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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。 ~ W@X-  
    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: aQga3;S!  
    * 介紹雜散光 h(_P9E[g  
    * 轉換序列式設計到非序列模式 "t=UX -3  
    * 設計鎖定工具 n|6?J_{<b>  
    * 關鍵光線組產生器 & 追跡 Yhe+u\vGs\  
    * 用 Filter String 篩選光路徑 L1rwIOgq^  
    * 使用 Path Analysis 工具分析光路徑 <3lUV7!  
    p<q].^M  
    文章發布時間:April 23, 2017 =9^Q"t4  
    文章作者:Michael Cheng &2Q*1YXj  
     U7E  
    簡介 )AJ=an||5  
    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: vm|!{5l:=y  
    EA6t36|TX  
    -]/7hN*v  
    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: w(Gz({l+  
    jM]d'E?ZLA  
    RE 9nU%!  
    &-=K:;x  
    開啟範例檔 *o!l/>4g  
    首先讓我們開啟內建範例檔Samples\Sequential\Objectives\ Double Gauss 28 degree field.zmx $6# lTYN~  
    作為前置作業,讓我們先把所有的鍍膜都取消,因為接下來我們要來研究哪個鍍膜的效果較好。 Vg{Zv4+t  
    vu<#wW*9  
    L@nebT;\'  
    4#_$@ r  
    設計鎖定工具 Q70bEHLA  
    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。 jQ?LHUE  
    粗略來說,這個工具所執行的步驟如下: 3?@?-q2g  
    * 開啟 Ray Aiming [A]Ca$':  
    * 系統孔徑設為 Float By Stop Size %J _ymJ'pd  
    * 改為 Angle 或 Object Height Sl"BK0:%7  
    * 固定表面孔徑:Circular Aperture z{|LQt6q  
    * 移除漸暈係數 F?cq'd  
    關於更詳細的說明,使用者可以參考Help文件的說明。 Ib6(Bp9.L  
    /=T H08  
    SRItE\"Xe  
    =e{.yggE  
    產生關鍵光線組 TY~Vi OC  
    在轉換到非序列模式之前,讓我們先匯出序列模式中的關鍵光線,這包含主光線以及一系列的邊緣光線。這讓我們稍後可以直接在非序列系統中,直接檢查這些原本需要在序列模式中才能計算的光線。操作方法如下: 3b@VY'P  
    (UGol[f<  
    1[s0Lz  
    g_vm&~U/'  
    轉換到非序列 O#:&*Mv  
    在OpticStudio分析雜散光最方便的就是,我們只需要一個步驟,就能快速地切換到非序列模式中。 \_ 9rr6^ "  
    有關於序列到非序列模式的切換,我們在知識庫中有另一篇非常詳細的文章,讀者有興趣可以參考,此文章標題為:轉換序列式面到非序列物件 m6i%DE  
    R*bmu  
    &\^rQi/tf  
    qp&4 1  
    按一下OK後,可以系統已經變更如下。以下是非序列的元件列表,可以看到我們編輯的對象已經不再是Surface,而是Object。編輯器中還可以看到我們也建立了光源、探測器等物件,他們的位置跟原本序列式系統中的像面,視場之設定都是完全對應的。此系統除了是建立在非序列模式下之外,跟原本序列模式並無不同。 8+>\3j  
    r|fO7PD  
    Ak A!:!l  
    0% +'  
    非序列模式中系統的運作方式跟序列模式有很大的不同,其中一個就是光線可以分裂。讓我們打開NSC 3D Layout視窗,並勾選 “Split NSC Rays”,就可以看到如下圖: MwAJ(  
    |` "?  
    aMJ;bQD  
    MM gx|"  
    我們也可以用Shaded Model觀看,效果如下: A=X-;N#  
    %i"}x/CD[  
    [7.agI@=  
    f-D>3qSS  
    檢查關鍵光線組的狀況 1TZPef^y  
    讓我們點一下Critical Ray Tracer工具如下,可以看到各個視場的主光線與邊緣光線都能正常通過。當使用者設計好機構元件時,將會需要把機構元件的CAD檔匯入,再次使用此工具,確保機構沒有不小心遮蔽到主要光束 ")%r}:0  
    e:E# b~{  
    k':s =IXW  
    NXI[q 'y  
    分析雜散光所需的設定 x8\<qh*:  
    在開始追跡檢查雜光狀況之前,讓我們先來調整一些必要的設定。 ;LQ9#M?  
