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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。 pSa pF)1>  
    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: d)>b/0CZ  
    * 介紹雜散光 _p*a`,tK  
    * 轉換序列式設計到非序列模式 3ch<a0  
    * 設計鎖定工具 VEsIhjQ  
    * 關鍵光線組產生器 & 追跡 ?i{/iH~Sf  
    * 用 Filter String 篩選光路徑 4yK{(!&i+  
    * 使用 Path Analysis 工具分析光路徑 )B*D\9\Z  
    >;Ag7Ex  
    文章發布時間:April 23, 2017 @bRKJPU9)  
    文章作者:Michael Cheng iWGn4p'  
    g{6FpuA|0  
    簡介 l"zwH  
    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: /6 y9 u}  
    *q&^tn b  
    Talmc|h  
    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: H|)F-aL[  
    lxsn(- j  
    gCV+amP  
    &M>o  
    開啟範例檔 T{So 2@_&  
    首先讓我們開啟內建範例檔Samples\Sequential\Objectives\ Double Gauss 28 degree field.zmx b9;w3Ba  
    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。 m)l'i!Y  
    g@zhhBtQ  
    W" Tj.oCUG  
    ?zuKVi? I  
    設計鎖定工具 !tzk7D  
    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。 5pU/X.lc  
    粗略來說,這個工具所執行的步驟如下: Na>w~  
    * 開啟 Ray Aiming b+`qGJrej  
    * 系統孔徑設為 Float By Stop Size ]T<tkvcI  
    * 改為 Angle 或 Object Height 5<XWbGW  
    * 固定表面孔徑:Circular Aperture Skg}/Ek  
    * 移除漸暈係數 :al ,zxs  
    關於更詳細的說明,使用者可以參考Help文件的說明。 ;e{e ?,[  
    &gF9VY  
    !^'6&NR#K  
    Ot+Z}Z-  
    產生關鍵光線組 '':MhRb  
    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: 704_ehrlE  
    MTip4L W9  
    |%oI,d=ycv  
    r=HL!XFk  
    轉換到非序列 cd|/ 4L 6  
    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。 pAws{3(Q  
    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 )(9[>_+40  
    Wn{MY=5Y  
    E!RlH3})  
    7|xu)zYB  
    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。 Bg[_MDWc-P  
    F/PH=Dk  
    LJ6L#es2  
    _T_6Yl&cf)  
    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: /}/GK|tj  
    ejia4(Cd  
    (tyky&$!  
    T`bUBrK6g`  
    我們也可以用Shaded Model觀看,效果如下: vb| d  
    f/QwXO-U  
    N!fjN >cw  
    lMl'+ yy  
    檢查關鍵光線組的狀況 \Q^grX  
    讓我們點一下Critical Ray Tracer工具如下,可以看到各個視場的主光線與邊緣光線都能正常通過。當使用者設計好機構元件時,將會需要把機構元件的CAD檔匯入,再次使用此工具,確保機構沒有不小心遮蔽到主要光束 3Vbt(K  
    18Vn[}]"  
     `-JVz{z  
    W] WH4.y  
    分析雜散光所需的設定 9 p,O>I  
    在開始追跡檢查雜光狀況之前,讓我們先來調整一些必要的設定。 AB{zkEuK  
    首先是把最大光線分裂次數,以及最大光線與物件交會次數調整到最高,在雜光的分析中,有時候我們想要分析的光線是經過非常多次反射產生的,如果分裂次數或交會次數的設定不足,可能無法充分分析到所有狀況。 zwU1(?]I{  
     Xr:s-L  
    XG!6[o;  
    rog1  
    然後我們把追跡的光線數降低到5000條,原因是分析雜散光時,通常一條光線會分裂為非常多的子光線,比起不分裂的狀況,速度可能慢上十幾倍到百倍不等,這邊以示範為目的,因此我們把光線數量控制到較少的5000。 [mQdc?n\  
    PC HKH  
    -&Q+x,.%  
    IT7],pM  
    最後一步是把探測面的像素數設為150x150,這會讓追跡的速度較快。 =XtQ\$Pax  
    'N^*,  
    +$Y*1{hyOo  
    R58NTPm  
    初步追跡結果 ]Ok'C"V(j  
    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。 3IJ0 P.x!o  
    注意如下圖所示,追跡時要勾選 “Use Polarization” 以及 “Split NSC Rays”。 E%( s=YhW  
    3yw$<lm  
    NMQG[py!f  
    `x=$n5= 8  
    追跡完畢後開啟Detector Viewer,此工具的位置如下。 r{B28'f[  
    WNZYs  
    hs5>Gx  
    vaJl}^T  
    並且設定視窗如下圖。 MN8>I=p  
    Y mL{uV$  
    MV??S{^4  
    Qwt0~9n(  
    可以初步看到這個系統中因為多次反射造成的雜光。 fL# r@TB-s  
    b;{"@b,Y  
    //;(KmU9  
    {F2Rv  
    使用Filter String t|V<K^  
    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)。 )iM( \=1ff  
    [& Z- *a  
    YU"/p|!1  
    SO.u0!  
