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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。 aqF+zPKs6  
    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: ~LbS~_\C=  
    * 介紹雜散光 20aZI2sk`  
    * 轉換序列式設計到非序列模式 n@ 4@,  
    * 設計鎖定工具 ^] 6M["d/p  
    * 關鍵光線組產生器 & 追跡 RU0i#suiz  
    * 用 Filter String 篩選光路徑 Uo2+:p  
    * 使用 Path Analysis 工具分析光路徑 s`"OM^[-  
    vQ 4}WtvA  
    文章發布時間:April 23, 2017 1?(cmXj  
    文章作者:Michael Cheng ]ni6p&b>  
    p%F8'2)}  
    簡介 7rcA[)<'  
    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: # :#M{1I  
    g<$. - g  
     R:~(Z?  
    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: zOB !(R  
    jv =EheD  
    g:_hj_1Y M  
    |jT2W  
    開啟範例檔 _1  p DA  
    首先讓我們開啟內建範例檔Samples\Sequential\Objectives\ Double Gauss 28 degree field.zmx HY;9?KJ'  
    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。 hGI+:Js6  
    ?`"n3!>bS  
    ]]TqP{H  
    *YtB )6j  
    設計鎖定工具 CvK3H\.&;k  
    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。 R_1qn  
    粗略來說,這個工具所執行的步驟如下: +@ MPQv  
    * 開啟 Ray Aiming 4(=kE>n}  
    * 系統孔徑設為 Float By Stop Size S/4r\6  
    * 改為 Angle 或 Object Height o5swH6Y.)J  
    * 固定表面孔徑:Circular Aperture X*F_<0RC1  
    * 移除漸暈係數 W;zpt|kAH  
    關於更詳細的說明,使用者可以參考Help文件的說明。 dU]/$7  
    ZyI$M3{J  
    >{5 p0  
    6Ps.E  
    產生關鍵光線組 FI"HJwAs  
    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: 5Fbs WW2  
    Fi2xr<7"  
    I[0!S IqY  
    Nxk(mec"  
    轉換到非序列 rp's  
    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。 pu9^e4B9  
    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 XF*.Jg]  
     D!F 2l_  
    gEwd &J  
    SV.z>p  
    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。 :,S98z#  
    ])w[   
    `Ye8 Q5v"]  
    :Q_3hK  
    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: y('k`>C  
    6w| J -{2  
    BRS#Fl:  
    c_.-b=zm  
    我們也可以用Shaded Model觀看,效果如下: IP3E9z_ L  
    !GwL,)0@^  
    ]< XR]FHx)  
    Xg7|JS!  
    檢查關鍵光線組的狀況 sOBu7!G%  
    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 +=BAslk  
    "OmD@ EMT  
    hyg8wI  
    9\JQ7$B  
    分析雜散光所需的設定 @1-F^G%p8  
    在開始追跡檢查雜光狀況之前,讓我們先來調整一些必要的設定。 -!e7L>w  
    首先是把最大光線分裂次數,以及最大光線與物件交會次數調整到最高,在雜光的分析中,有時候我們想要分析的光線是經過非常多次反射產生的,如果分裂次數或交會次數的設定不足,可能無法充分分析到所有狀況。 2`?!+")  
    }V]R+%:w@  
    IiJZ5'{  
    ,7_4 z]jK  
    然後我們把追跡的光線數降低到5000條,原因是分析雜散光時,通常一條光線會分裂為非常多的子光線,比起不分裂的狀況,速度可能慢上十幾倍到百倍不等,這邊以示範為目的,因此我們把光線數量控制到較少的5000。 J00VTb`  
    P7.'kX9  
    |[$~\MU  
    SaOYu &>  
    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。  :A1:  
    5!X1G8h)uy  
    T/1gI9 X  
    %NHkDa!  
