용어집 & 종합 퀴즈
광학은 같은 현상을 여러 이름으로 부른다. 주광선각과 CRA, 출사동과 exit pupil, 소멸파와 evanescent wave, 결맞음과 coherence… 이 장은 책 전체에 흩어진 광학 용어를 한곳에 모은 사전이자, 1장의 맥스웰 방정식부터 17장의 시스템 설계까지 전 범위를 점검하는 마무리 시험이다.
- 한국어·영어·약어 어느 쪽으로든 용어를 찾아 정의를 확인하고 해당 챕터로 바로 이동할 수 있다.
- 기하광학·파동광학·편광과 경계면·박막·영상 품질·센서 광학·수치 해석의 일곱 갈래로 개념 지도를 정리한다.
- 자주 쓰는 공식을 한 표에서 다시 확인하고, 종합 퀴즈로 약한 챕터를 찾아 복습 계획을 세운다.
용어집
검색창에 한국어(예: 출사동), 영어(예: evanescent), 약어(예: CRA) 중 아무것이나 입력하면 바로 걸러진다. 정의 본문도 검색 대상이라 실리콘처럼 넓은 단어로 찾으면 관련 용어가 함께 나온다. 분야 칩으로 범위를 좁히고, 챕터를 골라 보거나 가나다순·챕터순으로 묶어 볼 수 있다.
약어는 대소문자를 가리지 않는다(tmm = TMM). 띄어쓰기와 하이픈도 무시하므로 fabryperot, 패브리페로 모두 찾힌다. 정의에 포함된 숫자나 재료(예: HfO, 940)로도 검색할 수 있다.
핵심 공식 한눈에
책 전체에서 반복해 쓰는 공식만 골랐다. 숫자 예는 픽셀 개발에서 자주 만나는 조건(λ = 550 nm, F/2, 1.0 µm 피치)이다.
| 장 | 공식 | 의미 · 숫자 감각 |
|---|---|---|
| 01 | \(\lambda = \lambda_0/n,\ \ \alpha = 4\pi\kappa/\lambda_0\) | 매질 속 파장, 흡수 계수. Si 흡수 깊이 1/α: 450 nm ≈ 0.4 µm, 550 nm ≈ 1.5 µm, 940 nm ≈ 55 µm |
| 01 | \(I(z)=I_0e^{-\alpha z}\) | 베르–람베르트. 3 µm Si는 550 nm를 약 87 % 흡수, 940 nm는 약 5 % |
| 02 | \(n_1\sin\theta_1=n_2\sin\theta_2,\ \ \theta_c=\arcsin(n_2/n_1)\) | 스넬·임계각. 유리→공기 41.8°, Si→SiO₂ 약 21° |
| 03 | \(N = f/D_{\mathrm{EP}},\ \ \mathrm{NA}'\approx 1/(2N)\) | F/2 ↔ 상측 NA 0.25. 노출은 \(1/N^2\)에 비례 |
| 03 | \(G = n^2 A\,\Omega\) (보존) | 에텐듀. 광학계는 밝기(방사휘도)를 늘릴 수 없다 |
| 04 | \(V_d=\dfrac{n_d-1}{n_F-n_C}\) | 아베수. 크면 저분산(크라운 ≈ 64), 작으면 고분산(플린트·폰 렌즈용 고굴절 수지 ≈ 20) |
| 05 | \(l_c\approx \lambda^2/\Delta\lambda\) | 결맞음 길이. 백색광 ≈ 수 µm → 픽셀 스택에선 간섭, 커버 글라스에선 평균 |
| 06 | \(r_{\mathrm{Airy}} = 1.22\,\lambda N\) | F/2, 550 nm: 반지름 1.34 µm, 지름 2.7 µm |
| 06 | \(\Lambda(\sin\theta_m-\sin\theta_i)=m\lambda\) | 회절 격자식. 픽셀 배열도 격자 → 플레어 |
