Luz difusa refere-se à luz indesejada que entra em um sistema óptico ou dispositivo de imagem e contribui para a iluminação geral do fundo. Esta luz pode surgir de várias fontes e reflexões dentro do sistema óptico e pode ter um efeito prejudicial na qualidade da imagem e no desempenho do sistema.
Figura 1 Instância de imagem fantasma
O impacto da luz difusa em um sistema óptico depende da aplicação. Em sistemas de imagem, a luz difusa pode reduzir o contraste da imagem, introduzir artefatos e degradar a qualidade geral da imagem. Em instrumentos científicos, pode afetar a precisão das medições e observações. Portanto, os projetistas ópticos tomam muito cuidado para analisar e mitigar os efeitos de luz dispersa durante as fases de projeto e otimização.
A luz difusa muitas vezes contribui para a formação de imagens fantasmas. Quando a luz se dispersa ou reflete dentro do sistema óptico, pode eventualmente levar à criação de imagens fantasmas indesejadas. A Figura 1 ilustra o impacto da imagem fantasma em um ambiente ensolarado.
A luz difusa pode ser mitigada através de um design óptico cuidadoso. O uso de revestimentos antirreflexos, defletores, batentes e outros recursos de design ajuda a minimizar os reflexos e a dispersão que contribuem para a luz dispersa e o efeito fantasma.
Aqui oferece um caso para conduzir análise de luz fixa no modo Zemax não sequencial. É uma lente Cooke com óculos de 3 peças. A estrutura óptica é mostrada na Figura 2. É um tipo de design de lente fotográfica, nomeadamente Cooke Triplet, que se caracteriza pela utilização de três elementos de lente dispostos numa configuração específica para reduzir aberrações ópticas e produzir imagens de alta qualidade. A estrutura consiste em três elementos de lente: uma lente positiva (convexa), uma lente negativa (côncava) e uma lente positiva.
Figura 2 Estrutura da lente Cooke com 3 pedaços de vidro
As lentes Cooke desempenharam um papel significativo no desenvolvimento da cinematografia, e variações do design triplo Cooke foram usadas em lentes de cinema. A capacidade do design de fornecer imagens nítidas o tornou adequado para a produção cinematográfica. O case aqui integra três configurações de campo em ângulo, que são 0, 14 e 20 graus.
Figura 3 Campos da lente Cooke
A análise de luz dispersa é baseada na análise do caminho do raio, que é conduzida no modo não sequencial (NSQ). Aqui convertemos a estrutura no modo NSQ usando a função integrada do Zemax com configurações padrão. A estrutura convertida em NSQ é mostrada na Figura 4. Os três campos definidos no modo sequencial são apresentados com três objetos fonte e três objetos detectores.
Figura 4 Modelo NSQ da lente Cooke de 3 peças
Para ilustrar a distribuição da energia da luz dispersa no plano do detector, um detector de formato retangular, com tamanho de 60 mm x 60 mm, é colocado ali, conforme abaixo. Os números de pixels são definidos como 300 x 300 para este detector, conforme mostrado na Figura 5.
Figura 5 Editor de componentes NSQ para análise de luz difusa
Figura 6 Modelo NSQ com um detector retangular adicionado
Cada uma das três fontes é alocada para 2.000 raios e rastreia o raio com espalhamento e divisão de raios NSQ e salva o banco de dados de raios como um arquivo ZRD, conforme abaixo:
Figura 7 Configuração de rastreamento de raio NSC
A irradiância de incoerência no detector adicionado do traçado é mostrada na Figura 7. Pode-se observar a irradiância da luz dispersa no centro da vista (pequenos pontos azuis). Essa é a energia luminosa dispersa que foi projetada no plano do detector. Algumas ações adicionais são necessárias para identificá-los e reduzi-los.
Figura 8 Radiância de incoerência no detector adicionado
Podemos aplicar uma string de filtro: G0&H11, no layout 3D. G0 significa segmento de luz fantasma de qualquer objeto da combinação de lentes. H11 sugere que o segmento de luz atinja o objeto 11, que é o detector retangular adicionado. A intensidade relativa mínima do raio é definida como 3E-3, o que significa que o limite mais baixo de energia do segmento mostrado no layout.
Figura 9 Layout típico de luz difusa
Para rastrear a contribuição da luz dispersa de cada elemento, precisamos do recurso “Path Analysis” do Zemax, que só está acessível na versão Premium ou superior. A Figura 10 mostra a análise de caminho do resultado do traçado de raio acima. Pode-se identificar que a luz é amplamente invertida no objeto 5 (caminho #s 7,8,9) e 6 (caminho #s 10,11,12). Assim, o revestimento anti-reflexo (AR) é adicionado a ambas as superfícies dos dois elementos, conforme mostrado na Figura 11.
Figura 10 Análise do caminho do raio para identificar caminhos críticos de luz dispersa
Figura 11 Aplique revestimento AR em ambas as superfícies dos objetos 5 e 6
Ao rastrear com a mesma configuração da Figura 7, um layout muito mais limpo no detector é mostrado, como abaixo na Figura 12.
Figura 12 Radiância de incoerência no plano do detector após adicionar revestimento AR a elementos críticos
O processo geral de análise de luz difusa pode ser complexo. Cada contribuição do caminho óptico de permanência pode ser significativamente reduzida após ser identificada e revestida. Faça ajustes no sistema óptico, nos revestimentos ou em outros parâmetros com base nos resultados e repita até que o desempenho desejado seja alcançado. Zemax fornece uma plataforma abrangente para projeto e análise óptica, e as etapas e opções específicas podem variar de acordo com a versão do Zemax usada.