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本文介绍了如何在Ansys Zemax OpticStudio中使用鬼像分析工具对透镜系统进行杂散光分析。由透镜表面非预期光线反射所产生的鬼像反射，会在成像系统中形成伪影或导致对比度下降。这类影响在高功率激光系统中尤为显著，集中的反射光可能会造成光学元件损伤。对鬼像反射进行合理分析，对于减少杂散光、提升光学系统整体性能至关重要。本文阐述了如何利用鬼像分析模拟与分析单次及二次反射鬼像，并为解读分析结果、实现高效系统设计提供指导。
补充说明（关于镀膜假设）:
当前鬼像分析工具在进行鬼像反射分析时，假设光学系统中所有表面采用相同的镀膜参数。这一简化虽便于光学优化，但无法反映各独立表面可能存在的实际镀膜差异。
用户需注意，该工具仅提供初步分析方法：尽管忽略镀膜差异在优化阶段是合理且可接受的，但这会限制杂散光分析的准确性与真实性。在开展详细分析时需格外谨慎。
作者 Sean Lin, Wilson Chen
简介
鬼像分析通过将折射面转换为反射面，简化了鬼像反射的建模过程，从而实现对形成鬼像的光路追迹。它支持单次反射与二次反射分析，可计算鬼像系统的关键参数（如光线高度、焦距），并生成各鬼像系统的详细透镜文件以供进一步研究。尽管该工具功能强大，但在处理包含坐标断点或特殊面型的系统时存在一定局限性。对于全面的杂散光分析，可借助非序列光线追迹等其他工具来补充鬼像分析的功能。本文将概述鬼像分析的工作流程，重点介绍了实际应用中的注意事项，并探讨优化透镜设计以抑制鬼像效应的策略。
已优化的系统
光学成像系统的一些主要考虑因素包括系统尺寸、焦距、像差含量以及例如MTF的图像评估标准……只有在实现这些目标之后，杂散光才会成为关注的焦点。因此，在使用Ghost Focus Generator进行快速杂散光分析之前，我们首先选择一个优化后的成像系统作为基础。对于此工作流程，我们将参考下面的文章，并使用其中描述的优化手机镜头进行杂散光分析：
鬼像分析
首先，我们将使用鬼像分析工具，该工具可帮助识别单次反射或二次反射鬼像，并保存相应文件以供后续分析。
该工具会输出所有鬼像反射的列表，并为每类鬼像系统生成对应的透镜文件。不过，对于更复杂的系统，会计算出大量鬼像反射，进而需要保存众多文件。为简化流程，我们可以通过API 脚本筛选出影响最显著的鬼像反射。下方链接提供了一份现成的 API 脚本，它能以二次反射模式运行鬼像焦点生成器，并按照对光瞳鬼像与成像鬼像的影响程度从高到低对表面组合进行排序：
我们首先通过 API 运行鬼像分析，然后按照对光瞳鬼像和成像鬼像的影响严重程度对结果进行排序，如下图所示。光瞳鬼像是指反射光在光瞳面附近聚焦形成的鬼像，这类鬼像通常会影响光场均匀性与光瞳成像。与之相对，成像鬼像是指反射光在像面附近聚焦形成的非预期虚像，会直接影响成像质量。因此，我们的优先处理对象是成像鬼像。
接下来，我们将重点关注首个成像鬼像目标。我们会再次使用鬼像分析工具，并在 “鬼像反射膜层” 设置中添加增透膜（AR coating）。通过在光学表面施加镀膜以进行鬼像分析，我们可以模拟参与生成鬼像反射的表面的反射特性。我们将使用该工具保存第 7 面与第 6 面之间的二次反射文件，并通过几何图像分析（Geometric Image Analysis）来评估鬼像的照度。
从下方的分析图像中可以发现，当光源能量为1瓦时，像面处鬼像的最大光强为0.022 瓦 / 平方毫米。下一步将尝试通过优化来降低鬼像光强。
优化
回到原始透镜文件后，我们现在可以在评价函数（Merit Function）中使用GPIM操作数 进行优化。GPIM操作数用于计算并控制鬼像光瞳与鬼像成像相对于像面的位置。我们将目标值设为 0，目的是将鬼像的成像距离推至无穷远，以最小化其对像面的影响。
在本轮优化中，我们将在原系统设计所用评价函数的基础上，额外对GPIM操作数进行优化。这一做法可确保在改善杂散光问题的同时，不会大幅改动系统结构或降低成像质量。优化完成后，我们可对比两种工况下的调制传递函数（MTF），以验证系统性能是否仍符合原有标准。结果表明，优化前后的系统结构与MTF均无显著差异，且均满足原始技术指标要求。
优化效果
我们重复之前的步骤，使用鬼像焦点生成器工具为优化后系统的第7面与第6面生成鬼像文件。随后，在相同设置下执行几何图像分析以观察结果。优化后的结构成功分散了鬼像的焦点，将最大能量降至8.77E-04，显著减轻了鬼像的影响。
最后，我们在不同视场下采用相同的验证方法，结果表明优化后的系统在全视场范围内均有效降低了杂散光。
总结
本研究聚焦于光学成像系统的杂散光分析与优化。我们借助鬼像分析识别出显著的鬼像反射，优先针对成像鬼像进行改善，并保存二次反射文件用于分析。通过几何图像分析与GPIM 操作数等工具，我们在不牺牲原有光学性能的前提下优化了系统，以最小化鬼像光强—这一点已通过 MTF 对比得到验证。优化成功分散了鬼像焦点，大幅降低了最大能量水平。不同视场下的验证进一步表明，系统全域杂散光得到有效抑制，成像质量与一致性均得到提升。
通过该方法，我们可以在设计阶段的序列模式下直接有效消除二次反射鬼像。这是全面评估系统内杂散光所需的关键步骤之一。进一步的非序列分析对于评估额外效应至关重要，例如多次反射、全内反射（TIR），以及由机械部件或外部环境因素引起的杂散光。像Stray Light Analysis – Smartphone Camera – Ansys Optics这类资料强调了全面开展杂散光分析的重要性，确保所有潜在杂散光源都得到处理，以实现最优系统性能。
通过整合这些额外分析，设计人员能够全面理解杂散光行为，从而开发出在保持卓越成像性能的同时，能抵御各类杂散光源的高稳健性光学系统。