杂散光是指进入光学系统或成像设备并影响整体背景照明的不需要的光。 这种光可能来自光学系统内的各种光源和反射，并且可能对图像质量和系统性能产生不利影响。
图1 鬼影实例
杂散光对光学系统的影响取决于应用。 在成像系统中，杂散光会降低图像对比度、引入伪影并降低整体图像质量。 在科学仪器中，它会影响测量和观察的准确性。 因此，光学设计人员在设计和优化阶段非常小心地分析和减轻杂散光效应。
杂散光常常导致鬼像的形成。 当光在光学系统内散射或反射时，最终可能会导致产生不需要的重影。 图1说明了阳光环境下重影图像的影响。
通过仔细的光学设计可以减轻杂散光。 使用抗反射涂层、挡板、光阑和其他设计功能有助于最大限度地减少导致杂散光和重影的反射和散射。
这里提供了一个在 Zemax 非顺序模式下进行持续光分析的案例。 这是带有 3 片眼镜的库克镜头。 光学结构如图2所示。它是一种摄影镜头设计，即Cooke Triplet，其特点是使用以特定配置排列的三片镜片来减少光学像差并产生高质量图像。 该结构由三个透镜元件组成：正（凸）透镜、负（凹）透镜和正透镜。
图2 3片玻璃的库克透镜结构
库克镜头在电影摄影的发展中发挥了重要作用，库克三合一设计的变体已用于电影镜头。 该设计能够提供清晰的图像，使其适合电影制作。 这里的案例集成了角度的三个字段设置，分别是0度、14度和20度。
图3 库克透镜的视场
杂散光分析基于光线路径分析，以非顺序 (NSQ) 模式进行。 这里我们使用 Zemax 的内置函数在默认设置下将结构转换为 NSQ 模式。 NSQ 中的转换结构如图 4 所示。顺序模式中定义的三个字段由三个源对象和三个检测器对象表示。
图4 3片式Cooke透镜的NSQ模型
为了说明探测器平面上的杂散光能量分布，放置了一个尺寸为 60 mm x 60 mm 的矩形探测器，如下所示。 该探测器的像素数设置为 300 x 300，如图 5 所示。
图 5 用于杂散光分析的 NSQ 组件编辑器
图6 添加矩形探测器的NSQ模型
三个源分别分配2000条光线，用散射和分裂NSQ光线追踪光线，并将光线数据库保存为ZRD文件，如下：
图7 NSC光线追踪设置
图 7 显示了跟踪中添加的探测器处的不相干辐照度。可以看出，杂散光辐照度位于视图中心（小蓝点）。 这些是投射到探测器平面上的杂散光能量。 需要采取一些进一步的行动来识别和减少它们。
图 8 添加检测器处的不相干辐射
我们可以在 3D 布局中应用过滤字符串：G0&H11。 G0表示来自镜头组合的任意主体的鬼光段。 H11 表示光段击中物体 11，即添加的矩形探测器。 最小相对射线强度设置为3E-3，表示布局中显示的段能量的最低阈值。
图 9 典型杂散光布局
为了追踪每个元素的杂散光贡献，我们需要 Zemax 的“路径分析”功能，该功能只能在 Premium 或更高版本中使用。 图 10 显示了上述光线追踪结果的路径分析。 可以看出，光线在物体 5（路径#7、8、9）和物体 6（路径#10、11、12）处大部分反向反射。 因此，两个元件的两个表面都添加了增透膜（AR），如图11所示。
图 10 用于识别关键杂散光路径的光线路径分析
图11 物体5、6两面均镀增透膜
当使用与图 7 相同的设置进行追踪时，检测器上显示出更清晰的布局，如下图 12 所示。
图 12 关键元件添加增透膜后探测器平面的不相干辐射
整个杂散光分析过程可能很复杂。 经过识别和涂覆后，每个停留光路的贡献都可以显着减少。 根据结果调整光学系统、镀膜或其他参数并迭代，直到达到所需的性能。 Zemax 提供了一个用于光学设计和分析的综合平台，具体步骤和选项可能会根据所使用的 Zemax 版本而有所不同。