    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%。 -`DYDIr  
    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。 E p;i],}  
    d:w/{m% #  
    >~Xe` }'  
    2Wu`Dp;&l  
    此時回到Layout中,重新整理多次之後,可以看到以下幾種路徑。 Jfk#E^1  
    @0s' (  
    <ch}]-_  
    ;Ce?f=4  
    c|JQ0] K  
    !tt 8-Y)i  
    給透鏡加上鍍膜 qHp2;  
    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。 :o ~'\:/  
    這裡我們在 4sntSlz)~k  
    物件6的Face 2以及 !'~Ldl  
    物件10的Face 1上指定名稱為AR的鍍膜。 ap'La|9t>  
    tkR~(h  
    V8):!  
    ~nhO*bs}7{  
    再次追跡之後,就可以看到周圍的鬼影量大幅降低。 CuH4~6  
    xZ)K#\  
    l"(PP3  
    iN. GC^l  
    /FE+WA}r  
    分析特定區域的光 (使用Filter String) 1;1;-4k7I  
    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? xGQP*nZ  
    #O !2  
    #h^nvRmON  
    f|M^UHt8*  
    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。 $kxP5q%9  
    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。 87[ ,.W  
    717THci3Y  
    xT_"` @  
    .:f ao'  
    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。 \1gAWUt('  
    這會告訴OpticStudio把光線追跡過程中的所有歷史都儲存下來。 >qB`0 3>  
    $x`HmL3Sb  
    T)sIV5bk  
    rP'%f 6  
    然後我們回到Layout中,讀取顯示剛剛儲存的追跡歷史,並輸入剛剛的Filter String。 HEbL'fw^s  
    y705  
    i a!!jK}  
    ?k4Hk$V  
    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。 yQUrHxm  
    s`H|o'0  
    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。 n]Yz<#  
    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。 3))CD,|  
    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。 &_-=(rK  
    B G\)B  
    3'kKbrk [  
    NZv8#  
    )L6 it  
    %;h1n6=v2  
    進階路徑分析 >QvqH 2  
    因此這裡我們就開啟進階路徑分析工具,工具位置如下。 +58^{_k+%  
    注意我們一樣可以把剛剛的Filter String輸入到此工具中。 ;"Qq/ knVL  
    ~y"R{-%uS  
    ]Ss63Vd  
    &odQ&%X  
    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。 kVM*[<k  
    讓我們回到 Layout 看看是哪個路徑。 Mn/  
    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。 g]HWaFjc5  
    USN'-Ah  
    M !"Q7>d  
    5JVBDA^#om  
    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^jM9MAi  
    u`Nrg<  
    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。 g]HxPq+O  
    D$)F X(  
    _ymSo`Iv R  
     +qj Z;5(  
    89D`!`Ah]  
    !gLJBp  
    Z"Hq{?l9  
    j -o  
    ~h8k4eM  
     EJC}"%h  
    (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
    离线hit2011
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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