다.
이러한 계산 모델은 곡률 조합에 대한 위의 규칙을 고려하여, 두 개 이상의 표면을 가진 시스템에 맞게 조정되어야 한다.
시스템이 두 개 이상의 표면을 갖지만 동일한 두 곡률 R1과 R2의 조합만 있는 경우, 각 조합의 TGI는 개별적으로 고려해서는 안 되며: 유령 이미지 가시성의 정확한 평가를 위해 고려되어야 하는 것은 이러한 모든 특정 조합들의 TGI의 합이다. 이러한 계산은 동일한 곡률 R1과 R1을 갖는 표면들의 조합으로부터 발생하는 임의의 유령 이미지를 제외한다.
이 섹션에서, 2개의 렌즈와 4개의 표면을 가진 광학 시스템에 대한 총 유령 이미지 투과 계수를 계산하는 방법을 설명한다. 그러나, 당업자는 이러한 방법을 두 개 이상의 표면을 가진 다른 광학 시스템에도 적용할 것이다.
본 출원인은 투과 광학 시스템의 정확히 두 개의 표면에서 반사된 광에 의해 형성된 투과시 유령 이미지의 총 유령 이미지 투과 계수를 계산하는 두 가지 대안적인 방법을 제안한다.
예시적인 목적으로, 도 4에 도시된 바와 같이, 제1 렌즈(1) 및 제2 렌즈(2)를 포함하는 광학 시스템을 고려한다. 제1 볼록 표면(11)은 제1 곡률 반경 R1을 가지고, 제2 오목 표면(12)은 동일한 곡률 반경 R1을 가지고, 제3 볼록 표면(13)은 동일한 제1 곡률 반경 R1을 가지며, 제4 오목 표면(14)은 R1과 다른 R2로 지정된 제2 곡률 반경을 가진다.
제1 방법
제1 표면, 제2 표면 및 서로 다른 곡률 쌍들을 갖는 적어도 다른 표면 중 두 개의 서로 다른 표면들의 각각의 쌍은 유령 이미지를 형성하고 각각의 유령 이미지는 파장 및 입사각에 따라 유령 이미지 투과율을 갖는다.
도 11 내지 13에 개략적으로 도시된 바와 같이, 2렌즈 광학 시스템의 예에서, 제1 표면은 A로 지정되고, 제2 표면은 B로 지정되고, 제3 표면은 C로 지정되며, 제4 표면은 D로 지정된다.
각 유령 이미지의 투과 계수는 각 유령 이미지 투과율의 함수로서 개별적으로 계산된다.
제1 방법에 따르면, 결과적인 유령 이미지의 총 유령 이미지 투과 계수 TGI,T는 다음 식에 따라 각 유령 이미지의 유령 이미지 투과 계수의 합으로서 계산된다:
Figure pct00013
이때
Figure pct00014
여기서 X는 표면들의 커플: AD, BD 또는 CD 중 하나를 나타내고;
S(λ)는 380 nm 내지 780 nm의 가시 스펙트럼 범위에서 파장 λ에 따른 점광원의 스펙트럼을 나타내며;
T G,X (λ, 15°)는 입사각 15도에 대한 표면들의 커플 X에 의해 형성된 유령 이미지 투과율을 나타내며,
Figure pct00015
은 CIE 1964 광순응 관찰자(또는 10° 관찰자)의 스펙트럼 광 효율이다.
여기에서, 표면 A, B 및 C는 동일한 곡률 반경 R1을 가지므로, 상응하는 유령 이미지 투과율: TGI,AB,TGI,AC:및 TGI,BC은 고려되지 않는다.
이제 AD, BD 또는 CD 중 표면들의 각 커플 X에 대한 각 유령 이미지 투과율 T G,X (λ, 15°)의 계산을 설명할 것이다.
·
Figure pct00016
곡률 반경 R1의 제1 표면 A와 곡률 반경 R2의 제4 표면 D의 조합을 고려한다. 1차 유령 이미지는 1차 반사된 광선(41)을 형성하는 표면 A 및 D에 대한 입사 광선(30)의 내부 반사로부터 발생한다(도 11 참조).
유령 이미지 투과율 TG,AD는 입사 광선(30)이 직렬로 반사, 굴절 또는 투과되는 서로 다른 인터페이스 및 기판의 투과 및 반사 계수에 따라 다음 식(V)에 따라서 계산된다:
Figure pct00017
여기서 입사각은 15도로 설정되고,
Figure pct00018
는 파장 λ에 따라 입사각 15도에서 표면 Y(Y는 표면 A, B, C 및 D 중에서 선택됨)를 통과하는 투과 계수를 나타내고;
Figure pct00019
는 파장 λ에 따라 제1 렌즈 내부의 굴절각 표면 A와 B 사이의 투과 계수를 나타내고;
Figure pct00020
는 파장 λ에 따라 제2 렌즈 내부의 굴절각 β에서 표면 C와 D 사이의 투과 계수를 나타내고;
Figure pct00021
는 파장 λ에 따라 굴절각 β에서 표면 D에 대한 역반사(즉, 제2 렌즈의 기판 내부에서 발생하는 반사) 계수를 나타내며,
Figure pct00022
는 파장 λ에 따라 굴절각 표면 A에 대한 역반사(즉, 제1 렌즈의 기판 내부에서 발생하는 반사) 계수를 나타낸다.
굴절 각도 및 β는 각각 스넬-데카르트 법칙에 의해 결정되고:
Figure pct00023
여기서 nAB는 표면 A와 B을 지지하는 기판의 굴절률을 나타내고, nCD는 표면 C와 D를 지지하는 기판의 굴절률을 나타낸다.
이 모델은 모든 표면을 평평하고 평행한 것으로 간주하므로, 공기 중의 입사각은 항상 15도이다. 또한, 광의 가역성 원리는 어느 방향으로든 통과하는 광선의 경로가 동일함을 의미한다. 결과적으로, 모든 투과율은 실제 방향에 관계없이 공기 매체에서 기판까지 15도의 입사각으로 고려하면 올바르게 평가된다.
