光線瞄準是OpticStudio中的一項功能，它允許用戶針對光闌表面上的任何給定坐標準確地追蹤光線（請參閱如何使用光線瞄準）。開啟光線瞄準后，OpticStudio可以在給定坐標（Px，Py）和入射角或像高（Hx，Hy）的情況下輕松地在象空間中找到正確的光線（參見幫助文件中的“歸一化視場坐標”和“歸一化光瞳坐標”小節(jié)）。

光線瞄準對于具有大視場 (FOV) 的系統(tǒng)或任何遠離近軸假設(shè)的系統(tǒng)都很重要。大多數(shù)光學(xué)工程師在日常設(shè)計工作中都依賴此功能。另一方面，通常設(shè)計人員會在設(shè)計過程中嘗試將系統(tǒng)的FOV推至其物理極限，盡管這可能不是所有系統(tǒng)的最高優(yōu)先級。這通常適用于機器視覺、無人機上的監(jiān)控攝像頭、自動駕駛汽車的攝像頭以及手機鏡頭等系統(tǒng)。然而，在優(yōu)化系統(tǒng)時，光線瞄準有時會遇到一些問題，使設(shè)計人員無法為其系統(tǒng)設(shè)計更大的FOV。Zemax OpticStudio 22.1發(fā)布了一個新的光線瞄準算法。新的改進型光線瞄準算法使用戶能夠更快、更穩(wěn)定地設(shè)計最現(xiàn)代的光學(xué)系統(tǒng)。

同時，由于新的改進型光線瞄準算法包括幾個新的選項，還增加了光線瞄準向?qū)В瑤椭脩魹樽约旱南到y(tǒng)確定正確的光線瞄準選項組合。

本文介紹了OpticStudio 22.1的兩個新功能，改進型光線瞄準和光線瞄準向?qū)А８倪M型光線瞄準提供了顯著改進的算法，使用戶可以更穩(wěn)定、更快速地設(shè)計具有更廣視角的系統(tǒng)。另一方面，光線瞄準向?qū)е荚趲椭脩舸_定最適合其系統(tǒng)的光線瞄準選項組合。

改進型光線瞄準

從OpticStudio 22.1開始，用戶現(xiàn)在可以在系統(tǒng)選項 > 光線瞄準下看到一組新選項，如圖1所示。

圖1：改進型光線瞄準新選項

典型問題的解決方案

光線瞄準問題可能會導(dǎo)致UI中出現(xiàn)不同的錯誤。 圖2和圖3顯示了兩種常見情況。在圖2中，場曲/畸變中有尖峰。這些尖峰是光線瞄準失敗造成的，通常是由于算法通過系統(tǒng)中的錯誤路徑跟蹤光線導(dǎo)致的。

另一方面，如果光線瞄準算法對于指定的視場角和光瞳坐標找不到任何有效的光線路徑，則會導(dǎo)致錯誤“無法確定對象坐標”，如圖3所示。當評價函數(shù)更新失敗時會彈出類似的錯誤消息“無法啟動光線”。請注意圖3中的兩條錯誤消息并不一定意味著光線瞄準存在問題。在大多數(shù)情況下，它們僅表示在物理上不可能找到具有指定視場角和光瞳坐標的光線路徑。

圖 2場曲/畸變分析中的尖峰

圖 3可能代表光線瞄準錯誤的提示

各個選項的含義

下面對新算法的每個選項進行解釋。請注意，用戶不必自行測試每個選項。在本文的后面部分，將介紹一個名為光線瞄準向?qū)У墓ぞ撸詭椭脩舸_定使用哪個選項。

1. 使用改進型光線瞄準：開始使用新算法。

2. 使用高級收斂：旨在處理大量圍繞z軸旋轉(zhuǎn)的情況，同時它也適用于其他情況。

3. 在緩存設(shè)置中使用回退搜索：最初是為了修復(fù)某些離軸或非球面系統(tǒng)而設(shè)置的。我們建議保持關(guān)閉，除非有其他問題。

4. 步數(shù)：設(shè)置緩存設(shè)置過程中的步數(shù)。我們建議使用默認值，除非有其他問題，在這種情況下，您可以嘗試增加該值作為可能的解決方法。一般來說，較高的值會使算法更穩(wěn)定但更慢。

