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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。 A<QYW,:|  
    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: a:7"F{D91  
    * 介紹雜散光 +);o{wfW  
    * 轉換序列式設計到非序列模式 ` L6H2:pf  
    * 設計鎖定工具 Y+F$]!hw  
    * 關鍵光線組產生器 & 追跡 \$<kJ|| lS  
    * 用 Filter String 篩選光路徑 &l-g3l[  
    * 使用 Path Analysis 工具分析光路徑 w1h07_u;v  
    8HxB\ !0F?  
    文章發布時間:April 23, 2017 RHz'Dz>0  
    文章作者:Michael Cheng f8 B*D4R}  
    9L*gxI>  
    簡介 Qf$0^$ "  
    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: \Llrs-0 M  
    4Q,HhqV'  
    HEhdV5B  
    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: k'xnl"q  
    I,l%6oPa  
    Fx/9T2%=  
     N_=7  
    開啟範例檔 Q{Jz;6"  
    首先讓我們開啟內建範例檔Samples\Sequential\Objectives\ Double Gauss 28 degree field.zmx B@63=a*kG  
    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。 _r+9S.z  
    aGr(djD  
    P(VQD>G  
    k&n7 _[]n  
    設計鎖定工具 Ra;e#)7 X  
    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。 +)qPUKb?  
    粗略來說,這個工具所執行的步驟如下: SdYES5aES  
    * 開啟 Ray Aiming s<sqO,!  
    * 系統孔徑設為 Float By Stop Size E"x 2jP  
    * 改為 Angle 或 Object Height F'C]OMBE  
    * 固定表面孔徑:Circular Aperture /7h}_zs6  
    * 移除漸暈係數 Y GO ;wIS  
    關於更詳細的說明,使用者可以參考Help文件的說明。 Q^Y>T&Q  
    >Djv8 0  
    VrQw;-rQ  
    ~*LH[l>K  
    產生關鍵光線組 S;Lqx5Cd  
    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: tCI8 \~  
    Gvtd )9^<  
    8ftLYMX@  
    KynQ <I/  
    轉換到非序列 dn:g_!]p  
    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。 IW$&V``v  
    有關於序列到非序列模式的切換,我們在知識庫中有另一篇非常詳細的文章,讀者有興趣可以參考,此文章標題為:轉換序列式面到非序列物件 +M-' K19  
    U%t:]6d&}  
    =y0!-y  
    }{bO ~L7  
    按一下OK後,可以系統已經變更如下。以下是非序列的元件列表,可以看到我們編輯的對象已經不再是Surface,而是Object。編輯器中還可以看到我們也建立了光源、探測器等物件,他們的位置跟原本序列式系統中的像面,視場之設定都是完全對應的。此系統除了是建立在非序列模式下之外,跟原本序列模式並無不同。 No =f&GVg  
    Dr7,>Yx  
    %nFZA)B[  
    ` *$^rQS  
    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: Y0&w;P  
    RNl%n}   
    6;*tw i  
    D 67H56[  
    我們也可以用Shaded Model觀看,效果如下: gA" =so  
    j(va# f#  
    ?uk|x!Ko]  
    {D1=TTr^  
    檢查關鍵光線組的狀況 :d)@|SR1  
    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 C [=/40D  
    IB(IiF5  
    "N7C7`izc  
    8QFY:.h&  
    分析雜散光所需的設定 @ mt v2P`  
    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。 M?)>, !Z)  
    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。 "84.qgYaG  
    wy:.  
    li/IKS)e$  
    w y:USS?  
    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。 r4!zA-{  
    |Vd)7/LN  
    ZiVTc/b  
    @B+  
    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。 }{j[  
    +c\fDVv  
    Ji%T|KR_  
    `(*5yXC  
    初步追跡結果 TO3Yz3+A  
    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$5)Xh`]  
    注意如下圖所示,追跡時要勾選 “Use Polarization” 以及 “Split NSC Rays”。 Dugr{Y/0  
    2&Wc4,O!i  
    .i[Tp6'%,  
    H'Z[3e  
    追跡完畢後開啟Detector Viewer,此工具的位置如下。 o*5|W9  
    X} 8rrC=  
    $n(@hT>?  
