[转载]各種雜散光分析工具介紹 [复制链接]

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。 SM2Lbfp!u  
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： ;
:P4~R  
* 介紹雜散光 :&IHdf0+  
* 轉換序列式設計到非序列模式 JWixY/  
* 設計鎖定工具 *an Ng<@  
* 關鍵光線組產生器 & 追跡 s;BMj^x  
* 用 Filter String 篩選光路徑 68Fl/   
* 使用 Path Analysis 工具分析光路徑 ]JrD@ Vy  
@>)VQf8s1  
文章發布時間：April 23, 2017 \Ii{sn9  
文章作者：Michael Cheng eDJnzh83  
/jG?PZ=m  
簡介 xB *b7-a  
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： gV2vwe  
 ]n!V  
HwUaaK   
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： 3iCe5VF  
D&G6^ME  
Vu:ZG*^  
CS7b3p!I  
開啟範例檔 *;fTiL  
首先讓我們開啟內建範例檔Samples\Sequential\Objectives\ Double Gauss 28 degree field.zmx sbW+vc  
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#sg5aS7O|  
^kKLi  
;@wa\H[3v2  
WH:dcU
 
設計鎖定工具 0D(8-H  
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。 x?Abk  
粗略來說，這個工具所執行的步驟如下： GV0\+A"vD  
* 開啟 Ray Aiming \@gV$+{9  
* 系統孔徑設為 Float By Stop Size e~]P _53
  
* 改為 Angle 或 Object Height f%]@e9dD  
* 固定表面孔徑：Circular Aperture ZISIW!  
* 移除漸暈係數 =Z\q``RBy  
關於更詳細的說明，使用者可以參考Help文件的說明。 .]v>LsbhF  
b)diYsTH  
&FXf]9 _X  
2(eO5.FYF  
產生關鍵光線組 <Wn~s=  
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： o?baiOkH  
7{#p'.nc5  
w <r*&  
y\FQt];z)  
轉換到非序列 Z",0 $Gxu  
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。 REh"/d  
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 *
~PB  
/TMVPnvz.  
$u<;X^  
$H<_P'h-B  
按一下OK後，可以系統已經變更如下。以下是非序列的元件列表，可以看到我們編輯的對象已經不再是Surface，而是Object。編輯器中還可以看到我們也建立了光源、探測器等物件，他們的位置跟原本序列式系統中的像面，視場之設定都是完全對應的。此系統除了是建立在非序列模式下之外，跟原本序列模式並無不同。 V IzIl\<aM  
#Pd9i5~N  
G8repY  
mB`HPT  
非序列模式中系統的運作方式跟序列模式有很大的不同，其中一個就是光線可以分裂。讓我們打開NSC 3D Layout視窗，並勾選 “Split NSC Rays”，就可以看到如下圖： ?NoNg^Of  
fbApE  
:` SIuu~@  
!X}+JeU'  
我們也可以用Shaded Model觀看，效果如下： 59.$;Ip;g  
zJXZ0yRT
 
+L09^I  
v[$e{Dz(  
檢查關鍵光線組的狀況 ;~F*2)  
讓我們點一下Critical Ray Tracer工具如下，可以看到各個視場的主光線與邊緣光線都能正常通過。當使用者設計好機構元件時，將會需要把機構元件的CAD檔匯入，再次使用此工具，確保機構沒有不小心遮蔽到主要光束。 Xe4   
 !XTzsN  
Id?-Og2iV  
Y1Ql_  
分析雜散光所需的設定 \n}%RD-Ce  
在開始追跡檢查雜光狀況之前，讓我們先來調整一些必要的設定。 .U{}N%S  
首先是把最大光線分裂次數，以及最大光線與物件交會次數調整到最高，在雜光的分析中，有時候我們想要分析的光線是經過非常多次反射產生的，如果分裂次數或交會次數的設定不足，可能無法充分分析到所有狀況。 ~BI`{/O=  
=d;a1AO{&  
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(
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(cVIjo+::  
然後我們把追跡的光線數降低到5000條，原因是分析雜散光時，通常一條光線會分裂為非常多的子光線，比起不分裂的狀況，速度可能慢上十幾倍到百倍不等，這邊以示範為目的，因此我們把光線數量控制到較少的5000。 -c>3|bo  
4zs0+d+  
pW[TufTa  
Wps^wY  
最後一步是把探測面的像素數設為150x150，這會讓追跡的速度較快。 *L<E
GFP  
E?]$Y[KJKs  
e/4C` J-  
FO>?>tK 0  
初步追跡結果 @kSfF[4H  
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。 P,8TO-e7  
注意如下圖所示，追跡時要勾選 “Use Polarization” 以及 “Split NSC Rays”。 zW`Hqt;  
=bp'5h8_  
N!7?D'y   
U/Cc!WXV]  
追跡完畢後開啟Detector Viewer，此工具的位置如下。 $bhI2%_`M  
o"qxR'V  
D{t_65c-  

