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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。 Q"Ec7C5eM  
    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: p_z"Uwp  
    * 介紹雜散光 jYy0^)6X(  
    * 轉換序列式設計到非序列模式 &16bZw  
    * 設計鎖定工具 EkL\~^  
    * 關鍵光線組產生器 & 追跡 Vd?v"2S(9  
    * 用 Filter String 篩選光路徑 q~^:S~q  
    * 使用 Path Analysis 工具分析光路徑 oba*w;  
    "T&uS1+=c  
    文章發布時間:April 23, 2017 @qC:% |>  
    文章作者:Michael Cheng KvD$`"L/CT  
    n21$57`4  
    簡介 xF/DYXC{8  
    使用者用序列模式設計鏡頭,處理完成像品質、畸變、相對照度以及公差分析等問題之後,在原型製作之前,還會需要進行機構相關的分析,以避免出現多重反射的鬼影或強烈光源散射的雜光。一般來說,雜散光係指那些不經由設計好的路徑進入系統,最後在成像面上產生無法忽視、並且可見的影像的光線。下圖為一個不良系統產生強烈雜光的範例: t~M<j| ]k  
    }-L@AC/\#  
    2 T3DV])Q  
    在照相領域中,常見的雜光來源就是視野外的強烈光源 (例如太陽) 透過機構的散射,或是視野內的光源通過鏡片二次反射,聚焦到像面上這兩種。而在其他系統,例如天文望遠鏡,可能還會有其他類型的雜光問題。以下是一個雙重路徑的範例: =P#!>*\ar  
    @}?D<O8#"#  
    V^{!d}  
    {6n \532@  
    開啟範例檔 `e9uSF:9C  
    首先讓我們開啟內建範例檔Samples\Sequential\Objectives\ Double Gauss 28 degree field.zmx bvgD;:Aj  
    作為前置作業,讓我們先把所有的鍍膜都取消,因為接下來我們要來研究哪個鍍膜的效果較好。 dI !/:x  
    Q'a N|^w"f  
    [;=ky<K0E  
    V[I<9xaE  
    設計鎖定工具 d>`(.qvxR  
    接著我們執行Design Lockdown工具,此工具會調整使用者的系統設定,使鏡頭符合實際運作的條件,分析結果更正確。 ,>UmKrYo  
    粗略來說,這個工具所執行的步驟如下: Q*C4  q`  
    * 開啟 Ray Aiming h(8;7} K  
    * 系統孔徑設為 Float By Stop Size Yy)a,clZ*$  
    * 改為 Angle 或 Object Height "?{yVu~9  
    * 固定表面孔徑:Circular Aperture PbPP1G')  
    * 移除漸暈係數 668bJ.M\O  
    關於更詳細的說明,使用者可以參考Help文件的說明。 nwo!A3w:  
    .O#lab`:2  
    E)hinH  
    BZ<z@DJp  
    產生關鍵光線組 x!~OK::o8  
    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: _;q-+"6L;  
    ,&?q}M  
    lDU:EJ&DHE  
    W[>TqT63  
    轉換到非序列 7h]R{_  
    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。 'r n;|K  
    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 \r%Vgne-g  
    'q'Y:A?,  
    3K!0 4\  
    'Xl>,\'6  
    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。 &{/>Sv!6#  
    H27Oq8  
    Gr@{p"./z  
    >ij4z N  
    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: $JB:rozE  
    _Af4ct;ng  
    d95N$n   
    e-cb?.WU?  
