迷光解析の紹介 - パート 2

光学設計においては、光学性能が良くても像面上に不要な光がある場合があります。このような不要光の経路をいかにして見つけ出し、その経路に吸収を設定したり、遮断したりするかは、迷光解析の最も重要な部分です。 この記事は 3 つの連続する記事のうちのパート 2 で、光路解析ツールとフィルター文字列構文を使用して迷光の光路を特定する方法を紹介しています。

著者 Michael Cheng, Yihua Hsiao

Introduction

迷光の観察方法の基本は、本連載のパート 1 で紹介してきました。迷光解析の最も重要な目的は、迷光の原因となった「発生源」を見つけ出し、それを解決することです。そのため、今回の記事では、パート 1 で用意した実例と同じものを使って作業を進めていきます。今回のパート 2 の記事では、迷光の光路を特定する方法と、レンズの特定位置にコーティングを施して迷光を解消する方法をご紹介します。

フィルター文字列を使用して迷光光路の確認

では、この迷光の原因を探り、減らす方法を探ってみます。下の図は、像面に意図しない反射光 (ゴースト光) が発生していることを示しています。これらの特定の光線を分離するには、OpticStudio のフィルタ文字列機能を使用します (下の図の緑色のボックス)。

  

 

次に、像面 (ディテクタ) に入射するエネルギーの強い光をゴースト光から分離するテクニックを使用します。このテクニックは、下の赤枠で示したように、追跡する光のエネルギーの最小値を指定する「最小相対光線強度 (Minimum Relative Ray Intensity)」 を設定することで実現します。入力された値は、光源に対する相対的な光の比率を表します。デフォルトは 1.000E-6 で、この値は初期エネルギーの 1.000E-6 倍以下になるまで、常に光線が追跡されることを意味します。これは、弱いゴースト光をフィルタリングして、強いゴースト光線だけを残すという簡単な方法です。最も強いゴースト光の光路を判別するために、より良い方法である光路解析機能をこのあと紹介します。 

0.005 の値を入力すると、光線のエネルギーが初期エネルギーの 0.005 倍以下になると OpticStudio は追跡を停止します。 

  

レイアウトウィンドウを複数回更新すると、最も重要なゴーストレイの光路が表示されます。

  

 

  

 

レンズにコーティングを設定

レイアウトは、最も重要なゴースト光線経路が、中央のエレメント (オブジェクト 6 および 10) のうちの1つまたは他の1つからの湾曲面からの反射を含むことを示しています。これらのゴースト光線経路のエネルギーを低減するために、レンズ上のコーティングを使用することができます。オブジェクト 6 の面 2 と物体 12 のフェイス 1 にコーティング AR を適用し、この変化の効果を調査します。

  

 

もう一度光線追跡してみると、周囲のゴースト光が大幅に減っているのがわかります。パート 1 の記事の最終画像と比較してみると、雪の結晶のような空色のポイントがほとんど消えているのがわかります。この作業を繰り返すことで、他のレンズ面へのコーティング効果を理解することができます。
 

  

 

特定の領域の光を分析する(フィルタ文字列を使用)

このように迷光を除去するための最初のステップを行った後、ディテクタにはまだ原因不明の迷光が残っていることがわかります。迷光の円弧がどこから来ているのかを知りたい場合、どうすればよいでしょうか?

  

ここでもフィルタ文字列を使用します。OpticStudio では、光線の特性を利用してフィルタリングを行うのがフィルタ文字列の機能です。ヘルプファイルでは、100 近くの文字列を見ることができます。先ほどのデモと同様に、「&, |, ^」などの論理記号を使って、複数のフィルタ条件を組み合わせることもできます。 

4 つの命令を組み合わせて、上で強調表示されているディテクタの特定の領域に入射する光線だけをフィルタリングします。

  

 

光線追跡を再度実行し、光線を保存オプションを設定します。

OpticStudio は、光線追跡のすべての詳細を Zemax Ray Database (.ZRD) ファイルに保存します。
 

  

 

NSC 3D レイアウトでは、保存した ZRD ファイルを読み込んで、同じフィルタ文字列を入力することができます。

  

 

フィルタ文字列の前にある {#50} は、フィルタを満たす最初の 50 本の光線のみを表示したいことを意味します。これはレイアウトが乱雑になりすぎないようにします。レイアウトからは像面上の指定された領域へのすべての光路を見ることができます。しかし問題があります。可能な光路が多すぎます。経験から、すべての光路に強いエネルギーが含まれている可能性はないことがわかっています。これらの光路の中で迷光の主な要因は、1 つまたは 2 つである可能性が高いです。私たちは、最もエネルギーに大きな光路に焦点を当てるべきです。

  

 

  

 

光路解析

解析...光線追跡解析...光路解析ツールを開きます。これにより、最も重要な光路を特定することができます。前に使用したフィルター文字列をこのツールに入力することができます。

  

 

解析してみると、3>6>17 の光路にほぼ全てのエネルギーが集中していることがわかります。レイアウトに戻って、どの光路なのか確認してみましょう。光路解析ツールで見つけた最初の光路をフィルタ文字列に表示するのは簡単です。元のフィルタ文字列の末尾に &_1 を追加すると、以下のようになります。

  

 

解析してみると、この経路はレンズ側面の反射で発生していることがわかりました。実際には、レンズハウジングを追加すると、このようなことは起こりません。迷光が円弧を描いているのも、この経路が要因です。次の図は、2 番目、3 番目、4 番目のパスを使って解析した結果を示しています。前と同じように、フィルター文字列の最後に _2, _3, _4 を追加するだけです。

  

 

   

 

  

 

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