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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 正序阅读 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。 Fwm$0=BXL  
    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: +cpb!YEAb  
    * 介紹雜散光 ci,(]T +!  
    * 轉換序列式設計到非序列模式 V:0IBbh)w  
    * 設計鎖定工具 iIfiv<(ChM  
    * 關鍵光線組產生器 & 追跡 '2,~'Zk  
    * 用 Filter String 篩選光路徑 /4{WT?j  
    * 使用 Path Analysis 工具分析光路徑 eAHY/Y!  
    g 2Fg  
    文章發布時間:April 23, 2017 $-_" SWG.  
    文章作者:Michael Cheng )1<0c@g=  
    )! [B(  
    簡介 --HDEc|  
    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: 'CBwE&AL  
    ~tUZQ5"  
    ^} j~:EZb  
    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: |N,^*xP(6  
    o:8ns m  
    8 Ku9;VEk  
    !~^2Mu(X  
    開啟範例檔 cGot0' mB  
    首先讓我們開啟內建範例檔Samples\Sequential\Objectives\ Double Gauss 28 degree field.zmx _KRnx-  
    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。 +U fw  
    6:_~-xG  
    bR`5g  
    L03I:IJ  
    設計鎖定工具 d`\SX(C  
    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。 @6UY4vq9  
    粗略來說,這個工具所執行的步驟如下: O:]']' /  
    * 開啟 Ray Aiming $G=^cNB|JB  
    * 系統孔徑設為 Float By Stop Size z$<=8ox8e  
    * 改為 Angle 或 Object Height ]36SF5<0r  
    * 固定表面孔徑:Circular Aperture 3h bHS~  
    * 移除漸暈係數 @`.4"*@M  
    關於更詳細的說明,使用者可以參考Help文件的說明。 #v c+;`X  
    8~y!X0Ov!  
    sbvP1|P8%  
    DVQr7tQf  
    產生關鍵光線組 \Y xG  
    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: ft"-  
    d% EdvM|)  
    k_g@4x1y*  
    RXRbW%b  
    轉換到非序列 GEPWb[Oa  
    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。 [_N1 .}e  
    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 F'~r?D  
    kn#?+Q  
    3P_.SF  
    s:<y\1Ay  
    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。 /OKp(u;)z  
    h!B{7J  
    AyJl:aN^  
    hl]d99Lc  
    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: `=Mk6$%Cs  
    #jbC@A9Pe  
    ^|/<e?~I  
    8] LF{Obz[  
    我們也可以用Shaded Model觀看,效果如下: )~M@2;@L  
    zB m~J%  
    >$kFYb>~q  
    H Qj,0#J)  
    檢查關鍵光線組的狀況 /}u:N:HA%  
    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 \]Y<d  
    o. $ 48h(  
    _9oKW;7f7  
    k r$)nf  
    分析雜散光所需的設定 "'B DVxp'w  
    在開始追跡檢查雜光狀況之前,讓我們先來調整一些必要的設定。 h5{//0 y  
    首先是把最大光線分裂次數,以及最大光線與物件交會次數調整到最高,在雜光的分析中,有時候我們想要分析的光線是經過非常多次反射產生的,如果分裂次數或交會次數的設定不足,可能無法充分分析到所有狀況。 P]"@3Z&w  
    D[W ` q#W  
    s=$xnc}mf  
    E[hSL#0  
    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。 M_O$]^I3w  
    l>jrY1u  
    Q3=X#FQ  
    NO/$} vw  
    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。 C,,T7(: k  
    ?Gf'G{^}  
    l[ko)%7V  
    -0uGzd+m*  
    初步追跡結果 9X[378f+(  
    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。 '+_-r'2  
    注意如下圖所示,追跡時要勾選 “Use Polarization” 以及 “Split NSC Rays”。 uWGp>;meO  
    &tkPZ*}#1  
    lC*xyO K  
    }?b\/l<  
    追跡完畢後開啟Detector Viewer,此工具的位置如下。 D~qi6@Ga  
    .aL%}`8l?  
