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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。 u;n(+8sz  
    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: 'H=weH  
    * 介紹雜散光 _9h.Gt  
    * 轉換序列式設計到非序列模式 Sa}D.SBg  
    * 設計鎖定工具 {of]/ 3=  
    * 關鍵光線組產生器 & 追跡 1-$P0  
    * 用 Filter String 篩選光路徑 -fux2?8M  
    * 使用 Path Analysis 工具分析光路徑 .k]#XoE  
    YhgUCF#  
    文章發布時間:April 23, 2017 PqhlXqX9  
    文章作者:Michael Cheng `)tK^[,<W  
    _ +KmNfR  
    簡介 >}F?<JB  
    使用者用序列模式設計鏡頭,處理完成像品質、畸變、相對照度以及公差分析等問題之後,在原型製作之前,還會需要進行機構相關的分析,以避免出現多重反射的鬼影或強烈光源散射的雜光。一般來說,雜散光係指那些不經由設計好的路徑進入系統,最後在成像面上產生無法忽視、並且可見的影像的光線。下圖為一個不良系統產生強烈雜光的範例: YZ[%uArm  
    %}F"*.  
    Ve14rn  
    在照相領域中,常見的雜光來源就是視野外的強烈光源 (例如太陽) 透過機構的散射,或是視野內的光源通過鏡片二次反射,聚焦到像面上這兩種。而在其他系統,例如天文望遠鏡,可能還會有其他類型的雜光問題。以下是一個雙重路徑的範例: l @A"U)A(  
    #'NY}6cb$  
    A[ 1)!e  
    +{xG<Wkltz  
    開啟範例檔 tQ0=p| T]  
    首先讓我們開啟內建範例檔Samples\Sequential\Objectives\ Double Gauss 28 degree field.zmx lS3 _Ild  
    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。 B,0+HoP  
    cMtJy"kK  
    \G=bj;&eF  
    Xa Gz].Sv  
    設計鎖定工具 `GkRmv*  
    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。 Y~GUR&ww0n  
    粗略來說,這個工具所執行的步驟如下: V~c(]K)-  
    * 開啟 Ray Aiming S&|VkZR)  
    * 系統孔徑設為 Float By Stop Size -wIM0YJ  
    * 改為 Angle 或 Object Height &z0iLa4q)  
    * 固定表面孔徑:Circular Aperture Nz @8  
    * 移除漸暈係數 7xR|_+%~K  
    關於更詳細的說明,使用者可以參考Help文件的說明。 t>@yv#  
    sbjtL,  
    n +d J c  
    w#d} TY  
    產生關鍵光線組 `7>K1slQ}S  
    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: Dtt\~m;AR  
    eu=|t&FKk  
    I~'gK8<e7  
    a}GAB@YI  
    轉換到非序列 Ebbe=4  
    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。 DoTs9w|5  
    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 YrKFa%k  
    6DO0zNTY  
    ,@,LD  u  
    z.A4x#>-  
    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。 gx#J%k,f  
    8ipW3~-4  
    >VypE8H]x  
    TwwIt5_fN  
    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: ,FS?"Ni  
    F94V5_[  
    1 S^'C2/b  
    $;ch82UiX  
    我們也可以用Shaded Model觀看,效果如下: n=r= u'oi  
    `-5cQ2>"  
    H7J`]nr6  
    % M+s{ l  
    檢查關鍵光線組的狀況 R$ v i!0  
    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 r8<JX5zyuo  
    6WCmp,*  
    i$g|?g~]  
    U=M#41J  
    分析雜散光所需的設定 - =yTAx  
    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。 Bac?'ypm  
    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。 -wBnwn-  
    V_{vZ/0e  
    dV$3u"9  
    $To 4dJb  
    然後我們把追跡的光線數降低到5000條,原因是分析雜散光時,通常一條光線會分裂為非常多的子光線,比起不分裂的狀況,速度可能慢上十幾倍到百倍不等,這邊以示範為目的,因此我們把光線數量控制到較少的5000。 IOn`cbV:  
    O5c_\yv=  
    |c]> Q  
    3s#|Y,{?6R  
    最後一步是把探測面的像素數設為150x150,這會讓追跡的速度較快。 ![qRoYpbg8  
    K@y-)I2]  
    , &-S?|  
    J: L-15  
    初步追跡結果 r .{rNR  
    然後我們就可以看看初步的追跡結果了。請開啟追跡,如下圖設定操作。 ]cS&8{ ^2  
    注意如下圖所示,追跡時要勾選 “Use Polarization” 以及 “Split NSC Rays”。 gt#MeU  
    zkuv\kY/Z  
    7^`RP e^a+  
    UU*0dSWr  
    追跡完畢後開啟Detector Viewer,此工具的位置如下。 Qu!OV]Cc  
    ,ZLG7e  
    7 _X&5ni  
    1{= E ?  