    我們也可以用Shaded Model觀看,效果如下: pInWKj[y1  
    _*$B|%k   
    thPH_DW>eb  
    px>> ]>ZMH  
    檢查關鍵光線組的狀況 JGDUCb~  
    讓我們點一下Critical Ray Tracer工具如下,可以看到各個視場的主光線與邊緣光線都能正常通過。當使用者設計好機構元件時,將會需要把機構元件的CAD檔匯入,再次使用此工具,確保機構沒有不小心遮蔽到主要光束 *6D%mrK  
    8Qz7uPq  
    TcLaWf!c5  
     "$Iw Q  
    分析雜散光所需的設定 A4Q)YY9~  
    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。 -mHhB(Td'  
    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。 #KNq:@wp6  
    SfobzX}~Jh  
    '+I 2$xE  
    CotMV^   
    然後我們把追跡的光線數降低到5000條,原因是分析雜散光時,通常一條光線會分裂為非常多的子光線,比起不分裂的狀況,速度可能慢上十幾倍到百倍不等,這邊以示範為目的,因此我們把光線數量控制到較少的5000。 a^T4\  
    i5<Va@ru!s  
    T:S{3  
    _Q}RElA  
    最後一步是把探測面的像素數設為150x150,這會讓追跡的速度較快。  .02(O  
    g} ~<!VpX  
    ;k&k#>L!K  
    (bFWT_CChz  
    初步追跡結果 7x7r!rSe,  
    然後我們就可以看看初步的追跡結果了。請開啟追跡,如下圖設定操作。 KvJP(!{  
    注意如下圖所示,追跡時要勾選 “Use Polarization” 以及 “Split NSC Rays”。 Q xF8=p  
    &Y>~^$`J  
    ):fu   
    ~sHZh  
    追跡完畢後開啟Detector Viewer,此工具的位置如下。 "">fn(  
    CAFE} |  
    D@(M+u9/%  
    9MtJo.A  
    並且設定視窗如下圖。 1yaIV+_y/  
    BQul iX&  
    -KwL9J4u  
    8X ?GY8W:  
    可以初步看到這個系統中因為多次反射造成的雜光。 ;p#Z:6  
    E2h;hr;W  
    0o=6A<#x  
    u};]LX\E  
    使用Filter String Nzi/3r7m  
    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#7+  
    (LT\ IJSM  
    @Uj _+c q  
    8/>wgY  
    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%。 Fy _<Ui  
    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。 f0mH|tI`  
    kk /+Vx~  
    Ss<_K>wk  
    sPE)m_u  
    此時回到Layout中,重新整理多次之後,可以看到以下幾種路徑。 1^60I#Vr@  
    yS uLt@X  
    Rd vPsv} D  
    ycl>git]  
    y800(z  
    .i3lG( YG  
    給透鏡加上鍍膜 <(bCz>o|  
    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。 V^Mf4!A(y  
    這裡我們在 DUuC3^R  
    物件6的Face 2以及 .,ppGc| *  
    物件10的Face 1上指定名稱為AR的鍍膜。 6& &}P79  
    v/aPiFlw  
    u_p7Mcb  
    ){Ciu[h  
    再次追跡之後,就可以看到周圍的鬼影量大幅降低。 g]==!!^<D  
    w `. T/  
    TJyH/ C  
    h=K36a)  
    \C+*loLs  
    分析特定區域的光 (使用Filter String) ~`~%(DA=  
    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? ~E<PtDab  
    (?!(0Ywbg  
     9+'@  
    :tjgg]  
    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。 /jZaU`  
    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。 Fi?32e4KI5  
    un$ Z7W/  
    :_o] F  
    7Ykj#"BZ  
    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。 aDN6MZM  
    這會告訴OpticStudio把光線追跡過程中的所有歷史都儲存下來。 rR,+G%[(=4  
    |8DH4*y!  
    b"R, p=M  
    g+>=C   
    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。 gqP -E  
    z)58\rtz  
    93E,  
    %k3NT~  
    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。 ,YP1$gj  
    [):{5hMA  
    回到Layout中,就可以看到系統確實顯示出所有到達像面中該位置光路徑。 6?3/Ul }  
    但這裡出現了一個問題,那就是我們發現有太多可能的路徑。 p4m^ ~e  
    根據經驗,我們知道不可能所有的路徑都是強烈的,這些路徑中,很可能其中一到兩個才是主要的雜光兇手。我們應該關注那些貢獻最多能量的路徑。 &\J?[>EJ.  
    lgkl? 0!  
    laUu"cS  
    [K/O5_  
    Q(~3pt  
    /~o7Q$)-b  
    進階路徑分析  YBYBOH  
    因此這裡我們就開啟進階路徑分析工具,工具位置如下。 8iMF8\  
    注意我們一樣可以把剛剛的Filter String輸入到此工具中。 z +3<$Z  
    ~-XOvKJb  
    EX`"z(L  
    &\;<t, 3A~  
    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。 ?1GY%-  
    讓我們回到 Layout 看看是哪個路徑。 '}U_D:o.b  
    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。 Q!4i_)rM  
    wF|0n t  
    *'UhlFed  
    U0NOU#  
    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。 >.DF"]XM  
    l,*yEkU  
    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。 LYd}w(}  
    !1ML%}vvB,  
    Uj4Lu  
    u] F7 0C^~  
    %v5)s(Yu  
    1 L+=|*:  
    38[)[{G)Hv  
    nkCecwzr-  
    'M~BE\  
    IZv~[vi_  
    (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
    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