따라서, 유령 이미지 투과율 TG,AD는 다음의 단순화된 식에 따라 계산된다:
Figure pct00024
표면 B와 C 사이에 공극이 없고 다른 매질이 있는 경우, 이러한 매질 내부의 굴절각 γ는 스넬-데카르트 법칙에 따라 계산된다. 이러한 매질이 흡수성인 경우, 위의 공식은 파장 λ 및 굴절각 γ에서 TintBC를 고려하도록 업데이트된다.
이러한 공식은 빛의 편광을 고려하지 않으므로, 광선 추적(raytracing) 계산과 정확히 동등하지는 않다. 그러나 낮은 입사각(즉, 45도 미만)에서, 편광의 영향이 일반적으로 작다.
그 다음 표면 A와 D 사이의 내부 반사에 의해 형성된 1 차 유령 이미지의 유령 이미지 투과율 TGI,AD는 2-표면 광학 시스템의 유령 이미지 투과율 TGI와 동일한 방식으로 유령 이미지 투과율 TG,AD로부터 계산되고: 유령 이미지 투과율 TGI,AD는 하나의 LED를 광원으로 사용하고 CIE 1964 관찰자를 사용하는 CIE XYZ 시스템에서 유령 이미지 투과율 TG,AD의 Y 삼자극 값에 해당한다(이 부분 위의 공식 참조).
·
Figure pct00025
곡률 반경 R1의 제2 표면 B와 곡률 반경 R2의 제4 표면 D의 조합을 고려한다. 1차 유령 이미지는 1차 반사된 광선(42)을 형성하는 표면 B 및 D에 대한 입사 광선(30)의 내부 반사로부터 발생한다(도 12 참조).
유령 이미지 투과율 TG,BD는 위와 유사한 표기를 사용하여, 입사 광선(30)이 직렬로 반사, 굴절 또는 투과되는 서로 다른 인터페이스 및 기판의 투과 및 반사 계수에 따라 다음 식 (VI)에 따라서 계산되고:
Figure pct00026
또는, 단순화된 버전으로:
Figure pct00027
이 식에서, 굴절각 및 β는 각각 위에서 언급된 바와 같이 스넬-데카르트 법칙에 의해서 결정된다.
마찬가지로, 그 다음 표면 B와 D 사이의 내부 반사에 의해 형성된 1 차 유령 이미지의 유령 이미지 투과율 TGI,BD는 2-표면 광학 시스템의 유령 이미지 투과율 TGI와 동일한 방식으로 유령 이미지 투과율 TG,BD로부터 계산되고: 유령 이미지 투과율 TGI,BD는 하나의 LED를 광원으로 사용하고 CIE 1964 관찰자를 사용하는 CIE XYZ 시스템에서 유령 이미지 투과율 TG,BD의 Y 삼자극 값에 해당한다(위의 공식 참조).
·
Figure pct00028
마찬가지로, 곡률 반경 R1의 제3 표면 C와 곡률 반경 R2의 제4 표면 D의 조합을 고려한다. 1차 유령 이미지는 1차 반사된 광선(43)을 형성하는 표면 C 및 D에 대한 입사 광선(30)의 내부 반사로부터 발생한다(도 13 참조).
유령 이미지 투과율 TG,CD는 위와 유사한 표기를 사용하여, 입사 광선(30)이 직렬로 반사, 굴절 또는 투과되는 서로 다른 인터페이스 및 기판의 투과 및 반사 계수에 따라 다음 식 (VII)에 따라서 계산되고:
Figure pct00029
또는, 단순화된 버전으로:
Figure pct00030
마찬가지로, 그 다음 표면 C와 D 사이의 내부 반사에 의해 형성된 1 차 유령 이미지의 유령 이미지 투과율 TGI,CD는 2-표면 광학 시스템의 유령 이미지 투과율 TGI와 동일한 방식으로 유령 이미지 투과율 TG,CD로부터 계산되고: 유령 이미지 투과율 TGI,CD는 하나의 LED를 광원으로 사용하고 CIE 1964 관찰자를 사용하는 CIE XYZ 시스템에서 유령 이미지 투과율 TG,CD의 Y 삼자극 값에 해당한다(위의 공식 참조).
그 다음, 광선(41, 42 및 43)에 의해 형성된 유령 이미지의 중첩에 의해서 형성된 유령 이미지의 총 유령 이미지 투과 TGI,T는 위의 식 (V), (VI) 및 (VII)에 따라 결정된 각각의 유령 이미지 투과 TGI,AD,TGI,BD및 TGI,CD의 합 (식 (III) 참조)에 의해서 계산된다.
제2 방법
제1 방법에서와 같이, 제1 표면, 제2 표면 및 서로 다른 곡률을 갖는 적어도 다른 표면 중 두 개의 서로 다른 표면들의 각각의 쌍은 유령 이미지를 형성하고 각각의 유령 이미지는 15도의 입사각에 대한 파장에 따라 유령 이미지 투과율을 갖는다.
본 출원인은 2렌즈 광학 시스템을 고려하고, 제1 표면은 A로 지정되고, 제2 표면은 B로 지정되고, 제3 표면은 C로 지정되며, 제4 표면은 D로 지정된다(도 11-13 참조).
제2 방법에 따르면, 광선(41, 42 및 43)로부터 발생하는 유령 이미지를 중첩시킴으로써 형성된 총 유령 이미지 전송 계수 TGI,T는 각 유령 이미지 투과율의 합에 따라 다음 식 (VIII)에 따라서 계산된다:
Figure pct00031
여기서 S(λ)는 380 nm 내지 780 nm의 가시 스펙트럼 범위에서 파장 λ에 따른 점광원의 스펙트럼을 나타내고;
Figure pct00032
은 CIE 1964 광순응 관찰자(또는 10° 관찰자)의 스펙트럼 광 효율이며,
유령 이미지 투과율
Figure pct00033
,
Figure pct00034
및
Figure pct00035
는 이전 섹션에서 완전히 또는 단순화된 버전으로 상세히 설명된 식 (V), (VI) 및 (VII)를 각각 사용하여 계산된다.