22.1版本中算法的適用性

OpticStudio 22.1中發(fā)布的第一個改進型光線瞄準版本有一些局限性，在后續(xù)版本中會改進。

1. 于原有的增強型光線瞄準Robust Ray Aiming和新納入的改進型光線瞄準Enhanced Ray Aiming的選擇，我們建議始終首先使用改進型光線瞄準，并且僅在它不起作用時才嘗試原有的增強型光線瞄準。在我們的測試中，改進型光線瞄準解決了增強型光線瞄準能夠解決和不能解決的所有問題。

2. 目前改進型光線瞄準僅支持孔徑類型為光闌尺寸浮動的系統(tǒng)。如果選擇了其他類型的孔徑，用戶仍然可以使用改進型光線瞄準，但會顯示警告消息，如圖4所示。

3. 目前改進型光線瞄準僅支持以下視場類型和物距的組合。如果選擇其他組合，用戶仍然可以使用改進型光線瞄準，但會顯示警告消息，如圖4所示。

1. .無限物距+角度

2. 無限物距+經(jīng)緯度

3. 有限物距+物高且光線角度小于90度。

圖 4 OpticStudio 22.1中改進型光線瞄準僅支持部分類型系統(tǒng)

示例

1. 打開“Wide angle lens 200 degree field.zos”，如下圖
   

2. 如果我們將最后一個視場角增加5度。它將顯示錯誤“無法確定對象坐標！”。通常這意味著物理上在物空間中不可能具105度角的主光線最終到達光闌的中心。然而，這個系統(tǒng)中存在著這樣主光線，而舊版的光線瞄準沒能找到。
   

3. 取消選中“增強型光線瞄準Robust Ray Aiming”并選中“改進型光線瞄準Enhanced Ray Aiming”，結(jié)果看起來我們解決了這個問題。
   

4. 但是，通過進一步檢查“使用高級收斂Use Advanced Convergence”，我們意識到它沒有解決，因為缺少許多光線。 在這個系統(tǒng)中，我們需要同時勾選“改進型光線瞄準Enhanced Ray Aiming”和“使用高級收斂Use Advanced Convergence”。
   

光線瞄準向?qū)?/span>

同改進型光線瞄準功能一起，在OpticStudio 22.1一同引入的，還有光線瞄準向?qū)Чぞ摺４斯ぞ咧饕獛椭脩舸_定要使用哪些設(shè)置。Ray Aiming method: None, Paraxial, Real

1. 光線瞄準方式：無、近軸、實際

2. 使用增強的光線瞄準：開、關(guān)

3. 使用回退搜索：開、關(guān)

4. 使用高級收斂：開、關(guān)

5. 步數(shù): 10, 50, 250

圖 5在實驗功能中打開光線瞄準向?qū)?/p>

圖 5系統(tǒng)選項中的光線瞄準向?qū)?/p>

如何閱讀光線瞄準向?qū)蟾?/span>

運行光線瞄準向?qū)Ш螅瑫梢粋€文本報告。報告主要分四個部分，如圖7所示。

1. 第一部分顯示系統(tǒng)的基本信息。

2. 第二部分會顯示推薦的光線瞄準設(shè)置（如果可用）。請注意，向?qū)Р⒉豢偰苷业酵扑]的設(shè)置。如果存在沒有足夠的選項組合可以解決的光線瞄準問題，它將無法給出建議。

3. 第三部分顯示向?qū)绾螠y試系統(tǒng)并找到推薦的設(shè)置。

4. 第四部分顯示在前一個部分中顯示的每個決策中使用的原始數(shù)據(jù)。它們記錄了做出每個決定時使用的完整設(shè)置。

圖 6光線瞄準向?qū)傻奈谋緢蟾?/p>

22.1版本光線瞄準向?qū)У倪m用性

在OpticStudio 22.1中，改進型光線瞄準不支持所有類型的系統(tǒng)孔徑和視場。如果光線瞄準向?qū)Оl(fā)現(xiàn)改進型光線瞄準對系統(tǒng)有幫助，而此方法不支持系統(tǒng)的光圈和視場類型，則會顯示錯誤消息“無法發(fā)布建議，因為使用改進型光線瞄準的結(jié)果可能不正確”，如圖7所示。

圖7: 如果需要改進型光線瞄準但系統(tǒng)不支持，光線瞄準向?qū)o法提供建議。

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