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    [转载]各種雜散光分析工具介紹 [复制链接]

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    离线光杆司令
     
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    只看楼主 倒序阅读 楼主  发表于: 2017-05-09
    摘要:在OpticStudio中從設計鏡頭到分析雜散光為止是一個完整的設計流程,軟體中內建各種工具讓序列模式到非序列模式能輕鬆的無縫接軌,其中包含一鍵轉換非序列,以及關鍵光線組等工具。 ;:9 x.IkxC  
    本文章將使用內建的雙高斯鏡頭示範在OpticStudio中如何分析雜散光,內容包含: wrn[q{dX  
    * 介紹雜散光 RkLH}`#  
    * 轉換序列式設計到非序列模式 Ok6Y&#'P  
    * 設計鎖定工具 2.&v{gq  
    * 關鍵光線組產生器 & 追跡 jVRd[  
    * 用 Filter String 篩選光路徑 ;lAz@jr+  
    * 使用 Path Analysis 工具分析光路徑 F;ONo.v;  
     fV}\  
    文章發布時間:April 23, 2017 FZA8@J|Q4  
    文章作者:Michael Cheng /p>"|z  
    ]jHB'Y  
    簡介 8`VMdo9  
    使用者用序列模式設計鏡頭,處理完成像品質、畸變、相對照度以及公差分析等問題之後,在原型製作之前,還會需要進行機構相關的分析,以避免出現多重反射的鬼影或強烈光源散射的雜光。一般來說,雜散光係指那些不經由設計好的路徑進入系統,最後在成像面上產生無法忽視、並且可見的影像的光線。下圖為一個不良系統產生強烈雜光的範例: ~:)$~g7>b  
    >M:5yk@  
    jgbw'BBu  
    在照相領域中,常見的雜光來源就是視野外的強烈光源 (例如太陽) 透過機構的散射,或是視野內的光源通過鏡片二次反射,聚焦到像面上這兩種。而在其他系統,例如天文望遠鏡,可能還會有其他類型的雜光問題。以下是一個雙重路徑的範例: ~*B1}#;  
    &9s6p6 eb  
    \0WMb  
    \k1Wh-3  
    開啟範例檔 ydns_Z  
    首先讓我們開啟內建範例檔Samples\Sequential\Objectives\ Double Gauss 28 degree field.zmx ,(`@ZFp$  
    作為前置作業,讓我們先把所有的鍍膜都取消,因為接下來我們要來研究哪個鍍膜的效果較好。 +Kq>r|;  
    c= a+7>  
    cR5<.$aY  
    Y5MHd>m  
    設計鎖定工具 }(tGjx]  
    接著我們執行Design Lockdown工具,此工具會調整使用者的系統設定,使鏡頭符合實際運作的條件,分析結果更正確。 DR0W)K ^  
    粗略來說,這個工具所執行的步驟如下: !)9zH  
    * 開啟 Ray Aiming ',!#?aGV  
    * 系統孔徑設為 Float By Stop Size ao-C9|2>NU  
    * 改為 Angle 或 Object Height NOS5bm&-  
    * 固定表面孔徑:Circular Aperture wqGZkFg1  
    * 移除漸暈係數 i2j)%Gc}  
    關於更詳細的說明,使用者可以參考Help文件的說明。 *q0N$}k  
    tIr66'8  
    a|7V{pp=M  
    <m(nZ'Zqz2  
    產生關鍵光線組 56bB~ =c  
    在轉換到非序列模式之前,讓我們先匯出序列模式中的關鍵光線,這包含主光線以及一系列的邊緣光線。這讓我們稍後可以直接在非序列系統中,直接檢查這些原本需要在序列模式中才能計算的光線。操作方法如下: ;%jt;Xv9  
    2hu6  
    Pdn.c1[-a  
    M}5C;E*  
    轉換到非序列 9M7P]$^  
    在OpticStudio分析雜散光最方便的就是,我們只需要一個步驟,就能快速地切換到非序列模式中。 k2@IJ~  
    有關於序列到非序列模式的切換,我們在知識庫中有另一篇非常詳細的文章,讀者有興趣可以參考,此文章標題為:轉換序列式面到非序列物件 z{n=G  
    yQx>h6  
    1QN]9R0`#7  
    _&z>Id`w  
    按一下OK後,可以系統已經變更如下。以下是非序列的元件列表,可以看到我們編輯的對象已經不再是Surface,而是Object。編輯器中還可以看到我們也建立了光源、探測器等物件,他們的位置跟原本序列式系統中的像面,視場之設定都是完全對應的。此系統除了是建立在非序列模式下之外,跟原本序列模式並無不同。 Zka;}UL&Q  
    J`mp8?;%  
    rzTyHK[  
    }%1E9u  
    非序列模式中系統的運作方式跟序列模式有很大的不同,其中一個就是光線可以分裂。讓我們打開NSC 3D Layout視窗,並勾選 “Split NSC Rays”,就可以看到如下圖: 1_p'0lFe  
    +.R-a+y3  
    LTY.i3  
    uVO9r-O8p  
    我們也可以用Shaded Model觀看,效果如下: rb_G0/R  
    #YNb&K n  
    f/c}XCH_h  
    cQ8:;-M   
    檢查關鍵光線組的狀況 PLY7qM w  
    讓我們點一下Critical Ray Tracer工具如下,可以看到各個視場的主光線與邊緣光線都能正常通過。當使用者設計好機構元件時,將會需要把機構元件的CAD檔匯入,再次使用此工具,確保機構沒有不小心遮蔽到主要光束 >'T%=50YH  
    K7l{&2>?  
