在進(jìn)行光學(xué)設(shè)計(jì)時(shí)，即使系統(tǒng)設(shè)計(jì)得再完善，我們?nèi)钥赡茉谙衩嫔峡吹揭恍╊A(yù)期之外的能量分布。如何找出這些由非預(yù)期光線所產(chǎn)生的能量，并試著以外加的光學(xué)元件吸收或阻擋這些光線，將是雜散光分析中至關(guān)重要的環(huán)節(jié)。

本文是三篇雜散光分析系列文章中的第一篇，將介紹如何將序列系統(tǒng)轉(zhuǎn)至非序列模式中，并觀察此時(shí)系統(tǒng)產(chǎn)生的雜散光。

簡介

一般情況下，在進(jìn)行機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)之前，我們必須先考慮雜散光的影響。雜散光意味著入射光無法經(jīng)由原先預(yù)期的路徑穿透整個(gè)光學(xué)系統(tǒng)到達(dá)像面，如此的結(jié)果將導(dǎo)致最終成像質(zhì)量的下降。

以攝影為例，視場外的強(qiáng)光源（例如太陽）為常見的雜散光來源。這類光源的光可藉由系統(tǒng)的機(jī)械或光學(xué)元件散射到達(dá)像面。另一方面，部份視場內(nèi)光源的光會(huì)在鏡面進(jìn)行多重二次反射（secondary reflection）后匯聚在像面上。

準(zhǔn)備工作

首先，我們將以一個(gè)示例系統(tǒng)介紹雜散光的分析。藉由Samples\Sequential\Objectives\Double Gauss 28 degree field.zmx的路徑打開OpticStudio內(nèi)置的示例檔案。

我們會(huì)使用OpticStudio中一些好用的功能完成雜散光分析的準(zhǔn)備。如下圖，第一步我們先使用鍍膜表面（Coat Surfaces）功能移除所有表面上的鍍膜。稍后我們會(huì)另外分析鍍膜的影響。

鎖定設(shè)計(jì)（Design Lockdown）功能

接著點(diǎn)選公差（Tolerance）中的鎖定設(shè)計(jì)（Design Lockdown）功能，并依下圖勾選第一個(gè)選項(xiàng)。如此一來，系統(tǒng)中的鏡面將更符合實(shí)際情形，而分析的結(jié)果也會(huì)更準(zhǔn)確。如果需要關(guān)于這項(xiàng)功能進(jìn)一步的介紹，可參考幫助手冊（Help）中的內(nèi)容。

特定光線生成器（Critical Rayset Generator）

在轉(zhuǎn)為非序列模式之前，我們可以先輸出序列模式中一些關(guān)鍵的光線路徑，像是主光線和部份的邊緣光線，因?yàn)檫@些光線只能在序列模式中產(chǎn)生。而在完成輸出后，我們就可以在非序列模式中檢視這些光線了。操作的步驟如下：

將系統(tǒng)轉(zhuǎn)換為非序列模式

在OpticStudio中，以非序列模式進(jìn)行雜散光分析是最方便的。我們可以透過轉(zhuǎn)換為NSC（Convert to NSC Group）功能一步完成由序列模式到非序列模式的轉(zhuǎn)換。

更多關(guān)于序列模式和非序列模式的轉(zhuǎn)換將在下期的更新中跟大家見面。

在文件（File）工具欄中提取轉(zhuǎn)換為NSC（Convert to NSC Group），維持所有預(yù)設(shè)設(shè)定并點(diǎn)選確定（OK）。

如下圖，我們可以看到整個(gè)系統(tǒng)已轉(zhuǎn)為非序列模式了，編輯器中所有的鏡面皆變更為物件。同時(shí)，我們可以注意到一些新增的光源和探測器，等效于序列模式中的視場點(diǎn)和像面。這樣的結(jié)果就如同將原始的序列系統(tǒng)建立在非序列模式中一般。

光線分裂（split ray）是進(jìn)行非序列模式雜散光分析時(shí)十分好用的功能。在分析（Analyze）工具欄中選擇非序列3D視圖（NSC 3D Layout），并在設(shè)定中勾選NSC光線分裂（Split NSC Rays）。如此一來，我們就可以在視圖中觀察到光線在各表面上部份反射、部份穿透，以及多重反射的現(xiàn)象。這樣的結(jié)果是在序列模式中無法達(dá)成的。

我們也可以使用非序列實(shí)體模型（NSC Shaded Model）觀察結(jié)果，如下圖：

檢視特定光線

在分析（Analyze）工具欄中提取特定光線比對（Critical Ray Tracer），我們可以看到每個(gè)視場中的主光線和邊緣光線順利通過整個(gè)非序列系統(tǒng)。每當(dāng)新的機(jī)構(gòu)元件（例如CAD檔案的匯入或OpticStudio的原生物件）加入光學(xué)系統(tǒng)中，我們會(huì)需要再次使用這項(xiàng)功能，以確保新的元件不會(huì)對特定光線造成阻礙。

雜散光分析必要設(shè)定

至此，我們已完成大部分光學(xué)系統(tǒng)方面的建構(gòu)，準(zhǔn)備進(jìn)行主要的雜散光分析了。但在開始之前，還有一些必要的設(shè)定需要進(jìn)行調(diào)整。

首先是將每條光線最大交點(diǎn)數(shù)目（Maximum Intersections Per Rays）和每條光線最大片段數(shù)目（Maximum Segments Per Rays）調(diào)整為最大值（分別為4000和2000000）。在進(jìn)行雜散光分析時(shí)，有時(shí)目標(biāo)光線會(huì)進(jìn)行多次的反射和散射。若光線的最大交點(diǎn)數(shù)和片段數(shù)不足，我們將難以對所有的狀況進(jìn)行分析。

此外，我們將分析光線的數(shù)量（# Analysis Rays）降至5000條。

當(dāng)進(jìn)行雜散光的分析時(shí)，每條行進(jìn)光線將分裂為更多的子光線。與未勾選光線分裂時(shí)相比，此時(shí)的追跡耗時(shí)將變?yōu)樵镜臄?shù)十倍。為了順利的完成模擬，我們將減少光線的數(shù)量以降低追跡的時(shí)間。

最后一步則是設(shè)定探測器的像素為150x150，越少的像素也意味著所需的追跡光線可以降低。

光線追跡初步結(jié)果

當(dāng)我們完成了前述的設(shè)定后，接著就可以進(jìn)行光線追跡檢視初步的結(jié)果了。點(diǎn)選分析工具欄中的光線追跡（Ray Trace），并調(diào)整視窗中的設(shè)定如下圖。要注意的是”使用偏振（Use Polarization）”和”NSC光線分裂（Split NSC Rays）”兩個(gè)選項(xiàng)必須勾選。

在完成追跡后，我們可以在分析工具欄中打開探測器查看器（Detector Viewer），如下圖。

并將視窗依下圖進(jìn)行設(shè)定：

下方的結(jié)果圖中，我們可以看到淺藍(lán)色點(diǎn)所代表的雜散光能量分布。在這個(gè)系統(tǒng)中，這些非預(yù)期的光線來自于多重反射。這樣的結(jié)果與前述有NSC光線分裂時(shí)的3D視圖相同。由于NSC光線分裂的現(xiàn)象可以在非序列模式中呈現(xiàn)，因此我們才能觀察到多重反射的結(jié)果。