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迷光とは、光学システムまたはイメージング デバイスに入り、全体的な背景照明に寄与する不要な光を指します。 この光はさまざまな光源や光学システム内の反射から発生する可能性があり、画質やシステムのパフォーマンスに悪影響を与える可能性があります。
図 1 ゴースト画像の例
光学システムに対する迷光の影響は、アプリケーションによって異なります。 イメージング システムでは、迷光により画像のコントラストが低下し、アーティファクトが生じ、全体的な画像品質が低下する可能性があります。 科学機器では、測定や観察の精度に影響を与える可能性があります。 したがって、光学設計者は、設計および最適化の段階で迷光の影響を分析し、軽減することに細心の注意を払っています。
迷光はゴースト画像の形成に寄与することがよくあります。 光が光学システム内で散乱または反射すると、最終的には不要なゴースト画像が生成される可能性があります。 図 1 は、日光環境におけるゴースト イメージの影響を示しています。
慎重な光学設計により迷光を軽減できます。 反射防止コーティング、バッフル、ストップ、その他の設計機能を使用することで、迷光やゴーストの原因となる反射や散乱を最小限に抑えることができます。
ここでは、Zemax ノンシーケンシャル モードで常光解析を実行するケースを紹介します。 クックレンズの3ピースメガネです。 光学構造を図2に示します。クック・トリプレットと呼ばれる写真レンズ設計の一種で、特殊な構成で配置された3つのレンズ要素を使用して光学収差を低減し、高画質な画像を生成するのが特徴です。 正(凸)レンズ、負(凹)レンズ、正レンズの3枚のレンズで構成されています。
図2 3枚のガラスを用いたクックレンズ構造
Cooke レンズは映画撮影の発展において重要な役割を果たし、Cooke トリプレット設計のバリエーションが映画レンズで使用されてきました。 鮮明な画像を提供するデザインの能力により、映画製作に適しています。 ここのケースでは、角度に関して 0、14、20 度の 3 つのフィールド設定が統合されています。
図 3 クック レンズのフィールド
迷光解析は、ノンシーケンシャル (NSQ) モードで実行される光路解析に基づいています。 ここでは、Zemax の組み込み関数をデフォルト設定で使用して、構造を NSQ モードに変換します。 NSQ で変換された構造を図 4 に示します。シーケンシャル モードで定義された 3 つのフィールドには、3 つのソース オブジェクトと 3 つの検出器オブジェクトが表示されます。
図4 3ピースクックレンズのNSQモデル
検出器面での迷光エネルギー分布を示すために、以下のように、サイズが 60 mm x 60 mm の長方形の検出器がそこに配置されています。 図 5 に示すように、この検出器のピクセル番号は 300 x 300 に設定されています。
図 5 迷光解析用の NSQ コンポーネント エディター
図 6 長方形検出器を追加した NSQ モデル
以下のように、3 つのソースのそれぞれが 2000 のレイに割り当てられ、散乱および分割 NSQ レイを使用してレイを追跡し、レイ データベースを ZRD ファイルとして保存します。
図7 NSCレイトレーシング設定
トレースから得られた追加の検出器でのインコヒーレンス放射照度を図 7 に示します。画面の中央に迷光放射照度 (小さな青い点) があることがわかります。 これらは、検出器面に投影された迷光エネルギーです。 それらを特定して削減するには、さらにいくつかのアクションが必要です。
図 8 追加された検出器でのインコヒーレンス放射輝度
3D レイアウトでフィルター文字列 G0&H11 を適用できます。 G0 は、レンズの組み合わせの被写体からのゴースト光セグメントを意味します。 H11 は、光セグメントが追加された長方形の検出器であるオブジェクト 11 に当たることを示しています。 最小相対光線強度は 3E-3 に設定されます。これは、レイアウトに表示されるセグメント エネルギーの最低しきい値を意味します。
図 9 一般的な迷光レイアウト
各要素の迷光の寄与を追跡するには、Zemax の「パス分析」機能が必要です。この機能は、Premium 以降のバージョンでのみアクセスできます。 図 10 は、上記のレイ トレーシング結果のパス解析を示しています。 光がオブジェクト 5 (パス #7、8、9) と 6 (パス #10、11、12) で大きく反転していることがわかります。 したがって、図 11 に示すように、2 つの要素の両面に反射防止 (AR) コーティングが追加されます。
図 10 重要な迷光経路を特定するための光線経路解析
図 11 オブジェクト 5 と 6 の両面に AR コーティングを適用する
図 7 と同じ設定でトレースすると、以下の図 12 に示すように、検出器のレイアウトがより明確になります。
図 12 重要な要素に AR コーティングを追加した後の検出器面でのインコヒーレンス放射輝度
全体的な迷光解析プロセスは複雑になる場合があります。 各滞留光路の寄与は、識別されコーティングされた後に大幅に減少する可能性があります。 結果に基づいて光学システム、コーティング、またはその他のパラメータを調整し、目的のパフォーマンスが達成されるまで繰り返します。 Zemax は、光学設計と解析のための包括的なプラットフォームを提供します。具体的な手順とオプションは、使用されている Zemax のバージョンによって異なる場合があります。
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