    };+s0:H  
    ~J2Q0Jv  
    分析雜散光所需的設定 )3 r1; ^W  
    在開始追跡檢查雜光狀況之前,讓我們先來調整一些必要的設定。 @E)XT\;3  
    首先是把最大光線分裂次數,以及最大光線與物件交會次數調整到最高,在雜光的分析中,有時候我們想要分析的光線是經過非常多次反射產生的,如果分裂次數或交會次數的設定不足,可能無法充分分析到所有狀況。 ?SAi t Q3  
    f*5"Jh@  
    Qpc{7#bp  
    )} #r"!  
    然後我們把追跡的光線數降低到5000條,原因是分析雜散光時,通常一條光線會分裂為非常多的子光線,比起不分裂的狀況,速度可能慢上十幾倍到百倍不等,這邊以示範為目的,因此我們把光線數量控制到較少的5000。 "D k:r/  
    2 g8PU$T  
    >r*Zm2($MR  
    `Q8 D[  
    最後一步是把探測面的像素數設為150x150,這會讓追跡的速度較快。 "L)pH@)  
    ?~K2&eo  
    Rk=B;  
    VO`A  
    初步追跡結果 %qQ(@TG  
    然後我們就可以看看初步的追跡結果了。請開啟追跡,如下圖設定操作。 1,QRfckks  
    注意如下圖所示,追跡時要勾選 “Use Polarization” 以及 “Split NSC Rays”。 /f[_]LeV]  
    Vg+SXq6G  
    zXD@M{  
    Z~|J"2.  
    追跡完畢後開啟Detector Viewer,此工具的位置如下。 .3&m:P8zV  
    4_Jdh48-d  
    'KL(A-}!  
    -Gpj^aBU  
    並且設定視窗如下圖。 }';&0p2Z  
    {2x5 V#6  
    la4 ,Z  
    ah92<'ix  
    可以初步看到這個系統中因為多次反射造成的雜光。 cTnbI4S;  
    RFC;1+Jn  
    fUXp)0O  
    US|vYd}u+  
    使用Filter String NIfc/%  
    現在我們要找出這些雜光的發生原因,並探索減少這些雜光的方法。下圖顯示了到達像面上非預期反射光(鬼影光)。為了特定出這些特定的光線,我們使用了OpticStudio中的「Filter String」的功能(下圖中紅框框起來的部分)。 #r:`bQ0;  
    wj^I1;lO  
    K)?^b|D  
    Vk (bU=w  
    接下來我們要使用一個快速的技巧,從前述的鬼影光線中,把入射到像面(探測器)上、能量較強的光線分離出來。這個技巧是透過設定最小相對光線強度達成的,如下圖紅框的部分,此處可以指定欲追跡光線能量的最小值。輸入的數值代表光線相對於自身從光源出發時的比例,預設是1x10^-6,代表光線會一直追跡值到小於出發時能量的0.0001%。 6&Dvp1`m  
    現在請輸入0.005,這會告訴OpticStudio當光線能量小於原始能量的0.005倍時,就停止追跡。 ,gvX ~k  
    <@A^C$g  
    -?RQ%Ue  
    vFOv IVp  
    此時回到Layout中,重新整理多次之後,可以看到以下幾種路徑。 .{ -yveE  
    CA4-&O"  
    ["}A#cO652  
    iV&#5I  
    a{+oN $  
    }'W^Ki$  
    給透鏡加上鍍膜 Pb,^UFa=  
    為了輕減這些鬼影光,我們在透鏡上使用鍍膜。讓我們在鬼影光產生的兩個面上面設定膜層(coating),並了解其效果。 DVJc-.x8  
    這裡我們在 d eoM~r9s  
    物件6的Face 2以及 1Q5<6*QL"  
    物件10的Face 1上指定名稱為AR的鍍膜。 LXLDu2/@  
    |pqpF?h5|  
    O[y`'z;C  
    j,xPN=+hT  
    再次追跡之後,就可以看到周圍的鬼影量大幅降低。 i!3KG|V  
    ~@D%qbN  
    ib_Gy77Os  
    p|d9 g ^  
    lF( !(>YZ  
    分析特定區域的光 (使用Filter String) ~ ""MeaM8[  
    初步排除基本雜光之後,我們現在發現在畫面中還有一個不可解釋的雜光,現在假設我們想知道下圖這個圓弧是哪裡來的,要怎麼辦? $kma#7  
    `4 bd,  
    0*?XQV@  
    Y:,R7EO{!  
