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登錄雜散光的案例
成像系統雜散光分析,詳解鏡頭雜散光解決方案新進展
隨著攝像頭在汽車、消費電子、安防、機器視覺等領域的廣泛應用,雜散光成為鏡頭模組設計和使用中的核心問題。在攝像鏡頭形成物體的實像時, 除了成像光線,還有非成像光線,即雜散光。來自鏡片、機械結構、CMOS傳感器的反射光、散射光可能到達像面都會造成雜散光。
任何光學系統都會存在雜散光,成像系統雜散光是可見光光學系統中需要重點分析的雜散光來源之一,預期設計的光線經過折射光學元件的過程中,會有少量的非預期光線經過散射、反射也到達像面,對正常光路成像產生負面影響。因此,在設計光學系統的過程中為保證系統的正常運行,要盡可能將雜散光降低。
7月11日,Ansys 將推出「成像系統雜散光工作流更新」主題網絡研討會,介紹Ansys鏡頭雜散光解決方案的新進展,使用Zemax OpticStudio、Speos和Lumerical綜合考量鏡頭和CMOS特性,通過光線追跡、序列檢測等方法分析雜光來源,并對系統進行優化。
講師:
馬鎏學 | Ansys 高級應用工程師
Ansys 高級應用工程師。參與過汽車、航空、電子領域客戶光學方案的咨詢和技術支持。目前負責Ansys SPEOS技術工作。
形式:線上
費用:免費
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展開 一期一會 | 雜散光的類型及行業示例詳解
雜散光行業示例
雜散光會降低圖像質量,從而影響光學系統的性能和準確性 。它可能會產生偽影、顏色失真、影響測量結果并掩蔽環境細節。在各行各業中,雜散光分析和管理對于避免可能影響安全性、準確性和效率的問題至關重要。
汽車安全性:高級駕駛輔助系統(ADAS)依靠多個攝像頭持續監控車輛周圍的環境。雜散光會妨礙這些攝像頭觀察和分析視覺信息,從而導致系統無法正常進行物體探測。
航空航天感知:來自太陽和其他恒星的雜散光可以進入望遠鏡和衛星,降低其數據收集的準確度,影響任務目標的實現。此外,使用抬頭顯示器(HUD)進行導航的飛行員也可能會受到影響,因為雜散光引起的眩光會降低其視線范圍內重要信息的可讀性。
醫療準確性:在諸如核磁共振成像掃描儀、X射線機、皮膚鏡和激光眼科手術系統等的醫療成像設備中,雜散光會產生偽影、低圖像對比度和失真,從而影響準確診斷和成功治療。
AR/VR體驗:無縫的沉浸式體驗,是數字現實大放異彩的原因。當雜散光進入增強現實(AR)或虛擬現實(VR)光學系統時,會破壞虛擬環境,并對用戶體驗產生負面影響。
為了避免出現這些問題,工程師必須能夠:1)識別雜散光的來源,2)分析雜散光產生的原因,以及,3)找到正確的設計選項來修復問題。管理雜散光的可行方案包括:使用擋板或光陷阱來阻擋或吸收無用光,在光學表面上應用抗反射涂層和材料,以及在鏡頭上添加遮光板和遮光罩,以防止光線進入。
如何分析雜散光?
