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미광은 광학 시스템이나 이미징 장치에 들어가 전반적인 배경 조명에 영향을 미치는 원치 않는 빛을 의미합니다. 이 빛은 광학 시스템 내의 다양한 광원과 반사로 인해 발생할 수 있으며 이미지 품질과 시스템 성능에 해로운 영향을 미칠 수 있습니다.
그림 1 고스트 이미지의 인스턴스
미광이 광학 시스템에 미치는 영향은 용도에 따라 다릅니다. 이미징 시스템에서 미광은 이미지 대비를 감소시키고 아티팩트를 발생시키며 전반적인 이미지 품질을 저하시킬 수 있습니다. 과학 장비에서는 측정 및 관찰의 정확성에 영향을 미칠 수 있습니다. 따라서 광학 설계자는 설계 및 최적화 단계에서 미광 효과를 분석하고 완화하기 위해 세심한 주의를 기울입니다.
미광은 종종 고스트 이미지 형성에 영향을 줍니다. 빛이 광학 시스템 내에서 산란되거나 반사되면 결국 원치 않는 고스트 이미지가 생성될 수 있습니다. 그림 1은 일광 환경에서 고스트 이미지가 미치는 영향을 보여줍니다.
미광은 세심한 광학 설계를 통해 완화될 수 있습니다. 반사 방지 코팅, 배플, 정지 장치 및 기타 설계 기능을 사용하면 미광 및 고스팅을 유발하는 반사 및 산란을 최소화하는 데 도움이 됩니다.
다음은 Zemax 비순차 모드에서 체류광 분석을 수행하는 사례를 제공합니다. 3피스 안경이 포함된 Cooke 렌즈입니다. 광학 구조는 그림 2에 나와 있습니다. 이는 Cooke Triplet이라는 사진 렌즈 디자인의 일종으로, 광학 수차를 줄이고 고품질 이미지를 생성하기 위해 특정 구성으로 배열된 세 개의 렌즈 요소를 사용하는 것이 특징입니다. 구조는 포지티브(볼록) 렌즈, 네거티브(오목) 렌즈, 포지티브 렌즈의 세 가지 렌즈 요소로 구성됩니다.
그림 2 3개의 유리 조각으로 구성된 Cooke 렌즈 구조
Cooke 렌즈는 영화 촬영법의 발전에 중요한 역할을 했으며 Cooke 삼중 렌즈 디자인의 변형이 영화 렌즈에 사용되었습니다. 선명한 이미지를 제공하는 디자인 능력으로 인해 영화 제작에 적합했습니다. 이 사례는 각도에 0도, 14도, 20도의 세 가지 필드 설정을 통합합니다.
그림 3 Cooke 렌즈의 필드
미광 분석은 비순차(NSQ) 모드에서 수행되는 광선 경로 분석을 기반으로 합니다. 여기서는 기본 설정으로 Zemax의 내장 기능을 사용하여 구조를 NSQ 모드로 변환합니다. NSQ에서 변환된 구조는 그림 4에 나와 있습니다. 순차 모드에서 정의된 3개의 필드는 3개의 소스 개체와 3개의 감지기 개체로 표시됩니다.
그림 4 3피스 Cooke 렌즈의 NSQ 모델
검출기 평면의 미광 에너지 분포를 설명하기 위해 60mm x 60mm 크기의 직사각형 검출기를 아래와 같이 배치합니다. 그림 5와 같이 이 검출기의 픽셀 수는 300 x 300으로 설정됩니다.
그림 5 미광 분석을 위한 NSQ 구성 요소 편집기
그림 6 직사각형 검출기가 추가된 NSQ 모델
세 가지 소스는 각각 2000개의 광선에 할당되어 NSQ 광선을 산란 및 분할하여 광선을 추적하고 광선 데이터베이스를 아래와 같이 ZRD 파일로 저장합니다.
그림 7 NSC 광선 추적 설정
추적에서 추가된 검출기의 불일치 방사조도는 그림 7에 표시됩니다. 뷰 중앙의 미광 방사조도(작은 파란색 점)를 볼 수 있습니다. 이는 검출기 평면에 투사된 미광 에너지입니다. 이를 식별하고 줄이기 위해서는 몇 가지 추가 조치가 필요합니다.
그림 8 추가된 검출기의 불일치 휘도
3D 레이아웃에 G0&H11 필터 문자열을 적용할 수 있습니다. G0은 렌즈 조합의 모든 피사체에서 나오는 고스트 라이트 세그먼트를 의미합니다. H11은 추가된 직사각형 검출기인 물체 11에 닿는 빛 세그먼트를 제안합니다. 최소 상대 광선 강도는 3E-3으로 설정됩니다. 이는 레이아웃에 표시되는 세그먼트 에너지의 가장 낮은 임계값을 의미합니다.
그림 9 일반적인 미광 레이아웃
각 요소의 미광 기여도를 추적하려면 프리미엄 이상 버전에서만 사용할 수 있는 Zemax의 “경로 분석” 기능이 필요합니다. 그림 10은 위 광선 추적 결과의 경로 분석을 보여줍니다. 물체 5(경로 # 7,8,9)와 6(경로 # 10,11,12)에서 빛이 크게 역전되는 것을 확인할 수 있습니다. 따라서 그림 11과 같이 반사 방지(AR) 코팅이 두 요소의 양면에 추가됩니다.
그림 10 중요한 미광 경로를 식별하기 위한 광선 경로 분석
그림 11 물체 5와 6의 양면에 AR 코팅을 적용합니다.
그림 7과 동일한 설정으로 추적할 때 아래 그림 12와 같이 검출기의 훨씬 깔끔한 레이아웃이 표시됩니다.
그림 12 중요한 요소에 AR 코팅을 추가한 후 감지기 평면의 불일치 복사휘도
전반적인 미광 분석 프로세스는 복잡할 수 있습니다. 각각의 유지 광 경로 기여도는 식별 및 코팅 후에 크게 줄어들 수 있습니다. 결과에 따라 광학 시스템, 코팅 또는 기타 매개변수를 조정하고 원하는 성능이 달성될 때까지 반복합니다. Zemax는 광학 설계 및 분석을 위한 포괄적인 플랫폼을 제공하며, 구체적인 단계와 옵션은 사용되는 Zemax 버전에 따라 달라질 수 있습니다.
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