다른 예에서, 세 개의 표면을 가진 광학 시스템을 고려한다. 광학 시스템은 예를 들어 흡수율이 높은 태양 유리와 굴절 렌즈로 구성되며, 태양 유리는 흡수율이 높고 거울 코팅이 되어 있지 않다. 예를 들어 태양 유리는 굴절 렌즈에 클립으로 고정된다. 태양 유리 상의 제1 표면은 A로 지정되고, 태양 유리 상의 제2 표면은 B로 지정되고, 렌즈 상의 제3 표면은 C로 지정되며, 렌즈 상의 제4 표면은 D로 지정된다.
태양 유리는 흡수율이 매우 높기 때문에, 표면 A와 관련된 성분은 무시할 수 있다. 예를 들어, 솔라 클립을 통한 투과 계수는 Tint=10% 또는 0,1이다. Tint²는 훨씬 덜 중요하기 때문에, 이러한 투과 계수는 뚜렷하게 기여하지 않는다. 표면 A가 거울 코팅으로 커버되지 않는 한, Tint²를 보정하기에 충분히 높은 반사 계수를 갖는다.
표면 A, B, C의 곡률 반경이 같고 표면 D의 곡률 반경이 상이한 것으로 가정한다. 이러한 경우, TG,AD는 무시할 수 있으며 다음과 같은 투과율을 갖는 유령 이미지가 오직 하나 존재한다:
TG=TG,BD+TG,CD
여기서 TG,BD및 TG,CD는 이전 섹션에서 완전한 또는 단순화된 버전으로 자세히 설명된 식 (VI) 및 (VII)를 각각 사용하여 계산된다.
표면 B, C 및 D로부터의 광선에 의해 발생하는 유령 이미지를 중첩시킴으로써 형성된 전체 유령 이미지의 총 유령 이미지 투과 계수인 TGI,T는 각 유령 이미지 투과율의 합에 따라 다음 식 (IX)에 따라서 계산되고:
Figure pct00036
여기서 S(λ)는 380 nm 내지 780 nm의 가시 스펙트럼 범위 내의 파장 λ에 따른 점광원의 스펙트럼을 나타내고,
Figure pct00037
은 CIE 1964 광순응 관찰자(또는 10° 관찰자)의 스펙트럼 광 효율이다.
두 개의 렌즈가 공통 인터페이스에 의해서 접착된 이중(doublet) 렌즈와 같이, 세 개의 표면을 가진 광학 시스템에도 동일한 방법이 적용될 수 있다. 이러한 광학 시스템은 A로 지정된 제1 표면, 두 렌즈 사이의 인터페이스에 있는 B로 지정된 제2 표면, C로 표시된 제3 표면을 가진다. 세 개의 표면 A, B 및 C는 두 개씩 취하는 서로 다른 곡률 반경을 가진다. 따라서, 세 쌍의 곡률 반경이 존재한다. 세 개의 표면을 가진 이러한 광학 시스템은 각각 AB, AC 및 BC로 지정된 세 개의 개별적인 총 유령 이미지를 생성한다. 각 유령 이미지의 투과율은 다음 공식을 사용하여 각각 계산된다:
Figure pct00038
총 유령 이미지 투과 계수는 각각 다음 공식을 사용하여 세 개의 유령 이미지 각각에 대해 계산된다:
Figure pct00039
Figure pct00040
,
Figure pct00041
및
Figure pct00042
의 각각은 유령 이미지 가시성에 대해 사전결정된 임계값보다 낮아야만 한다.
요약하면, 두 개 이상의 표면을 가진 광학 시스템의 경우, 각각의 총 유령 이미지는 동일한 곡률 반경의 커플에 의해 생성된 유령 이미지 성분의 합이다. 두 개 이상의 표면을 가진 광학 시스템은 하나보다 많은 총 유령 이미지를 생성할 수 있다. 총 유령 이미지는 서로 다른 곡률 반경 커플의 수만큼 많다. 각각의 총 유령 이미지는
Figure pct00043
가 유령 이미지 가시성을 위해 사전결정된 임계값(
Figure pct00044
)보다 낮아야 한다.
총 유령 이미지의 투과율은 다음 공식을 사용하여 계산된다:
Figure pct00045
여기서, XY는 두 곡률 반경의 동일한 조합을 갖는 표면 X와 Y의 커플을 나타내고, Z는 표면 X와 Y 사이의 기판 또는 유리판이며, W는 표면 A와 B 사이에 위치된 A 및 B와는 상이한 서로 다른 표면이고; R은 관련 어레이의 특정 입사각에 대한 고려된 인터페이스의 반사율을 나타내고, T는 관련 어레이의 특정 입사각에 대한 표면 투과율을 나타내며, Tint는 관련 어레이의 특정 입사각에 대한 내부 기판 투과율을 나타낸다. 위의 공식에서, 표면 투과율 및 내부 투과율은 빛의 왕복에 해당하므로 제곱된다.
Ttotalsystem(λ)은 파장에 따라 모든 기판과 모든 표면을 통과하는 광선의 직접 투과를 나타낸다.
두 개 이상의 표면을 가진 광학 시스템의 총 유령 이미지 임계값
두 개의 표면만을 가진 광학 시스템의 경우와 같이 동일한 임계값 0.010%, 바람직하게는 0.009%, 보다 바람직하게는 0.008%, 보다 더 바람직하게는 0.007%의 임계값이 총 유령 이미지 투과 계수 TGI,T에 적용된다.
제3 방법
입사광이 0이 아닌 입사각을 정의할 때 유령 이미지가 다수의 중심 표면(정렬된 광축이 있는 표면)을 갖는 시스템에서 나타나더라도, 추가적인 방법은 0°의 입사각에 대해 위에서 언급된
Figure pct00046
,
Figure pct00047
및
Figure pct00048
를 계산하는 것으로 구성된다. 이러한 계산은 0°의 입사각에 대해 계산되었기 때문에 물리적으로 존재하지 않아야 하지만, 두 개 이상의 표면으로 구성된 여러 시스템 간의 유령 이미지의 발생 확률 순위를 결정하기 위해 서로 유사한 유령 이미지에 상응하는 TGI값으로 이어진다. 또한, 이들 값은 계산이 덜 복잡하면서도 0이 아닌 입사각에 대해 획득된 값의 근사치를 구성할 수 있다.