此前,進行雜散光分析需要借助物理原型。這意味著雜散光只有在相關流程結束時才能進行測量,但此時對產品設計進行修改為時已晚。單色儀和光譜輻射儀等工具可幫助工程師了解雜散光,但代價是增加構建整個設備的時間和成本。如今,工程師依靠Ansys Optics仿真軟件對光學系統進行建模,并早在構建物理原型之前就主動解決雜散光的影響。
展開 書籍推薦---《雜散光抑制設計與分析》
內容簡介
雜散光是光學系統中非正常傳輸光的總稱,它對光學系統的成像質量有嚴重的影響。雜散光的分析、計算以及消除是確保光學系統成像質量的重要前提。本書討論了光學系統工程實施中亟待解決的問題,從雜散光的基本理論出發,給出了雜散光分析的路徑,從而實現對光學系統進行消除雜散光的設計。與以往文獻僅論述光學散射和雜散光的原理不同,它們很少討論雜散光在工程實踐中的應用。本書不但總結了這些重要科學成果,為更詳細的研究提供了索引信息,而且還將這些科學成果應用于光學系統工程中。同時,本書還考慮了執行雜散光分析時的經濟學問題,這也是當前文獻中缺乏的一個維度。書中為各種預算提供了方法和解決方案,同時量化了每種方法相關的準確性。
作者簡介
Eric C.Fest是美國雷神公司資深光學設計工程師,擅長偏振光學、光度學、傳感器設計、地球測量等。
精彩書評
與以往文獻僅論述光學散射和雜散光的原理不同,它們很少討論雜散光在工程實踐中的應用。本書不但總結了這些重要科學成果,為更詳細的研究提供了索引信息,而且還將這些科學成果應用于光學系統工程中。同時,本書還考慮了執行雜散光分析時的經濟學問題,這也是當前文獻中缺乏的一個維度。書中為各種預算提供了方法和解決方案,同時量化了每種方法相關的準確性。
展開 Ansys Speos | 進行智能手機鏡頭雜散光分析
本例的目的是研究智能手機Camera系統的雜散光。雜散光是指光向相機傳感器不需要的散光光或鏡面光,是在光學設計中無意產生的,會降低相機系統的光學性能。
在本例中,光學透鏡系統使用Ansys Zemax OpticStudio (ZOS)進行設計,并使用新的“Zemax Importer”工具一鍵導入鏡頭系統到Speos中進行系統級雜散光分析。所使用的光學機械參數和透鏡邊緣可以在CAD平臺上進行設計,然后在Ansys Speos中進行修改。這個例子主要涵蓋了整個工作流程中的Speos部分,介紹了雜散光分析的概念,并演示了Speos的功能:Zemax Importer工具, light expert (LXP)光線追跡和序列檢測雜散光。
操作流程概述
上圖是使用Ansys工具分析相機系統雜散光的典型工作流程。工作流程可分為四個部分:1. 使用“Zemax Importer”工具導入ZOS鏡頭設計到Speos。2. 檢測所有可能的關鍵太陽位置和整個系統的光泄漏。3.相機視場內四個外環境太陽位置的雜散光模擬(可選)。4. 分析雜散光路徑序列,對外環境太陽位置的雜散光進行抑制。
第一步:使用“Zemax Importer”工具導入OS鏡頭設計到Speos
使用“Zemax導入工具”導入ZOS鏡頭設計到Speos。在這里,使用ZOS設計的高效手機相機鏡頭系統,通過使用Zemax importer工具可以讀取ZOS透鏡數據參數,并根據它們的數學表示自動重建每個透鏡,作為基于CAD的Speos透鏡特性幾何數據,并訪問所有透鏡參數。此外,該工具將ZOS材料轉換為Speos材料格式,并將光學特性應用到透鏡上。該成像過程使用一個照度傳感器。所有幾何圖形的參考點、原點和照度傳感器對應于圖像平面的位置。