    並且設定視窗如下圖。 27}.s0{D  
    y-D>xV)n  
    Rv0-vH.n  
    (D:KqGqoT  
    可以初步看到這個系統中因為多次反射造成的雜光。 &;'w8_K"^  
    39'X$!  
    sxf}Mmsk  
    Vj?*= UL  
    使用Filter String oiIt3<BX  
    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)。 dO Y lI`4  
    bkJwPs  
    /5Gnb.zN)  
    TG""eC!E  
    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%。 d@_'P`%-  
    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。 s0x@ u  
    OJh+[bf"  
    W66}\&5  
    Y}eZPG.h  
    此時回到Layout中,重新整理多次之後,可以看到以下幾種路徑。 >b[4  
    \ x>NB  
    Zw3hp,P]  
    D/+@d:-G  
    W\d0  
    #c8"  
    給透鏡加上鍍膜 Br_3qJNVP  
    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。 %D%e:se  
    這裡我們在 1\"BvFE*E~  
    物件6的Face 2以及 AX!Md:s  
    物件10的Face 1上指定名稱為AR的鍍膜。 h8Dtq5t4  
    Q*TQ*J7".X  
    #d7)$ub  
    rd f85%%7  
    再次追跡之後,就可以看到周圍的鬼影量大幅降低。 6 d{D3e[p^  
    P,s)2s'nZ  
    T%z!+/=&^  
    0  /D5  
    1tuator  
    分析特定區域的光 (使用Filter String) Qe' PAN=B  
    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? EX[l0]fj  
    '6Rs0__  
    ;NvhL|R  
    :6HiP&<  
    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。 Y6[]wUJ  
    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。 $n_sGr  
    r(`8A:#d  
    .1l[l5$  
    d- _93  
    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。 3oNt]2w/'  
    這會告訴OpticStudio把光線追跡過程中的所有歷史都儲存下來。 /eI,]CB'z  
    ~h~r]tV*+  
    *axza~d  
    ) 2*|WHO  
    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。 fitK2d   
    LT y@6*  
    /Wta$!X{-  
    ).@)t:uNa  
    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。 +LU).  
    07E".T%Ts  
    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。 iI/'! 85  
    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。 QRn:=J%W W  
    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。 OHXeqjhy  
    Sd/d [  
    '!2  
    (kD?},Z  
    xf3/<x!B  
    .Jnp{Tet  
    進階路徑分析 ]mDsUZf<  
    因此這裡我們就開啟進階路徑分析工具,工具位置如下。 ]'z ^Kt5S  
    注意我們一樣可以把剛剛的Filter String輸入到此工具中。 }9fV[zO  
    O,z%7><  
    yO69p  
    8~XI7g'5x  
    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。 2* cKFv{  
    讓我們回到 Layout 看看是哪個路徑。 8Gzs  
    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。 'e8d["N  
    pRyS8'  
     Q-3J0=  
    u8)r W  
    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。 F b`7 aFIf  
    [&k& $04_  
    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。 d+wNGN  
    OAQ O J'  
    " kJWWR  
    >0G}, S  
    S7~l%G>]b  
    "NI>HO.U  
    0.,&B5)  
    & ;x1Rx  
    - G2M;]Cn  
    d3q/mg5a  
    (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
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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
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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