5. 코팅 최적화에 적용
따라서, 두 개 이상의 표면을 가진 광학 시스템의 유령 이미지 가시성을 결정하는 것을 가능하게 하고, 유령 이미지가 사용자를 방해하는 것을 방지하도록 코팅의 새로운 조합을 제안할 수 있는, 유령 이미지 가시성을 평가하기 위한 시스템 및 방법이 제공된다.
총 유령 이미지 투과 계수인 TGI,T는 사전결정된 임계값보다 낮도록, 예를 들어 7‰ 미만으로 최적화된다. 특히, 총 유령 이미지 투과 계수는 알려진 코팅의 데이터베이스를 사용하여 계산된다.
또한 유령 이미지 가시성을 평가하기 위한 시스템 및 방법은 반사 방지 코팅을 생성하는 것을 가능하게 하여 이러한 반사 방지 코팅에 의해 커버된 표면을 갖는 광학 시스템을 구축하는 것을 가능하게 하며, 이 광학 시스템은 사전결정된 임계값보다 낮은 총 유령 이미지 투과 계수 TGI,T를 갖는다.
또한 이 시스템은 TGI,T가 사전결정된 임계값보다 낮도록, 총 유령 이미지 투과 계수의 최소화에 기초하여 반사 방지 코팅의 조합을 최적화하는 것을 가능하게 한다.
동일한 곡률 반경 R1을 갖는 세 개의 표면(11, 12, 13) 및 상이한 곡률 반경 R2를 갖는 제4 표면(14)이 있는 (도 4에서와 같이) 두 개의 렌즈로 구성된 광학 시스템을 고려한다. 이러한 경우, 두 표면의 가능한 모든 조합은 (a) (R1, R2) 또는 (b) (R1, R1)이다. 위의 조합 규칙에 의해 설명된 바와 같이, 오직 (a) 조합만이 유령 이미지를 생성하며 (b) 조합은 무시될 수 있다.
네 개의 표면 각각은 코팅을 포함한다. 그러나, 상이한 곡률 반경을 가진 제4 표면(14)의 코팅은 모든 개별 유령 이미지에 대한 일차 파라미터이다. 결과적으로, 이러한 구성에서, 세 개의 평행하는 표면(11, 12, 13) 모두의 코팅 전부가 최적화되거나, 상이한 곡률 표면(14) 상의 코팅만이 최적화되거나, 개선 정도는 거의 동일하다.
제1 예(도 14 참조)에서, 표면(11, 12 및 13) 상의 코팅은 고정되고, 광학 시스템의 전체 유령 이미지 투과 기준에 따른 최적화 프로세스 중에 제4 표면(14)의 코팅만이 달라진다. 시스템의 평면 부분(제1 렌즈(1))이 그대로 제공되기 때문에 (따라서 코팅이 제거 또는 변경될 수 없기 때문에) 표면(11, 12 및 13) 상의 코팅이 고정될 수 있거나; 또는 제1 렌즈(1) 상의 코팅이 심한 제약을 받으므로 제2 렌즈의 표면(14) 상의 코팅이 바람직한 레버(lever)이다. 이러한 상황은 굴절 애드온(임의의 처방)이 부착된 투명 상태의 전기변색 렌즈에서, 또는 (예를 들어 야간 운전 조건에 대해) 처방 렌즈 상에 투명 클립이 사용되는 경우에 발생할 수 있다.
제2 예(도 15 참조)에서, 제4 표면(14) 상의 코팅이 고정되고 표면(11, 12 및 13) 상의 코팅은 광학 시스템의 전체 유령 이미지 투과 기준에 따른 최적화 프로세스에서 달라진다. 이러한 특정 구성에서는, 표면(11, 12 및 13) 상의 세 코팅이 모두 제1 예에서 제4 표면(14)의 코팅만큼 기여한다. 따라서 여기에서, 하나 또는 두 개의 코팅(11, 12 및/또는 13)만 변경하는 것은 제1 예에서와 같이 제4 표면 상의 코팅을 변경하는 것보다 덜 "효율적"이다. 이러한 상황은 제1 예에서와 동일한 광학 시스템에 해당할 수 있지만, 코팅에 대한 제약 조건이 다를 수 있다. 예를 들어, 제4 표면(14) 상의 코팅은 엄격한 E-SPF(Eye Solar Protection factor) 요구사항 또는 균열 문제로 인해 고정될 수 있다.
제3 예(도 16 참조)에서는, 전체 시스템이 동시에 설계된다. 광학 시스템의 총 유령 이미지 투과 기준에 따라 네 개의 표면 모두의 코팅이 동시에 최적화될 수 있다. 이러한 구성은 더 많은 사용자 맞춤(customization)을 가능하게 한다. 일부 코팅 광학 타겟에 강한 제약이 있지만 각 코팅의 설계에 여전히 적어도 하나의 자유도가 있는 경우가 이에 해당한다.
제4 예(도 17 참조)에서, 제1 렌즈(1)는 낮은 투과율을 가진다(예를 들어, 추가된 착색 렌즈 또는 태양열 클립). 이러한 경우, 태양 렌즈의 낮은 투과율로 인해 제 1 표면(11) 상에 반사되는 유령 이미지가 무시될 수 있다. 결과적으로, 오직 1회만 통과한 직접 이미지 및 다른 유령 이미지에 비해, 제1 표면에 대한 내부 반사는 착색 렌즈를 3회 통과하기 때문에 상응하는 유령 이미지 투과율이 특히 감소된다. 이러한 상황은 이전 예에서와 동일한 광학 시스템에 해당할 수 있다.
공극 및 Rx 애드온이 있는 에크로믹 셀(Echromic cell)에 대한 반사 방지(AR) 코팅 선택의 적용 예.
