Zemax Sırasız Modunda Kamera Lensi için Kaçak Işık Analizi

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.

Kaçak ışık, bir optik sisteme veya görüntüleme cihazına giren ve genel arka plan aydınlatmasına katkıda bulunan istenmeyen ışığı ifade eder. Bu ışık, optik sistem içindeki çeşitli kaynaklardan ve yansımalardan kaynaklanabilir ve görüntü kalitesi ve sistem performansı üzerinde zararlı bir etkiye sahip olabilir.

Şekil 1 Hayalet Görüntü Örneği

Kaçak ışığın optik sistem üzerindeki etkisi uygulamaya bağlıdır. Görüntüleme sistemlerinde dağınık ışık, görüntü kontrastını azaltabilir, artefaktlara neden olabilir ve genel görüntü kalitesini düşürebilir. Bilimsel cihazlarda ölçümlerin ve gözlemlerin doğruluğunu etkileyebilir. Bu nedenle optik tasarımcılar tasarım ve optimizasyon aşamalarında kaçak ışık etkilerini analiz etmeye ve azaltmaya büyük özen gösterirler.

Dağınık ışık genellikle hayalet görüntülerin oluşmasına katkıda bulunur. Işık optik sistem içinde dağıldığında veya yansıdığında, sonuçta istenmeyen hayalet görüntülerin oluşmasına yol açabilir. Şekil 1, güneşli bir ortamda hayalet görüntünün etkisini göstermektedir.

Dikkatli optik tasarım sayesinde kaçak ışık azaltılabilir. Yansıma önleyici kaplamaların, perdelerin, durdurucuların ve diğer tasarım özelliklerinin kullanılması, başıboş ışık ve gölgelenmeye katkıda bulunan yansımaları ve dağılmayı en aza indirmeye yardımcı olur.

Burada Zemax Sırasız modunda kalıcı ışık analizinin gerçekleştirilmesine yönelik bir durum sunulmaktadır. 3 parça gözlüklü bir Cooke lensidir. Optik yapı Şekil 2'de gösterilmektedir. Bu, optik sapmaları azaltmak ve yüksek kaliteli görüntüler üretmek için belirli bir konfigürasyonda düzenlenmiş üç mercek elemanının kullanılmasıyla karakterize edilen, Cooke Triplet adı verilen bir tür fotografik mercek tasarımıdır. Yapı üç mercek elemanından oluşur: pozitif (dışbükey) mercek, negatif (içbükey) mercek ve pozitif mercek.

Şekil 2 3 parça camdan oluşan Cooke lens yapısı

Cooke lensleri sinematografinin gelişiminde önemli bir rol oynamıştır ve sinema lenslerinde Cooke üçlü tasarımının çeşitleri kullanılmıştır. Tasarımın keskin görüntüler sağlama yeteneği, onu film yapımına uygun hale getirdi. Buradaki durum, 0, 14 ve 20 derecelik açıdaki üç saha ayarını entegre etmektedir.

Şekil 3 Cooke merceğinin alanları

Kaçak ışık analizi, sıralı olmayan (NSQ) modda gerçekleştirilen ışın yolu analizine dayanmaktadır. Burada, varsayılan ayarlarla Zemax'ın yerleşik işlevini kullanarak yapıyı NSQ moduna dönüştürüyoruz. NSQ'da dönüştürülen yapı Şekil 4'te gösterilmektedir. Sıralı modda tanımlanan üç alan, üç kaynak nesne ve üç dedektör nesnesi ile sunulur.

Şekil 4 3 parçalı Cooke lensin NSQ modeli

Dedektör düzlemindeki kaçak ışık enerjisi dağılımını göstermek için buraya aşağıdaki gibi 60 mm x 60 mm boyutunda dikdörtgen şekilli bir dedektör yerleştirilmiştir. Bu dedektör için piksel sayıları Şekil 5'te gösterildiği gibi 300 x 300 olarak ayarlanmıştır.

Şekil 5 Kaçak ışık analizi için NSQ bileşen düzenleyicisi

Şekil 6 Eklenmiş dikdörtgen dedektörlü NSQ modeli

Üç kaynağın her biri 2000 ışına tahsis edilmiştir ve NSQ ışınlarını saçarak ve bölerek ışını izler ve ışın veritabanını aşağıdaki gibi bir ZRD dosyası olarak kaydeder:

Şekil 7 NSC ışın izleme ayarı

İzlemeden eklenen dedektördeki tutarsızlık ışınımı Şekil 7'de gösterilmektedir. Kaçak ışık ışınımının görünümün merkezinde (küçük mavi noktalar) olduğu görülebilir. Bunlar dedektör düzlemine yansıtılan başıboş ışık enerjisidir. Bunları belirlemek ve azaltmak için bazı ilave eylemlere ihtiyaç vardır.

Şekil 8 Eklenen dedektördeki tutarsızlık ışıması

3D düzende bir filtre dizisi uygulayabiliriz: G0&H11. G0, lens kombinasyonunun herhangi bir nesnesinden gelen hayalet ışık segmenti anlamına gelir. H11, eklenen dikdörtgen detektör olan nesne 11'e çarpan ışık segmentini önerir. Minimum bağıl ışın yoğunluğu 3E-3 olarak ayarlanmıştır; bu, düzende gösterilen segment enerjisinin en düşük eşiği anlamına gelir.

Şekil 9 Tipik kaçak ışık düzeni

Her bir öğenin dağınık ışık katkısını izlemek için Zemax'ın yalnızca Premium veya daha yüksek sürümde erişilebilen “Yol Analizi” özelliğine ihtiyacımız var. Şekil 10, yukarıdaki ışın izleme sonucunun yol analizini göstermektedir. Işığın büyük ölçüde nesne 5'te (yol # 7,8,9) ve 6'da (Yol # 10,11,12) ters çevrildiği tanımlanabilir. Böylece Şekil 11'de gösterildiği gibi iki elemanın her iki yüzeyine de yansıma önleyici (AR) kaplama eklenir.

Şekil 10 Kritik kaçak ışık yollarını belirlemek için ışın yolu analizi

Şekil 11 Nesne 5 ve 6'nın her iki yüzeyine de AR kaplama uygulayın

Şekil 7'deki aynı ayarla izleme yapıldığında, aşağıdaki Şekil 12'de olduğu gibi dedektörde daha temiz bir düzen gösterilmektedir.

Şekil 12 Kritik elemanlara AR kaplaması eklendikten sonra dedektör düzlemindeki tutarsızlık ışıması

Genel kaçak ışık analiz süreci karmaşık olabilir. Her bir ışık yolu katkısı, tanımlanıp kaplandıktan sonra önemli ölçüde azaltılabilir. Sonuçlara göre optik sistemde, kaplamalarda veya diğer parametrelerde ayarlamalar yapın ve istenen performans elde edilene kadar yineleyin. Zemax, optik tasarım ve analiz için kapsamlı bir platform sağlar ve belirli adımlar ve seçenekler, kullanılan Zemax sürümüne bağlı olarak değişiklik gösterebilir.

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.