| 07 | \(\mathrm{PSF}=\left|\mathcal F\{P\}\right|^2,\ \ S\approx e^{-(2\pi\sigma_W/\lambda)^2}\) | 동공 → PSF, 마레샬 근사. σ = λ/14 → S ≈ 0.8 |
| 08 | \(\nu_c = 1/(\lambda N),\ \ \nu_{\mathrm{Ny}}=1/(2p)\) | F/2: 909 lp/mm. 1.0 µm 피치: 500 lp/mm |
| 08 | \(\mathrm{MTF}_{\mathrm{pix}}=|\mathrm{sinc}(a\nu)|\) | 개구 a = p일 때 나이퀴스트에서 0.64 |
| 09 | \(I=I_0\cos^2\theta\) | 말뤼스 법칙. 0/45/90/135° 편광 화소로 스토크스 계산 |
| 10 | \(R_0=\left|\dfrac{\tilde n_1-\tilde n_2}{\tilde n_1+\tilde n_2}\right|^2,\ \ \tan\theta_B=n_2/n_1\) | 공기–유리 4 %, 공기–Si ≈ 37 %, 산화막–Si ≈ 22 % |
| 11 | \(n_c=\sqrt{n_0 n_s},\ \ d=\lambda/(4n_c)\) | 1/4 파장 AR. SiO₂/Si 위 이상값 n ≈ 2.4, 두께 ≈ 57 nm |
| 11 | \(\lambda(\theta)\approx\lambda_0\sqrt{1-\sin^2\theta/n_{\mathrm{eff}}^2}\) | 간섭 필터의 청색 이동. 30°에서 수십 nm |
| 12 | \(E(\theta)\approx E_0\cos^4\theta\) | 상대 조도. 30° → 56 %(실제 렌즈는 동공 수차로 완화) |
| 15 | \(\Delta t\le \dfrac{\Delta x}{c\sqrt{3}}\) | 3D FDTD CFL 조건. Δx = 10 nm → Δt ≤ 0.019 fs |
| 17 | \(Q=\lambda N/p\) | Q = 2이면 렌즈 차단 = 나이퀴스트. 폰 카메라는 대개 Q ≈ 0.8–1.5 |
새 렌즈–센서 조합을 받으면 가장 먼저 Airy 지름/피치(= 2.44 Q), 최대 CRA와 ML 시프트 설계값의 차이, IR 컷 필터 50 % 지점의 각도 이동량 세 숫자를 계산해 보자. 해상도, 쉐이딩, 색 쉐이딩 문제의 대부분이 이 세 숫자에서 미리 보인다. 자세한 흐름은 17장의 체크리스트에 있다.
종합 퀴즈
전 챕터에서 고른 37문항이다. 한 문제씩 풀고 나면 해설과 관련 챕터 링크가 나온다. 끝까지 풀면 챕터별 정답 그래프와 “등급”을 보여 준다. 다시 풀기를 누르면 문제와 보기 순서가 섞인다. 계산 문제는 종이와 펜을 옆에 두면 좋다.
마치며
- 픽셀 광학은 결국 렌즈가 만든 빛 원뿔(F/#, CRA)을 파장 크기의 스택(ML, CF, 그리드, DTI)이 흡수 깊이가 파장마다 다른 실리콘에 얼마나 잘 넘겨주느냐의 문제다.
- 픽셀이 파장에 가까워질수록 광선 그림은 출발점일 뿐이고, 회절·간섭·도파·편광을 포함한 파동 해석(TMM, RCWA, FDTD)이 최종 판단을 내린다.
- 해상도(MTF·Q), 감도(QE·상대 조도), 색(분광 크로스토크·색 쉐이딩), 아티팩트(고스트·플레어)는 서로 묶여 있다. 틀린 문제가 있던 챕터로 돌아가 시뮬레이터를 다시 만져 보고, 17장 플레이그라운드에서 전부를 한 번에 맞춰 보자.