(도 4에 도시된 바와 같은) 광학 시스템은 제1 렌즈(1) 및 제2 렌즈(2)를 포함한다. 제1 렌즈(1)는 전력에 의해 광을 제어할 수 있게 하는 전기 변색 셀, 또는 에크로믹 셀을 포함한다. 전기 변색 셀의 제1 표면(11) 및 제2 표면(12)은 동일한 곡률 반경 R1을 가진다. 제2 렌즈(2)는 굴절 애드온 또는 Rx 애드온, 곡률 반경 R1을 갖는 표면(13) 및 R1과 상이한 곡률 반경 R2를 갖는 제4 표면을 포함한다. 공극은 제1 렌즈의 후방 표면(12)과 제2 렌즈의 전방 표면(13) 사이에 위치된다.
전기 변색 셀의 제1 표면(11) 및 제2 표면(12)의 코팅은 공급자에 의해 제공되기 때문에 고정되어 있다. 또한, 전기 변색 셀은 대부분 알려지지 않은 성분 및 재료로 구성되기 때문에, 유령 이미지 성능을 위해 셀이 특징화되어야 한다.
광학 시스템은 추가적인 제약을 가진다. 우수한 E-SPF를 유지하기 위해서는 애드온의 제4 오목 표면 상의 UV 반사율이 낮아야만 한다. 표면(13 및 14) 상의 코팅은 전체 필름 두께를 줄이고 잔금 문제를 제한하는 동시에 우수한 AR 광학 성능(Rv<1%)을 제공하기 위해서, 4-층 코팅이어야 한다.
제3 표면(13) 상의 코팅은 다음의 표 1에 따른 다층 스택을 포함하고, 여기서 층 번호는 공기에서 기판으로 향하는 방향을 따라 1부터 5까지 표시되며, 각각의 층 두께는 나노미터 단위이다:
Figure pct00049
제4 표면(14) 상의 코팅의 초기 설계는 다음의 표 2에 따른 다층 코팅을 포함한다:
Figure pct00050
제4 표면(14) 상의 코팅의 최적화된 설계는 다음의 표 3에 따른 다층 스택을 포함한다:
Figure pct00051
시뮬레이션은 다음의 성능 결과를 제공한다:
Figure pct00052
표 4에서, TGI1은 여기서 TGI,AD+TGI,BD에 해당하고 TGI2는 TGI,CD에 해당한다.
초기 코팅 설계는 0,0178의 높은 총 TGI를 초래한다. 시뮬레이션에 따르면, 오목면(14) 상의 최적화된 코팅은 우수한 E-SPF 성능(약 25)을 유지하면서 총 TGI를 확인된 임계값 0.007 아래로 낮출 수 있다.
6. 시스템의 T GI 의 측정
먼저, 하나의 볼록한 표면(Cx)과 하나의 오목한 표면(Cc)이 있는, 하나의 렌즈만을 포함하는 광학 시스템을 고려한다.
내부 반사 유령 이미지는 직접 측정될 수 없고 매우 특정한 분광 장비와 획득 조건을 필요할 것이며, 따라서 여기서의 접근법은 (도 7과 관련하여 기술된 바와 같이) 계산에 필요한 요소들 각각을 독립적으로 측정하는 것이다:
Figure pct00053
근사치 및 측정 수단이 아래에 기술되어 있다:
Figure pct00054
SMR은 반사 측정 시스템을 나타내며, 일반적으로 정해진 입사각에서 렌즈의 반사율을 측정하기에 적합한 분광계에 기초한다. Cary50은 일반 입사각에서 투과율을 측정하기 위한 다른 장치이다.
비흡수성 코팅의 경우 반사(R) 계수와 투과(T) 계수의 합이 1(R + T = 1)이라고 가정한다.
렌즈의 역반사율(RBCx또는 RBCc)을 측정하는 수단이 없으므로, 렌즈의 역반사율(즉, 렌즈 내부)이 렌즈의 동일한 표면에 대한 전방 반사율(즉, 렌즈 외부)과 거의 동일하다는 근사치를 사용한다.
흡수성 기판의 경우, 반사(R), 투과(T) 및 흡수(A) 계수의 합은 1과 같다(R + T + A = 1). 따라서, Tint=1-A=Rtot+Ttot이다. 여기서, Ttot와 Rtot는 렌즈 양면의 투과율과 반사율이다. Ttot은 측정될 수 있지만 0° 입사각에서의 반사율은 측정할 수 없으므로, 다중 입사 SMR을 사용하여 가능한 가장 낮은 측정 입사각인 10도 입사각에서의 양면의 반사율에 의해 근사치를 구한다.
그 다음 입사각 15°에서 파장의 함수로서의 유령 이미지 투과율이 다음 식을 사용하여 이전 표에서 측정된 바와 같은 스펙트럼 양들의 곱으로서 계산된다:
Figure pct00055
기술된 측정 방법을 사용하여, 시중에서 입수가능한 유령 이미지 가시성 문제가 있는 세 가지 렌즈에 대한 TGI를 추정하였으며, 그 결과를 아래의 표에 편집하였다.
Figure pct00056
이들 예는 광학 시스템, 광원 및 관찰자의 완전하고 정확한 정보에 기초하기 때문에, TGI계산이 (전문가에 의한 점수와 비교하여) 가장 정확한 인지를 정량적으로 나타내는 양임을 보여준다.
그 다음, 이러한 스펙트럼으로부터 LED 광원 및 1964 관찰자가 있는 Y 삼자극 값으로서 TGI가 계산된다.
아래 표에는 유령 이미지 투과 계수 TGI < 0.007%의 비색 파라미터에 대한 조건을 검증하는 몇 가지 단일 렌즈 안과용 시스템에 대한 시뮬레이션 결과 및 각각의 스택에 대한 설명이 제시되어 있다.
Figure pct00057
다층 코팅 구조 및 조성이 아래의 표에서 상세하게 기술된다:
Figure pct00058
구리 반사 방지 코팅(또는 구리 AR)의 다른 예는 특허 출원
WO2012/076714에 개시되어 있고, 본 명세서에 통합된 예 9, 10 및 11에 해당한다. 보다 일반적으로, 구리 반사 방지 코팅은 적어도 6개의 층을 포함하는 다층 스택을 포함하고, 상기 다층 스택은 기판으로부터 멀어지는 방향을 따라 약 150 nm의 두께를 갖는 이산화 규소 층, 14 nm 내지 16 nm의 두께를 갖는 이산화 지르코늄 층, 28 nm 내지 32 nm의 두께를 갖는 이산화 규소 층, 87 nm 내지 93 nm의 두께를 갖는 이산화 지르코늄 층, 약 6,5 nm의 두께를 갖는 산화 주석 또는 인듐-주석 산화물 층, 및 71,7 nm 내지 77 nm의 두께를 갖는 이산화 규소 층을 포함한다.
