光学设计中的杂散光

光学系统中的杂散光示意图(来自网络)

光学设计中的杂散光是从哪来的?在设计中“杂散光”概念的诠释和理解对于不同的光学设计者目前并不一致，导致设计者之间的交流受阻，在某种程度上阻碍了杂散光分析与抑制领域的发展进步。

杂散光指的是非设计需要的光线通过光学系统后到达像面，是对光学系统中非正常传输光的概括，最终在像面形成不同类型的伪像。

在设计光学系统的过程中为保证系统的正常运行，要尽可能将杂散光降低。任何光学系统都会存在杂散光，特别是镜头应用于以下情况：太阳或各类明亮光源观察物体形成杂散光造成鬼像;高精度辐射度测量如卫星或其他太空传感器杂散光对精度影响较大;投影系统工作时对比度会因杂散光降低;红外相机工作时系统自身红外辐射形成杂散光对系统造成影响;光谱和其他多光谱测量时杂散光引起频谱之间的串扰。

多年来，根据广大光学设计者们的分析总结，杂散光的来源一般可以分为三大类：

第一类：成像类杂散光

成像类杂散光是可见光光学系统中需要重点分析的杂散光来源之一，预期设计的光线经过折射光学元件后，少量的光线发生散射、反射后最终仍然到达像面，对正常光路成像产生负面影响。

在此，值得一提的是，无论是光学系统中折射元件即透镜表面如何处理，透镜表面都无法做到完全光滑避免散射，也无法将表面的反射率降低至零，并且不可避免的出现少量反射光线。

对于成像类光学系统，若光学系统中的透镜数量过多或者工作时面对的光源能量较强，杂散光对于成像的负面影响就会被放大，例如像面出现非常明显的亮环或者亮斑。

第二类：系统元件自身的辐射

例如，红外光学系统自身会产生红外辐射，或带有驱动系统或其他电子系统的光学结构当工作时间过长时，温度上升后也会产生热辐射，这些内部元件产生的杂散光严重时导致在像面形成噪声。

第三类：其他光源的影响

例如太阳光和其在不同类型的表面例如地面、大气层等产生的折射、反射和散射等进入光学系统，当能量过大时，通过光学系统后在像面形成噪声，影响成像质量。

审核编辑 黄宇