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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。 urhOvC$a  
    本文章將使用內建的雙高斯鏡頭示範在OpticStudio中如何分析雜散光,內容包含: #1De#uZ  
    * 介紹雜散光 Ms 3Sri  
    * 轉換序列式設計到非序列模式 :i9=Wj  
    * 設計鎖定工具 G_]zymXQ  
    * 關鍵光線組產生器 & 追跡 Ji)Ys ebV  
    * 用 Filter String 篩選光路徑 b[KZJLZ)  
    * 使用 Path Analysis 工具分析光路徑 %zz,qs)Eu  
    ZA+w7S3  
    文章發布時間:April 23, 2017 Fs(FI\^  
    文章作者:Michael Cheng BIh^b?:zU  
    vzFo"  
    簡介 \2))c@@%  
    使用者用序列模式設計鏡頭,處理完成像品質、畸變、相對照度以及公差分析等問題之後,在原型製作之前,還會需要進行機構相關的分析,以避免出現多重反射的鬼影或強烈光源散射的雜光。一般來說,雜散光係指那些不經由設計好的路徑進入系統,最後在成像面上產生無法忽視、並且可見的影像的光線。下圖為一個不良系統產生強烈雜光的範例: hQ ?zc_ 3  
    IOT-R!.5V  
    +Ly@5y"  
    在照相領域中,常見的雜光來源就是視野外的強烈光源 (例如太陽) 透過機構的散射,或是視野內的光源通過鏡片二次反射,聚焦到像面上這兩種。而在其他系統,例如天文望遠鏡,可能還會有其他類型的雜光問題。以下是一個雙重路徑的範例: +L|x^ B3  
    E?- ~*T  
    =Hbf()cN)  
    v>0I=ut  
    開啟範例檔 C2{*m{ D  
    首先讓我們開啟內建範例檔Samples\Sequential\Objectives\ Double Gauss 28 degree field.zmx FBxg^g%PB@  
    作為前置作業,讓我們先把所有的鍍膜都取消,因為接下來我們要來研究哪個鍍膜的效果較好。 B~B,L*kC2  
    ezb*tN!  
    3Fw7q"  
    N*+L'bO  
    設計鎖定工具 \`;1[m  
    接著我們執行Design Lockdown工具,此工具會調整使用者的系統設定,使鏡頭符合實際運作的條件,分析結果更正確。 Rt>mAU$}  
    粗略來說,這個工具所執行的步驟如下: k+BY3a  
    * 開啟 Ray Aiming @jCMQYR  
    * 系統孔徑設為 Float By Stop Size 4sq](! A  
    * 改為 Angle 或 Object Height o3$dl`'  
    * 固定表面孔徑:Circular Aperture 8]mRX~  
    * 移除漸暈係數 hof>:Rk  
    關於更詳細的說明,使用者可以參考Help文件的說明。 !dq$qUl/  
    $0R5 ]]db)  
    IIN,Da;hD  
    qP0UcG  
    產生關鍵光線組 ,rV;T";r  
    在轉換到非序列模式之前,讓我們先匯出序列模式中的關鍵光線,這包含主光線以及一系列的邊緣光線。這讓我們稍後可以直接在非序列系統中,直接檢查這些原本需要在序列模式中才能計算的光線。操作方法如下: L*OG2liJ  
    `S+n,,l  
    (8baa.ge  
    ~O~iP8T  
    轉換到非序列 _(-i46x}  
    在OpticStudio分析雜散光最方便的就是,我們只需要一個步驟,就能快速地切換到非序列模式中。 /dO*t4$@?  
    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 xR8y"CpE  
    + }$(j#h  
    x_t$*  
     W_6gV  
    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。 =ld!=II  
    nDcH;_<;9a  
    CaV@<T  
    `=S%!akj  
    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: Zv2]X-  
    eLLOE)x  
    # [ +n(  
    c/^l2CJ0  
    我們也可以用Shaded Model觀看,效果如下: +koW3>  
    KrR`A(=WL  
    I@5$<SN  
    1]9l SE!E7  
    檢查關鍵光線組的狀況 bI^F (  
    讓我們點一下Critical Ray Tracer工具如下,可以看到各個視場的主光線與邊緣光線都能正常通過。當使用者設計好機構元件時,將會需要把機構元件的CAD檔匯入,再次使用此工具,確保機構沒有不小心遮蔽到主要光束 cc3/XBo  
    n0G@BE1Y=  
    Tq SjL{l%  
    fda4M  
    分析雜散光所需的設定 /;vHAtt;f  
    在開始追跡檢查雜光狀況之前,讓我們先來調整一些必要的設定。 nch#DE8 2  
    首先是把最大光線分裂次數,以及最大光線與物件交會次數調整到最高,在雜光的分析中,有時候我們想要分析的光線是經過非常多次反射產生的,如果分裂次數或交會次數的設定不足,可能無法充分分析到所有狀況。 el\xMe^SY  
    )3R5cq  
    65nK1W`i  
    -?l`LbD  
    然後我們把追跡的光線數降低到5000條,原因是分析雜散光時,通常一條光線會分裂為非常多的子光線,比起不分裂的狀況,速度可能慢上十幾倍到百倍不等,這邊以示範為目的,因此我們把光線數量控制到較少的5000。 rp^:{6O  
    Rn`DUYg  
    xs )jO+.  
