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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。 L}8 }Pns?&  
    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:  H!y@.W{_  
    * 介紹雜散光 c?xeBC1-  
    * 轉換序列式設計到非序列模式 79Q,XRWh|  
    * 設計鎖定工具 xop\W4s_  
    * 關鍵光線組產生器 & 追跡 !5m~qet.  
    * 用 Filter String 篩選光路徑 N]c:8dOj  
    * 使用 Path Analysis 工具分析光路徑 *Z"Kvj;>u  
    g+.E=Ef8<4  
    文章發布時間:April 23, 2017 (o6 u ^#6  
    文章作者:Michael Cheng qy\SOA h  
    e!i.u'z  
    簡介 QIN# \  
    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: #2.C$  
    YRl4?}r2  
    84Hm PPt  
    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: jT QN(a9Y  
    ~ C_2D?  
    Git2Cet  
    BYS>"  
    開啟範例檔 Z[j-.,Qu  
    首先讓我們開啟內建範例檔Samples\Sequential\Objectives\ Double Gauss 28 degree field.zmx <* PjG}Z.  
    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。 e8]mdU{)  
    S 1Ji\  
    Q([g1?F9*  
    FUPJ&7+B  
    設計鎖定工具  -gS/  
    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。 Q;1$gImFz  
    粗略來說,這個工具所執行的步驟如下: {24Pv#ZG#^  
    * 開啟 Ray Aiming 3^ &pb  
    * 系統孔徑設為 Float By Stop Size b;|^62  
    * 改為 Angle 或 Object Height ]Otl(\v(h  
    * 固定表面孔徑:Circular Aperture U`'w{~"D%  
    * 移除漸暈係數 tX}Fb0y  
    關於更詳細的說明,使用者可以參考Help文件的說明。 M9S[{Jj*  
    WUi7~Ei}  
    Md m(xUs  
    ~RE`@/wQ]  
    產生關鍵光線組 R ?\8SdJ  
    在轉換到非序列模式之前,讓我們先匯出序列模式中的關鍵光線,這包含主光線以及一系列的邊緣光線。這讓我們稍後可以直接在非序列系統中,直接檢查這些原本需要在序列模式中才能計算的光線。操作方法如下: Vk~}^;`Y  
    `wG&Cy]v  
    8|Y^z_C  
    ma* 9O |v^  
    轉換到非序列 {k~$\J?.  
    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。 u09OnP\  
    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 qOa-@MN  
    `^N;%[c`z  
    9k"nx ,"  
    (/Y gcT  
    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。 `0 F"zu  
    |s`q+ U-  
    ]g+(#x_.?  
    pV-.r-P  
    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: ;j_#,Da9<  
    EGMcU| yL  
    @o^sp|k !  
    If#7SF)n'  
    我們也可以用Shaded Model觀看,效果如下: I2l'y8)d  
    {5z?5i ?D  
    wLUmRo56aR  
    =XS'V*  
    檢查關鍵光線組的狀況 6ensNr~ea  
    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 |$0/:*  
    I5"=b}V5  
    >) :d38M  
    O@Kr}8^,  
    分析雜散光所需的設定 -jw=Iyv  
    在開始追跡檢查雜光狀況之前,讓我們先來調整一些必要的設定。 6qA{l_V  
    首先是把最大光線分裂次數,以及最大光線與物件交會次數調整到最高,在雜光的分析中,有時候我們想要分析的光線是經過非常多次反射產生的,如果分裂次數或交會次數的設定不足,可能無法充分分析到所有狀況。 t[ MRyi)LF  
    aY+>85?g  
    Wl2>U(lj  
    xX>448=  
    然後我們把追跡的光線數降低到5000條,原因是分析雜散光時,通常一條光線會分裂為非常多的子光線,比起不分裂的狀況,速度可能慢上十幾倍到百倍不等,這邊以示範為目的,因此我們把光線數量控制到較少的5000。 wb9zJAsc  
    ! O>mu6:Rf  
    aH#|LrdJ  
    J8D-a!  
