يشير الضوء الشارد إلى الضوء غير المرغوب فيه الذي يدخل إلى النظام البصري أو جهاز التصوير ويساهم في إضاءة الخلفية بشكل عام. يمكن أن ينشأ هذا الضوء من مصادر وانعكاسات مختلفة داخل النظام البصري، وقد يكون له تأثير ضار على جودة الصورة وأداء النظام.
الشكل 1: مثيل صورة الشبح
يعتمد تأثير الضوء الشارد على النظام البصري على التطبيق. في أنظمة التصوير، يمكن أن يؤدي الضوء الشارد إلى تقليل تباين الصورة وإدخال التحف وتقليل جودة الصورة بشكل عام. وفي الأدوات العلمية، يمكن أن يؤثر ذلك على دقة القياسات والملاحظات. لذلك، يولي مصممو البصريات عناية كبيرة لتحليل تأثيرات الضوء الشارد وتخفيفها أثناء مرحلتي التصميم والتحسين.
غالبًا ما يساهم الضوء الشارد في تكوين صور الأشباح. عندما ينثر الضوء أو ينعكس داخل النظام البصري، فقد يؤدي ذلك في النهاية إلى إنشاء صور شبحية غير مرغوب فيها. يوضح الشكل 1 تأثير صورة الأشباح في بيئة مشمسة.
يمكن تخفيف الضوء الشارد من خلال التصميم البصري الدقيق. يساعد استخدام الطلاءات المضادة للانعكاس والحواجز والتوقفات وميزات التصميم الأخرى على تقليل الانعكاسات والتشتت التي تساهم في تشتيت الضوء والظلال.
نقدم هنا حالة لإجراء تحليل الضوء المستمر في وضع Zemax غير المتسلسل. عبارة عن عدسة كوك مع 3 قطع نظارات. يظهر الهيكل البصري في الشكل 2. وهو نوع من تصميم عدسات التصوير الفوتوغرافي، وهو Cooke Triplet، الذي يتميز باستخدامه لثلاثة عناصر عدسة مرتبة في تكوين محدد لتقليل الانحرافات البصرية وإنتاج صور عالية الجودة. يتكون الهيكل من ثلاثة عناصر للعدسة: عدسة موجبة (محدبة)، وعدسة سلبية (مقعرة)، وعدسة موجبة.
الشكل 2: هيكل عدسة كوك مع 3 قطع من الزجاج
لعبت عدسات كوك دورًا مهمًا في تطوير التصوير السينمائي، وتم استخدام أشكال مختلفة من تصميم كوك الثلاثي في عدسات السينما. إن قدرة التصميم على تقديم صور حادة جعلته مناسبًا لصناعة الأفلام. تدمج الحالة هنا ثلاثة إعدادات للمجال في الزاوية، وهي 0 و14 و20 درجة.
الشكل 3: مجالات عدسة كوك
يعتمد تحليل الضوء الشارد على تحليل مسار الشعاع، والذي يتم إجراؤه في الوضع غير المتسلسل (NSQ). نقوم هنا بتحويل البنية إلى وضع NSQ باستخدام وظيفة Zemax المضمنة مع الإعدادات الافتراضية. يظهر الشكل 4 البنية المحولة في NSQ. ويتم عرض الحقول الثلاثة المحددة في الوضع المتسلسل مع ثلاثة كائنات مصدر وثلاثة كائنات كاشف.
الشكل 4: نموذج NSQ لعدسة Cooke المكونة من 3 قطع
لتوضيح توزيع طاقة الضوء الشارد على مستوى الكاشف، تم وضع كاشف مستطيل الشكل بحجم 60 مم × 60 مم، كما هو موضح أدناه. تم ضبط أرقام البكسل على 300 × 300 لهذا الكاشف، كما هو موضح في الشكل 5.
الشكل 5: محرر مكون NSQ لتحليل الضوء الشارد
الشكل 6: نموذج NSQ مع كاشف مستطيل مضاف
يتم تخصيص كل مصدر من المصادر الثلاثة لـ 2000 شعاع وتتبع الشعاع بتشتت وتقسيم أشعة NSQ، وحفظ قاعدة بيانات الشعاع كملف ZRD، كما يلي:
الشكل 7: إعداد تتبع الأشعة NSC
يظهر الشكل 7 إشعاع عدم الترابط عند الكاشف المضاف من التتبع. ويمكن ملاحظة إشعاع الضوء الشارد في وسط المنظر (نقاط زرقاء صغيرة). تلك هي الطاقة الضوئية الضالة المسقطة في مستوى الكاشف. هناك حاجة إلى بعض الإجراءات الإضافية لتحديدها والحد منها.
الشكل 8: إشعاع عدم الترابط عند الكاشف المضاف
يمكننا تطبيق سلسلة مرشح: G0&H11، في التخطيط ثلاثي الأبعاد. G0 يعني مقطع ضوء شبحي من أي موضوع في مجموعة العدسات. يشير H11 إلى أن قطعة الضوء تصطدم بالجسم 11، وهو الكاشف المستطيل المضاف. يتم تعيين الحد الأدنى لكثافة الشعاع النسبية على أنه 3E-3، مما يعني أن الحد الأدنى لطاقة المقطع الموضح في التخطيط.
الشكل 9: تخطيط الضوء الشارد النموذجي
لتتبع مساهمة الضوء الشارد لكل عنصر، نحتاج إلى ميزة “تحليل المسار” في Zemax، والتي لا يمكن الوصول إليها إلا في الإصدار المميز أو الإصدار الأحدث. يوضح الشكل 10 تحليل المسار لنتيجة تتبع الشعاع أعلاه. يمكن تحديد أن الضوء معكوس إلى حد كبير عند الكائن 5 (المسار رقم 7،8،9) و6 (المسار رقم 10،11،12). وبالتالي يتم إضافة طلاء مضاد للانعكاس (AR) إلى كلا سطحي العنصرين، كما هو موضح في الشكل 11.
الشكل 10: تحليل مسار الشعاع لتحديد مسارات الضوء الضالة الحرجة
الشكل 11: قم بتطبيق طلاء AR على سطحي الجسمين 5 و6
عند التتبع باستخدام نفس الإعداد في الشكل 7، يظهر تخطيط أكثر وضوحًا عند الكاشف، كما هو موضح أدناه في الشكل 12.
الشكل 12: إشعاع عدم الترابط على مستوى الكاشف بعد إضافة طلاء AR إلى العناصر المهمة
يمكن أن تكون عملية تحليل الضوء الشارد بشكل عام معقدة. يمكن تقليل كل مساهمة في مسار الضوء بشكل كبير بعد تحديدها وتغليفها. قم بإجراء تعديلات على النظام البصري أو الطلاءات أو المعلمات الأخرى بناءً على النتائج وكررها حتى يتم تحقيق الأداء المطلوب. يوفر Zemax منصة شاملة للتصميم والتحليل البصري، وقد تختلف الخطوات والخيارات المحددة بناءً على إصدار Zemax المستخدم.