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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。 Jfkdiyy"  
    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: *w[\(d'T  
    * 介紹雜散光 ZKT~\l  
    * 轉換序列式設計到非序列模式 ED kxRfY2/  
    * 設計鎖定工具 =cN! h"C[  
    * 關鍵光線組產生器 & 追跡 S5$sB{\R  
    * 用 Filter String 篩選光路徑 `AO<r  
    * 使用 Path Analysis 工具分析光路徑 +#|):aF  
    w`?Rd  
    文章發布時間:April 23, 2017 D]UqM<0Rz  
    文章作者:Michael Cheng !^ /Mn  
    ,@b7N[h  
    簡介 V;V,G+0Re  
    使用者用序列模式設計鏡頭,處理完成像品質、畸變、相對照度以及公差分析等問題之後,在原型製作之前,還會需要進行機構相關的分析,以避免出現多重反射的鬼影或強烈光源散射的雜光。一般來說,雜散光係指那些不經由設計好的路徑進入系統,最後在成像面上產生無法忽視、並且可見的影像的光線。下圖為一個不良系統產生強烈雜光的範例: ,%a7sk<5k  
    +uY)MExs2  
    5v uB87`  
    在照相領域中,常見的雜光來源就是視野外的強烈光源 (例如太陽) 透過機構的散射,或是視野內的光源通過鏡片二次反射,聚焦到像面上這兩種。而在其他系統,例如天文望遠鏡,可能還會有其他類型的雜光問題。以下是一個雙重路徑的範例: ~il{6Z+#n  
    e~wJO~  
    Z_F}Y2-w9  
    v-J9N(y"  
    開啟範例檔 G\U'_G>  
    首先讓我們開啟內建範例檔Samples\Sequential\Objectives\ Double Gauss 28 degree field.zmx KfVLb4@16_  
    作為前置作業,讓我們先把所有的鍍膜都取消,因為接下來我們要來研究哪個鍍膜的效果較好。 z U~o"Jv  
    Y^(Sc4 W  
    R1%2]?  
    S24wv2Uw i  
    設計鎖定工具 +&p}iZp  
    接著我們執行Design Lockdown工具,此工具會調整使用者的系統設定,使鏡頭符合實際運作的條件,分析結果更正確。 <R?_Yjsw  
    粗略來說,這個工具所執行的步驟如下: g+-=/Ge  
    * 開啟 Ray Aiming gtBnP~zT\B  
    * 系統孔徑設為 Float By Stop Size -p:X]Ov  
    * 改為 Angle 或 Object Height N{(Q,+ ~  
    * 固定表面孔徑:Circular Aperture K^_Mt!%  
    * 移除漸暈係數 DjX*2O  
    關於更詳細的說明,使用者可以參考Help文件的說明。 sZ,mRT  
    5$T>noD  
    N~%F/`Z<+  
    mu(EmAoenQ  
    產生關鍵光線組 o~*5FN}%+l  
    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: $6c8<!B_  
    aFj)s?$4]K  
    U1>VKP;5Nn  
    & m'ttUG?  
    轉換到非序列 'e3[m  
    在OpticStudio分析雜散光最方便的就是,我們只需要一個步驟,就能快速地切換到非序列模式中。 |^ao,3h#  
    有關於序列到非序列模式的切換,我們在知識庫中有另一篇非常詳細的文章,讀者有興趣可以參考,此文章標題為:轉換序列式面到非序列物件 oM@X)6P_  
    |Q'l&Gt6  
    5 E%dF9q  
    0wzq{~\{=_  
    按一下OK後,可以系統已經變更如下。以下是非序列的元件列表,可以看到我們編輯的對象已經不再是Surface,而是Object。編輯器中還可以看到我們也建立了光源、探測器等物件,他們的位置跟原本序列式系統中的像面,視場之設定都是完全對應的。此系統除了是建立在非序列模式下之外,跟原本序列模式並無不同。 ^}-(8~_en  
    SX{6L(  
    9*@Kl`\  
    mv1_vF:  
    非序列模式中系統的運作方式跟序列模式有很大的不同,其中一個就是光線可以分裂。讓我們打開NSC 3D Layout視窗,並勾選 “Split NSC Rays”,就可以看到如下圖: \?bp^BrI  
    *Q<%(JJ  
    0#}@- e  
    _%)v9}D  
    我們也可以用Shaded Model觀看,效果如下: v;9VX   
    NC*h7  
    ^XV=(k;~bX  
    M. Fu>Xi  
    檢查關鍵光線組的狀況 Om% 9 x  
    讓我們點一下Critical Ray Tracer工具如下,可以看到各個視場的主光線與邊緣光線都能正常通過。當使用者設計好機構元件時,將會需要把機構元件的CAD檔匯入,再次使用此工具,確保機構沒有不小心遮蔽到主要光束 Lmy ^/P%  
    *S).@j\{W  
    FuZ7xM,  
    tNskB`541  
    分析雜散光所需的設定 y: 0j$%^  
    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。 rKDMIECrm  
    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。 %}U-g"I  
    x+}6qfc$9k  
    ^oFg5  
    n')#]g0[  
    然後我們把追跡的光線數降低到5000條,原因是分析雜散光時,通常一條光線會分裂為非常多的子光線,比起不分裂的狀況,速度可能慢上十幾倍到百倍不等,這邊以示範為目的,因此我們把光線數量控制到較少的5000。 D cN s`2  
    lg0iNc!  
