光线追踪教程（C 部分）：MicroLens 演示——形状工程（高斯与球体）

在 B 部分中，我们将孔径光阑作为强空间/角度滤波器使用，并看到探测器接受度可以有多敏感。 在最后这一部分中，我们将改变微透镜特征本身的几何结构。 目标不是“优化”某个透镜，而是建立直觉：表面形状控制逸出光线的 角分布， 而这直接决定了探测器在有限孔径下能够接受多少光。

1. 改变透镜的形状

在 3D 场景中右键单击微透镜对象并选择 网格编辑器 （??）。 这将打开微透镜网格编辑器窗口 （??）， 在那里您可以通过选择不同的 数据库形状 来改变几何结构。

在网格编辑器中，将 从数据库选择形状 从默认穹顶改为 gauss，然后重新运行仿真。 您的结果应类似于 ??。 注意光束束团如何变化：高斯轮廓往往会以不同方式重新分配光线，而在此特定设置中 您常会发现 通过探测器孔的光更少。 这是几何效应：探测器只能在有限的位置/角度窗口内接受光线，因此任何会增加发散 （或横向偏移光线）的变化都会降低接受度。

接下来，尝试更极端的几何结构。在网格编辑器中，通过选择 球体 图标将微透镜对象切换为 balls，并重建/重新运行仿真。结果可见于 ??。 与平滑透镜表面相比，球形特征更像强曲率元件，会引入更宽范围的光线角度， 从而显著增加侧向泄漏与杂散路径。

关于高斯与球体应当得到的要点

关键教训是，“提取效率”不仅取决于有多少光离开表面，还取决于 它去往何处。 在这些场景中，探测器并不是无限半球：它位于有限孔径光阑之后，因此只有一部分光线角度是有用的。 一个能产生紧致、近轴束团的表面，即使总逸出功率相近，也可能在探测器上看起来更“亮”， 因为它与系统的接受度相匹配。

与简单穹顶相比，高斯形状往往会软化表面曲率分布，从而改变特征各处的局部折射角。 取决于您的几何结构，这可能增加发散、移动焦散，或改变光线在孔径平面处的交汇位置。 其净效应往往是接受功率下降：光线更多，但落入探测器可收集的狭小相空间窗口的光线更少。 换句话说，您改变了光源、微透镜与探测器之间的 展度（etendue）匹配。

球体（balls）案例在经典意义上刻意做得“非光学”：它引入强曲率，并为光线提供多次以大角度发射的机会。 这往往会产生更多杂散光路径与侧向泄漏——这正是实际光学设计者试图通过平滑表面、谨慎的光阑位置与遮光结构来抑制的行为。 这是一个有用的压力测试：如果在引入球形特征时探测器信号崩塌， 这说明系统受接受度限制且对角散射高度敏感。

在实践中，这也是为什么成像系统中的微透镜阵列会针对特定的传感器堆叠与光阑几何进行工程化：您设计的不是“一只透镜”， 而是一个 角度变换器，它将光源分布映射到下游光学的接受度之内。 这个演示的要点是：OghmaNano 允许您在投入任何指标或优化工作流之前，以可视化方式探索这种映射。