    I2krxLPd  
    最後一步是把探測面的像素數設為150x150,這會讓追跡的速度較快。 RP^vx`9h  
    'v@*xF/L6a  
    cltx(C>   
    sy-#Eo#3  
    初步追跡結果 ~1aM5Ba{  
    然後我們就可以看看初步的追跡結果了。請開啟追跡,如下圖設定操作。 r i)`e  
    注意如下圖所示,追跡時要勾選 “Use Polarization” 以及 “Split NSC Rays”。 24 .'+3  
    f3 imkZ(  
    OI8}v  
    0x<G\ l4  
    追跡完畢後開啟Detector Viewer,此工具的位置如下。 +=d=  
    .|Yn[?(  
    j<6+p r  
    XL9-N?(@  
    並且設定視窗如下圖。 H: ;XU  
    ggrkj0  
    u?rX:KkS  
    a]Y9;(  
    可以初步看到這個系統中因為多次反射造成的雜光。 s}yN_D+V  
    Z$r7Hi  
    B&BL<X r  
    +G\i$d;St  
    使用Filter String }$sTnea  
    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)。 ms\\R@R  
    dPxJ`8  
    mg>wv[ 7  
    $pt~?ZZ3-  
    接下來我們要使用一個快速的技巧,從前述的鬼影光線中,把入射到像面(探測器)上、能量較強的光線分離出來。這個技巧是透過設定最小相對光線強度達成的,如下圖紅框的部分,此處可以指定欲追跡光線能量的最小值。輸入的數值代表光線相對於自身從光源出發時的比例,預設是1x10^-6,代表光線會一直追跡值到小於出發時能量的0.0001%。 )]LP8 J&  
    現在請輸入0.005,這會告訴OpticStudio當光線能量小於原始能量的0.005倍時,就停止追跡。 uHRxV"@}[1  
    4@Z!?QzW  
    a8G<x <  
    | +uc;[`  
    此時回到Layout中,重新整理多次之後,可以看到以下幾種路徑。 y&eU\>M  
    6.$z!~8  
    yW\kmv.O  
    Ra6}<o  
    LU8:]zOY  
    Ct zW do.  
    給透鏡加上鍍膜 3xKgj5M  
    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。 FQE(qltf,  
    這裡我們在 P}>>$$b\Yi  
    物件6的Face 2以及 sTep2W.9  
    物件10的Face 1上指定名稱為AR的鍍膜。 ]0SqLe  
    =fdW H4  
    yq<W+b/  
    "q!*RO'a  
    再次追跡之後,就可以看到周圍的鬼影量大幅降低。 ZR"qrCSw`  
    d0f(Uk  
    GXNkl?#  
    JiuA"ks)  
    k*C[-5&#  
    分析特定區域的光 (使用Filter String) #yU"n-eLR  
    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? rz2,42H]  
    9 g- 8u+&  
    #?eMEws  
    >6@,L+-6r  
    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。 dTlEEgR  
    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。 rW_cLdh]#  
    #l.s> B4  
    T|j=,2_  
    AxF$7J(  
    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。 rusYNb1J  
    這會告訴OpticStudio把光線追跡過程中的所有歷史都儲存下來。 QFoCi&  
    L/%{,7l<^?  
    ipt]qJFd  
     -)KNsW  
    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。 KoWG:~>|  
    k,8^RI07@  
    ,^ dpn  
    :f7vGO"t  
    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。 Ke]'RfO\  
    {yEL$8MC  
    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。 $fT#Wva-\d  
    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。 cWo__EE  
    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。 "Vp:Sq9y  
    ac966<#  
    qSD3]Dv"  
    /F''4%S?E  
    hx/A215L  
    (?lT @RY/  
    進階路徑分析 r>PKl'IbE  
    因此這裡我們就開啟進階路徑分析工具,工具位置如下。 CyB4apJ  
    注意我們一樣可以把剛剛的Filter String輸入到此工具中。 5B8fz;l= B  
    {0AlQ6.@>  
    $(08!U  
    7 s2*VKr  
    分析後可以看到所有路徑中,幾乎所有能量都集中在 3 > 6 > 15這個路徑上。 &Fjyi"8(r  
    讓我們回到 Layout 看看是哪個路徑。 a5d_= :S ;  
    把進階路徑分析工具中找出來的第一條路徑輸入到Filter String中的方法很簡單,只要在原本的Filter String最後面加上一個_1即可。,可以看到如下圖。 :<0lCj  
    cS@p`A7Tpo  
    /q7$"wP  
    xon^=Wo;  
    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。 3/(eK%d4Xb  
    5$X 8|Ve  
    下圖是使用第二、第三、第四路徑的分析結果,跟前面一樣,我們只要在Filter String的最後方加入_2、_3、_4即可。 se}$/Y}t  
    X &G]ci  
    [D<(xr&N%  
    YB^m!A),I[  
    /+. m.TF  
    9y} J|z  
    BGOS(  
    /rK/ l  
    qF`]}7"^  
    >fkV65w{*  
    (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