    首先是把最大光線分裂次數,以及最大光線與物件交會次數調整到最高,在雜光的分析中,有時候我們想要分析的光線是經過非常多次反射產生的,如果分裂次數或交會次數的設定不足,可能無法充分分析到所有狀況。 m$:&P|!'p  
    >DP:GcTG  
    74f9|~%  
    ~5 >[`)  
    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。 sS9%3i/>  
    wf9z"B  
    $r79n-  
    N4wA#\-  
    最後一步是把探測面的像素數設為150x150,這會讓追跡的速度較快。 1bSD,;$sQ  
    9M'DC^x*T  
    i_ QcC  
    J@]k%h  
    初步追跡結果 eW50s`bKY  
    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。 @Y-TOCadT  
    注意如下圖所示,追跡時要勾選 “Use Polarization” 以及 “Split NSC Rays”。 mQr0sI,o]  
    fu]N""~  
    N wtg%;  
    Hg+ F^2<y  
    追跡完畢後開啟Detector Viewer,此工具的位置如下。 .'d2J>~N  
    Fm3t'^SqF  
    K)N0,Qwu  
    u #~ ;&D*q  
    並且設定視窗如下圖。 wC` R>)  
    &&7r+.Y  
    %e_"CS  
    A'-_TFwW  
    可以初步看到這個系統中因為多次反射造成的雜光。 [BDGR B7d"  
    "HlgRp]u  
    "b,%8  
    euQ.ArF  
    使用Filter String RiR:69xwR*  
    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)。 *e/K:k  
    qZ X/@Yxz  
    s| -FH X  
    9 wh2f7k  
    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%。 ^Z}Ob= .G  
    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。 , Z ~;U  
    _Qd,VE 8u  
    W?z#pV+jt  
    >/^#Drwb!i  
    此時回到Layout中,重新整理多次之後,可以看到以下幾種路徑。 Zj VWxQ  
    c/aup  
    \#,t O%D  
    F L=,YP  
    gEJi[E@  
    $nPAm6mH  
    給透鏡加上鍍膜 0KvVw rWJ  
    為了輕減這些鬼影光,我們在透鏡上使用鍍膜。讓我們在鬼影光產生的兩個面上面設定膜層(coating),並了解其效果。 Qa`hR  
    這裡我們在 '&yeQ   
    物件6的Face 2以及 sl|_=oXT  
    物件10的Face 1上指定名稱為AR的鍍膜。 DQXS$uBT  
    PQ U]l"A  
    0q6I;$H  
    ,k0r  
    再次追跡之後,就可以看到周圍的鬼影量大幅降低。 ~?Omy8#  
    tE"Si<[]H$  
    {`"#yl6"  
    vqNsZ 8|`  
    -?a<qa?$  
    分析特定區域的光 (使用Filter String) - u3e5gW  
    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? csQfic  
    +K$NAT  
    [aqu }Su  
    0$P/jt  
    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。 #kmh:P  
    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。 lU2c_4  
    d- E4~)Qy  
    (pR.Abq  
    2eP ;[o  
    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。 }5 9U}@xC  
    這會告訴OpticStudio把光線追跡過程中的所有歷史都儲存下來。 A( d5G^  
    NPjv)TN}3  
    O#kq^C}  
    slW3qRT\k  
    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。 >G"X J<IO  
    fI|[Z+"  
    *nTU# U  
    \f Lvw  
    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。 Q<"[C 1Lj  
    B]iP't \~  
    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。 3OqX/z,  
    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。 &#m"/g7w4N  
    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。 e [0w5)X   
    kBEmmgL  
    ` %?9=h%  
    D!LX?_cD1i  
    [`_io>*g  
    F[`ZqW  
    進階路徑分析 eC`pnE  
    因此這裡我們就開啟進階路徑分析工具,工具位置如下。 M8;lLcgu.  
    注意我們一樣可以把剛剛的Filter String輸入到此工具中。 ; y.E!  
    TH1B#Y#<J  
    }IkQA#4$  
    *~VxC{  
    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。 JBX[bx52<r  
    讓我們回到 Layout 看看是哪個路徑。 a P()|js  
    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。 xi'>mIT  
    rR{,)fX;  
    +Ov2`O8?  
    C2F0tr|  
    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。 !.X.tc  
    m}Y0xV9  
    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。 y=sGe!^  
    0Bolv_e  
    ~Pf5ORoe  
    i6PM<X,{;  
    (!K_Fy@  
    +V(5w`qx  
    #Z!b G?="  
    X]*QUV]i  
    &*,:1=p  
    o4^Fo p  
    (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