[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。 -(vHy/Hz.  
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： r!r08yf  
* 介紹雜散光 HqGI.  
* 轉換序列式設計到非序列模式 SN6 QX!3  
* 設計鎖定工具 E=NjWO  
* 關鍵光線組產生器 & 追跡 Dri
6\/0  
* 用 Filter String 篩選光路徑 :;$MUOps  
* 使用 Path Analysis 工具分析光路徑 d$ouH%^cGu  
UZdnsG7  
文章發布時間：April 23, 2017 wL;OQhI  
文章作者：Michael Cheng Agcss20
.  
;,y_^-
h;  
簡介 >,6  
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： ZCCCuB  
D#GuF~-F!R  
SKG U)Rn;  
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： LkbD='\=  
>+O0W)g{o  
~Wrp
JjI[  
l)r\SE1  
開啟範例檔 +3,7 Apj  
首先讓我們開啟內建範例檔Samples\Sequential\Objectives\ Double Gauss 28 degree field.zmx =dXHQU&Q  
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。 [* xdILj  
{O+T`;=)L  
2/SUEnaLy_  
<IrhR,@M,L  
設計鎖定工具 4LSsWO<@  
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。 wgz]R  
粗略來說，這個工具所執行的步驟如下： W ?x~"-*  
* 開啟 Ray Aiming f6r!3y  
* 系統孔徑設為 Float By Stop Size GMU!GSY  
* 改為 Angle 或 Object Height 8)>>EN8 R  
* 固定表面孔徑：Circular Aperture ~-"CU:$
o  
* 移除漸暈係數 PYQ0&;z  
關於更詳細的說明，使用者可以參考Help文件的說明。 O%t? -h  
5;`Ot2  
{-)^?Zb @  
6;E3|st1X  
產生關鍵光線組 D;sG9Hky  
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： XT/t\\Z`U  
gmp@ TY=:L  
:ok.[q  
W@!qp  
轉換到非序列 mJ%^`mrI  
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。 >{AE@@PB^  
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 IlJ"t`Z9)  
kTjn%Sn,  
]ty$/{hx'  
C\{A|'l!x  
按一下OK後，可以系統已經變更如下。以下是非序列的元件列表，可以看到我們編輯的對象已經不再是Surface，而是Object。編輯器中還可以看到我們也建立了光源、探測器等物件，他們的位置跟原本序列式系統中的像面，視場之設定都是完全對應的。此系統除了是建立在非序列模式下之外，跟原本序列模式並無不同。 CG uuadNI  
a>C;HO  
dr)*.<_+a(  
\: ZDY(>1  
非序列模式中系統的運作方式跟序列模式有很大的不同，其中一個就是光線可以分裂。讓我們打開NSC 3D Layout視窗，並勾選 “Split NSC Rays”，就可以看到如下圖： olv&K(-ccI  
0 Rb3|te  
}a OBQsnO  
Q 1i5"'][  
我們也可以用Shaded Model觀看，效果如下： 0Hrvr  
YM#'+wl}`  
=LGM[Z3$s  
Vc0j)3  
檢查關鍵光線組的狀況 G/ si( LK  
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。 Ztk%uc8_lM  
Dx\~#$S!=  
&q&z$Gc;m  
!I|_vJ@<  
分析雜散光所需的設定 ; &rxwL  
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。 \HxF?i "
 
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。 B<~AUf*y  
!bzWgD7j  
|keU+De  
&$ }6:  
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。 aP(~l_  
AK lra$  
hxdjmc-  
`D3q!e  
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。 Dhm;K$T  
/@Jg [na  
C!_=L?QT^  
`]]m$  
初步追跡結果 [-`s`g-  
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。 ^?|4<Rm  
注意如下圖所示，追跡時要勾選 “Use Polarization” 以及 “Split NSC Rays”。 #++:`Z  
wo62R&ac  
k %{q q v  
nVlZ_72d  
追跡完畢後開啟Detector Viewer，此工具的位置如下。 ,aWI&ve6  
&n]v  
K}q5,P(  
<=!t!_  
並且設定視窗如下圖。 GRpwEfG  
{Mo[C%  
`4ga~Ch  
D,$M$f1  
可以初步看到這個系統中因為多次反射造成的雜光。 b4$g$()  
p Dg!Cs  
zp4@T)  
lX.1B&T9Lr  
使用Filter String {OQ)Np!  
