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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。 ;;H:$lx  
    本文章將使用內建的雙高斯鏡頭示範在OpticStudio中如何分析雜散光,內容包含: +Y[+2=lO  
    * 介紹雜散光 }iloX#  
    * 轉換序列式設計到非序列模式 %dR./{txT  
    * 設計鎖定工具 #al^Uqd  
    * 關鍵光線組產生器 & 追跡 -+Dvyr  
    * 用 Filter String 篩選光路徑 ^( VB5p  
    * 使用 Path Analysis 工具分析光路徑 AWNd(B2o  
    U.0/r!po  
    文章發布時間:April 23, 2017 nU *fne?  
    文章作者:Michael Cheng X'4 Yofs  
    dz9-+C{m  
    簡介 ~jTn jx  
    使用者用序列模式設計鏡頭,處理完成像品質、畸變、相對照度以及公差分析等問題之後,在原型製作之前,還會需要進行機構相關的分析,以避免出現多重反射的鬼影或強烈光源散射的雜光。一般來說,雜散光係指那些不經由設計好的路徑進入系統,最後在成像面上產生無法忽視、並且可見的影像的光線。下圖為一個不良系統產生強烈雜光的範例: 8{<cqYCR  
    Mdh"G @$n  
    'Mqa2o'M  
    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: JH;DVPX9z  
    z Pc;[uHT  
    7y7y<`)I5  
    }d]8fHG  
    開啟範例檔 /)|y+<E]}  
    首先讓我們開啟內建範例檔Samples\Sequential\Objectives\ Double Gauss 28 degree field.zmx Zi)8KO[/0  
    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。 F'*&-l  
    =*U24B*U93  
    PSE| 4{'  
    Q7%#3ML  
    設計鎖定工具 ;~;St>?\R\  
    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。 hj1 jY  
    粗略來說,這個工具所執行的步驟如下: l[|e3<H  
    * 開啟 Ray Aiming  8[OiG9b  
    * 系統孔徑設為 Float By Stop Size qZ }XjL  
    * 改為 Angle 或 Object Height d(Ou\7  
    * 固定表面孔徑:Circular Aperture N9<eU!4>  
    * 移除漸暈係數 bm.H0rHR4  
    關於更詳細的說明,使用者可以參考Help文件的說明。 0wcWDE 9  
    E9hWn0 e  
    b2%[9) "I.  
    w}b+vh^3Wy  
    產生關鍵光線組 o7seGw<$X  
    在轉換到非序列模式之前,讓我們先匯出序列模式中的關鍵光線,這包含主光線以及一系列的邊緣光線。這讓我們稍後可以直接在非序列系統中,直接檢查這些原本需要在序列模式中才能計算的光線。操作方法如下: [9^e u>)A  
    RJ44o>L4O  
    }6N|+z.cU  
    S8,06/#  
    轉換到非序列 }VRo:sJb  
    在OpticStudio分析雜散光最方便的就是,我們只需要一個步驟,就能快速地切換到非序列模式中。 e8 .bH#  
    有關於序列到非序列模式的切換,我們在知識庫中有另一篇非常詳細的文章,讀者有興趣可以參考,此文章標題為:轉換序列式面到非序列物件 2ZeL  
    8msDJ {,X  
    0k 8SDRWU  
    uBgHtjmae  
    按一下OK後,可以系統已經變更如下。以下是非序列的元件列表,可以看到我們編輯的對象已經不再是Surface,而是Object。編輯器中還可以看到我們也建立了光源、探測器等物件,他們的位置跟原本序列式系統中的像面,視場之設定都是完全對應的。此系統除了是建立在非序列模式下之外,跟原本序列模式並無不同。 GAlO<Mu  
    Of=z!|l2  
    quYZD6IH  
    Y."[k&P-  
    非序列模式中系統的運作方式跟序列模式有很大的不同,其中一個就是光線可以分裂。讓我們打開NSC 3D Layout視窗,並勾選 “Split NSC Rays”,就可以看到如下圖: R[;Z<K\Nn?  
    Y<XDR:]A,  
    |M_Bbo@ud  
    <-pbLL9  
    我們也可以用Shaded Model觀看,效果如下: NU[{oI<a  
    uzsN#'7=  
    5P!17.W'u  
    oH0\6:S  
    檢查關鍵光線組的狀況 * ?+!(E  
    讓我們點一下Critical Ray Tracer工具如下,可以看到各個視場的主光線與邊緣光線都能正常通過。當使用者設計好機構元件時,將會需要把機構元件的CAD檔匯入,再次使用此工具,確保機構沒有不小心遮蔽到主要光束 th)jEK;Z  
    ez>@'yhK  
    &Te:l-x  
    *79<ypKG$  
    分析雜散光所需的設定 M{QNpoM  
    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。 <k!G%R<9  
    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。 ngjbE+  
    elN3B91\6r  
    9[*kpMC  
    uJ$,e5q  
    然後我們把追跡的光線數降低到5000條,原因是分析雜散光時,通常一條光線會分裂為非常多的子光線,比起不分裂的狀況,速度可能慢上十幾倍到百倍不等,這邊以示範為目的,因此我們把光線數量控制到較少的5000。 {Hv=iVmt  
    2H#vA  
     lzuZv$K  
    :\Z0^{  
    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。 "<WS Es  
    |D~MS`~qd5  
    +}Pa/8ybJ  
    !QovpO">z  
    初步追跡結果 ElAG~u?  
