概述

这篇文章介绍了如何在 OpticStudio 中仿真利用两片双折射晶体制作的光学低通滤波器。

介绍

光学低通滤波器 (optical low-pass filter, OLPF) 广泛应用于高级成像系统中，通常放置在CCD或COMS的前方。主要的功能是过滤影像中特定的空间频率，避免因为空间频率跟传感器取样频率过于接近时，因为发生混迭 (Aliasing) 而造成摩尔纹 (Moiré)。

解决这种问题可能的做法有好几种，目前最为符合量产可行性的常见作法之一就是利用双折射晶体把光路分裂，透过控制分裂距离，来消除特定的空间频率。

经过光学低通滤波器处理系统，反应在MTF上的效果就是特定频率的对比会下降，如同我们使用IR-CUT削去红色波长一样，OLPF也可以过滤不希望出现的空间频率。

建立双折射晶体

首先我们打开内建范例：

我们将会在像面 (IMAGE) 之前建立光学低通滤波器的结构，示意图如下：

要建立这个结构，我们在镜头数据编辑器 (LDE) 中新增五个面，并设定如下：

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几片玻璃，我们需要重新对焦，因此这里打开Quick Adjust，调整透镜最后一个面的厚度，如下：

最后打开多重结构编辑器，并设定如下：

由于在序列模式中我们无法让光线分裂，因此要模拟双折射分裂，必须使用多重结构 (Multi-Configuration) 来模拟。

每个双折射晶体都会依据偏振方向分裂为两个光路，两个双折射晶体共会有4个组合，关于双折射晶体的设定与仿真方式请参考Help文件中对于Birefringent In表面的说明。

现在让我们开启3D Layout来确认看看，设定如下：

我们只显示Chief Ray，可以看到光线在最后面分裂时的样子：

模拟结果

此系统含有多重结构，如果要一次观看全部的结构共同组成的PSF的话，需要使用Huygens PSF，以下是四个结构与单一结构的比较。

把同样条件输入到Huygens MTF后，就可以看到光学低通滤波的效果。

小结

这篇文章介绍了在OpticStudio中仿真利用两片双折射晶体制作的光学低通滤波器的详细步骤。