在進(jìn)行雜散光分析時，光學(xué)設(shè)計工程師可能會問以下問題:

• 從各種光學(xué)或機(jī)械表面反射產(chǎn)生的鬼影影響有多大?

• 反射超過四次的光線能傳遞多少能量?

• 隔板在限制探測器雜散光方面有多有效?

  
  

這些問題中的每一個，以及更多的其他問題，都可以在OpticStudio中使用過濾字符串來回答。

在本文中，我們將演示如何使用分類器字符串來分析和描述具有特定光學(xué)特性的光線，方法是評估卡塞格林型望遠(yuǎn)鏡在觀測遙遠(yuǎn)恒星時污染探測器的月光量。

過濾字符串的語句包含標(biāo)志之間的邏輯運(yùn)算，用來顯示光線中的某線段是否與 NSC 組中的物體相交、錯過、反射、折射、散射，衍射或鬼像反射。在OpticStudio幫助文件的“the Filter String”一節(jié)中可以找到可用的過濾字符串標(biāo)志和討論的完整列表。

使用下面的純粹非序列的OpticStudio鏡頭文件模擬這個場景。下載本文附帶的文件，并在OpticStudio中打開它：

注意:為了在OpticStudio中演示過濾字符串，我們假設(shè)您已經(jīng)熟悉執(zhí)行非序列光線追跡和在探測器查看器上查看結(jié)果的標(biāo)準(zhǔn)程序。如果您不熟悉這些概念，請參閱“如何創(chuàng)建一個簡單的非序列系統(tǒng)”一文。

（原文鏈接：https://support.zemax.com/hc/zh-cn/articles/1500005488521）

望遠(yuǎn)鏡模型中的月亮用離軸的橢圓光源表示。月亮近似為一個準(zhǔn)直光源，因此來自月亮(上圖綠色部分)的光線彼此平行。類似地，感興趣的觀察對象用軸上的準(zhǔn)直橢圓源表示。與典型的卡塞格林式望遠(yuǎn)鏡設(shè)計一樣，準(zhǔn)直光線(上圖中的藍(lán)色光線)從軸上視場聚焦到像平面上形成一個良好的點。然而，一些光線(來自月球和恒星)沒有經(jīng)過期望的光學(xué)表面順序，但仍能到達(dá)探測器。

使用“使用偏振Use Polarization”、“忽略錯誤Ignore Errors”、“分割光線Split Rays”、“散射光線Scatter Rays”和“保存光線Save Rays”進(jìn)行初始的非序列光線跟蹤。保存光線與任何想要的文件名。注意，光線必須在過濾字符串可以應(yīng)用到光線數(shù)據(jù)庫和探測器查看器前保存!目前，我們將把“字符串”條目留空，因為過濾器也可能在以后的設(shè)置中應(yīng)用到個別分析功能中。

注意，由閾值和誤差引起的“能量損失”值非常重要，應(yīng)該非常仔細(xì)地檢查，以確保當(dāng)前光線樣本的準(zhǔn)確評估。如果光線低于追跡的極小能量閾值，追跡將終止。極小相對和絕 對能量閾值是由系統(tǒng)常規(guī)對話框的非序列選項卡下的“極小相對光線強(qiáng)度”和“極小絕 對光線強(qiáng)度”條目定義的。為了減少當(dāng)前示例中的計算時間，將極小相對光線強(qiáng)度設(shè)置為1.00E-007。在某些應(yīng)用程序中，可能需要降低這個值，以減少由于閾值設(shè)置而造成的能量損失。

如果報告的由于誤差造成的能量損失是顯著的，對光線的傳播進(jìn)行詳細(xì)的檢查以定位誤差的可能原因是非常有用的。這可以通過光線數(shù)據(jù)庫查看器中的過濾字符串來完成。光線數(shù)據(jù)庫查看器可以通過選擇?Analyze Ribbon...Database...Ray Database Viewer打開。在光線數(shù)據(jù)庫查看器的設(shè)置中，從“文件”下拉菜單中選擇先前保存的數(shù)據(jù)庫文件?，F(xiàn)在，光線數(shù)據(jù)庫設(shè)置允許選擇應(yīng)用一個過濾器。過濾器字符串，“Z”(沒有引號)，將只顯示那些有致命錯誤的射線。要應(yīng)用此過濾字符串，首先選中使用字符串框并將該字符串鍵入適當(dāng)?shù)臈l目。

