雜散光問(wèn)題出現(xiàn)在幾乎所有的光機(jī)系統(tǒng)或者照明系統(tǒng)中。通過(guò)遮擋或者移除零件、表面涂漆或者在光學(xué)器件表面鍍膜都可以減少或者消除雜散光。在本案例中，我們將闡述雜散光的定義并且介紹怎樣利用FRED來(lái)分析和避免雜散光問(wèn)題。 dZm>LVjG
[1'`KJ] 1. 什么是雜散光？ Re('7m h~
p%CAicn 簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，雜散光就是系統(tǒng)不需要的噪音，它是由光機(jī)結(jié)構(gòu)、視場(chǎng)外光源或者不完善的光學(xué)零件產(chǎn)生的，還有可能是由光學(xué)或系統(tǒng)自身的熱輻射引起的。FRED 善于發(fā)現(xiàn)這些不需要的噪音，它將運(yùn)用它的虛擬樣機(jī)研究分析能力來(lái)幫助我們消除它。 o;mXk2
YMwM aU)K, 在成像系統(tǒng)中，雜散光的成因有很多，具體如下： v8,+|+3
Gd`qZqx# 鬼像 "g\
Ze'AZF 之所以叫作鬼像是因?yàn)橄衩骐x焦或者是由明亮的光源成鬼影一樣的像。鬼像是由透鏡表面的反射引起的。光線從透鏡表面反射偶數(shù)次就會(huì)形成鬼像。有兩次反射鬼像，四次反射鬼像等等。僅一個(gè)鏡面（比如卡塞格林望遠(yuǎn)鏡）構(gòu)成的光學(xué)系統(tǒng)是不會(huì)形成鬼像的。如果陽(yáng)光在拍攝視場(chǎng)內(nèi)或附近時(shí)，鬼像就會(huì)出現(xiàn)在影像中。汽車的頭燈或者街燈也會(huì)在夜間攝影時(shí)造成雜散光。如果光亮源很小，各個(gè)鬼像會(huì)形成光學(xué)系統(tǒng)的孔徑光闌的形態(tài)。在下圖1中呈現(xiàn)的就是一個(gè)很好的鬼像例子，其中一個(gè)雙膠合透鏡有著完美鍍膜的透鏡而另外一個(gè)光學(xué)系統(tǒng)的透鏡則沒(méi)有鍍?nèi)魏文�。追跡由一點(diǎn)發(fā)出的21*21的光線以覆蓋系統(tǒng)的第一片透鏡。 {Q?AIp6u|
7rc^-!k `!DrB08A 圖1.兩個(gè)雙膠合透鏡，上面的雙膠合透鏡的各個(gè)透鏡表面都鍍有理想的增透膜。下面的雙膠合透鏡由于其透鏡沒(méi)有鍍膜，各個(gè)光學(xué)表面有菲涅爾損耗從而產(chǎn)生鬼像。我們已經(jīng)改變了在各個(gè)表面的光線追跡控制，因此從這個(gè)表面反射的由于菲涅爾損耗而出現(xiàn)的光線變成了藍(lán)色。這種反射正是下方光學(xué)系統(tǒng)雜散光的成因。 Er Ji
Mi9A%ZmP 直接入射 4s~Y qP{K
BD[XP`[{ 在諸如卡塞格林式系統(tǒng)中，當(dāng)中心遮攔太大或者望遠(yuǎn)鏡鏡筒太短的時(shí)候，就會(huì)發(fā)生直接入射。視場(chǎng)以外的光線能夠進(jìn)入望遠(yuǎn)鏡，直接越過(guò)次鏡，穿越主鏡的開(kāi)孔，從而以雜散光的形式直接打到焦平面上。如下圖2所示的那種望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)，假如陽(yáng)光可以直接進(jìn)入的話，那這種雜散光危害是非常大的，對(duì)系統(tǒng)來(lái)說(shuō)簡(jiǎn)直就是一場(chǎng)災(zāi)難。 w"bQxS~$y
s<|.vVi" TS )p2# 圖2.圖中所示綠色光線是軸外光源發(fā)出的光線，該光線繞開(kāi)所有的光學(xué)部件并且直接進(jìn)入探測(cè)器上。FRED 的3D可視化效果和用戶自定義光路的能力，使得這個(gè)問(wèn)題很容易被發(fā)現(xiàn)。
Ec[=~>;n{l 一次散射光 @P6K`'.0
FD*`$.e3\ 當(dāng)雜散光源，比如太陽(yáng)，直接照射到光學(xué)系統(tǒng)的時(shí)候就會(huì)產(chǎn)生單次散射光。部分散射光線經(jīng)過(guò)光學(xué)系統(tǒng)之后，會(huì)照射到焦平面，我們認(rèn)為它散射進(jìn)了視場(chǎng)。而一旦光線散射進(jìn)了視場(chǎng)，它就變成了雜散光，要想消除這種雜散光，則不可避免地會(huì)伴有漸暈現(xiàn)象。所以遮光罩設(shè)計(jì)的基本目的就是不讓光線照射到系統(tǒng)上。 ||cG/I&,
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多次散射光線 #tKc!]m
QKYIBX 即使散射光源不直接照射光學(xué)器件，散射光也會(huì)間接產(chǎn)生。首先散射光源照射到遮光罩表面發(fā)生散射，然后照射到光學(xué)器件。由此造成的雜散光總是比直接照射的散射光要小，但是它還是因?yàn)樽銐虼蠖鹱⒁狻D3是一個(gè)很好的示范，它演示了場(chǎng)外光源發(fā)出的光線（圖中所示的綠色光線），進(jìn)入卡塞格林望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)后，怎樣在系統(tǒng)內(nèi)的遮光罩與遮光罩之間發(fā)生多次散射，并最終到達(dá)探測(cè)器。 3 zp)!Q Ji
FJKt5}`8 圖3 綠色光線進(jìn)入卡塞格林望遠(yuǎn)鏡后入射到桶狀主遮光罩上發(fā)生散射，而后射向主反射鏡和次反射鏡，（分別以紅色和藍(lán)色代表），部分這些光線最終反射到探測(cè)器上。 n`? j.
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邊緣衍射 >5#`j+8=q
mfQQ<Q @ 當(dāng)孔徑尺寸和波長(zhǎng)比相對(duì)較小的時(shí)候(104或者更小)，場(chǎng)外光源經(jīng)孔徑光闌發(fā)生的邊緣衍射可能是雜散光的一個(gè)重要來(lái)源。 w#U 3h]>,
!`hjvJryw 紅外系統(tǒng)中的自輻射 v2G_p |+O
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