    這裡我們要再次使用Filter String。在OpticStudio中,Filter String 的功用主要是利用光線的特徵來篩選光線。在Help文件中,可以查閱將近100個的指令。此外如同前面示範的,我們還可以使用邏輯符號,例如「&、|、^」等,來組合出無限多種篩選條件。 0JNOFX  
    現在我們要利用以下四個指令的組合,來達成篩選上述區域的功能。 ?+5{HFx  
    j9}0jC2Tb  
    _oTT3[7P  
    nZCpT |M5  
    現在讓我們重新追跡,並且這次追跡時,要勾選Save Rays的選項,如下圖。 RRqMwy>%  
    這會告訴OpticStudio把光線追跡過程中的所有歷史都儲存下來。 KeI:/2  
    nq f<NH3i  
    4i/q^;`  
    1gm/{w6O  
    然後我們回到Layout中,讀取顯示剛剛儲存的追跡歷史,並輸入剛剛的Filter String。 ,6O9#1A&i  
    zm+4Rl(  
    TRLeZ0EC  
    _]UDmn[C  
    注意我在前面額外追跡設定了{#50},這代表要篩選出代表性的50條光線。 15 o.j!S  
    \>Rwg=Lh  
    回到Layout中,就可以看到系統確實顯示出所有到達像面中該位置光路徑。 9+I/y,aC  
    但這裡出現了一個問題,那就是我們發現有太多可能的路徑。 )8 :RiG2B  
    根據經驗,我們知道不可能所有的路徑都是強烈的,這些路徑中,很可能其中一到兩個才是主要的雜光兇手。我們應該關注那些貢獻最多能量的路徑。 ~'J =!Xy  
    I`W-RWZ  
    Q *]`t@ q  
    Gv,92ny!|  
    x}<G!*3  
    &8+6!TN7  
    進階路徑分析 ,{?bM  
    因此這裡我們就開啟進階路徑分析工具,工具位置如下。 d Zz^9:C+  
    注意我們一樣可以把剛剛的Filter String輸入到此工具中。 CY3\:D0I  
    &n]Z1e}5  
    yp{F 8V 8  
    s.;KVy,=Bu  
    分析後可以看到所有路徑中,幾乎所有能量都集中在 3 > 6 > 15這個路徑上。 ~hz@9E]O  
    讓我們回到 Layout 看看是哪個路徑。 d50IAa^p6J  
    把進階路徑分析工具中找出來的第一條路徑輸入到Filter String中的方法很簡單,只要在原本的Filter String最後面加上一個_1即可。,可以看到如下圖。 N~}v:rK>g  
    #/t>}lc  
    $^=jPk]+  
    "gN*J)!x  
    啊哈!分析發現原來這是因為我們還沒有加上機構產生的路徑,實際上這是不會發生的。這個路徑也同時解釋了為什麼我們看到的雜光是一個圓弧狀。 i %hn  
    aI{@]hCo  
    下圖是使用第二、第三、第四路徑的分析結果,跟前面一樣,我們只要在Filter String的最後方加入_2、_3、_4即可。 ,}IER  
     df4^C->:  
    |g\.5IM#W  
    7 Mki?EG  
    k;fnC+Y$s  
    $sc8)d\B  
    Rhv".epz  
    udEb/7ZL  
    :*P___S=  
    x-V' 0-#U>  
    (转自:中文版 Zemax Forum )
     
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    只看该作者 1楼 发表于: 2017-05-10
    这个功能不错
    离线yinge丶
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    只看该作者 2楼 发表于: 2017-05-12
    多谢楼主分享
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    只看该作者 3楼 发表于: 2017-05-12
    这个操作起来有点繁琐,不如tracePro来的简单明了
    离线villonwyz
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    只看该作者 4楼 发表于: 2019-02-27
    dio中從設計鏡頭到分析雜