[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。 I}I}K~se*  
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： o x03c  
* 介紹雜散光 3/yt*cr  
* 轉換序列式設計到非序列模式 (bM)Nd  
* 設計鎖定工具 Uv#>d}P  
* 關鍵光線組產生器 & 追跡 zLE>kK  
* 用 Filter String 篩選光路徑 A)~/~  
* 使用 Path Analysis 工具分析光路徑 uVoF<=
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ze-TBh/  
文章發布時間：April 23, 2017 v[p/c.p?i  
文章作者：Michael Cheng -d\AiT  
\fkS_r,i  
簡介 ptnMCF  
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： mRg ,A\  
V!jK3vc  
5
&GQ=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： Vq?8u/  
,k`YDy|#e  
a 5~G  
Y#Sd2h,^X  
開啟範例檔 '2Mjz6mBDA  
首先讓我們開啟內建範例檔Samples\Sequential\Objectives\ Double Gauss 28 degree field.zmx 8ItCfbqa6  
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。 QE`:jxyad  
{Zd)U "  
F}VS)  
^59YfC<f  
設計鎖定工具 YL0WUD_>  
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。 /\oyPD`((  
粗略來說，這個工具所執行的步驟如下： S|O%h}AH;  
* 開啟 Ray Aiming ySPlyhGF  
* 系統孔徑設為 Float By Stop Size Lqz}&A   
* 改為 Angle 或 Object Height 8iII)+  
* 固定表面孔徑：Circular Aperture bahc{ZC2  
* 移除漸暈係數 J,(U<%n  
關於更詳細的說明，使用者可以參考Help文件的說明。 |e.3FjTH  
'? !7 Be  
[<@A8Q5,y  
k*zc5ev}  
產生關鍵光線組 75^)Ni  
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： F|h,a;2  
CrQA :_Z(7  
tDuUAI54  
w<8O=  
轉換到非序列 p: Q%Lg_I  
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。 CguU+8]  
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 wXIe5  
a3(7{,Ew  
3=G5(0  
}tl8(kjm  
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。 eKU@>5  
Np5/lPb1  
Rd@n?qB  
f"Vm'0r  
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： leX7(Y;!a7  
r~Is,.zZ}  
y<Z#my$`|n  

1z$}*`  
我們也可以用Shaded Model觀看，效果如下： ??esB&4?  
hBYh90]  
nw]e_sm  
I,`D&  
檢查關鍵光線組的狀況 2Xq!'NrS  
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。 :n%sU*'T  
V]CK'   
ZF11v(n  
1rvf\[  
分析雜散光所需的設定 fv 1!^CDia  
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。 k0Vo  
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}C#:Xi>$  
xa%ktn  
]@j"0F/`  
{1-CfQ0 8  
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。 >i#_)th"U!  
#I{Yf(2Z  
J9KLO=  
6@_@nlA<1  
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。 6w`}+3  
(k2J{6]  
4`'BaUU(  
A1s=;qr  
初步追跡結果 odT7G
q  
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。 F~0%j}ve  
注意如下圖所示，追跡時要勾選 “Use Polarization” 以及 “Split NSC Rays”。 576-X_a,  
Xe^=(| M  
X-) ]lAP  
0tm "kzy  
追跡完畢後開啟Detector Viewer，此工具的位置如下。 )V =K#MCK  
C9;X6  
x)qHeS  
)GT?Wd  
並且設定視窗如下圖。 a.*j8T  
V;+$/>J`vB  
ug3lMN4UX  
ah$7 Oudj  
可以初步看到這個系統中因為多次反射造成的雜光。 -D^y)  
nJ0eZBgB]  
$(mdz)Cfy  
{*r$m>HpM  
使用Filter String R(Pa Q  
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）。 (,9cCnvmYU  
JX,#W!d  
~^5n$jq  
`h{mj|~  
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%。 $Aoqtz d\  
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。 WHj4#v(  
x]01j4HJ  
s{EX ;   
 #=~1hk  
此時回到Layout中，重新整理多次之後，可以看到以下幾種路徑。 58ZiCvqv  
TdOWdPvYj  
d`][1rZk  
vrO$8* sy  
Bst>9V&R  
c]v3dHE_h  
給透鏡加上鍍膜 A VG`r2T  
為了輕減這些鬼影光，我們在透鏡上使用鍍膜。讓我們在鬼影光產生的兩個面上面設定膜層（coating），並了解其效果。 &)}:Y!qiu  
這裡我們在 ]Sx=y<  
物件6的Face 2以及 !!X9mI|2|  
物件10的Face 1上指定名稱為AR的鍍膜。 I=Dk'M  
4bjp*1*]  
tnbs]6  
|a:Vp
M  
再次追跡之後，就可以看到周圍的鬼影量大幅降低。 ^* v{t?u  
'# 2J?f'  
}u
j'BO2?  
QN8Hz/}\  
t>u9NZt G  
分析特定區域的光 (使用Filter String) G9":z|  
初步排除基本雜光之後，我們現在發現在畫面中還有一個不可解釋的雜光，現在假設我們想知道下圖這個圓弧是哪裡來的，要怎麼辦？ { RX|  
]8nm9qmF<  
n\al}KG  
)7mJ+d[  
這裡我們要再次使用Filter String。在OpticStudio中，Filter String 的功用主要是利用光線的特徵來篩選光線。在Help文件中，可以查閱將近100個的指令。此外如同前面示範的，我們還可以使用邏輯符號，例如「&、|、^」等，來組合出無限多種篩選條件。 ,$ret@.H  
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。 {+mkXp])R  
!fjU?_[S  
0c6AQP"=V  
YH
tI%  
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。 aT1W]i  
這會告訴OpticStudio把光線追跡過程中的所有歷史都儲存下來。 ^`5Yxpz  
=C2C~Xd  
'ZgW~G]S  
Rk0rHC6[  
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。 \-id[zKb  
<?}g[]i  
<:t\P.  
Ybg`Z  
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。 ~i#xjD5  
#$)rwm.jW?  
回到Layout中，就可以看到系統確實顯示出所有到達像面中該位置光路徑。 ,IB)Kk2  
但這裡出現了一個問題，那就是我們發現有太多可能的路徑。 KA2B
3\  
根據經驗，我們知道不可能所有的路徑都是強烈的，這些路徑中，很可能其中一到兩個才是主要的雜光兇手。我們應該關注那些貢獻最多能量的路徑。 ?kefRev<#h  
n=MYv(Pp}  
5E(P,!-.  
D4-U[l+K>  
B\w`)c  
yKhzymS}T  
進階路徑分析 }=4".V`-o  
因此這裡我們就開啟進階路徑分析工具，工具位置如下。 f#MN-1[67  
注意我們一樣可以把剛剛的Filter String輸入到此工具中。 9}_f\Bs  
->{WO+6(  
+38P$Koz{r  
9xp ;$14  
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。 P6'I:/V  
讓我們回到 Layout 看看是哪個路徑。 d7gSkna`5c  
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。 ^yZEpQN_  
] 6B!eB !  
q0<`XDD`  
Tr!X2#)A!  
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。 !g:UM R  
:M`BVZ1t  
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。 K.zs;^  
y~ LVK8  
U\6DEnII?!  
[AwE  
UGgi)  
31Du@h8YX  
e/Y+S;a  
%V/]V,w:*R  
Yw `VL)v(y  
gC-0je  
（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