    最後一步是把探測面的像素數設為150x150,這會讓追跡的速度較快。 )T+htD)  
    WL~`L!_. A  
    VEZ/-s/  
    }R'oAE}$  
    初步追跡結果 %~[F^  
    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。 S9BJjo  
    注意如下圖所示,追跡時要勾選 “Use Polarization” 以及 “Split NSC Rays”。 u@3w$"Pv1  
    =w5w=qB  
    hv)($;  
    S{H8}m|MW  
    追跡完畢後開啟Detector Viewer,此工具的位置如下。 mnia>; 0H  
    g<-cHF  
    3IxT2@H)  
    ),Rj@52l  
    並且設定視窗如下圖。 KKzvoc?Bt  
    J.d `tiN  
    ~}116K  
    M>#{~zr  
    可以初步看到這個系統中因為多次反射造成的雜光。 {Q"<q`c  
    I R&u55#I6  
    EKf4f^<  
    Bk F[nL*|  
    使用Filter String a`uT'g[*  
    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)。 /_|1,x-Kx  
    A!~o?ej  
    xl^'U/  
    J@fE" )  
    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%。 73.b9mF  
    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。 9.B7Owgr89  
    .wSAysiQ|P  
    #@fypCc  
    uI[*uAR  
    此時回到Layout中,重新整理多次之後,可以看到以下幾種路徑。 ;rKYWj>IR  
    m @%|Q;  
    .%A2  
    @6SSk=9_S  
    on\\;V_/Q  
    2 *$n?  
    給透鏡加上鍍膜 5dk,!Cjg  
    為了輕減這些鬼影光,我們在透鏡上使用鍍膜。讓我們在鬼影光產生的兩個面上面設定膜層(coating),並了解其效果。 `vSsgG  
    這裡我們在 4@I]PG  
    物件6的Face 2以及 v#FUD-Z  
    物件10的Face 1上指定名稱為AR的鍍膜。 =.c"&,c?L  
    _;{-w%Vf  
    K;l'IN"N  
    1^3#3duV  
    再次追跡之後,就可以看到周圍的鬼影量大幅降低。 2cg z n@  
    nz\fN?q  
    l?o- p  
    jlBCu(.,_  
    bph*X{lFK  
    分析特定區域的光 (使用Filter String) cw.7YiU  
    初步排除基本雜光之後,我們現在發現在畫面中還有一個不可解釋的雜光,現在假設我們想知道下圖這個圓弧是哪裡來的,要怎麼辦? jHCKV  
    JPG!cX%  
    -wfV  
    =*Xf(mhc  
    這裡我們要再次使用Filter String。在OpticStudio中,Filter String 的功用主要是利用光線的特徵來篩選光線。在Help文件中,可以查閱將近100個的指令。此外如同前面示範的,我們還可以使用邏輯符號,例如「&、|、^」等,來組合出無限多種篩選條件。 pS;dvZ  
    現在我們要利用以下四個指令的組合,來達成篩選上述區域的功能。 v2{s2kB=  
    ;>9pJ72r  
    j+hoj2(  
    6pR#z@,  
    現在讓我們重新追跡,並且這次追跡時,要勾選Save Rays的選項,如下圖。 GB3B4)cX4Y  
    這會告訴OpticStudio把光線追跡過程中的所有歷史都儲存下來。 `uHpj`EU  
    +kL(lBv'  
    N}G(pq}  
    h6i{5\7.  
    然後我們回到Layout中,讀取顯示剛剛儲存的追跡歷史,並輸入剛剛的Filter String。 s_!Z+D$K  
    _4$DnQ6&  
    vM/v}6;_K2  
    KT71%?P  
    注意我在前面額外追跡設定了{#50},這代表要篩選出代表性的50條光線。 nif' l/@"  
    ^E17_9?  
    回到Layout中,就可以看到系統確實顯示出所有到達像面中該位置光路徑。 ?y)X$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。 (02(:;1  
    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。 Zd ,=  
    1,'^BgI,  
    3H2;mqq  
    j:3Hm0W3  
    ^ZUgDQduc  
    XH$|DeAFM  
    進階路徑分析 'Y\"^'OU\  
    因此這裡我們就開啟進階路徑分析工具,工具位置如下。 |"w<CK lQ  
    注意我們一樣可以把剛剛的Filter String輸入到此工具中。 RJ4mlW  
    T9-a uK0d  
    f"N3;,Oc  
    FSs$ ] d;  
    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。 n9!3h?,g  
    讓我們回到 Layout 看看是哪個路徑。 7,UFIHq  
    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。 }9 2lr87  
    }Xv1KX'  
    F5P{+z7  
    N06O.bji  
    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。 )%w8>1 }c  
    Z8 %\v(L  
    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。 MWh+h7k'  
    %5?-g[  
    }p?V5Qp  
    arVf"3a  
    S@NhEc  
    E=lfg8yb:  
    .BDRD~kB  
    <|Eby!KXR  
    eAKQR  
    ik0Q^^1?Y  
    (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