    7<-D_$SrU  
    並且設定視窗如下圖。 "qQU ^FW  
    `~pB1sS{  
    TtKBok  
    %)\Cwl   
    可以初步看到這個系統中因為多次反射造成的雜光。 z\fD}`^8  
    `I_%`15>  
    !=q {1\#  
    tlqDY1  
    使用Filter String 6t/})Xv  
    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`#Gq0}8  
    /KlA7MH6  
    ?aO%\<b  
    *%uv7G@%N  
    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%。 Ldt7?Y(V(  
    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。 #;}IHAR  
    YfF&: "-NU  
    _Y\@{T;^Zb  
    rv|k8  
    此時回到Layout中,重新整理多次之後,可以看到以下幾種路徑。 Nk}Hvg*(  
    UkXc7D^jwm  
    ): Q5u6  
    _2f}WY3S  
    `2r21rVntf  
    3^1)W!n/  
    給透鏡加上鍍膜 >k_Z]J6Pd  
    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。 +u25>pX  
    這裡我們在 ] ^  
    物件6的Face 2以及 [HQ17  
    物件10的Face 1上指定名稱為AR的鍍膜。 mn0QVkb}lc  
    \4zvknk<  
    mpr["C"l  
    n!HFHy2  
    再次追跡之後,就可以看到周圍的鬼影量大幅降低。  tEP^w  
    ;;l(  
    z^B!-FcIz>  
    5bZ`YO  
    }zLe;1Tx  
    分析特定區域的光 (使用Filter String) j#!J hi  
    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? kAy.o  
    /!AdX0dx  
    tQ2*kE  
    $T3/*xN  
    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。 mT-5Ok&TUe  
    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。 by8d18:it  
    EidIi"sr  
    \19XDqf8  
    Th,2gX9  
    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。 GSpS8wWD }  
    這會告訴OpticStudio把光線追跡過程中的所有歷史都儲存下來。 ={feN L  
    +m>Kb edl  
    7c;59$2(  
    [;I.aT}R!;  
    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。 *xLMs(gg  
    fDbs3"H Q  
    0/] @#G2  
    KE5f`h  
    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。 $X\BO&  
    _n{N3da  
    回到Layout中,就可以看到系統確實顯示出所有到達像面中該位置光路徑。 A #jiCIc  
    但這裡出現了一個問題,那就是我們發現有太多可能的路徑。 N8nyTPw  
    根據經驗,我們知道不可能所有的路徑都是強烈的,這些路徑中,很可能其中一到兩個才是主要的雜光兇手。我們應該關注那些貢獻最多能量的路徑。 ^k-H$]  
    J-\b?R a  
    T-5T`awf  
    b]Z@zS<8  
    ZFdQ Z=.'  
    r_2  
    進階路徑分析 txL5' mK  
    因此這裡我們就開啟進階路徑分析工具,工具位置如下。 jR/X}XQtY  
    注意我們一樣可以把剛剛的Filter String輸入到此工具中。 uF^+}Y ZT  
    xH' H! 8  
    qKSM*k~  
    2"i<--Y  
    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)9KYI9u  
    讓我們回到 Layout 看看是哪個路徑。 o oS4F1ta  
    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。 0{B5C[PTG  
    Hh qx)u  
    U2Ur N?T  
    jf$t  
    啊哈!分析發現原來這是因為我們還沒有加上機構產生的路徑,實際上這是不會發生的。這個路徑也同時解釋了為什麼我們看到的雜光是一個圓弧狀。 JdV!m`XpXy  
    /Fv1Z=:r  
    下圖是使用第二、第三、第四路徑的分析結果,跟前面一樣,我們只要在Filter String的最後方加入_2、_3、_4即可。 ]XP[tLY Y  
    <~Y4JMr"  
    ]#*@<T*[  
    Az.Y-O<$\  
    [6-l6W  
    .:lzT"QXI  
    Aa1 |{^$:L  
    }U #S*  
    Cu`ZgK LQ  
    \XpPb{:>  
    (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
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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