操作數NSDD圖解範例


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摘要:這篇文章說明非序列模式下的優化操作數NSDD之詳細使用方式。
原文作者:永田信一さん
原文發布時間:Jan 30, 2009
文章附件:本文有範例檔案下載



上圖是一個評價函數編輯器的範例。
第1列的NSDD其Det# 欄位的值是0。這代表要把所有探測器 (Detector) 資料都清空
第2列的NSTR代表的是命令系統光線追跡。Source 欄位的值是0,這代表要追跡全部的光源。此外後面的欄位Split、Scatter、Upol、IgEr允許使用者設定光線分裂、散射、偏振、忽略錯誤。
最前面這兩列的並不會對評價函數有任何影響,僅是清空探測器並追跡光線的標準流程而已。

第4列之後的NSDD有些複雜,我們下面會依序說明。
第3個欄位Surf的內容可指定面編號,純非序列模式時,這個值永遠為1。
第4個欄位Det# 的內容可指定探測器的物件編號。
第5、6個欄位的Pix# 以及DATA內容繁雜。
原則上來說Data欄位的意義如下:
Data = 0 代表光通量 (Flux)
Data = 1 代表照度 (Illuminance)
Data = 2 代表強度 (Luminous Intensity)
但跟Pix# 搭配之後意義會有不同變化。

以下分別就不同的Pix# 與Data之組合做說明:
pix# Data 意義
0 0 探測器接收的全光通量(Total Power in Incoherent Illuminance),下面範例照度圖 的紅框部分。
0 1 對全探測器取平均照度(等於上面的全光通量除以探測器面積)
0 2 指定角空間中,探測器接收到的全光通量(Total Power in Luminous Intensity),下面範例強度圖 的橘框部分
-1 0 最大光通量(Maximum Flux)
-1 1 最大照度(Peak Illuminance),範例照度圖 的綠框
-1 2 光度最大値(Peak Intensity),範例強度圖 的黃綠框
-2 0 最小光通量(Minimum Flux)
-2 1 最小照度(Minimum Illuminance)
-2 2 最小光度(Minimum Intensity)
-3 0 到達探測器的光線數(Total Hits)範例照度圖 的藍框
-3 1 返回與上面同樣結果。
-3 2 返回與上面同樣結果。本來應該是在設定的角度空間中收到的光線數,不過這邊並沒有受到角度空間限制,這邊系統返回的值並不受角度空間大小影響。

範例照度圖


範例強度圖


此外,測出的光能量單位可以在System Explorer > Unit裡面設定,如下圖。若指定Source Unit為Lumens,則強度單位為cd。若指定Analysis Unit為Lumens per M^2,則照度單位為Lux。
http://forum.zemax.com/Uploads/Images/c80b2520-af77-4c7e-a7ad-c13e.png


接著繼續看不同的NSDD操作數:


Pix# Data 意義
-4 0 非零像素資料的光通量(Flux)的標準差
-4 1 非零像素資料的照度(Illuminance)的標準差 (若此值為0表示完全均勻)
-4 2 非零像素資料的強度(Luminous Intensity)的標準差
-5 0 非零像素資料的光通量(Flux)的平均
-5 1 非零像素資料的照度(Illuminance)的平均
-5 2 非零像素資料的強度(Luminous Intensity)的平均
-6 0 光通量(Flux)質心的X座標
-6 1 照度(Illuminance)質心的X座標
-6 2 強度(Luminaous Intensity)質心的X方向角度
-7 0 光通量(Flux)質心的Y座標
-7 1 照度(Illuminance)質心的Y座標
-7 2 強度(Luminaous Intensity)質心的Y方向角度
-8 0 光通量(Flux)重心的Z座標
-8 1 照度(Illuminance)重心的Z座標
其中,Pix# = -8時的Z座標是在探測器型態為 "Detector Surface" 並且指定的面非平面時才有意義。

下面是最後一部分的NSDD操作數:


Pix# Data 意味
-9 0 光通量(Flux)的RMS半徑 (此數值為0代表聚焦光)
-9 1 照度(Illuminance)的RMS半徑
-9 2 強度(Luminaous Intensity)的RMS角度 (此數值為0代表平行光)
-10 0 相對於光通量(Flux)質心的RMS X距離
-10 1 相對於照度(Illuminance)質心的RMS X距離
-10 2 相對於強度(Luminaous Intensity)質心的RMS X角度
-11 0 相對於光通量(Flux)質心的RMS Y距離
-11 1 相對於照度(Illuminance)質心的RMS Y距離
-11 2 相對於光通量(Luminaous Intensity)質心的RMS Y角度
-12 0 相對於光束(Flux)質心的RMS Z距離
-12 1 相對於照度(Illuminance)質心的RMS Z距離
其中,Pix# = -12是在探測器型態為 "Detector Surface" 並且指定的面非平面時才有意義。
那麼,在Pix#欄位輸入正數的話呢?此時NSDD會根據此欄位輸入的數值返回探測器(Detector)的特定像素的光通量、照度或是強度的值。
探測器的像素編號規則如下:
假設X方向的像素編號為Nx、Y方向的像素編號為Ny。
探測器左下(X, Y都是最小值)的像素為1號,其右邊像素為2號。
・・・
探測器的右下(X最大、Y最小)是編號第 (Nx) 的像素。
往上一行的最左邊(X最小、Y最小加一)則是編號第 (Nx+1) 的像素。
往右一格則是編號第 (Nx+2) 的像素。
・・・
探測器的最右上角(X、Y都是最大)則是編號第 (Nx x Ny) 的像素
依據這個規則,就可以指定任意像素的編號了。
下圖是一個Nx=3、Ny=3的探測器的像素編號範例。
http://forum.zemax.com/Uploads/Images/65b49668-146f-4030-bed9-9b97.png

“個別像素” 的資料會有統計上雜訊。
使用Pix# = 0~-12可以返回 “統計資料” (從探測器大量像素計算出來的資料),可以大幅避免統計雜訊的影響,可以輕易地用在優化。

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