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迷光の定義
迷光とは、不要な電磁放射であり、光学システムの意図された機能の性能を妨げるものです。不要な迷光は、結像システムまたは投影システムのいずれでも発生する可能性がありますが、通常は前者の制御がより重要です。迷光は、光学システムが捕捉する対象物、意図しない外部エミッタ、または赤外線に敏感なシステムの場合、システム自体の要素が自身の熱によって光を放出することから発生する可能性があります。
迷光の例を以下に示します。
- 光学システム内部の機械的な取り付け面からの光の反射
- システム筐体の隙間から漏れる光
- システムの光学表面の塵やその他の不完全な部分による光の散乱
- スカイグロー（大気中の都市の光の反射によって引き起こされ、地上ベースの天文学に影響を与えるもの）
- 太陽、地球、月（軌道上の望遠鏡に影響を与える可能性のあるもの）
目次
2種類の迷光
迷光は、ゴーストとフレア（またはベールグレア）という2つの異なるタイプに分類できます。
ゴーストは、結像システムにおいて、画像フィールド内の光源からの光が2回以上の不要な反射を経て結像デバイスに到達し、不要なゴースト画像を生成するときに発生します。デジタルカメラの場合、ゴースト画像の最も一般的な原因の1つは、結像デバイスで反射して光学システムに戻り、その後レンズ表面で反射して二次画像を形成する光です。
フレア、またはベールグレアは、一般的に、光学表面の不完全な部分やシステム内の機械要素によって、光学システム内部で光が散乱するときに発生します。ベールグレアは、ヘイズやスカイグローなどの大気中の光の反射によっても引き起こされることがあります。
- 結像面間の意図しない反射から生じる
- 回折格子によって生成される高次または遮断されていない回折次数に起因する
- 明るい散乱表面の二次結像によって形成される
フレアまたはベールグレア：
- 光学システムの視野外の光源から画像に入る
- 視野内の明るい光源、または暖かい表面からの熱放射に起因する
- 光学システム内で光が散乱するときに発生する
図1. ゴーストの例：携帯電話のカメラで撮影された写真で、ろうそくの炎の3つの鮮明に焦点を合わせたゴースト画像がはっきりと示されています。中央の鮮明なゴースト画像を中心とした4番目の拡張されたゴースト画像も存在します。
設計において迷光を見つけることがなぜ重要なのか？
迷光は、画像に不要な光を加えることで、画像のコントラストを低下させる可能性があります。例えば、迷光は以下の原因となります。
- 検出システムの感度を低下させる。
- 商用イメージングシステムにおいて、好ましくない画像を生成する。
- 光投射システムのビームパターンに不要な輝点を引き起こす。
ソフトウェアは迷光の発見にどのように役立つのか？
迷光は、画像に不要な光を加えることで、画像のコントラストを低下させる可能性があります。例えば、迷光は以下の原因となります。
- 検出システムの感度を低下させる。
- 商用イメージングシステムにおいて、好ましくない画像を生成する。
- 光投射システムのビームパターンに不要な輝点を引き起こす。
図2. ゴーストの例: 単一のゴースト像経路のシーケンシャルレイトレース。視野内の物体からの光がレンズを通過し、右側の検出器上に像を形成します。その光の一部は検出器によってレンズに反射されます。その後、レンズ表面の1つが光を異なる位置で検出器に反射します。このゴースト像は、ゴースト光が検出器上でほぼ集束しているため、関心対象となります。これは、光がより広い領域に拡散している場合よりもはるかに明るいゴースト像につながるためです。
フレアは、多くの、そしてしばしば予期せぬ光路を通じて光学系に入り込む可能性があります。モンテカルロソフトウェアを使用して、その寄与を調査できます。ブルートフォース法は、多数の光線をランダムに生成し、モデル全体でエネルギーがどのように分布しているかを解析します。分散低減法は、高角度散乱のような低確率イベントを含む経路からの寄与を効率的に見つけることができます。
図3. 意図しない光の例: 視野内の物体からの光がレンズマウントで散乱し、その後レンズ表面によって検出器に反射される。
迷光シミュレーションへの計算アプローチ
ゴースト像とフレアで構成される迷光の解析と制御は、イメージングシステムの設計において重要かつ複雑なタスクです。ゴースト像は、主光路内の表面からの多重反射によって発生します。焦点上または焦点付近の像面に衝突するゴースト像は特に懸念されます。フレアは、レンズマウント、レンズの非光学面（平面やエッジなど）、および検出器自体が検出器に再結像される光の反射から発生する可能性があります。検出器の微細構造からの回折も、検出器から反射される光のモデリングプロセスを複雑にする可能性があります。
ソフトウェアによる迷光のモデリング
照明システム設計のモデリングと最適化
一般照明、バックライトディスプレイ、LED、および車両室内照明の設計向けに、LightTools照明設計ソフトウェアは照明システム設計をモデリングし、最適化します。LightToolsは、ソフトウェアの業界をリードする設計機能、信頼性、および精度を向上させる迷光解析の強化機能を提供します。
図4. レイ履歴センサーの例: 表面センサーからのエッジライト設計光線復元。
車載照明設計のモデリングとシミュレーション
車載前方、後方、および信号照明の設計のモデリングとリアルタイムシミュレーション向けに、LucidShapeソフトウェアは設計、シミュレーション、および解析ツールの完全なセットを提供します。
光学システムのモデリング、解析、および最適化
イメージングシステムまたは自由空間通信システムをモデリングするためのソフトウェアとして、CODE Vは光学システムの開発向けにモデリング、解析、最適化、および製造サポートを提供するために使用されるコンピュータ支援設計ソフトウェアです。アプリケーションには、航空宇宙、カメラ、情報ディスプレイ、マイクロリソグラフィ、およびフォトニクスが含まれます。
シーン迷光と加算迷光源のシミュレーション
ImSymは、システム内の不要な光の影響を理解するのに役立ち、製造段階に入る前にイメージングシステムの包括的なモデルを提供します。このモデルには、レンズ、センサー、画像および信号プロセッサ（ISP）が含まれており、正確な定量的データで画像を視覚化できます。これらの機能は開発プロセスを合理化し、次のイメージング製品をより迅速に市場に投入することを可能にします。
迷光のワークフロー
カメラシステム内の迷光を解析するためのキーサイトソフトウェアの一般的なワークフローを以下に示します。
キーサイトによる迷光のモデリングと解析
当社の光学設計エンジニアリングポートフォリオは、迷光のモデリングと解析のためのいくつかのソフトウェアオプションを提供しています。適切なソフトウェアの選択はアプリケーションに依存し、当社の製品はコシミュレーションを可能にします。
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