杂散光是智能手机相机系统中常见的光学问题，指光向相机传感器投射的不需要的散射光或镜面光，会降低相机系统的光学性能。Ansys Speos作为专业的光学仿真工具，能有效对智能手机镜头的杂散光进行全面分析。下面将详细介绍基于Ansys Speos的智能手机镜头杂散光分析流程。

一、分析流程概述

使用Ansys工具分析智能手机相机系统杂散光的典型工作流程分为四个关键步骤：

利用“Zemax Importer”工具将Zemax OpticStudio（ZOS）设计的镜头系统导入Speos。

检测所有可能的关键太阳位置和整个系统的光泄漏。

针对相机视场内四个不同太阳位置进行杂散光模拟。

分析杂散光路径序列，对特定太阳位置的杂散光进行抑制。

二、具体步骤详解

步骤一：使用“Zemax Importer”工具导入ZOS镜头设计到Speos

这一步是将光学设计数据从ZOS迁移到Speos的关键环节，为后续杂散光分析奠定基础。

导入操作：在Speos仿真界面中，点击Zemax import工具，选择*.ZMX格式的Zemax镜头设计数据。该工具会自动转换 Zemax的镜头数据参数、材料和能量接收器信息，将其转换为Speos可识别的功能数据。

镜头系统可视化：为清晰显示镜头系统，可将不同的镜头以不同颜色展示，便于后续分析和操作。

环境与仿真设置：定义环境太阳光源入射到镜头系统中，在direct simulation中选择source（光源）、geometry（几何结构）、sensor（传感器）进行运算仿真，激活light expert为true，并在sensor中勾选LXP选项。此时，所有几何图形的参考点、原点和照度传感器对应于图像平面的位置，镜头系统会被添加到光学机械部分和镜头边缘中。

步骤二：检测关键太阳位置和系统光泄漏

通过光线逆向追踪模拟方法，全面了解系统可能存在的杂散光来源。

逆向追迹原理：在direct模拟中，从成像sensor发送光线通过相机系统到天空，以此研究所有可能的临界太阳位置，同时检测机械系统中的漏光。Speos光线跟踪算法会考虑所有几何形状的材料行为。

区域分类：根据相机视场内外的临界光线路径，将相关区域分类。视场内的光源可能在镜头表面产生多次二次反光，导致鬼反光和镜头光晕；视场外的光源会对机械和光学零件造成杂散光。

可视化分析：利用Speos LXP功能，可在强度结果上可视化和导出特定区域的光线路径。假设相机系统水平对称，将强度传感器作为半球体放置在系统顶部，通过LXP功能选择任意区域并显示光线传播路径。

步骤三：视场内四个太阳位置的杂散光模拟

针对不同太阳位置，模拟杂散光在相机成像sensor上的表现。

在相机视场内选取四个不同的太阳位置（从0°到15°），使用Speos图形处理器运行完整的系统杂散光模拟，得到每个太阳位置下相机成像sensor上的杂散光结果，即不同太阳位置对应的成像效果，从而直观了解太阳位置对杂散光的影响。

步骤四：分析杂散光路径序列并抑制杂散光

通过深入分析光线路径，找到杂散光来源并采取抑制措施。

成像结果分析：显示5°太阳位置的成像结果，打开xmp文件，点击measure工具，选择杂光区域并查看其数据结果，如各区域的照度更大值等。

序列检测：在XMP结果中，点击tools工具的sequence detection功能，得到序列分层光线结果，发现从层1到层20的光线路径序列，这些序列按能量到达传感器的顺序排列。

路径分析举例：以序列20的光线为例，其路径为从光源发出，穿过前四个透镜，被镜面反光到物体10的正面。通过单击对象 10，可在3D视图中突出显示对应的几何图形。

杂散光抑制：识别导致杂散光的元素后，可采取相应措施。例如，光学抛光表面的菲涅耳反光和透光率分别为4%和96%，通过改变表面透光率可控制镜面杂散光；在物体表面应用AR涂层能减少光学系统中的反光，如在物体10的正面应用AR涂层可消除鬼像点。

重要参数设置

网格（meshing）设置是获得正确仿真结果的关键，它定义了被模拟几何图形的质量。精细的网格能得到更准确的结果，但会增加模拟时间；粗糙的网格可能导致结果误差，尤其对于精密光学元件。网格设置应与机身尺寸成比例，并在所有光学元件上应用精细的局部网格。更多网格设置细节可参考Speos用户指南中关于meshing的内容。

通过以上步骤，Ansys Speos能够全面、系统地完成智能手机镜头的杂散光分析，并为杂散光抑制提供有效的解决方案，从而提升智能手机相机系统的光学性能。