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线。这种光线可能来自光学系统内的各种光源和反射，可能会对图像质量和系统性能产生不利影响。
图 1 鬼影图像实例
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、产生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，光学设计师在设计和优化阶段非常小心地分析和减轻杂散光的影响。
杂散光经常会导致重影的形成。当光在光学系统内散射或反射时，最终可能会导致产生不想要的重影。图 1 说明了阳光环境下重影的影响。
可以通过精心的光学设计来减少杂散光。使用防反射涂层、挡板、挡块和其他设计特征有助于最大限度地减少造成杂散光和重影的反射和散射。
这里提供了一个在 Zemax 非序列模式下进行静态光分析的案例。这是一个带有 3 片镜片的 Cooke 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个透镜元件来减少光学像差并产生高质量的图像。该结构由三个透镜元件组成：一个正（凸）透镜、一个负（凹）透镜和一个正透镜。
图2 包含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，库克三重设计的变体已用于电影镜头。该设计能够提供清晰的图像，非常适合电影制作。此处的案例集成了三种视场设置，分别为 0、14 和 20 度。
图 3 库克透镜的视场
杂散光分析基于射线路径分析，以非序列（NSQ）模式进行。这里我们使用 Zemax 的内置函数以默认设置将结构转换为 NSQ 模式。NSQ 中转换后的结构如图 4 所示。序列模式下定义的三个场由三个源对象和三个探测器对象表示。
图4 三片式库克透镜的 NSQ 模型
为了说明探测器平面上的杂散光能量分布，将一个矩形探测器（尺寸为 60 mm x 60 mm）放置在那里，如下所示。此探测器的像素数设置为 300 x 300，如图 5 所示。
图 5 NSQ 组件编辑器用于杂散光分析
图 6 添加矩形探测器的 NSQ 模型
三个光源每个分配2000条射线，用散射和分裂NSQ射线进行射线追迹，并将射线数据库保存为ZRD文件，如下所示：
图7 NSC光线追踪设置
图 7 显示了跟踪结果中增加的探测器处的非相干辐照度。可以看到视图中心的杂散光辐照度（小蓝点）。这些是投射在探测器平面上的杂散光能量。需要采取一些进一步的措施来识别和减少它们。
图 8 添加探测器处的不相干辐射
在三维布局中我们可以套用一个过滤字符串：G0&H11，G0表示来自任意一个镜头组合的鬼影光段，H11表示光段击中物体11，也就是增加的矩形探测器，最小相对射线强度设置为3E-3，也就是布局中显示的最低光段能量阈值。
图 9 典型杂散光布局
为了追踪每个元件的杂散光贡献，我们需要 Zemax 的“路径分析”功能，该功能仅在 Premium 或更高版本中可用。图 10 显示了上述光线追踪结果的路径分析。可以确定光线在物体 5（路径 #s 7,8,9）和 6（路径 #s 10,11,12）处大量反转回来。因此，在两个元件的两个表面上都添加了防反射 (AR) 涂层，如图 11 所示。
图 10 射线路径分析以识别关键杂散光路径
图11 在物体5和6的两个表面上都涂上AR涂层
当使用与图 7 相同的设置进行跟踪时，探测器的布局变得更加清晰，如下图 12 所示。
图 12 在关键元件上添加 AR 涂层后探测器平面的非相干辐射
整个杂散光分析过程可能很复杂。识别和镀膜后，每个杂散光路贡献都可以显著减少。根据结果调整光学系统、镀膜或其他参数，并进行迭代，直到达到所需的性能。Zemax 提供了一个全面的光学设计和分析平台，具体步骤和选项可能因所使用的 Zemax 版本而异。