Interactive Optics Textbook for Image Sensors

렌즈를 지나
실리콘에 닿기까지

빛은 렌즈에서 굴절하고, 조리개에서 회절하고, 박막에서 간섭하고, 마이크로렌즈에서 다시 모여 1 µm도 안 되는 픽셀에 흡수됩니다. 기하광학에서 파동광학, 박막 TMM, PSF·MTF, CRA와 마이크로렌즈, RCWA·FDTD까지 — 이미지 센서 픽셀 개발에 필요한 광학을 슬라이더로 직접 계산하며 배우는 교과서입니다.

18개 챕터80여 개 시뮬레이터실시간 TMM · FFT · FDTDSensorBook 후속편
드래그해서 돌려보세요 · 화면 가장자리로 갈수록 주광선이 기울어집니다

빛이 픽셀에 닿기까지

한 문장으로: 렌즈가 만든 빛의 원뿔이 센서 표면의 수 µm 광학 스택을 지나 실리콘 안에서 흡수되는 과정. 그 경로가 이 교과서의 목차입니다.

빛 · 파동 Ch.01 렌즈 · 동공 · 수차 Ch.02–04 간섭 · 회절 · PSF Ch.05–07 MTF · 샘플링 Ch.08 편광 · 프레넬 · 박막 Ch.09–11 CRA 마이크로렌즈 스택 · DTI 센서 광학 · 수치 해석 Ch.12–17 광선(기하광학) → 파동(회절·간섭) → 영상 품질(PSF·MTF) → 경계면·박막(전자기) → 픽셀(CRA·ML·스택·RCWA)
그림 0-1. 렌즈에서 실리콘까지 빛의 경로. 각 블록이 해당 챕터와 연결됩니다.

숫자로 보는 센서 광학

이 교과서를 끝내면 아래 숫자가 왜 중요한지, 서로 어떻게 얽혀 있는지 계산으로 설명할 수 있게 됩니다.

2.4 µmF/1.8 렌즈, 550 nm에서 에어리 디스크 지름 — 0.7 µm 픽셀 3개 반을 덮는다
35°+슬림한 스마트폰 렌즈의 상 가장자리 주광선각(CRA)
~36 %맨 실리콘 표면의 녹색 반사율. 반사 방지 박막으로 수 %까지 낮춘다
1.6 µm550 nm 빛이 실리콘에서 1/e로 줄어드는 흡수 깊이. 940 nm는 50 µm 이상
λ/n ≈ 0.14 µm실리콘 안의 녹색 파장. 픽셀은 이미 "파동"으로 풀어야 하는 크기다
1/(2p)나이퀴스트 주파수. 0.7 µm 픽셀이면 714 lp/mm — 렌즈 MTF가 따라오기 어렵다

전체 챕터

순서대로 읽어도 좋고, 관심 있는 장부터 골라 읽어도 됩니다. 각 장은 개념 → 그림 → 수식 → 시뮬레이터 → 퀴즈 순서로 구성됩니다.

Ch.01–04광선의 광학파동의 기초와 기하광학, 결상·동공·주광선, 수차와 광선 추적.
Ch.05–08파동의 광학간섭과 결맞음, 회절, 푸리에 광학과 PSF, MTF와 샘플링.
Ch.09–11전자기와 경계면편광, 프레넬 방정식, 박막 광학과 전달 행렬법(TMM).
Ch.12–17센서의 광학CRA, 마이크로렌즈, 픽셀 광학 스택, RCWA·FDTD, 플레어, 시스템 설계.

추천 학습 경로

역할과 관심사에 따라 이렇게 읽어 보세요.

입문 · 광학 첫걸음

광학을 처음 체계적으로 배운다면. 파동과 광선, 결상의 기본기를 잡는다.

픽셀 광학 설계

픽셀 개발자 필수 코스. 마이크로렌즈·스택·CRA 설계와 QE·크로스토크.

광학 시뮬레이션

TMM·RCWA·FDTD로 픽셀을 해석하려면. 수치 해석의 원리와 실무.

영상 품질 · 평가

화질 평가·카메라 튜닝. PSF, MTF 측정, 쉐이딩, 플레어와 고스트.

렌즈 · 카메라 모듈

렌즈 설계와 모듈 통합. 동공과 주광선, 수차, CRA 매칭과 시스템 트레이드오프.

특수 센서 · 응용

편광·NIR·ToF 센서. 편광 픽셀, 광 트래핑, 각도 선택성 필터.

SensorBook과 함께 읽기

OpticsBook은 SensorBook — 인터랙티브 이미지 센서 교과서의 후속편입니다. SensorBook이 광자에서 사진까지 센서 전체(포토다이오드·회로·노이즈·ISP)를 훑는다면, OpticsBook은 그중 빛이 실리콘에 닿기 전까지의 광학을 파동·전자기 수준까지 깊게 다룹니다. 센서 기초가 처음이라면 SensorBook의 픽셀 구조와 렌즈와 마이크로 광학 장을 먼저 읽어도 좋습니다.

이 사이트 사용법

읽기개념과 직관을 먼저. 영어 용어는 괄호로 병기합니다.
보기SVG 도해로 광선과 파면, 픽셀 구조를 머릿속에 그립니다.
계산하기시뮬레이터는 TMM·FFT·광선 추적·FDTD를 브라우저에서 실제로 풉니다.
연결하기모든 장은 "그래서 픽셀에서는?"으로 끝납니다. 실무 노트를 확인하세요.
확인하기장마다 퀴즈, 마지막 장에서 종합 퀴즈로 마무리합니다.