구체적이고 유리한 예에 따르면, 광학 시스템은 오목한 표면 상의 구리 반사 방지 코팅 및 볼록한 표면 상의 청색 거울 또는 청색 반사 방지 코팅 중 적어도 하나를 포함한다.
마지막으로, 두 개 이상의 표면(N>2)을 가진 광학 시스템을 고려한다. 시스템에 따라, 이러한 유형의 시스템에는 TGI측정 방법이 가능할 수 있다. 이를 위해서, 방정식의 각 항에 대한 측정값이 필요하다(식 (III) 내지 (VIII) 참조). 이를 위해, 각 표면 또는 표면들의 그룹의 반사율 및 투과율을 측정하기 위해서, (두 개의 조립된 렌즈로 구성된 경우) 광학 시스템을 분해해야 한다. 2-표면 시스템의 경우, 주요 문제는 기판 재료의 내부 투과율이다. 해체된 광학 시스템의 경우, 각 렌즈에 대한 전체 투과율 및 전체 반사율로 내부 투과율이 근사될 수 있다.
대표적인 프로세스 및 광학적 시스템이 본원에서 구체적으로 설명되었지만, 첨부된 청구범위에서 설명되고 정의된 범위를 벗어나지 않고, 다양한 대체 및 수정이 이루어질 수 있다는 것을 당업자는 이해할 것이다.
8. 3개 또는 4개의 표면을 갖는 광학 시스템에 대한 적용
본 방법 및 시스템은 두 개 이상의 표면, 예를 들어 네 개의 표면을 가진 광학 시스템에 적용된다.
제1 예에서, 광학 시스템은 렌즈에 부착된 전기 변색 셀을 포함한다. 전기 변색 셀은 동일한 곡률 반경(S1, S1)을 갖는 두 개의 표면을 가진다. 렌즈는 동일한 곡률 반경 S1을 갖는 제1 표면 및 상이한 곡률 반경 S2를 갖는 제2 표면을 가진다. 이러한 광학 시스템은 세 개의 성분 S1S2에 의해 형성된 총 유령 이미지 투과를 갖는 단일 유령 이미지를 생성한다.
제2 예에서, 광학 시스템은 렌즈에 부착된 클립을 포함한다. 렌즈는 제1 곡률 반경 S1을 갖는 제1 표면 및 상이한 곡률 반경 S2를 갖는 제2 표면을 가진다. 클립 또는 평면 렌즈는, 렌즈의 가장 가까운 표면과는 다른, 동일한 곡률 반경(S3, S3)을 갖는 두 개의 표면을 가진다. 이러한 광학 시스템은 세 개의 구별되는 유령 이미지를 생성하며, 각각의 유령 이미지는 다음과 같이 두 가지 성분에 의해 형성된 총 유령 이미지 투과를 갖는다: 렌즈의 두 표면에 의해 생성된 제1 총 유령 이미지; 렌즈의 제1 표면 및 동일한 곡률 반경의 클립의 두 표면에 의해 각각 생성된 제2 총 유령 이미지(S1S3 + S1S3); 및 렌즈의 제2 표면 및 동일한 곡률 반경의 클립의 두 표면에 의해 각각 생성된 제3 총 유령 이미지(S2S3 + S2S3).
제3 예에서, 광학 시스템은 평면-유리에 부착된 클립을 포함한다. 평면-유리 셀은 동일한 곡률 반경(S1, S1)을 갖는 두 개의 표면을 가진다. 클립과 평면-유리는, 렌즈의 표면과는 다른, 동일한 곡률 반경(S3, S3)을 갖는 두 개의 표면을 가진다. 이러한 광학 시스템은 다음과 같이 4개의 성분에 의해 형성된 총 유령 이미지 투과를 갖는 단일 유령 이미지를 생성한다: 렌즈의 제1 표면(S1)과 클립의 제1 표면(S3)으로부터의 제1 성분; 렌즈의 제2 표면(S1)과 클립의 제1 표면(S3)으로부터의 제2 성분; 렌즈의 제1 표면(S1)과 클립의 제2 표면(S3)으로부터의 제3 성분; 그리고 렌즈의 제2 표면(S1)과 클립의 제2 표면(S3)으로부터의 제4 성분.