展開 
光學設計好書推薦 ---雜散光抑制設計與分析
雜散光抑制設計與分析
內容簡介
雜散光是光學系統中非正常傳輸光的總稱,它對光學系統的成像質量有嚴重的影響。雜散光的分析、計算以及消除是確保光學系統成像質量的重要前提。本書討論了光學系統工程實施中亟待解決的問題,從雜散光的基本理論出發,給出了雜散光分析的路徑,從而實現對光學系統進行消除雜散光的設計。與以往文獻僅論述光學散射和雜散光的原理不同,它們很少討論雜散光在工程實踐中的應用。本書不但總結了這些重要科學成果,為更詳細的研究提供了索引信息,而且還將這些科學成果應用于光學系統工程中。同時,本書還考慮了執行雜散光分析時的經濟學問題,這也是當前文獻中缺乏的一個維度。書中為各種預算提供了方法和解決方案,同時量化了每種方法相關的準確性。
作者簡介
Eric C.Fest是美國雷神公司資深光學設計工程師,擅長偏振光學、光度學、傳感器設計、地球測量等。
精彩書評
與以往文獻僅論述光學散射和雜散光的原理不同,它們很少討論雜散光在工程實踐中的應用。本書不但總結了這些重要科學成果,為更詳細的研究提供了索引信息,而且還將這些科學成果應用于光學系統工程中。同時,本書還考慮了執行雜散光分析時的經濟學問題,這也是當前文獻中缺乏的一個維度。書中為各種預算提供了方法和解決方案,同時量化了每種方法相關的準確性。
展開 阿帕奇天文臺3.5米望遠鏡系統的雜散光分析
1.介紹
對于提高望遠鏡和望遠鏡系統的性能,雜散光分析地位和作用,已經在空間望遠鏡如SIRTF1和陸地望遠鏡如斯隆數字巡天望遠鏡2(Sloan Digital Sky Survey Telescope)中得到很好的驗證。之前已經對空間系統3和陸地自適應光學系統?總結出了一般的方法。最近雜散光分析的進步使得這種方法對于望遠鏡/設備的分析變得更有效率。?當前的電腦分析程序,比如FRED,能夠以前所未有的更復雜和詳細的程度來分析整個系統。這些進步允許直接比較詳細構造的電腦模型產生的焦平面雜散光分析圖像,和實際點光源產生的圖像數據來做比較。這種比較也可以用來驗證復雜的雜散光模型,例如這篇論文中的案例。當前的研究強調高效生成準確的雜散光級別的值,以及描述雜散光在焦面上的空間分別變化。
華盛頓大學希望同時提高阿帕奇天文臺3.5米望遠鏡采用當前結構的雜散光性能,并且評價該望遠鏡與一個廣角相機聯合使用時的性能。建議的相機有一個矩形的FOV ,在3.5-m 望遠鏡上使用時,角度范圍是0.32°x0.80°。此后我們會將這個廣角相機稱作UWBC(UW Big Camera)。
這篇論文描述了理解當前望遠鏡結構本身雜散光,以及那些由于結合廣角相機造成的雜散光,的努力過程。這個工作的目的是找到3.5-m 望遠鏡中何處的修改能夠提高離軸規避特性,并且評價這些修改的有效性。這個工作的主要焦點是提高望遠鏡的離軸性能。但是,鑒于開發UWBC的努力,這個項目的第二目標是評估一個廣角系統的離軸散射,以及確保建議的改動不會妨礙廣角系統的性能。這項研究的一個關鍵方面是,要將雜散光看成整個系統的問題,包括望遠鏡,封裝結構,相機和操作室。
這項工作有四個階段。第一,建立望遠鏡系統,如圖1-3中簡要顯示。
展開 FRED在雜散光分析中的應用
雜散光問題出現在幾乎所有的光機系統或者照明系統中。通過遮擋或者移除零件、表面涂漆或者在光學器件表面鍍膜都可以減少或者消除雜散光。在本案例中,我們將闡述雜散光的定義并且介紹怎樣利用FRED來分析和避免雜散光問題。
1. 什么是雜散光?
