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La luz parásita se refiere a la luz no deseada que entra en un sistema óptico o dispositivo de captura de imágenes y contribuye a la iluminación general de fondo. Esta luz puede proceder de diversas fuentes y reflejos dentro del sistema óptico, y puede tener un efecto perjudicial sobre la calidad de la imagen y el rendimiento del sistema.
Figura 1 Ejemplo de imagen fantasma
El impacto de la luz parásita en un sistema óptico depende de la aplicación. En los sistemas de imagen, la luz parásita puede reducir el contraste de la imagen, introducir artefactos y degradar la calidad general de la imagen. En los instrumentos científicos, puede afectar a la precisión de las mediciones y observaciones. Por ello, los diseñadores ópticos ponen mucho cuidado en analizar y mitigar los efectos de la luz parásita durante las fases de diseño y optimización.
La luz parásita contribuye a menudo a la formación de imágenes fantasma. Cuando la luz se dispersa o refleja dentro del sistema óptico, puede acabar provocando la creación de imágenes fantasma no deseadas. La figura 1 ilustra el impacto de la imagen fantasma en un entorno soleado.
La luz parásita puede mitigarse mediante un diseño óptico cuidadoso. El uso de revestimientos antirreflectantes, deflectores, topes y otras características de diseño ayuda a minimizar los reflejos y la dispersión que contribuyen a la luz parásita y las imágenes fantasma.
Aquí se ofrece un caso para realizar análisis de luz parásita en el modo no secuencial de Zemax. Se trata de una lente Cooke con vidrios de 3 piezas. La estructura óptica se muestra en la figura 2. Se trata de un tipo de diseño de objetivo fotográfico, el triplete de Cooke, que se caracteriza por utilizar tres elementos de lente dispuestos en una configuración específica para reducir las aberraciones ópticas y producir imágenes de alta calidad. La estructura consta de tres elementos de lente: una lente positiva (convexa), una lente negativa (cóncava) y una lente positiva.
Figura 2 Estructura de la lente de Cooke con 3 piezas de cristal
Las lentes Cooke desempeñaron un papel importante en el desarrollo de la cinematografía y se han utilizado variaciones del diseño de triplete de Cooke en lentes de cine. La capacidad del diseño para proporcionar imágenes nítidas lo hizo adecuado para la cinematografía. El caso que nos ocupa integra tres ajustes de campo en ángulo, que son 0, 14 y 20 grados.
Figura 3 Campos del objetivo Cooke
El análisis de la luz difusa se basa en el análisis de la trayectoria de los rayos, que se realiza en el modo no secuencial (NSQ). Aquí convertimos la estructura en modo NSQ utilizando la función incorporada de Zemax con los ajustes predeterminados. La estructura convertida en NSQ se muestra en la figura 4. Los tres campos definidos en el modo secuencial se presentan con tres objetos fuente y tres objetos detector.
Figura 4 Modelo NSQ de la lente Cooke de 3 piezas
Para ilustrar la distribución de la energía de la luz parásita en el plano del detector, se coloca allí un detector de forma rectangular, con un tamaño de 60 mm x 60 mm, como se indica a continuación. El número de píxeles se fija en 300 x 300 para este detector, como se muestra en la figura 5.
Figura 5 Editor de componentes NSQ para el análisis de la luz difusa
Figura 6 Modelo NSQ con un detector rectangular añadido
A cada una de las tres fuentes se le asignan 2000 rayos y se traza el rayo con dispersión y división de rayos NSQ, y se guarda la base de datos de rayos como un archivo ZRD, como se muestra a continuación:
Figura 7 Configuración de trazado de rayos NSC
La irradiancia de incoherencia en el detector añadido a partir del trazado se muestra en la figura 7. Puede verse que la irradiancia de luz parásita en el centro de la vista (pequeños puntos azules). Son la energía de la luz parásita que se proyecta en el plano del detector. Es necesario realizar algunas acciones adicionales para identificarlas y reducirlas.
Figura 8 Radiancia de incoherencia en el detector añadido
Podemos aplicar una cadena de filtros G0&H11, en la disposición 3D. G0 significa segmento de luz fantasma procedente de cualquier objeto de la combinación de lentes. H11 sugiere segmento de luz que incide sobre el objeto 11, que es el detector rectangular añadido. La intensidad mínima relativa del rayo se establece como 3E-3, lo que significa que el umbral más bajo de la energía del segmento que se muestra en el trazado.
Figura 9 Disposición típica de la luz parásita
Para trazar la contribución de la luz difusa de cada elemento, necesitamos la función «Análisis de trayectoria» de Zemax, a la que sólo se puede acceder en la versión Premium o superior. La figura 10 muestra el análisis de trayectorias del resultado del trazado de rayos anterior. Puede identificarse que la luz se invierte en gran medida en el objeto 5 (trayectorias nº 7,8,9) y 6 (trayectorias nº 10,11,12). Así pues, se añade un revestimiento antirreflectante (AR) a ambas superficies de los dos elementos, como se muestra en la figura 11.
Figura 10 Análisis de la trayectoria de los rayos para identificar las trayectorias críticas de la luz parásita
Figura 11 Aplicar revestimiento AR a ambas superficies de los objetos 5 y 6
Al trazar con la misma configuración de la figura 7, se muestra un trazado mucho más limpio en el detector, como el de la figura 12.
Figura 12 Radiancia de incoherencia en el plano del detector tras añadir revestimiento AR a los elementos críticos
El proceso general de análisis de la luz difusa puede ser complejo. Cada contribución de la trayectoria de la luz de estancia puede reducirse significativamente tras ser identificada y revestida. Realice ajustes en el sistema óptico, los revestimientos u otros parámetros basándose en los resultados e itere hasta conseguir el rendimiento deseado. Zemax proporciona una plataforma completa para el diseño y el análisis óptico, y los pasos y opciones específicos pueden variar en función de la versión de Zemax que se utilice.
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