Claims (20)

  1. 적어도 제1 표면 및 제2 표면을 가진 투과 광학 시스템으로서,
    제1 표면 및 제2 표면은 서로 다른 곡률을 가지고/가지거나 제1 표면 및 제2 표면은 렌즈 굴절력(dioptric power)을 제공하도록 배치되고, 상기 투과 광학 시스템은 유령 이미지 가시성(ghost image visibility)에 대해 사전결정된 임계값보다 낮은 유령 이미지 가시성 평가의 비색 파라미터(colorimetric parameter)를 가지고, 상기 평가의 비색 파라미터는, 적어도 제1 표면과 제2 표면 사이의 광원으로부터의 광선의 내부 반사에 의해 및 광학 시스템을 통한 투과에 의해 형성된 적어도 하나의 유령 이미지의 총 유령 이미지 투과 계수에 기초하고, 광원으로부터의 광선은 0이 아닌 입사각으로 제1 표면에 입사되고, 총 유령 이미지 투과 계수는 가시 스펙트럼 대역에 걸쳐 상기 적어도 하나의 유령 이미지의 유령 이미지 투과율을 통합한 결과이며, 광원의 스펙트럼 및 CIE 1964 광순응 관찰자(photopic observer)에 대한 스펙트럼 광 효율에 따라 달라지는, 투과 광학 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    정확히 두 개의 표면을 가지고, 여기서 유령 이미지는 다음 공식을 사용하여 계산된 유령 이미지 투과율을 가지며:
    Figure pct00059

    여기서 λ는 가시 스펙트럼의 파장을 나타내고, 광원의 입사각은 15도로 설정되고 제1 표면 및 제2 표면을 지지하는 기판 내부의 굴절각 α에 상응하고, TCx(λ,15°)는 상기 입사각에서 제1 표면의 스펙트럼 투과를 나타내고, RBCc(λ,α)는 기판 매질 내부에서 발생하는 반사에 대한 상기 굴절각 α에서의 제2 표면의 스펙트럼 반사를 나타내고, RBCx(λ,α)는 기판 매질의 내부에서 발생하는 반사에 대한 제1 표면의 스펙트럼 반사이고, TCc(λ,α)는 제2 표면의 스펙트럼 투과이며 Tint(λ,α)는 제1 표면과 제2 표면 사이의 스펙트럼 투과인, 투과 광학 시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    총 유령 이미지 투과 계수는 다음 공식을 사용하여 계산되고:
    Figure pct00060

    여기서 가시 스펙트럼 대역은 380 내지 780 나노미터 사이에서 연장되고, S(λ)는 광원의 스펙트럼 휘도를 나타내며,
    Figure pct00061
    은 CIE 1964 광순응 관찰자에 대한 스펙트럼 광 효율을 나타내는, 투과 광학 시스템.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    제1 표면은 제1 코팅을 포함하고 제2 표면은 제2 코팅을 포함하는, 투과 광학 시스템.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 투과 광학 시스템은 다른 코팅을 포함하는 적어도 다른 표면을 추가로 포함하고, 서로 다른 곡률 쌍을 갖는 제1 표면, 제2 표면 및 적어도 다른 표면 중 두 개의 서로 다른 표면의 각각의 쌍이 특정 유령 이미지를 형성하고, 각각의 특정 유령 이미지가 특정 유령 이미지 투과율을 가지며, 제1 코팅, 제2 코팅 및 상기 다른 코팅은 각각의 특정 유령 이미지가 사전결정된 임계값보다 낮은 총 유령 이미지 투과 계수를 갖도록 구성되는, 투과 광학 시스템.
  6. 제5항에 있어서,
    전체 유령 이미지의 유령 이미지 투과율은 다음 공식을 사용하여 계산되고:
    Figure pct00062

    여기서 XY는 두 곡률 반경의 동일한 조합을 갖는 표면 X와 Y의 임의의 커플을 나타내고, Z는 표면 X와 Y 사이의 임의의 기판이고, W는 표면 X와 Y 사이에 위치된 표면 X 및 Y와는 상이한 표면이고, R은 고려된 인터페이스의 반사율을 나타내고, T는 표면 투과율을 나타내며 Tint는 상기 기판의 투과를 나타내는, 투과 광학 시스템.
  7. 제4항에 있어서,
    상기 투과 광학 시스템은 다른 코팅을 포함하는 적어도 다른 표면을 추가로 포함하고, 동일한 곡률 쌍을 갖는 제1 표면, 제2 표면 및 적어도 다른 표면 중 두 개의 서로 다른 표면의 각각의 쌍이 성분 유령 이미지 투과율을 갖는 동일한 특정 유령 이미지의 성분을 형성하며, 제1 코팅, 제2 코팅 및 상기 다른 코팅은 동일한 특정 유령 이미지에 대해서 총 유령 이미지 투과 계수가 동일한 특정 유령 이미지 투과율의 서로 다른 성분들의 합의 함수로서 계산되고 사전결정된 임계값보다 낮도록 구성되는, 투과 광학 시스템.
  8. 제7항에 있어서,
    각 유령 이미지의 총 유령 이미지 투과 계수는 다음 공식을 사용하여 계산되고:
    Figure pct00063

    여기서 가시 스펙트럼 대역은 380 내지 780 나노미터 사이에서 연장되고, S(λ)는 광원의 스펙트럼 휘도를 나타내고,
    Figure pct00064
    은 CIE 1964 광순응 관찰자에 대한 스펙트럼 광 효율을 나타내며,
    Figure pct00065
    는 동일한 곡률 커플을 가진 두 표면들의 각각의 쌍의 모든 유령 이미지 투과율 성분의 합을 나타내는, 투과 광학 시스템.
  9. 제5항 또는 제8항에 있어서,
    총 유령 이미지 투과 계수는 투과 광학 시스템의 표면의 수, 각 표면의 투과 계수 및 투과 광학 시스템의 표면을 지지하는 각 기판의 투과 계수에 추가로 기초하는, 투과 광학 시스템.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 광원은 2700켈빈과 6000켈빈 사이에 포함되는 색온도를 갖는 발광 다이오드인, 투과 광학 시스템.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
    유령 이미지 가시성에 대한 사전결정된 임계값이 0.010% 미만이며 바람직하게는 0.007%인, 투과 광학 시스템.
  12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
    제1 표면 및/또는 제2 표면 상에 적어도 하나의 반사 방지 코팅을 포함하는, 투과 광학 시스템.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 반사 방지 코팅은 제1 표면 상의 제1 반사 방지 코팅 및 제2 표면 상의 제2 반사 방지 코팅으로 구성된 한 쌍의 코팅을 포함하며, 상기 한 쌍의 코팅은, 구리 반사 방지 코팅, 녹색 반사 방지 코팅 및 주황색 거울 코팅 중 적어도 하나를 포함하는, 투과 광학 시스템.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 구리 반사 방지 코팅은 적어도 6개의 층을 포함하는 다층 스택을 포함하고, 상기 다층 스택은 기판으로부터 멀어지는 방향을 따라 약 150 nm의 두께를 갖는 이산화 규소 층, 14 nm 내지 16 nm의 두께를 갖는 이산화 지르코늄 층, 28 nm 내지 32 nm의 두께를 갖는 이산화 규소 층, 87 nm 내지 93 nm의 두께를 갖는 이산화 지르코늄 층, 약 6,5 nm의 두께를 갖는 산화 주석 또는 인듐-주석 산화물 층, 및 71,7 nm 내지 77 nm의 두께를 갖는 이산화 규소 층을 포함하는, 투과 광학 시스템.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 코팅 쌍은 구리 반사 방지 코팅과 청색 거울 또는 청색 반사 방지 코팅 중 적어도 하나를 포함하는, 투과 광학 시스템.