簡單來說,雜散光就是系統不需要的噪音,它是由光機結構、視場外光源或者不完善的光學零件產生的,還有可能是由光學或系統自身的熱輻射引起的。FRED 善于發現這些不需要的噪音,它將運用它的虛擬樣機研究分析能力來幫助我們消除它。
在成像系統中,雜散光的成因有很多,具體如下:
?鬼像
之所以叫作鬼像是因為像面離焦或者是由明亮的光源成鬼影一樣的像。鬼像是由透鏡表面的反射引起的。光線從透鏡表面反射偶數次就會形成鬼像。有兩次反射鬼像,四次反射鬼像等等。僅一個鏡面(比如卡塞格林望遠鏡)構成的光學系統是不會形成鬼像的。如果陽光在拍攝視場內或附近時,鬼像就會出現在影像中。汽車的頭燈或者街燈也會在夜間攝影時造成雜散光。如果光亮源很小,各個鬼像會形成光學系統的孔徑光闌的形態。在下圖1中呈現的就是一個很好的鬼像例子,其中一個雙膠合透鏡有著完美鍍膜的透鏡而另外一個光學系統的透鏡則沒有鍍任何膜。追跡由一點發出的21*21的光線以覆蓋系統的第一片透鏡。
圖1.兩個雙膠合透鏡,上面的雙膠合透鏡的各個透鏡表面都鍍有理想的增透膜。下面的雙膠合透鏡由于其透鏡沒有鍍膜,各個光學表面有菲涅爾損耗從而產生鬼像。我們已經改變了在各個表面的光線追跡控制,因此從這個表面反射的由于菲涅爾損耗而出現的光線變成了藍色。這種反射正是下方光學系統雜散光的成因。
?直接入射
在諸如卡塞格林式系統中,當中心遮攔太大或者望遠鏡鏡筒太短的時候,就會發生直接入射。
展開 機械元件雜散光難以把控?OAS 軟件案例深度解析
機械元件的雜散光分析
簡介
在光學系統設計與工程實踐中,機械元件的雜散光問題對系統性能有著不容忽視的影響。雜散光會降低光學系統的信噪比、圖像對比度,甚至導致系統功能失效。因此,準確分析機械元件雜散光并采取有效抑制措施,是保障光學系統高質量運行的關鍵環節。OAS 光學軟件憑借其強大的光學仿真與分析功能,為機械元件雜散光分析提供了先進且高效的解決方案,本案例基于此展開,旨在展示 OAS 軟件在該領域的實際應用價值與卓越性能。
模型構建
利用OAS軟件的機械建模功能,對目標光學系統的機械結構進行精確建模。該機械結構主要包含鏡筒、隔環等關鍵部件,這些部件的形狀、尺寸及相對位置關系均依據實際工程圖紙進行構建。通過軟件直觀的建模界面,采用參數化建模方式,確保模型能夠真實反映機械結構的幾何特征,為后續雜散光分析奠定堅實基礎。
光源設置
在膜層特性方面,將膜層設定為恒定色散模式,光線透射率精確設置為 95%,此設定符合該機械結構在實際應用中的光學性能要求,有效模擬光線在表面的透射行為。同時,在散射特性設置上,采用 Lambertian 散射模型,該模型能夠合理描述機械結構表面光線散射的統計規律,為準確模擬雜散光分布提供可靠依據。
(機械元件雜散光分析的三維追跡圖)
(機械元件雜散光分析的探測器結果圖)
總結
本案例通過 OAS 光學軟件成功實現對機械元件雜散光的精準分析,驗證了該軟件在光學系統雜散光分析領域的有效性與可靠性。基于分析結果,工程人員能夠針對性地優化機械結構設計、調整光學參數,采取如改進表面處理工藝、優化隔環布局等有效措施抑制雜散光,從而提升光學系統的整體性能與可靠性。
展開 FRED在雜散光分析中的應用
雜散光問題出現在幾乎所有的光機系統或者照明系統中。通過遮擋或者移除零件、表面涂漆或者在光學器件表面鍍膜都可以減少或者消除雜散光。在本案例中,我們將闡述雜散光的定義并且介紹怎樣利用FRED來分析和避免雜散光問題。
1. 什么是雜散光?