通過適當(dāng)?shù)卣{(diào)整第 一條光線和結(jié)尾一條光線字段，過濾器可以應(yīng)用到保存的數(shù)據(jù)庫的一小部分?；蛘?，如果將結(jié)尾一條光線設(shè)置為初始光線追跡中啟動的光線的總數(shù)，則會處理整個數(shù)據(jù)庫(或者，您可以簡單地在結(jié)尾一條廣線字段中輸入一個負(fù)值，例如-1)。

在本例中，由于錯誤造成的能量損失為零，因此一旦應(yīng)用了錯誤過濾器，光線數(shù)據(jù)庫查看器中就不會顯示任何一條光線。然而，光線數(shù)據(jù)庫查看器中的過濾字符串功能并不局限于顯示帶有錯誤的光線。任何一個過濾字符串，或任何過濾字符串的組合，可以應(yīng)用于保存的光線數(shù)據(jù)庫；只有那些通過測試的射線才會被展示出來進(jìn)行更深入的分析。

為了確定與月光有關(guān)的總能量的比例，讓我們首先將光線從月球分離出來。為了做到這一點，我們可以將源對象1的#分析光線設(shè)置為0并重新運(yùn)行光線追跡，或者我們可以利用過濾字符串只顯示來自特定源的光線。為了演示過濾字符串的有效性，并使我們不必運(yùn)行新的射線跟蹤，我們將選擇后者。

過濾字符串可以應(yīng)用于3D布局圖，探測器查看器，和(正如我們已經(jīng)看到的)在光線數(shù)據(jù)庫查看器。在每個分析工具的設(shè)置中，可以將所需的過濾字符串輸入到字符串條目中。我們可以使用當(dāng)前的示例文件進(jìn)一步演示其中的一些功能。

在檢測器查看器的設(shè)置中，從光線數(shù)據(jù)庫下拉菜單中選擇先前保存的ZRD文件。一旦想要的光線數(shù)據(jù)庫被選中，過濾條目就會被啟用。

“On”過濾字符串標(biāo)志將只過濾來自源數(shù)n的光線。由于我們希望只顯示來自月球(源對象2)的光線，可以應(yīng)用過濾字符串“O2”。注意“O”是字母O，不是數(shù)字0。

根據(jù)保存的光線數(shù)據(jù)庫的大小和字符串的復(fù)雜性，OpticStudio可能需要一些時間來處理數(shù)據(jù)。一旦完成，探測器查看器應(yīng)該顯示過濾的光線數(shù)據(jù)。

注意，檢測器查看器底部的數(shù)據(jù)顯示了所選的光線數(shù)據(jù)庫文件和所應(yīng)用的過濾字符串。因此，不需要重新打開設(shè)置來驗證哪個過濾器已應(yīng)用到您正在查看的數(shù)據(jù)。

從本例中經(jīng)過過濾的探測器查看器來看，“熱點”不再存在，這無疑是恒星的圖像(來自源1的射線)。

對于當(dāng)前的光線追跡，大約8.531E-006瓦的月球初始總功率到達(dá)相機(jī)。但是，由于月亮比恒星亮得多，10-5的雜散月光抑制可能是不夠的，所以可能需要減少雜散月光的能量，以獲得更好的恒星圖像分辨率。有許多方法可以用來嘗試減少來自月球的雜散光。然而，這些主題超出了本文的范圍，我們將在本文中集中討論雜散光的來源。