  16. 적어도 제1 표면 및 제2 표면을 가진 투과 광학 시스템의 유령 이미지 가시성을 평가하기 위한 방법으로서,
    제1 표면 및 제2 표면은 서로 다른 곡률을 가지고/가지거나 제1 표면 및 제2 표면은 렌즈 굴절력을 제공하도록 배치되고, 상기 방법은 유령 이미지 가시성 평가의 비색 파라미터를 결정하는 단계를 포함하고, 상기 평가의 비색 파라미터는, 제1 표면과 제2 표면 사이의 광원으로부터의 광선의 내부 반사에 의해 및 광학 시스템을 통한 투과에 의해 형성된 적어도 하나의 유령 이미지의 총 유령 이미지 투과 계수에 기초하고, 광원으로부터의 광선은 0이 아닌 입사각으로 제1 표면에 입사되고, 총 유령 이미지 투과 계수는 가시 스펙트럼 대역에 걸쳐 상기 적어도 하나의 유령 이미지의 유령 이미지 투과율을 통합한 결과이며, 광원의 스펙트럼 및 CIE 1964 광순응 관찰자에 대한 스펙트럼 광 효율에 따라 달라지는, 방법.
  17. 적어도 제1 표면과 제2 표면을 갖는 투과 광학 시스템의 적어도 하나의 반사 방지 코팅을 최적화하는 방법으로서,
    제1 표면은 제1 코팅을 포함하고 제2 표면은 제2 코팅을 포함하며, 제1 코팅과 제2 코팅 중 적어도 하나는 반사 방지 코팅이고, 제1 표면과 제2 표면은 상이한 곡률을 가지고/가지거나 제1 표면과 제2 표면은 렌즈 굴절력을 제공하도록 배치되며, 상기 방법은,
    a) 유령 이미지 가시성 평가의 비색 파라미터를 결정하는 단계로서, 상기 평가의 비색 파라미터는, 제1 표면과 제2 표면 사이의 광원으로부터의 광선의 내부 반사에 의해 및 광학 시스템을 통한 투과에 의해 형성된 적어도 하나의 유령 이미지의 총 유령 이미지 투과 계수에 기초하고, 광원으로부터의 광선은 0이 아닌 입사각으로 제1 표면에 입사되고, 총 유령 이미지 투과 계수는 가시 스펙트럼 대역에 걸쳐 상기 적어도 하나의 유령 이미지의 유령 이미지 투과율을 통합한 결과이며, 광원의 스펙트럼 및 CIE 1964 광순응 관찰자에 대한 스펙트럼 광 효율에 따라 달라지는, 단계;
    b) 제1 코팅 및/또는 제2 코팅의 구조 및/또는 조성을 수정하는 단계, 및
    c) 상기 투과 광학 시스템이 유령 이미지 가시성에 대해 사전결정된 임계값보다 낮은 유령 이미지 가시성 평가의 비색 파라미터를 가질 때까지 단계 a) 및 b)를 반복하는 단계
    를 포함하는, 방법.
  18. 적어도 제1 표면 및 제2 표면을 가진 투과 광학 시스템의 유령 이미지 가시성을 평가하기 위한 시스템으로서,
    제1 표면 및 제2 표면은 서로 다른 곡률을 가지고/가지거나 제1 표면 및 제2 표면은 렌즈 굴절력을 제공하도록 배치되고, 상기 유령 이미지 가시성을 평가하기 위한 시스템은 유령 이미지 가시성 평가의 비색 파라미터를 결정하도록 구성된 프로세서를 포함하고, 상기 평가의 비색 파라미터는, 제1 표면과 제2 표면 사이의 점광원으로부터의 광선의 내부 반사에 의해 그리고 광학 시스템을 통한 투과에 의해 형성된 적어도 하나의 유령 이미지의 총 유령 이미지 투과 계수에 기초하고, 광원으로부터의 광선은 0이 아닌 입사각으로 제1 표면에 입사되고, 총 유령 이미지 투과 계수는 가시 스펙트럼 대역에 걸쳐 상기 적어도 하나의 유령 이미지의 유령 이미지 투과율을 통합한 결과이며, 광원의 스펙트럼 및 CIE 1964 광순응 관찰자에 대한 스펙트럼 광 효율에 따라 달라지는, 유령 이미지 가시성을 평가하기 위한 시스템.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 투과 광학 시스템이 제3 표면 및/또는 제4 표면을 가지고, 상기 유령 이미지 가시성을 평가하기 위한 시스템은 두 개의 서로 다른 곡률의 동일한 커플을 갖는 모든 표면들의 쌍들 사이에서 광선의 내부 반사에 의해 형성된 각각의 유령 이미지의 총 유령 이미지 투과 계수를 결정하도록 구성된 프로세서를 포함하고, 상기 총 유령 이미지 투과 계수는 두 개의 서로 다른 곡률의 동일한 커플을 갖는 모든 표면들의 쌍들에 대한 각각의 유령 이미지 투과율 성분의 합에 따라 달라지는, 유령 이미지 가시성을 평가하기 위한 시스템.
  20. 제18항에 있어서,
    상기 투과 광학 시스템이 제3 표면 및/또는 제4 표면을 가지고, 상기 유령 이미지 가시성을 평가하기 위한 시스템은 두 개의 서로 다른 곡률을 갖는 표면들의 각각의 커플 사이에서 광선의 내부 반사에 의해 형성된 각각의 유령 이미지의 유령 이미지 투과 계수를 결정하도록 구성된 프로세서를 포함하고, 상기 총 유령 이미지 투과 계수는 각각의 유령 이미지의 유령 이미지 투과 계수의 합에 따라 달라지는, 유령 이미지 가시성을 평가하기 위한 시스템.
KR1020237013113A 2020-10-23 2021-10-21 제한된 유령 이미지 가시성을 가진 투과 광학 시스템, 투과 광학 시스템의 유령 이미지 가시성을 평가하기 위한 시스템 및 방법 KR20230091893A (ko)

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