簡單來說,雜散光就是系統不需要的噪音,它是由光機結構、視場外光源或者不完善的光學零件產生的,還有可能是由光學或系統自身的熱輻射引起的。FRED 善于發現這些不需要的噪音,它將運用它的虛擬樣機研究分析能力來幫助我們消除它。
在成像系統中,雜散光的成因有很多,具體如下:
?鬼像
之所以叫作鬼像是因為像面離焦或者是由明亮的光源成鬼影一樣的像。鬼像是由透鏡表面的反射引起的。光線從透鏡表面反射偶數次就會形成鬼像。有兩次反射鬼像,四次反射鬼像等等。僅一個鏡面(比如卡塞格林望遠鏡)構成的光學系統是不會形成鬼像的。如果陽光在拍攝視場內或附近時,鬼像就會出現在影像中。汽車的頭燈或者街燈也會在夜間攝影時造成雜散光。如果光亮源很小,各個鬼像會形成光學系統的孔徑光闌的形態。在下圖1中呈現的就是一個很好的鬼像例子,其中一個雙膠合透鏡有著完美鍍膜的透鏡而另外一個光學系統的透鏡則沒有鍍任何膜。追跡由一點發出的21*21的光線以覆蓋系統的第一片透鏡。
圖1.兩個雙膠合透鏡,上面的雙膠合透鏡的各個透鏡表面都鍍有理想的增透膜。下面的雙膠合透鏡由于其透鏡沒有鍍膜,各個光學表面有菲涅爾損耗從而產生鬼像。我們已經改變了在各個表面的光線追跡控制,因此從這個表面反射的由于菲涅爾損耗而出現的光線變成了藍色。這種反射正是下方光學系統雜散光的成因。
?直接入射
在諸如卡塞格林式系統中,當中心遮攔太大或者望遠鏡鏡筒太短的時候,就會發生直接入射。
展開 線上培訓 | ASAP 光學系統雜散光分析與控制,招生中
# 第六期線上精品課 #
隨著前期開展的 ASAP 雜散光課程順利舉辦,武漢墨光迎來了本次第六期線上雜散光精品課,資深光學工程師精心打造,配套教材,線上答疑,實用案例,一一給您講到位,讓您學有所獲。以下就是本次培訓大綱及詳情:
培訓大綱
01. 雜散光術語
02. 輻射度學基礎
03. 雜散光成因
04. 雜散光影響、雜散光控制
05. 雜散光分析、評價方法、分析軟件對比
06. ASAP 雜散光分析流程、步驟
07. 散光特性、散射模型
08. 消光漆/表面處理
09. 光學表面污染
10. 散射特性測量儀對比、重點區域采樣
11. 衍射雜散光、PST 分析
12. 鬼像分析、光學設計中的雜散光控制
13. 遮光罩和擋光環設計、自身熱輻射分析
14. 雜散光計算器、擴展面源雜散光分析
15.
展開 培訓預告 | 第17期《 ASAP 光學系統雜散光分析與控制 》線上培訓火熱報名中
武漢墨光《 ASAP 光學系統雜散光分析與控制》線上培訓已舉辦多期,完善的課程體系、配套的學習資料,獲得大家的一致好評。本次培訓即將于2023年9月18日-20日再次開班,以下為本次培訓具體詳情:
培訓大綱
雜散光術語;
輻射度學基礎;
雜散光成因;
雜散光影響、雜散光控制;
雜散光分析和評價方法;
ASAP雜散光分析流程、步驟;
練習1 找關鍵和被照表面;
練習2 重點區域位置和大小計算;
練習3 雜散光PST計算;
光學表面粗糙度、污染和微粒;
光學表面黑化處理;
鬼像分析;
練習4 紅外系統冷反射;
練習5 ZEMAX導入的鬼像分析;
衍射雜散光;
邊緣衍射效應的幾何模擬;
紅外系統雜散光-自身熱輻射分析;
練習6 非球面手機鏡頭鬼像分析;
雜散光處理;
遮光罩和擋光環設計;
雜散光測量;
散射特征測試介紹、PST測試介紹散光術語.
