在光学设计中，杂散光是一个重要的考虑因素，它可能会显著影响系统的图像质量和性能。在进行杂散光分析时，光学设计工程师需要回答一系列关键问题，例如反射产生的鬼影影响有多大、反射超过四次的光线能传递多少能量、隔板在限制探测器杂散光方面的有效性等。Zemax OpticStudio提供了强大的工具来帮助设计师进行这些分析，尤其是通过使用过滤字符串来对杂散光进行全面评估。本文将详细介绍如何在OpticStudio中进行杂散光分析，包括设置过滤字符串、执行光线追踪以及评估杂散光的来源和影响。

　　一、什么是过滤字符串？

　　过滤字符串是一种用于评估光线在显示或报告之前必须通过的特定测试的方法。它们可以用于对杂散光进行全面的光-机械评估，OpticStudio将考虑光学的部分反射、机械组件的反射，以及光学和机械的散射。过滤字符串的语句包含标志之间的逻辑运算，用于显示光线中的某线段是否与NSC组中的物体相交、错过、反射、折射、散射、衍射或鬼像反射。

　　在OpticStudio帮助文件的“Filter String”一节中可以找到可用的过滤字符串标志和讨论的完整列表。

　　二、系统轮廓和初始光线追踪

　　考虑一个场景：在满月时用望远镜观察一颗恒星。来自月球的光线，尽管离轴，但仍能到达望远镜的探测平面（相机）。我们需要准确地确定有多少来自月球的杂散光到达探测器。

　　首先，使用OpticStudio中的非序列镜头文件模拟这个场景，下载并打开相应的文件。月亮用离轴的椭圆光源表示，准直光线从轴上视场聚焦到像平面上形成一个良好的点。接下来，使用“使用偏振Use Polarization”、“忽略错误Ignore Errors”、“分割光线Split Rays”、“散射光线Scatter Rays”和“保存光线Save Rays”进行初始的非序列光线追踪。注意，光线必须在过滤字符串可以应用到光线数据库和探测器查看器前保存。

　　三、错误光线过滤器

　　由于误差引起的能量损失是极其重要的，因此必须尽量减小这些误差的影响。可以通过光线数据库查看器中的过滤字符串来定位误差的可能原因。打开光线数据库查看器，选择先前保存的数据库文件。在光线数据库设置中，选择应用一个过滤器。使用过滤字符串“Z”将只显示那些有致命错误的光线。

　　四、来自月亮的杂散光分析

　　在探测器查看器中，可以观察到大部分能量集中在探测器的中心像素。然而，我们需要确定有多少功率与落在中心区域以外的光线有关。为了确定与月光有关的总能量比例，可以使用过滤字符串只显示来自特定源的光线。将源对象1的#分析光线设置为0，或者在探测器查看器的设置中输入过滤字符串“O2”，以仅显示来自月球的光线。

　　经过过滤的探测器查看器显示来自月球的光线分布，约8.531E-006瓦的月球初始总功率到达相机。通过这种方式，我们可以有效地识别杂散光的来源。

　　五、定位杂散光的优先区域

　　为了更好地可视化来自月球的光线分布，可以在NSC编辑器中插入一个矩形探测器，并使用过滤字符串分析光线。插入物体12-矩形探测器，设置其参数，包括Y Position为1.0，Z Position为-9.0，Tilt About X为5.0，X Half Width和Y Half Width均为6.1，# X Pixels和# Y Pixels均为50。完成后，应用过滤字符串，以显示来自月球的光线。

　　六、评估反射对杂散光的影响

　　为了确认反射对探测器的影响，可以使用过滤字符串功能分析来自第一个校正透镜的光线。使用标记“Gn”来表示根物体n反射回来的鬼影。通过观察从第一个校正透镜反射的光线在相机上的光线分布，可以评估反射对总功率的影响。

　　为了减少不需要的光线对相机的影响，可以在校正透镜上涂上一层抗反射镀膜。应用镀膜后，重新运行非序列光线追踪，并观察结果。

　　七、总结

　　Zemax OpticStudio提供了强大的工具来进行杂散光分析，帮助光学设计师识别和评估光学系统中的杂散光源。通过使用过滤字符串，设计师可以有效地分析光线的来源、评估误差影响，并采取措施降低杂散光对系统性能的影响。本文详细介绍的步骤和方法将为光学设计师在进行杂散光分析时提供有价值的指导，帮助他们优化设计，提高光学系统的整体性能。