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）。 U e-AF#  
w3iX "w  
JFu.o8[Q  
"tbKbFn9  
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%。 Hl}m*9<9us  
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。 H[R6 ?H@$F  
aA%x9\Y  
U_9|ED:  
XYV`[,^h&  
此時回到Layout中，重新整理多次之後，可以看到以下幾種路徑。 E-X02A  
F)l1%FCm  
b;`MHEzw&q  
-R$Q`Xw  
yqJ>Z%)hf  
e*<pO@Uy  
給透鏡加上鍍膜 W;X:U.  
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。 #BEXj<m+J  
這裡我們在 / H GPy  
物件6的Face 2以及 5a5JOl$8  
物件10的Face 1上指定名稱為AR的鍍膜。 q@mZ0
D-  
#VZ-gy4$\B  
.^- I<4.  
rXrIGg
eM  
再次追跡之後，就可以看到周圍的鬼影量大幅降低。 Qc Xw -  
!bW^G} <t  
H_iQR9Ak7  
*EU1`q*  
b^~4k; <  
分析特定區域的光 (使用Filter String) wLq#,X>%B  
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？ C]zG@O!  
1LmbXH]%  
P$__c{1\  
lo7>
$`Q  
這裡我們要再次使用Filter String。在OpticStudio中，Filter String 的功用主要是利用光線的特徵來篩選光線。在Help文件中，可以查閱將近100個的指令。此外如同前面示範的，我們還可以使用邏輯符號，例如「&、|、^」等，來組合出無限多種篩選條件。 "NV~lJS%  
現在我們要利用以下四個指令的組合，來達成篩選上述區域的功能。 "v'%M({  
JWQd6JQ_~V  
=EHKu|rX~  
ypvz&SzIh  
現在讓我們重新追跡，並且這次追跡時，要勾選Save Rays的選項，如下圖。 4?`*#DPl  
這會告訴OpticStudio把光線追跡過程中的所有歷史都儲存下來。 f 0/q{*  
>b*}Td~J  
L3S29-T  
UE/iq\a>  
然後我們回到Layout中，讀取顯示剛剛儲存的追跡歷史，並輸入剛剛的Filter String。 7U)w\A;~  
fHF*#  
J32"Ytdo<  
aqP"Y9l  
注意我在前面額外追跡設定了{#50}，這代表要篩選出代表性的50條光線。 . N5$s2t  
1mv8[^pF  
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。 'V4B{n7h  
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。 q] '2'"k  
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。 1?y QjW,  
a/~1CrYr  
ib(4Y%U6~  
P.Qz>c^-C  
ZGS4P0$  
RPTIDA))  
進階路徑分析 d?[8VfAnh  
因此這裡我們就開啟進階路徑分析工具，工具位置如下。 o|1_I?_  
注意我們一樣可以把剛剛的Filter String輸入到此工具中。 9!Bz)dJ3  
:W[d&e  
XTq+  9  
fp$U%uj  
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。 tIW~Ng  
讓我們回到 Layout 看看是哪個路徑。 Ix.Y_}  
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。 dJ7!je1N*  
XNkZ^3mq  
`G>BvS5h  
X> V`)  
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。 r4pR[G._  
eq4Yc*|9  
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。 d?jzh1  
`6Yk-5  
z#srgyLt  
bx3kd+J7  
RxGZ#!j/  
4^K<RSYs  
+Y440Tz  
Dp;6CGYl?  
3W@ta1  
M~djX} #\  
（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