雜散光問(wèn)題出現在幾乎所有的光機系統或者照明系統中。通過(guò)遮擋或者移除零件、表面涂漆以及在光學(xué)器件進(jìn)行鍍膜都可以減少或者消除雜散光。 在本文中，我們會(huì )對雜散光做出定義并且說(shuō)明怎樣利用FRED 來(lái)分析和減少雜散光問(wèn)題。

1、 什么是雜散光？

簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，雜散光就是不需要的噪音(光)， 它是由光機結構、視場(chǎng)外光源或者不完善的光學(xué)零件產(chǎn)生的，或者由光學(xué)或者照明系統自身的熱輻射引起的。 FRED 善于發(fā)現這些不需要的噪音，它將運用它的虛擬樣機研究分析能力來(lái)幫助我們消除它。

在成像系統中，雜散光的成因有很多，具體如下：

鬼像

它之所以叫鬼像正是因為像面離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。光必須從透鏡表面反射偶數次才會(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（比如卡塞格林望遠鏡）構成的光學(xué)系統是不會(huì )形成鬼像的。 如果陽(yáng)光在拍攝視場(chǎng)內或附近時(shí)，鬼像就會(huì )出現在影像中。汽車(chē)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)系統的孔徑光闌的形態(tài)。 在下圖1中呈現的就是一個(gè)很好的鬼像例子， 其中一個(gè)雙膠合透鏡有著(zhù)完美鍍膜的透鏡而另外一個(gè)光學(xué)系統的透鏡則沒(méi)有鍍任何膜。追跡由一點(diǎn)發(fā)出的21*21的柵格光線(xiàn)以覆蓋系統的第一片透鏡。

圖1—兩個(gè)雙膠合透鏡，上面的雙膠合透鏡，在它的各個(gè)透鏡上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(xiàn)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的光線(xiàn)變成了藍色。這種反射正是下方光學(xué)系統雜散光的成因。

直接入射

在諸如卡塞格林式系統中，當中心遮攔太大并且／或者望遠鏡鏡筒太短的時(shí)候，直接入射就會(huì )發(fā)生。視場(chǎng)以外的光線(xiàn)能夠進(jìn)入望遠鏡，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所示的那種望遠鏡系統，假如陽(yáng)光可以直接進(jìn)入的話(huà)，那這種雜散光危害是非常大的，對系統來(lái)說(shuō)簡(jiǎn)直就是一場(chǎng)災難。

圖2— 圖中所示綠色光線(xiàn)是軸外光源發(fā)出的光線(xiàn)，該光線(xiàn)繞開(kāi)所有的光學(xué)部件并且直接進(jìn)入探測器上。FRED 的3D可視化效果和用戶(hù)自定義光路的能力，使得這個(gè)問(wèn)題很容易被發(fā)現。

一次散射光

當雜散光源，比如太陽(yáng)，直接照射到光學(xué)系統的時(shí)候就會(huì )產(chǎn)生單次散射光。部分散射光線(xiàn)經(jīng)過(guò)光學(xué)系統之后，會(huì )照射到焦平面。我們認為它散射進(jìn)了視場(chǎng)。而一旦光線(xiàn)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 )伴有漸暈現象.。所以遮光罩設計的基本目的就是不讓光線(xiàn)照射到系統上。

多次散射光線(xiàn)

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， 但是它還是因為足夠大而要引起注意。圖3是一個(gè)很好的示范， 它演示了場(chǎng)外光源發(fā)出的光線(xiàn)（圖中所示的綠色光線(xiàn)），進(jìn)入卡塞格林望遠鏡系統后，怎樣在系統內的遮光罩與遮光罩之間發(fā)生多次散射，并最終到達探測器。