本例的目的是研究智能手機Camera系統(tǒng)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(xué)設(shè)計中無意產(chǎn)生的，會降低相機系統(tǒng)的光學(xué)性能。

上圖是使用Ansys工具分析相機系統(tǒng)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(dǎo)入ZOS鏡頭設(shè)計到Speos。2. 檢測所有可能的關(guān)鍵太陽位置和整個系統(tǒng)的光泄漏。3.相機視場內(nèi)四個外環(huán)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(huán)境太陽位置的雜散光進行抑制。

第 一步：使用“Zemax Importer”工具導(dǎo)入OS鏡頭設(shè)計到Speos

使用“Zemax導(dǎo)入工具”導(dǎo)入ZOS鏡頭設(shè)計到Speos。在這里，使用ZOS設(shè)計的高效手機相機鏡頭系統(tǒng)，通過使用Zemax importer工具可以讀取ZOS透鏡數(shù)據(jù)參數(shù)，并根據(jù)它們的數(shù)學(xué)表示自動重建每個透鏡，作為基于CAD的Speos透鏡特性幾何數(shù)據(jù)，并訪問所有透鏡參數(shù)。此外，該工具將ZOS材料轉(zhuǎn)換為Speos材料格式，并將光學(xué)特性應(yīng)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(yīng)于圖像平面的位置。然后將鏡頭系統(tǒng)添加到光學(xué)機械部分(灰色)和鏡頭邊緣(黃色)。

1. 在Speos仿真界面，點擊Zemax import工具，然后選擇*.ZMX的Zemax鏡頭設(shè)計數(shù)據(jù)，工具會自動轉(zhuǎn)換Zemax的鏡頭數(shù)據(jù)參數(shù)、材料和能量接收器信息，并將其轉(zhuǎn)換為Speos功能數(shù)據(jù)。

2. 為了清晰顯示鏡頭系統(tǒng)，可以以不同的顏色顯示不同的鏡頭數(shù)。

3. 定義環(huán)境太陽光源入光到鏡頭系統(tǒng)中，并在direct simulation選擇source、geometry、sensor運算仿真，激活light expert為true，并在sensor中勾選LXP選項。

第二步：檢測所有可能的關(guān)鍵太陽位置和整個系統(tǒng)的光泄漏

使用光線逆向追蹤模擬方法在一個direct模擬中研究所有可能的臨界太陽位置。這是一種逆向追跡方法，從成像sensor發(fā)送光線通過相機系統(tǒng)到天空。通過這種方法，還可以檢測機械系統(tǒng)中的漏光。Speos光線跟蹤算法考慮了所有幾何形狀的所有材料行為。此外，將根據(jù)相機視場內(nèi)外的臨界和光線路徑對這些區(qū)域進行分類。相機視場內(nèi)的光源可以在鏡頭表面經(jīng)歷多次二次反光，導(dǎo)致鬼反光，鏡頭光暈在成像儀上。視場外的光源會對機械和光學(xué)零件造成雜散光散光。通過利用Speos LXP功能，可以在強度結(jié)果上可視化和導(dǎo)出這些特定區(qū)域的光線路徑。

對于本例，假設(shè)相機系統(tǒng)水平對稱。因此，將強度傳感器作為半球體放置在系統(tǒng)的頂部。使用LXP功能，可以選擇任意區(qū)域并顯示光線傳播路徑。

第三步：視場內(nèi)四個太陽位置的雜散光模擬

在這一步中，運行了一個完整的系統(tǒng)雜散光模擬在相機視場內(nèi)的四個不同的太陽位置(從0°到15°)。模擬使用Speos 圖形處理器運行，得到完整的相機系統(tǒng)在相機成像sensor上的雜散光結(jié)果為四個太陽位置分別的成像效果。

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第四步：分析雜散光路徑序列，對一個太陽位置的雜散光進行抑制

在第4步中，將通過利用Speos LXP和“序列檢測”功能，識別關(guān)鍵的光線路徑序列(根據(jù)傳感器的照度)和導(dǎo)致5°太陽位置的成像儀上雜散光的物體相互作用。此外，將展示如何解決明亮的鬼像。

1. 顯示5°太陽位置成像結(jié)果，打開xmp，點擊measure，選擇雜光區(qū)域，并顯示其數(shù)據(jù)結(jié)果。

2. 在XMP結(jié)果中，點擊tools工具，sequence detection得到序列分層光線結(jié)果，得到序列層以發(fā)現(xiàn)從層1到層20的光線路徑序列，這些序列是根據(jù)能量到達傳感器的順序排列的。

3. 舉例分析，序列20的光線沿著從光源發(fā)出的直接順序路徑。穿過前四個透鏡，直到它們被鏡面反光到物體10的正面。單擊對象10以突出顯示3D視圖中的幾何圖形。

4. 同樣的工作流程可以應(yīng)用于結(jié)果中的其他區(qū)域，以識別導(dǎo)致雜散光的元素。

5. 一旦對系統(tǒng)進行了分析，就可以與設(shè)計和機械團隊討論不同光學(xué)元件對雜散光的影響。光學(xué)拋光表面的菲涅耳反光和透光率分別為4%和96%。通過改變表面的透光率，可以控制鏡面雜散光。AR涂層減少了光學(xué)系統(tǒng)中的反光。通過在物體10的正面應(yīng)用AR涂層作為面光學(xué)特性(FOP)，可以消除鬼像點。

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