Анализ рассеянного света для объектива камеры в непоследовательном режиме Zemax

Join the forum for Designers!

Your expertise is vital to the community. Join us and contribute your knowledge!

Share, learn and grow with the best professionals in the industry.

Рассеянный свет — это нежелательный свет, который попадает в оптическую систему или устройство формирования изображений и способствует общему фоновому освещению. Этот свет может возникать из различных источников и отражений внутри оптической системы и может отрицательно влиять на качество изображения и производительность системы.

Рис. 1. Экземпляр призрачного изображения

Влияние рассеянного света на оптическую систему зависит от применения. В системах визуализации рассеянный свет может снизить контрастность изображения, привести к появлению артефактов и ухудшить общее качество изображения. В научных приборах это может повлиять на точность измерений и наблюдений. Поэтому проектировщики оптики уделяют большое внимание анализу и смягчению эффектов рассеянного света на этапах проектирования и оптимизации.

Рассеянный свет часто способствует формированию призрачных изображений. Когда свет рассеивается или отражается внутри оптической системы, это может в конечном итоге привести к созданию нежелательных призрачных изображений. Рисунок 1 иллюстрирует влияние фантомного изображения в условиях солнечного света.

Рассеянный свет можно уменьшить за счет тщательного оптического проектирования. Использование антибликовых покрытий, перегородок, ограничителей и других конструктивных особенностей помогает минимизировать отражения и рассеяние, которые способствуют появлению рассеянного света и ореолов.

Здесь предлагается случай проведения анализа оставшегося света в непоследовательном режиме Zemax. Это линза Кука с очками из трех частей. Оптическая структура показана на рисунке 2. Это тип конструкции фотообъектива, а именно Cooke Triplet, который характеризуется использованием трех линзовых элементов, расположенных в определенной конфигурации для уменьшения оптических аберраций и получения высококачественных изображений. В конструкцию входят три линзовых элемента: положительная (выпуклая) линза, отрицательная (вогнутая) линза и положительная линза.

Рисунок 2. Структура линзы Кука с тремя кусочками стекла.

Линзы Кука сыграли значительную роль в развитии кинематографии, а варианты конструкции тройки Кука использовались в кинообъективах. Способность конструкции обеспечивать четкое изображение сделала ее подходящей для кинопроизводства. Здесь объединены три полевые настройки угла: 0, 14 и 20 градусов.

Рис. 3. Поля линзы Кука.

Анализ рассеянного света основан на анализе траектории лучей, который проводится в непоследовательном (NSQ) режиме. Здесь мы преобразуем структуру в режим NSQ с помощью встроенной функции Zemax с настройками по умолчанию. Преобразованная структура в NSQ показана на рисунке 4. Три поля, определенные в последовательном режиме, представлены тремя объектами-источниками и тремя объектами-детекторами.

Рисунок 4. Модель NSQ трехкомпонентной линзы Кука.

Чтобы проиллюстрировать распределение энергии рассеянного света в плоскости детектора, туда помещают детектор прямоугольной формы размером 60 x 60 мм, как показано ниже. Для этого детектора номера пикселей установлены на 300 x 300, как показано на рисунке 5.

Рисунок 5. Редактор компонентов NSQ для анализа рассеянного света.

Рисунок 6. Модель NSQ с добавленным прямоугольным детектором.

Каждому из трех источников выделяется 2000 лучей, трассировка луча с рассеянием и расщеплением лучей NSQ и сохранение базы данных лучей в виде файла ZRD, как показано ниже:

Рисунок 7. Настройка трассировки лучей NSC.

Излучение некогерентности добавленного детектора из трассировки показано на рисунке 7. Видно, что излучение рассеянного света в центре изображения (маленькие синие точки). Это энергия рассеянного света, проецируемая в плоскость детектора. Необходимы некоторые дальнейшие действия для их выявления и сокращения.

Рисунок 8. Некогерентное излучение на добавленном детекторе.

Мы можем применить строку фильтра: G0&H11 в 3D-макете. G0 означает сегмент призрачного света от любого объекта в комбинации объективов. H11 предполагает попадание сегмента света на объект 11, который представляет собой добавленный прямоугольный детектор. Минимальная относительная интенсивность луча установлена ​​как 3E-3, что означает самый низкий порог энергии сегмента, показанный на схеме.

Рисунок 9. Типичная схема рассеяния света.

Чтобы отслеживать вклад рассеянного света каждого элемента, нам нужна функция Zemax «Анализ пути», которая доступна только в версии Premium или выше. На рисунке 10 показан анализ пути результата трассировки лучей, приведенного выше. Можно определить, что свет в значительной степени направлен обратно на объект 5 (пути № 7,8,9) и 6 (Пути № 10,11,12). Таким образом, на обе поверхности двух элементов добавляется антиотражающее (AR) покрытие, как показано на рисунке 11.

Рисунок 10. Анализ траектории лучей для определения критических путей рассеяния света.

Рисунок 11. Нанесение просветляющего покрытия на обе поверхности объектов 5 и 6.

При трассировке с теми же настройками, что и на рис. 7, схема расположения детектора выглядит гораздо более четкой, как показано ниже на рис. 12.

Рисунок 12. Некогерентное излучение в плоскости детектора после нанесения просветляющего покрытия на критические элементы.

Общий процесс анализа рассеянного света может быть сложным. Вклад каждого пути остающегося света может быть значительно уменьшен после его идентификации и нанесения покрытия. Вносите коррективы в оптическую систему, покрытия или другие параметры на основе результатов и повторяйте действия до тех пор, пока не будет достигнута желаемая производительность. Zemax предоставляет комплексную платформу для оптического проектирования и анализа, а конкретные шаги и параметры могут различаться в зависимости от используемой версии Zemax.

Join the forum for Designers!

Your expertise is vital to the community. Join us and contribute your knowledge!

Share, learn and grow with the best professionals in the industry.