OAS 光学分析软件 | 杂散光分析（第三篇）

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本文将说明如何进行机械元件的杂散光分析。我们可以在原始的系统中加入 CAD 文件作为 OAS 的一个物体，并赋予它特定的光学特性。借由路径分析功能的协助，我们可以明确的辨识出机械元件产生的杂散光线。在进行光学系统设计时，光学工程师可根据分析的结果对机械工程师提出系统改进的要求。本文是杂散光分析系列文章中的最后一篇。（联系我们领取附件）

简介

本文说明如何对机械元件进行杂散光分析。这些非预期的光线可能来自镜筒和外壳等机械元件的散射，最后抵达探测器。当足够的能量照射在这些物体的表面上时，反射和散射光将对像面上的能量分布造成可观的影响。为此，在进行模拟系统的建构时，我们需要特别注意机械元件的表面，特別是某些只需一次散射即可抵达像面的光线路径。

在 OAS 中加入 CAD 元件

在 OAS 中，我们可以将 CAD 元件以 STEP、IGES 的格式加入光学系统中。因此，光学设计者可直接将机械工程师建立的机械元件加入 OAS 中，并接着进行杂散光分析。我们会透过下方的示例说明操作的步骤。

下图中的光机系统包含了使用 CAD 软件建构的机械元件。下图的编辑器中，我们可以看到镜头之间具有间隔环，而垫片/扣环则用于固定镜头。此外，镜头接环则包裹了整个光机械系统。一般的情况下，机械工程师在进行设计时，会谨慎考虑系统内部的几何关系，确保各元件不会阻碍主要的行进光路。因此，一个设计良好的光机械系统应不会因为机械间的相互影响而产生杂散光。然而，机械元件间仍难免出现一些相互的影响，且设计者也很难阻隔所有视场外的入射光进入系统。以上的这些干扰都是成像品质下降的可能原因。接下来我们将以示例系统说明如何辨别这些现象。

CAD 文件：CAD 导入.step

3D图如图1所示

图1

为机械元件套用光学特性

示例系统中的机械包含了加入的 CAD 元件和作为孔径光阑的环状面元件。在接下來的步骤中，我们会为所有的机械元件套用相同的反射和散射特性。

反射率：5 %

镜面反射： 0.5 %

散射反射：4.5 %

散射模型：朗伯模型

为确保 CAD 物体的所有表面都具有相同特性，我们可依下图选取元件属性。

依上图所示，我们将镀膜设定新增膜层，即95%的能量可穿透表面，而剩下5%则会发生反射(95%的能量将被吸收，而剩下的5%则会发生反射)。另外，我们将散射比例调整为0.9，代表90%的反射光线将根据上方散射模型的定义发生散射。在这样的条件下，5%的光线入射元件表面后会反射，而0.05 x 0.9 = 0.045 (4.5 %)的光线则会转变为朗伯散射分布，具体如图2和图3所示。

图2

图3

机械元件产生的杂散光

为了找出示例系统中的杂散光来源，我们首先在入瞳处加入一个朗伯光源，该光源的位置和直径都会与实际的入瞳一样，即Z位置为-3，X/Y半宽为7。为了模拟杂散光源能够全向性的发光，具有朗伯散射特性的光源会是个好选择，如此一来我们就能够重现视场外的光线入射系统的现象。

下图4为实体模型的结果。画面中显示了穿过整个系统的光线和机械元件的散射光，最终抵达探测器的结果。

图4

接下来我们将执行光线追迹并储存光线信息。我们将光源的光线数设为1.0x10⁶。

在完成光线追迹后，点击光线分析>光线管理>光线轨迹，查看鬼像轨迹图，如图5和图6。

图5

图6

在 OAS 中，我们可以使用记录光线轨迹功能找出主要的杂散光路径。借由分析的结果，我们可以对光线在系统内部的路径有进一步的认知，了解需要对哪些元件和表面进行修正以降低散射光对成像结果的影响。光学设计者得以利用 OAS 中各式的功能，发现并修正机械元件对成像质量造成的负面影响。