    =Q"thsR  
    Bl)D/  
    並且設定視窗如下圖。 =}ZY`O*/  
    bO6z;D#  
    n2aUj(Zs=  
    0r@L A|P  
    可以初步看到這個系統中因為多次反射造成的雜光。 SFzoRI=qG  
    ,>g( %3C  
    mj9|q8v{+  
    4o''C |ND  
    使用Filter String WKr4S<B8mr  
    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)。 ;[zZI~wh  
    @#"K6  
    E.'6p \  
    yyPj!<.MGP  
    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%。 <)cmI .J3  
    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。 mGz'%?zj  
    AB!({EIi  
    `,  |l  
    }zo-%#  
    此時回到Layout中,重新整理多次之後,可以看到以下幾種路徑。 7DW-brd   
    :U1V 2f'l3  
    x ZAg  
    PzjIM!>  
    s5b<KQ.  
    &=8ZGjR< }  
    給透鏡加上鍍膜 NFU=PS$  
    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。 hHt.N o  
    這裡我們在 LGy!{c  
    物件6的Face 2以及 EU5(s*A  
    物件10的Face 1上指定名稱為AR的鍍膜。 LQ$dT#z2A  
    }Ny~.EV5^  
    X bV?=  
    z ISy\uka  
    再次追跡之後,就可以看到周圍的鬼影量大幅降低。 a.<!>o<t:  
    -mZ{.\9  
    u<@ 55k  
    Tq6@ 1j6p  
    F, 5}3$  
    分析特定區域的光 (使用Filter String) t5p#g <$  
    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? k/xNqN(  
    6Hpj&Qm  
    [yAR%]i-7  
    M+Y^A7  
    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。 3'Z+PPd!  
    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。 vCR\lR+  
    YAF0I%PYU  
    7`X9s~B  
    I'cM\^/h  
    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。 iu,Bmf^oD  
    這會告訴OpticStudio把光線追跡過程中的所有歷史都儲存下來。 ; UjP0z  
    !91<K{#A{  
    %hzNkyD)Y  
    wa9{Q}wSa  
    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。 l\-(li H  
    fI(H :N  
    =>h~<88#5  
    @l2AL9z$m>  
    注意我在前面額外追跡設定了{#50},這代表要篩選出代表性的50條光線。 jr5x!@rb  
    =HvLuVc  
    回到Layout中,就可以看到系統確實顯示出所有到達像面中該位置光路徑。 _bq2h%G=8  
    但這裡出現了一個問題,那就是我們發現有太多可能的路徑。 hta$ k%2  
    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。 {Q~A;t  
    HaamLu  
    Ib4 8`  
    u RNc9  
    -1u N Z{0  
    ? Kn~fs8  
    進階路徑分析 ?+#E&F  
    因此這裡我們就開啟進階路徑分析工具,工具位置如下。 iNs  
    注意我們一樣可以把剛剛的Filter String輸入到此工具中。 V/!8q`lYNJ  
    pKSVT  
    dQFx]p3L  
    WS0RvBvb  
    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。 eVWnD,'  
    讓我們回到 Layout 看看是哪個路徑。 D9&FCCiUE  
    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。 Ih95&HsdC  
     HPj7i;?O  
    =l3* { ?G  
    ',* 6vbII  
    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。 |5,q54d(K  
    p.1|bXY`  
    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。 :FdV$E]]<  
    yHoj:f$$x  
    7[V'3  
    Z,,Wo %)o  
    A|@d4+  
    FyQ^@@  
    c>3W1"  
    'u.`!w '|L  
    Tr}c]IP*  
    L+QEFQ:r5  
    (转自:中文版 Zemax Forum )
     
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    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
    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blwutuobang
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    只看该作者 1楼 发表于: 2017-05-10
    这个功能不错