Join the forum for Designers!
Your expertise is vital to the community. Join us and contribute your knowledge!
Join the Forum NowShare, learn and grow with the best professionals in the industry.
Światło rozproszone oznacza niepożądane światło, które dostaje się do układu optycznego lub urządzenia obrazującego i przyczynia się do ogólnego oświetlenia tła. Światło to może pochodzić z różnych źródeł i odbić w układzie optycznym i może mieć szkodliwy wpływ na jakość obrazu i wydajność systemu.
Rysunek 1 Przykład obrazu ducha
Wpływ światła rozproszonego na układ optyczny zależy od zastosowania. W systemach obrazowania rozproszone światło może zmniejszyć kontrast obrazu, wprowadzić artefakty i pogorszyć ogólną jakość obrazu. W instrumentach naukowych może to mieć wpływ na dokładność pomiarów i obserwacji. Dlatego projektanci optyki przywiązują dużą wagę do analizy i łagodzenia efektów światła rozproszonego na etapach projektowania i optymalizacji.
Światło rozproszone często przyczynia się do powstawania obrazów duchów. Kiedy światło rozprasza się lub odbija w układzie optycznym, może ostatecznie doprowadzić do powstania niepożądanych obrazów duchów. Rysunek 1 ilustruje wpływ obrazu widmowego w słonecznym otoczeniu.
Światło rozproszone można ograniczyć poprzez staranną konstrukcję optyczną. Zastosowanie powłok antyrefleksyjnych, przegród, ograniczników i innych elementów konstrukcyjnych pomaga zminimalizować odbicia i rozproszenia, które przyczyniają się do powstawania rozproszonego światła i zjaw.
Tutaj przedstawiono przypadek do przeprowadzenia analizy światła stałego w trybie niesekwencyjnym Zemax. Jest to soczewka Cooke’a z 3-częściowymi okularami. Strukturę optyczną pokazano na rysunku 2. Jest to rodzaj konstrukcji obiektywu fotograficznego, a mianowicie Cooke Triplet, który charakteryzuje się zastosowaniem trzech elementów soczewki ułożonych w określonej konfiguracji w celu ograniczenia aberracji optycznych i uzyskania wysokiej jakości obrazu. Konstrukcja składa się z trzech elementów soczewki: soczewki dodatniej (wypukłej), soczewki ujemnej (wklęsłej) i soczewki dodatniej.
Rysunek 2 Struktura soczewki Cooke’a z 3 kawałkami szkła
Soczewki Cooke’a odegrały znaczącą rolę w rozwoju kinematografii, a w soczewkach kinowych zastosowano odmiany konstrukcji trójki Cooke’a. Zdolność projektu do zapewnienia ostrych obrazów sprawiła, że nadawał się do kręcenia filmów. Obudowa tutaj integruje trzy ustawienia pola pod kątem, które wynoszą 0, 14 i 20 stopni.
Rysunek 3 Pola soczewki Cooke’a
Analiza światła rozproszonego opiera się na analizie ścieżki promieni prowadzonej w trybie niesekwencyjnym (NSQ). Tutaj konwertujemy strukturę do trybu NSQ za pomocą wbudowanej funkcji Zemax z ustawieniami domyślnymi. Strukturę przekształconą w NSQ pokazano na rysunku 4. Trzy pola zdefiniowane w trybie sekwencyjnym są prezentowane z trzema obiektami źródłowymi i trzema obiektami detektora.
Rysunek 4 Model NSQ 3-częściowej soczewki Cooke’a
Aby zilustrować rozkład energii światła rozproszonego w płaszczyźnie detektora, umieszczono tam detektor w kształcie prostokąta o wymiarach 60 mm x 60 mm, jak poniżej. Dla tego detektora liczba pikseli jest ustawiona na 300 x 300, jak pokazano na rysunku 5.
Rysunek 5 Edytor komponentów NSQ do analizy światła rozproszonego
Rysunek 6 Model NSQ z dodaną czujką prostokątną
Każde z trzech źródeł jest przydzielonych do 2000 promieni i śledzi promień z rozpraszaniem i rozdzielaniem promieni NSQ oraz zapisuje bazę danych promieni jako plik ZRD, jak poniżej:
Rysunek 7 Ustawienia śledzenia promieni NSC
Niespójne natężenie napromieniowania na dodanym detektorze ze śledzenia pokazano na rysunku 7. Można zauważyć, że natężenie napromienienia światła rozproszonego znajduje się w środku widoku (małe niebieskie kropki). Są to energia światła rozproszonego emitowana w płaszczyźnie detektora. Aby je zidentyfikować i ograniczyć, potrzebne są dalsze działania.
Rysunek 8 Promieniowanie niespójne w dodanym detektorze
Możemy zastosować ciąg filtrów: G0&H11, w układzie 3D. G0 oznacza segment światła widmowego z dowolnego obiektu z kombinacji soczewek. H11 sugeruje uderzenie segmentu światła w obiekt 11, który jest dodanym prostokątnym detektorem. Minimalne względne natężenie promienia jest ustawione na 3E-3, co oznacza najniższy próg energii segmentu pokazany na schemacie.
Rysunek 9 Typowy układ światła rozproszonego
Aby prześledzić udział światła rozproszonego w każdym elemencie, potrzebujemy funkcji „Analiza ścieżki” oprogramowania Zemax, która jest dostępna tylko w wersji Premium lub wyższej. Rysunek 10 przedstawia analizę ścieżki wyniku śledzenia promieni powyżej. Można stwierdzić, że światło jest w dużym stopniu odwrócone w obiektach 5 (ścieżki nr 7,8,9) i 6 (ścieżki nr 10,11,12). W ten sposób na obie powierzchnie dwóch elementów nanoszona jest powłoka antyrefleksyjna (AR), jak pokazano na rysunku 11.
Rysunek 10 Analiza ścieżki promieni w celu identyfikacji krytycznych ścieżek światła rozproszonego
Rysunek 11 Nałóż powłokę AR na obie powierzchnie obiektów 5 i 6
Podczas śledzenia z tymi samymi ustawieniami jak na rysunku 7, pokazany jest znacznie przejrzysty układ detektora, jak poniżej na rysunku 12.
Rysunek 12 Niespójność promieniowania w płaszczyźnie detektora po nałożeniu powłoki AR na elementy krytyczne
Ogólny proces analizy światła rozproszonego może być złożony. Po zidentyfikowaniu i pokryciu każdego wkładu ścieżki światła można znacznie zmniejszyć. Dostosuj układ optyczny, powłoki lub inne parametry w oparciu o wyniki i powtarzaj, aż do osiągnięcia pożądanej wydajności. Zemax zapewnia kompleksową platformę do projektowania i analiz optycznych, a konkretne kroki i opcje mogą się różnić w zależności od używanej wersji Zemax.
Join the forum for Designers!
Your expertise is vital to the community. Join us and contribute your knowledge!
Join the Forum NowShare, learn and grow with the best professionals in the industry.