概述

這篇文章介紹了如何在 OpticStudio 中仿真利用兩片雙折射晶體制作的光學(xué)低通濾波器。

介紹

光學(xué)低通濾波器 (optical low-pass filter, OLPF) 廣泛應(yīng)用于高級成像系統(tǒng)中，通常放置在CCD或COMS的前方。主要的功能是過濾影像中特定的空間頻率，避免因?yàn)榭臻g頻率跟傳感器取樣頻率過于接近時(shí)，因?yàn)榘l(fā)生混迭 (Aliasing) 而造成摩爾紋 (Moiré)。

解決這種問題可能的做法有好幾種，目前最為符合量產(chǎn)可行性的常見作法之一就是利用雙折射晶體把光路分裂，透過控制分裂距離，來消除特定的空間頻率。

經(jīng)過光學(xué)低通濾波器處理系統(tǒng)，反應(yīng)在MTF上的效果就是特定頻率的對比會(huì)下降，如同我們使用IR-CUT削去紅色波長一樣，OLPF也可以過濾不希望出現(xiàn)的空間頻率。

建立雙折射晶體

首先我們打開內(nèi)建范例：

我們將會(huì)在像面 (IMAGE) 之前建立光學(xué)低通濾波器的結(jié)構(gòu)，示意圖如下：

要建立這個(gè)結(jié)構(gòu)，我們在鏡頭數(shù)據(jù)編輯器 (LDE) 中新增五個(gè)面，并設(shè)定如下：

Surface 12: Birefringent In
Thickness: 0.1
Material: CALCITE
Y-cosine: 1
Z-cosine: 1

Surface 13: Birefringent Out
Thickness: 0.1

Surface 14: Jones Matrix
Thickness: 0.1
A (real, image) = (1, 1)
B (real, image) = (1, -1)
C (real, image) = (1, -1)
D (real, image) = (1, 1)

Surface 15: Birefringent In
Thickness: 0.1
X-cosine: 1
Z-cosine: 1

Surface 16: Birefringent Out
Thickness: 0.1

由于在像面之前加上了幾片玻璃，我們需要重新對焦，因此這里打開Quick Adjust，調(diào)整透鏡最后一個(gè)面的厚度，如下：

最后打開多重結(jié)構(gòu)編輯器，并設(shè)定如下：

由于在序列模式中我們無法讓光線分裂，因此要模擬雙折射分裂，必須使用多重結(jié)構(gòu) (Multi-Configuration) 來模擬。

每個(gè)雙折射晶體都會(huì)依據(jù)偏振方向分裂為兩個(gè)光路，兩個(gè)雙折射晶體共會(huì)有4個(gè)組合，關(guān)于雙折射晶體的設(shè)定與仿真方式請參考Help文件中對于Birefringent In表面的說明。

現(xiàn)在讓我們開啟3D Layout來確認(rèn)看看，設(shè)定如下：

我們只顯示Chief Ray，可以看到光線在最后面分裂時(shí)的樣子：

模擬結(jié)果

此系統(tǒng)含有多重結(jié)構(gòu)，如果要一次觀看全部的結(jié)構(gòu)共同組成的PSF的話，需要使用Huygens PSF，以下是四個(gè)結(jié)構(gòu)與單一結(jié)構(gòu)的比較。

把同樣條件輸入到Huygens MTF后，就可以看到光學(xué)低通濾波的效果。

小結(jié)

這篇文章介紹了在OpticStudio中仿真利用兩片雙折射晶體制作的光學(xué)低通濾波器的詳細(xì)步驟。