概要

OpticStudio中，有兩個(gè)用來(lái)提升散射模擬效率的工具：Scatter To List以及Importance Sampling。在這篇文章中，我們?cè)敿?xì)討論了這兩個(gè)工具，并且以一個(gè)雜散光分析為例示范了如何使用Importance Sampling。

如何有效的模擬散射

對(duì)于絕大多數(shù)光學(xué)系統(tǒng)進(jìn)行散射模擬是非常重要的，尤其在雜散光分析中散射模擬更是關(guān)鍵所在。Zemax OpticStudio有很多內(nèi)建散射模型，這些模型支持使用者輸入任何散射分布。在非序列光線追跡中，需要使用非常多的光線射向模擬物件才能精確而適當(dāng)?shù)哪�擬散射分布。特別是當(dāng)觀察目標(biāo)相對(duì)于散射點(diǎn)占據(jù)的立體角很小時(shí)，這個(gè)問(wèn)題會(huì)更加嚴(yán)重。最簡(jiǎn)單直接的辦法就是增加入射或是散射的光線數(shù)量使更多的光線到達(dá)要觀察目標(biāo)。但是追跡更多光線會(huì)需要更多的時(shí)間，因此模擬散射就變的非常費(fèi)時(shí)。

在OpticStudio中，我們可以使用“Scatter To List”來(lái)改進(jìn)散射模擬效率，此設(shè)定強(qiáng)制系統(tǒng)只追跡那些散射到指定物件的光線而忽略其他光線。不過(guò)這并不是說(shuō)光線一定會(huì)散射到指定物件上，因此對(duì)于大量光線模擬這種方法并不能改善太多。另一個(gè)OpticStudio中的“Importance Sampling”設(shè)定，則可以大幅地增進(jìn)散射模擬的效率。這兩個(gè)工具都可以在Object Properties的Scatter To標(biāo)簽中找到。

Importance Sampling原理上與Scatter To List大不相同。如果我們?cè)贗mportance Sampling中加入一個(gè)物件，OpticStudio則會(huì)以這個(gè)物件為中心畫(huà)出一個(gè)虛擬的球體，然后所有的散射光將只會(huì)往這個(gè)球體過(guò)去。OpticStudio還會(huì)考慮散射分布，調(diào)整這些光線的權(quán)重，讓被照物體的散射光通量合理分布，這可以讓信噪比提升。當(dāng)然，使用者可以自定義目標(biāo)的虛擬球體的大小，以決定散射光要應(yīng)用的立體角大小。

在下面的系統(tǒng)中，一道光束入射到一個(gè)Lambertian散射的平面上，可以看到散射光線形成一個(gè)半球。即使每條入射光線有多達(dá)10條散射光線，還是只有一小部分的散射光才能擊中探測(cè)器。

但是如果我們開(kāi)啟Importance Sampling，如下圖，就會(huì)有大量的光線到達(dá)探測(cè)器。