培訓說明
?本培訓為線上直播培訓;
?培訓內容作業練習跟蹤,老師答疑;
?培訓支持錄播回放觀看;
?培訓方安裝最新正版軟件(僅限培訓期間使用);
?為保證課程質量,均為小班教學;
?報名培訓即可獲得包郵贈送配套教材《雜散光抑制設計與分析》一本。
培訓詳情
? 主辦單位:武漢墨光科技有限公司
? 培訓時間:2023年09月18日-20日 (09:00-17:00)
? 培訓費用:按2980元/人的標準進行收費。提供服務性發票,項目“培訓費”;
? 報名方式:報名咨詢評論留言即可。
(注:當報名人數低于最低開課標準,或遇其他不可抗力因素時,武漢墨光科技有限公司將酌情延期或取消課程。)
展開 
FRED應用:TMT MOBIE成像光譜儀的概念設計階段雜散光分析
本文以MOBIE為背景,使用FRED軟件對其雜散光部分進行了預評估。
緒論
寬視場光學光譜儀(MOBIE)是視覺受限的光學光譜儀,它是為第一代Thirty Meter
Telescope (TMT)儀器而設計的。目前MOBIE儀器處于概念設計階段。本文記錄了成像模塊配置中雜散光分析的進展。在項目的這一階段雜散光分析的目標是提供預期的雜散光背景的基線評估。為此,我們完成了四個量的雜散光計算:
? 關鍵物體的識別
? 預估雜散光背景
? 離軸抑制特性
? 鬼像的形成
分析基于一個完整的系統模型(盡管簡化過)的端到端光線追跡,包括帽型圓頂、望遠鏡光學器件、支撐結構、MOBIE儀器光學器件和外殼。
圖1.完整的TMT-MOBIE雜散光分析模型
TMT-MOBIE幾何模型
端到端系統模型如圖2所示(隱藏了圓頂壁)。MOBIE儀器的成像模塊配置如圖3所示。一對大氣色散校正(ADC)棱鏡剛好位于視場光闌孔徑的前面。視場光闌是一個彎曲的掩膜,與TMT焦面的曲率相匹配,且傳輸5.4±2.1弧分×±4.8弧分的矩形視場。視場光闌是儀器內部主要的雜散光控制機構。反射瞄準儀(MC-1)沿著視場光闌。二色分束鏡透射和反射光線到紅色和藍色鏡頭部件中。隨后折疊到折射式照相機裝置中。
展開 ZEMAX | 雜散光分析——第二篇
因此,如何找出這些非預期的光線來源,并增添新的元件以吸收或阻擋這些能量,將會是雜散光分析環節的重要課題。本文是系列文章的第二篇,將介紹如何使用路徑分析(Path Analysis)功能和篩選字串(filter string)辨別雜散光的路徑。
簡介
我們已在 系列文章的第一篇 (點擊查看)介紹了觀察雜散光的基礎知識。進行雜散光分析時,最終的目標為找出雜散光的來源并嘗試改善。而在這篇文章中,我們會繼續以同一個示例檔案進行設計,說明如何辨別雜散光的特定光線路徑,以及如何藉由鏡面鍍膜改善這些非預期的能量來源。
使用篩選字串辨別雜散光路徑
首先,我們要找出雜散光的來源并試著改善。在下方的結果圖中,我們可以看到許多非預期的反射光(鬼影)出現在像面上。為了區分出這些光線,我們可以使用OpticStudio中的篩選字串功能,如下方綠框內所示。
接著,我們試著找出這些光線中在像面(探測器)上能量較強的路徑。我們將會需要重設光線追跡相對閾值強度(Minimum Relative Ray Intensity),如下圖紅框處所示。該數值代表了追跡光線與光源光強的比值,透過對該數值的設定,我們能夠調整可被追跡光線的能量最小值。預設的閾值強度為1.000E-6,即當光線能量高于光源出射光的1.000E-6時可被追跡。透過這樣的調整,我們可以簡單的將鬼影光線中能量較低的部份過濾掉,僅保留高能量的鬼影。在稍后的篇幅中,我們將介紹路徑分析功能,可幫助我們較輕易的區分出能量較強的雜散光路徑。
我們在閾值強度的字段輸入0.005,這將使OpticStudio在進行光線追跡時,忽略光強小于0.005倍原始能量的光線。
展開 線上培訓 | ASAP 光學系統雜散光分析與控制,招生中
第七期
線上精品課
ASAP 雜散光課程歷經六期了,不管是線上還是線下,大家的學習氛圍都足以濃烈, 武漢墨光伴隨大家學習了多期課程,相信都各有收獲。12月墨光將再次開展第七期線上雜散光分析與控制,本期課程和往期一樣,線上答疑,配套教材,實用案例,都會涉及到。以下是本次培訓大綱及詳情:
培
訓
大
鋼
01. 雜散光術語
02. 輻射度學基礎
03. 雜散光成因
04. 雜散光影響、雜散光控制
05. 雜散光分析、評價方法、分析軟件對比
06.
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第七期
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訓
大
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01. 雜散光術語
02. 輻射度學基礎
03. 雜散光成因
04. 雜散光影響、雜散光控制
05. 雜散光分析、評價方法、分析軟件對比
06.
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