你可以想象，第11號探測器并不適合回答這個問題。然而，正如前面提到的，過濾字符串也可以應(yīng)用于布局圖。在當(dāng)前的示例中，打開NSC 3D布局圖的設(shè)置，再次從光線數(shù)據(jù)庫下拉菜單中選擇先前保存的ZRD文件。在布局中顯示整個射線數(shù)據(jù)庫將變得過于擁擠，無法執(zhí)行任何實質(zhì)性的分析，所以我們將在一會應(yīng)用一個適當(dāng)?shù)倪^濾器。

需要注意的是，過濾字符串標(biāo)志可以單獨(dú)使用，也可以使用邏輯操作組合使用。一些比較常見的邏輯操作包括:'&'(邏輯和)，'|'(邏輯或)，'^'(亦或)，和'!'(邏輯)。當(dāng)過濾帶有多個特定屬性的光線時，這是非常有用的。

為了演示，讓我們?nèi)匀贿^濾來自月球并到達(dá)相機(jī)的光線。注意，盡管在從探測查看器查看結(jié)果時，字符串的第二部分不是必需的，但在布局圖的字符串中我們必須將第二個條件描述出來。否則，所有來自月球的光線都將被顯示出來，無論它們是否到達(dá)探測器。為了表示第二個參數(shù)，可以使用“Hn”標(biāo)志?！癏n”標(biāo)志代表擊中物體n的射線。

在這個例子中，經(jīng)過過濾的NSC 3D布局圖并不能真正表明光線來自月球的優(yōu)先區(qū)域。正如預(yù)期的那樣，在橢圓源中心區(qū)域的光線無法到達(dá)探測器，因為它們被副鏡和環(huán)繞副鏡的擋板擋住了。由于通過過濾器條件的光線數(shù)量非常大，而且OpticStudio每次旋轉(zhuǎn)繪圖時都必須重新評估過濾器，因此很難從當(dāng)前示例文件的布局中收集任何有效的、額外的信息。然而，這種方法在其他情況下肯定是有用的。

保留所有其他參數(shù)為默認(rèn)值。注意，這個矩形探測器被直接放置在月亮的前面。這樣，再次使用過濾字符串功能，我們可以更好地可視化那些來自月球并擊中相機(jī)的光線的分布。一旦定義了新的矩形檢測器，打開一個新的檢測器查看器來查看探測器器對象12(記住，必須正確設(shè)置才能顯示這個)。

如果我們執(zhí)行一個新的光線追跡并將光線保存到一個新的數(shù)據(jù)庫名稱中，例如“Stray light_telescope e_1a”。我們可以在新定義的探測器上看到極初的射線分布。

由于沒有應(yīng)用濾波器，探測器上的輻照度分布包括兩個來源的光線。同樣，我們只關(guān)心從月球發(fā)出并到達(dá)探測器的光線。因此，讓我們對探測器對象12應(yīng)用以下過濾字符串。

這可能是由于當(dāng)前未鍍膜的第 一校正透鏡(物體3)的多次反射造成的。為了確認(rèn)這一點，我們可以再次使用過濾字符串功能。

(Q3)第 一反射鏡多次反射產(chǎn)生的雜散光如何影響相機(jī)的總功率?

標(biāo)記“Gn”指的是根物體n反射回來的鬼像。這個標(biāo)記只在光線分裂激活時被設(shè)置為折射物體反射回來的光線。讓我們觀察從第 一個校正透鏡反射的光線(來自星星和月亮)在相機(jī)上的光線分布。

光線的“環(huán)”無疑是由于校正鏡的鬼像，占探測器平面總功率的一小部分，但可以測量(5.780E-006)。為了減少這些不需要的光線對相機(jī)的影響，我們可以在校正透鏡上涂上一層抗反射鍍膜。

應(yīng)用鍍膜后，重新運(yùn)行一個非序列光線追跡，并將光線數(shù)據(jù)保存到一個不同的文件名。

一旦光線追跡完成，確保在探測器查看器中選擇合適的ZRD文件，并應(yīng)用相同的鬼影過濾器G3。通過涂覆校正透鏡，我們有效地消除了射線的偽“環(huán)”，并將總“鬼影”能量降低了一個數(shù)量級。