    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。 Q8n?7JB  
    注意如下圖所示,追跡時要勾選 “Use Polarization” 以及 “Split NSC Rays”。 4\?B ,!  
    QQ9Q[c  
    pqK3u)  
    rdRX  
    追跡完畢後開啟Detector Viewer,此工具的位置如下。 slx^" BF^  
    khfE<<$=  
    ol\IT9Zb~  
    Ub$$wOsf  
    並且設定視窗如下圖。 L[K_!^MZ  
    <5q}j-Q  
    1\p[mN  
    [I9d  
    可以初步看到這個系統中因為多次反射造成的雜光。 %YXC-E3@O  
    ~"N]%Cu  
    9HE)!Col  
    8/CGg_C1  
    使用Filter String |F<aw?%  
    現在我們要找出這些雜光的發生原因,並探索減少這些雜光的方法。下圖顯示了到達像面上非預期反射光(鬼影光)。為了特定出這些特定的光線,我們使用了OpticStudio中的「Filter String」的功能(下圖中紅框框起來的部分)。 6 D O E6  
    wg_Z!(Hr#  
    'K1w.hC<  
    m3D'7*U  
    接下來我們要使用一個快速的技巧,從前述的鬼影光線中,把入射到像面(探測器)上、能量較強的光線分離出來。這個技巧是透過設定最小相對光線強度達成的,如下圖紅框的部分,此處可以指定欲追跡光線能量的最小值。輸入的數值代表光線相對於自身從光源出發時的比例,預設是1x10^-6,代表光線會一直追跡值到小於出發時能量的0.0001%。 7\xa_nrI  
    現在請輸入0.005,這會告訴OpticStudio當光線能量小於原始能量的0.005倍時,就停止追跡。 ziOmmL(r  
    wmIq{CXx,  
    o kYsjK5  
    z 4-wvn<*  
    此時回到Layout中,重新整理多次之後,可以看到以下幾種路徑。 5?O"N  
    0ePZxOSjD  
    X DX_c@U  
    ,-b9:]{L  
    ,P|PPx%@  
    8C2t0u;Y .  
    給透鏡加上鍍膜 D fb&/ }  
    為了輕減這些鬼影光,我們在透鏡上使用鍍膜。讓我們在鬼影光產生的兩個面上面設定膜層(coating),並了解其效果。 qH ~usgqB7  
    這裡我們在 6$f,DU  
    物件6的Face 2以及 ^c5(MR7LD  
    物件10的Face 1上指定名稱為AR的鍍膜。 Nl+2m4  
    8+gn Wy  
    _D:/?=y;e  
    V= _8G3  
    再次追跡之後,就可以看到周圍的鬼影量大幅降低。 j\a?n4g -  
    >C i=H(8vN  
    !CWqI)=  
    *8N~ Zmz  
    /[q@=X&  
    分析特定區域的光 (使用Filter String) CUG6|qu  
    初步排除基本雜光之後,我們現在發現在畫面中還有一個不可解釋的雜光,現在假設我們想知道下圖這個圓弧是哪裡來的,要怎麼辦? $W09nz9?  
    Gc'H F"w  
    ~EN@$N^h  
    [B4?Z-K%  
    這裡我們要再次使用Filter String。在OpticStudio中,Filter String 的功用主要是利用光線的特徵來篩選光線。在Help文件中,可以查閱將近100個的指令。此外如同前面示範的,我們還可以使用邏輯符號,例如「&、|、^」等,來組合出無限多種篩選條件。 I#0.72:[  
    現在我們要利用以下四個指令的組合,來達成篩選上述區域的功能。 @dXf_2Tv=  
    W1OGN4`C  
    Qhr:d`@^]  
    SbZk{lWcq  
    現在讓我們重新追跡,並且這次追跡時,要勾選Save Rays的選項,如下圖。 *<hpq)  
    這會告訴OpticStudio把光線追跡過程中的所有歷史都儲存下來。 6k[u0b`  
    +)|2$$m  
    BYY>;>V  
    1/i|  
    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。 TKE)NIa  
    qgDBu\  
    UYPBKf]A9  
    (3-G<E  
    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。 `DwlS!0  
    >GcFk&x  
    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。  lG{J  
    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。 uYl ?Q  
    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。 LP\ Qwj{  
    IP >An8+  
    ;?&;I!  
    3.jwOFH$  
    NlDM/  
    0L6L_;o  
    進階路徑分析 D(&OyZ~Q+  
    因此這裡我們就開啟進階路徑分析工具,工具位置如下。 o ZAjta_4  
    注意我們一樣可以把剛剛的Filter String輸入到此工具中。 Fg~,1[8w<  
    pZR^ HOq  
    " JRlj  
    J7xZo=@k  
    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。 RBb@@k[v  
    讓我們回到 Layout 看看是哪個路徑。 F ^\v`l,  
    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。 +vuW 9  
    b,'./{c0  
    n`hSn41A  
    *rbayH  
    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。 u Qj#U m8  
    7#&s G  
    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。 H!A^ MI   
    H(X~=r  
    vQ h'C.  
    M|Se| *w  
    ]* Hz'  
    eDm,8Se  
    8 jT"HZB6  
    r=k}EP&<  
    h"'f~KM9a>  
    *dTw$T#  
    (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