光學設計中的雜散光

光學系統中的雜散光示意圖(來自網絡)

光學設計中的雜散光是從哪來的?在設計中“雜散光”概念的詮釋和理解對于不同的光學設計者目前并不一致，導致設計者之間的交流受阻，在某種程度上阻礙了雜散光分析與抑制領域的發展進步。

雜散光指的是非設計需要的光線通過光學系統后到達像面，是對光學系統中非正常傳輸光的概括，最終在像面形成不同類型的偽像。

在設計光學系統的過程中為保證系統的正常運行，要盡可能將雜散光降低。任何光學系統都會存在雜散光，特別是鏡頭應用于以下情況：太陽或各類明亮光源觀察物體形成雜散光造成鬼像;高精度輻射度測量如衛星或其他太空傳感器雜散光對精度影響較大;投影系統工作時對比度會因雜散光降低;紅外相機工作時系統自身紅外輻射形成雜散光對系統造成影響;光譜和其他多光譜測量時雜散光引起頻譜之間的串擾。

多年來，根據廣大光學設計者們的分析總結，雜散光的來源一般可以分為三大類：

第一類：成像類雜散光

成像類雜散光是可見光光學系統中需要重點分析的雜散光來源之一，預期設計的光線經過折射光學元件后，少量的光線發生散射、反射后最終仍然到達像面，對正常光路成像產生負面影響。

在此，值得一提的是，無論是光學系統中折射元件即透鏡表面如何處理，透鏡表面都無法做到完全光滑避免散射，也無法將表面的反射率降低至零，并且不可避免的出現少量反射光線。

對于成像類光學系統，若光學系統中的透鏡數量過多或者工作時面對的光源能量較強，雜散光對于成像的負面影響就會被放大，例如像面出現非常明顯的亮環或者亮斑。

第二類：系統元件自身的輻射

例如，紅外光學系統自身會產生紅外輻射，或帶有驅動系統或其他電子系統的光學結構當工作時間過長時，溫度上升后也會產生熱輻射，這些內部元件產生的雜散光嚴重時導致在像面形成噪聲。

第三類：其他光源的影響

例如太陽光和其在不同類型的表面例如地面、大氣層等產生的折射、反射和散射等進入光學系統，當能量過大時，通過光學系統后在像面形成噪聲，影響成像質量。

審核編輯 黃宇