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$a 本文章將使用內建的雙高斯鏡頭示範在OpticStudio中如何分析雜散光,內容包含:
#1De#uZ * 介紹雜散光
Ms
3Sri * 轉換序列式設計到非序列模式
:i9=Wj * 設計鎖定工具
G_]zymXQ * 關鍵光線組產生器 & 追跡
Ji)Ys
ebV * 用 Filter String 篩選光路徑
b[KZJLZ) * 使用 Path Analysis 工具分析光路徑
%zz,qs)Eu ZA+w7S3 文章發布時間:April 23, 2017
Fs(FI\^ 文章作者:Michael Cheng
BIh^b?:zU vzFo" 簡介
\2))c@@% 使用者用序列模式設計鏡頭,處理完
成像品質、畸變、相對
照度以及
公差分析等問題之後,在原型製作之前,還會需要進行機構相關的分析,以避免出現多重反射的鬼影或強烈
光源散射的雜光。一般來說,雜散光係指那些不經由設計好的路徑進入系統,最後在成像面上產生無法忽視、並且可見的影像的光線。下圖為一個不良系統產生強烈雜光的範例:
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IOT-R!.5V +Ly@5y" 在照相領域中,常見的雜光來源就是視野外的強烈光源 (例如太陽) 透過機構的散射,或是視野內的光源通過鏡片二次反射,聚焦到像面上這兩種。而在其他系統,例如天文望遠鏡,可能還會有其他類型的雜光問題。以下是一個雙重路徑的範例:
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~*T =Hbf()cN) v>0I=ut 開啟範例檔
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D 首先讓我們開啟內建範例檔Samples\Sequential\Objectives\ Double Gauss 28 degree field.zmx
FBxg^g%PB@ 作為前置作業,讓我們先把所有的鍍膜都取消,因為接下來我們要來研究哪個鍍膜的效果較好。
B~B, L*kC2
ezb*tN! 3Fw7q" N*+ L'bO 設計鎖定工具
\ `;1[m 接著我們執行Design Lockdown工具,此工具會調整使用者的系統設定,使鏡頭符合實際運作的條件,分析結果更正確。
Rt>mAU$} 粗略來說,這個工具所執行的步驟如下:
k+BY 3a * 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/ $0R5 ]]db)
IIN,Da;hD q P0UcG 產生關鍵光線組
,rV;T";r 在轉換到非序列模式之前,讓我們先匯出序列模式中的關鍵光線,這包含主光線以及一系列的邊緣光線。這讓我們稍後可以直接在非序列系統中,直接檢查這些原本需要在序列模式中才能計算的光線。操作方法如下:
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(8baa.ge ~O~iP8T 轉換到非序列
_(-i46x} 在OpticStudio分析雜散光最方便的就是,我們只需要一個步驟,就能快速地切換到非序列模式中。
/dO*t4$ @? 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
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}$(j#h
x_ t$* 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。
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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:
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+n( c/^l2CJ0 我們也可以用Shaded Model觀看,效果如下:
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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。
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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#DE82 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。
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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。
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)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。
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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”。
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OI8}v 0x<G\ l4 追跡完畢後開啟Detector Viewer,此工具的位置如下。
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r XL9-N?(@ 並且設定視窗如下圖。
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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。
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