/
K2[`+-  
並且設定視窗如下圖。 "y8W5R5kL4  
,tXI*R  
Wt%Wpb8
  
0s8fF"$  
可以初步看到這個系統中因為多次反射造成的雜光。 N(i.E5&9  
o5]-Kuw`  
SEnr"
}  
E|-oUzt  
使用Filter String +/_XSo  
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）。 kP5I+B  
2(uh
7#Q  
"uplk8iCJ  
~"*W;|)  
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%。 ShQ!'[J  
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。 r5Q#GY>  
B|o@|zF  
W
Xo bh  
OeGLMDw  
此時回到Layout中，重新整理多次之後，可以看到以下幾種路徑。 Ro{xprE1  
;Mmu}  
gDJ} <^  
y ~-v0/  
Jr'a_(~  
`#ff`j|a  
給透鏡加上鍍膜 |"}7)[BW}  
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。 M4|ION  
這裡我們在 pcIS}+L  
物件6的Face 2以及 ;[4=?GL*  
物件10的Face 1上指定名稱為AR的鍍膜。 ,+d8   
%$Fe
[#1  
<^$ppwk$  
83]m/
Iz  
再次追跡之後，就可以看到周圍的鬼影量大幅降低。 "C3J[) qC  
ld"rL6  
60n>FQ<  
*oLDy1<  
x44V 9-o  
分析特定區域的光 (使用Filter String) 3 [#Rm>,Vu  
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？ }T PyHq"  
EhKG"Lb+  
DBGU:V,85  
8,F|*YA  
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。 iW2\;}y  
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。 oP T)vN?  
cBbumf9C  
[CI0N I6F  
+2tFX  
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。 |bQF.n_  
這會告訴OpticStudio把光線追跡過程中的所有歷史都儲存下來。 &E6V'*<93  
Oc,HnyV+  
.*n*eeD
,  
_KtV`bF  
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。 }%c>Hh  
MGK?FJn_?  
ue?3;BF 5  
pyX:$j2R+%  
注意我在前面額外追跡設定了{#50}，這代表要篩選出代表性的50條光線。 7K&Uu3m  
1=T;68B  
回到Layout中，就可以看到系統確實顯示出所有到達像面中該位置光路徑。 x|AND]^Q  
但這裡出現了一個問題，那就是我們發現有太多可能的路徑。 4*o?2P$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。 2~QJ]qo=  
7;Lv_Y"b  
cL%"AVsj >  
+*`kJ)uP  
rtbV*@Z  
l{]KA4  
進階路徑分析 9Nna-}e?W  
因此這裡我們就開啟進階路徑分析工具，工具位置如下。 Gj%q:[r  
注意我們一樣可以把剛剛的Filter String輸入到此工具中。 p{v*/<.;  
F?jD5M08t/  
bJ9*z~z)e  
?7lW@U0  
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。 `'5vkO>  
讓我們回到 Layout 看看是哪個路徑。 HCkfw+gaV  
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。 /ece
}7M  
3G<4rH]  
4Z=`;  
oC} u  
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。 ,uNJz-B8  
bZAL~z+ V  
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。 }kItVx  
f
8WI@]1F  
]9_}S  
oD9L5c)  
_!vy|,w@e  
.#iot(g  
_Yp~Oj  
]xoG{%vgb  
XjP;O,x  
f}*:wj  
（转自：中文版 Zemax Forum ）

这个功能不错

多谢楼主分享

这个操作起来有点繁琐，不如tracePro来的简单明了

dio中從設計鏡頭到分析雜