    初步追跡結果 fCWGAO2  
    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。 "IQ/LbOqm_  
    注意如下圖所示,追跡時要勾選 “Use Polarization” 以及 “Split NSC Rays”。 ;30nd=  
    z (?=Iv3  
    Oz: *LZ  
    2`G OJ,$  
    追跡完畢後開啟Detector Viewer,此工具的位置如下。 !C4!LZ0A  
    fHRMu:q  
    -n80 &  
    QXgE dsw  
    並且設定視窗如下圖。 kM8{C w  
    =O).Lx2J  
    V[o`\|<  
    cy yVg!+  
    可以初步看到這個系統中因為多次反射造成的雜光。 @.Ic z  
    HlvuW(,x=  
    K%v1xZ  
    4db(<h  
    使用Filter String %a+mk E  
    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)。 -h|B1*mt  
    },+wJ1  
    ,EGQ@:3/  
    d?`ny#,GB  
    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%。 !$-\;<bZw  
    現在請輸入0.005,這會告訴OpticStudio當光線能量小於原始能量的0.005倍時,就停止追跡。 i0$Bx>  
    }X*Riu7gk  
    SN7"7joP<  
    ia\eLzj  
    此時回到Layout中,重新整理多次之後,可以看到以下幾種路徑。 Szbb_i{_ `  
    AV9m_hZ t  
    Oy U  
    Bp8'pj;~  
    if|+EN%  
    ?qCK7 $ j  
    給透鏡加上鍍膜 [W %$qZlP  
    為了輕減這些鬼影光,我們在透鏡上使用鍍膜。讓我們在鬼影光產生的兩個面上面設定膜層(coating),並了解其效果。 +gtrt^:]l  
    這裡我們在 x8S7oO7  
    物件6的Face 2以及 W`\R%>$H  
    物件10的Face 1上指定名稱為AR的鍍膜。  1%4sHSN  
    h%}/Cmx[  
    79`AM X[b  
    ]o cWt3|  
    再次追跡之後,就可以看到周圍的鬼影量大幅降低。 vnWWneeNr  
    h4q|lA6!k8  
    3|.um_  
    B2-V@06  
    yKYTi3_(  
    分析特定區域的光 (使用Filter String) /"eey(X  
    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? 9E>xIJ@J2T  
    u%w`:v7Yo(  
    B!vmQR*1  
     =-IbS}3  
    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。 C(00<~JC  
    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。 (h >-&.`&  
    uc;8 K,[t  
    *:ZDd  
    I 'V4D[H5  
    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。 N5a*7EJv+  
    這會告訴OpticStudio把光線追跡過程中的所有歷史都儲存下來。 ;W>k@L  
    $GlWf  
    .zi_[  
    ^J$2?!~  
    然後我們回到Layout中,讀取顯示剛剛儲存的追跡歷史,並輸入剛剛的Filter String。 i_j[?.?X}  
    RhncBKm*M  
    e" St_z(  
    O^oWG&Y;v  
    注意我在前面額外追跡設定了{#50},這代表要篩選出代表性的50條光線。 Kx>qz.wwI?  
    D9 g#F f6  
    回到Layout中,就可以看到系統確實顯示出所有到達像面中該位置光路徑。 0u;4%}pD  
    但這裡出現了一個問題,那就是我們發現有太多可能的路徑。 a!=D[Gz*5  
    根據經驗,我們知道不可能所有的路徑都是強烈的,這些路徑中,很可能其中一到兩個才是主要的雜光兇手。我們應該關注那些貢獻最多能量的路徑。 .&DhN#EN0  
    7Zlw^'q$:L  
    KET2Ws[w  
    u6AA4(  
    $<}$DH_Y  
    OCNQvF~  
    進階路徑分析 ibj87K  
    因此這裡我們就開啟進階路徑分析工具,工具位置如下。 wne,e's}   
    注意我們一樣可以把剛剛的Filter String輸入到此工具中。 JpXlBEio%  
    wB.&}p9p  
    ` @`CG[-9  
    be.*#[  
    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。 W"k"I vTW}  
    讓我們回到 Layout 看看是哪個路徑。 <J) ]mh dm  
    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。 E7rDa1  
    hb}+A=A=+  
    aDU<wxnSvO  
    E|iQc8gr&  
    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。 qm/)ku0  
    N sXHO  
    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。 Q+[n91ey**  
    RoPRQCE  
    =l+yA>t|  
    Y3Yz)T}UkS  
    )Y"+,$$>Y`  
    `sn^ysp  
    s~^5kgPA  
    +S o4rA*9  
    h`^jyoF"(  
    b,7k)ND1F  
    (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