    ])= k";76  
    fz`+j -u  
    最後一步是把探測面的像素數設為150x150,這會讓追跡的速度較快。 C(:tFuacpw  
    Vo%MG.IPB  
    t(4%l4i;X  
    U!"+~d)  
    初步追跡結果 2WjQ-mM#  
    然後我們就可以看看初步的追跡結果了。請開啟追跡,如下圖設定操作。 N/A.1W  
    注意如下圖所示,追跡時要勾選 “Use Polarization” 以及 “Split NSC Rays”。 qY24Y   
    -Bqn^ E  
    (mvAEN+y  
    V  `KXfY  
    追跡完畢後開啟Detector Viewer,此工具的位置如下。 &)Fp  
    7Q<xC  
    8J:6uO c|  
    m8Q6ESg<*u  
    並且設定視窗如下圖。 93|u. @lEy  
    %f.(^<G u  
    kfo, PrW`A  
    1"r6qYN!>  
    可以初步看到這個系統中因為多次反射造成的雜光。 c <[?Z7y  
    JJ3(0 +  
    Mg.xGST  
    Vcg$H8m  
    使用Filter String ,TTt<&c  
    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)。 X I\zEXO  
    n&=3Knbd@d  
    3F ;+ D  
    -r_/b  
    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%。 8t!/O p ?  
    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。 vcsi @!   
    lHwQ'/r  
    iWu$$IV?-  
    k,S'i#4q4  
    此時回到Layout中,重新整理多次之後,可以看到以下幾種路徑。 zE +)oQ,  
    V.kU FTCvf  
    s@C@q(i6  
    y; Up@.IG  
    rrei6$H&  
    ir<HC 'D[  
    給透鏡加上鍍膜 xX`P-h>V`c  
    為了輕減這些鬼影光,我們在透鏡上使用鍍膜。讓我們在鬼影光產生的兩個面上面設定膜層(coating),並了解其效果。 <qs>c<Vj  
    這裡我們在 ~xqRCf{8  
    物件6的Face 2以及 5V\\w~&/  
    物件10的Face 1上指定名稱為AR的鍍膜。 08&DP^NS  
    i{w<4E3  
    yz!j9pJ  
    le%_[/_I|  
    再次追跡之後,就可以看到周圍的鬼影量大幅降低。 N=&~3k  
    `d, hP"jBc  
    f5+a6s9  
    ba^cw}5  
    U]lXw+&  
    分析特定區域的光 (使用Filter String) /i|T\  
    初步排除基本雜光之後,我們現在發現在畫面中還有一個不可解釋的雜光,現在假設我們想知道下圖這個圓弧是哪裡來的,要怎麼辦? <;:M:{RZY  
    I ;N)jj`b  
    F.mS,W]  
    eLcP.;Z  
    這裡我們要再次使用Filter String。在OpticStudio中,Filter String 的功用主要是利用光線的特徵來篩選光線。在Help文件中,可以查閱將近100個的指令。此外如同前面示範的,我們還可以使用邏輯符號,例如「&、|、^」等,來組合出無限多種篩選條件。 Q>u$tLX&  
    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。 s`ly#+!.  
    Sc;WraEn2  
    5_b`QO  
    r# 5))q-  
    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。 x|G# oG)_  
    這會告訴OpticStudio把光線追跡過程中的所有歷史都儲存下來。 -crKBy  
    d ! A)H<Zt  
    Af5O;v\  
    PA;RUe  
    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。 Esw#D90q  
    "; tl>Ot  
    IC>OxYg*  
    ymSGB`CP  
    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。 Rm 1obP  
    Q@hx +aM  
    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。 XX",&cp02V  
    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。 J]5 sWs  
    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。 x]lv:m\)jT  
    DoAK]zyJA  
    v bzeabm  
    _H(m4~ M  
    nC^?6il  
    ET1/oG<@  
    進階路徑分析 $}r*WZ  
    因此這裡我們就開啟進階路徑分析工具,工具位置如下。 f m.-*`ax  
    注意我們一樣可以把剛剛的Filter String輸入到此工具中。 w}^z1n  
    a(s}Ec${Z  
    _|rrl  
    (Y\aV+9[  
    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。 IF%^H K@  
    讓我們回到 Layout 看看是哪個路徑。 4UmTA_& Io  
    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。 \Rop~gD  
    Zso&.IATng  
    1iEZ9J?  
    gE]) z*tqX  
    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。 t<sg8U.  
    [TvH7ott'1  
    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。 {;]:}nA  
    IZY q  
    fw,ruROqD  
    B5pM cw  
    ?I&ha-."  
    \9dSI  
    #z 3tSnmp  
    #+p30?r0y  
    aW]!$  
    TDXLxoC?  
    (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
    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