本文将说明如何进行机构元件的杂散光分析。我们可以在OAS中对机械结构元件进行建模并赋予它特定的光学特性。由光线轨迹功能的协助，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构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。

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件的表面上时，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，特别是某些只需一次散射即可抵达像面的光线路径。

在OAS中对机械结构建模

在OAS中，可以使用机械模型功能对该系统的机械结构，包括镜筒、隔环等进行模型建立。除了在OAS中手动建模外，也可以将机械结构模型以STEP、IGES的CAD格式加入光学系统中。因此，光学设计者可直接将机械结构工程师建立的机械结构元件汇入OAS中，并接着进行杂散光分析。下图为在OAS中对整个光机系统进行建模后的整体图和剖切图。

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，机构工程师在进行设计时，会审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理应不会因为机构间的相互影响而产生杂散光。然而，机构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质量下降的可能原因。接下来我们将以范例系统说明如何辨别这些现象。

为机械结构元件套用光学特性

在接下来的步骤中，我们会为所有的机械结构元件套用相同的反射和散射特性。为确保机械结构的所有表面都具有相同特性，我们可依下图选取几何体属性，采用每个零件单一表面(将所有元件表面套用相同光学特性)。散射和膜层特性通过几何体属性中进行设定，如下图。

依上图所示，我们将膜层设定改为恒定色散，光线透射率为95%，即95%的能量可穿透表面，而剩下5%则会发生反射(注意，若编辑器中物件的材料被更改为镜面(MIRROR)，此时没有光线会穿透物件。95%的能量将被吸收，而剩下的5%则会发生反射)。在这样的条件下，5%的光线入射元件表面后会反射，并转变为朗伯散射分布。

机械结构元件产生的杂散光

为了找出范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作为杂散光源。该光源的位置和直径都会与实际的入瞳一样。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。为此，我们将朗伯光源的最大半锥角设为1，如下图，使散射的角度分布与朗伯散射一致。

接下来我们将执行光线追迹并储存光线信息。在编辑器中，我们将朗伯光源的分析光线数设为1E+5，以便单独观察杂散光的结果。在非序列设置的视窗中，请勾选记录光线轨迹。另外，我们只希望得到发生散射的光线在目标探测器上的照明结果，因此我们会在非序列设置为光线轨迹设置光线过滤（散射级次大于0表示发生散射的光线的轨迹会被记录）并且在光线轨迹的面型选择像面（只显示入射到探测器的光线轨迹数据）如下图。

完成光线追迹后，接着在分析光线管理中打开光线轨迹。下图为实体模型的结果。画面中显示了穿过整个系统的光线和机械结构元件的散射光，最终抵达探测器的结果。

下图显示散射级次2、3的详细光线轨迹数据。在这些数据中，光线分别在不同的机械元件(隔环2和3)表面发生散射比较频繁，如下图红框内所示。这些发生了多次散射的光线轨迹与只发生单次散射的路径相比，前者抵达探测器时的能量明显较低，对最终成像结果的影响也较小。

下图为使用筛选字符串单独显示散射级次2、3的散射光线轨迹的结果，更详细的描述可参考杂散光分析文章的第二篇。

在OAS中，我们可以使用光线管理的光线轨迹功能找出不同分裂级次或散射级次的杂散光路径。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。在这个范例中，隔环2和3造成的影响最为显著。光学设计者得以透过OAS中各式的功能，发现并修正机构元件对成像质量造成的负面影响。