引言

雜散光是光學(xué)系統(tǒng)中所有非正常傳輸光的總稱(chēng)。雜散光就是光學(xué)系統(tǒng)的噪聲，直接影響系統(tǒng)成像質(zhì)量，導(dǎo)致圖像對(duì)比度和調(diào)制傳遞函數(shù)降低。微光光學(xué)系統(tǒng)在低照度下接收目標(biāo)反射的微弱光信號(hào)，能夠在夜間無(wú)主動(dòng)照明的情況下發(fā)現(xiàn)目標(biāo)。在微弱信號(hào)探測(cè)中，雜散光的危害更加嚴(yán)重，少量的雜散光會(huì)使目標(biāo)淹沒(méi)在噪聲中，最終導(dǎo)致系統(tǒng)失效。所以針對(duì)這類(lèi)光學(xué)系統(tǒng)，一般都有雜散光指標(biāo)的要求。

1.微光光學(xué)系統(tǒng)基本參數(shù)圖1中的微光光學(xué)系統(tǒng)采用經(jīng)典的折射式結(jié)構(gòu)形式。根據(jù)微光像增強(qiáng)器的響應(yīng)光譜范圍，物鏡工作波段為450 nm～850 nm。選取F數(shù)1.5以保證獲得足夠的光能量，同時(shí)兼顧系統(tǒng)的體積和重量。當(dāng)物鏡在頻率50 lp/mm時(shí)，調(diào)制傳遞函數(shù)大于0.4，保證成像質(zhì)量良好，其技術(shù)指標(biāo)如表1所示。

圖1.微光光學(xué)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

表1.微光光學(xué)系統(tǒng)技術(shù)指標(biāo)2. 微光光學(xué)系統(tǒng)雜散光分析2.1 雜散光的形成

雜散光是入射到系統(tǒng)內(nèi)部或者在系統(tǒng)內(nèi)部產(chǎn)生的非成像光束，其主要來(lái)源有兩個(gè)方面：一是光學(xué)系統(tǒng)視場(chǎng)之外的雜散光源，由于系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的缺陷或光學(xué)系統(tǒng)所使用材料表面的散射特性，其所發(fā)出的光輻射直接（漏光）或間接（反射光、散射光）地傳播擴(kuò)散到像平面上的非目標(biāo)光信號(hào)；二是視場(chǎng)內(nèi)部的成像目標(biāo)雜散光，即成像目標(biāo)光線(xiàn)經(jīng)由系統(tǒng)以非正常成像路徑到達(dá)像平面的光線(xiàn)，主要是由成像目標(biāo)的光線(xiàn)通過(guò)光學(xué)、結(jié)構(gòu)元件表面的殘余反射、散射以及衍射所產(chǎn)生。

2.2 雜散光的危害對(duì)于成像光學(xué)系統(tǒng)，雜散光會(huì)增加像面上的噪聲，特別是在像面附近出現(xiàn)的雜散光匯聚點(diǎn)會(huì)對(duì)成像產(chǎn)生嚴(yán)重影響。 對(duì)于微光夜視產(chǎn)品來(lái)說(shuō)，雜散光對(duì)成像效果的影響更大。由于光能量較弱，低照度探測(cè)器件的增益高，對(duì)雜散光有明顯的放大作用，雜散光會(huì)明顯地增大背景噪聲、降低目標(biāo)與背景的對(duì)比度，從而影響系統(tǒng)觀(guān)察識(shí)別目標(biāo)的能力。尤其是對(duì)具有亮分劃的微光夜視產(chǎn)品，亮分劃的光學(xué)系統(tǒng)還會(huì)產(chǎn)生亮分劃幻象，它所引起的雜散光的危害更加嚴(yán)重，會(huì)影響觀(guān)察和瞄準(zhǔn)。

2.3 雜散光的消除

雜散光的消除方法包括兩類(lèi)：一是光學(xué)零件消除雜散光，光學(xué)零件表面鍍?cè)鐾改?，在光學(xué)零件外邊緣涂消光黑漆以吸收雜散光；二是結(jié)構(gòu)零件消除雜散光，在光學(xué)腔體鏡筒內(nèi)壁噴砂氧化、涂覆消雜光涂料，隔圈、壓圈等零件加消光光闌或者消光螺紋，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)雜散光的吸收。

但上述消除雜散光的措施僅是定性分析，缺乏量化分析的手段，雖然積累了一定的經(jīng)驗(yàn)，但由于雜散光對(duì)光學(xué)系統(tǒng)性能的影響因系統(tǒng)不同而變化，雜散光控制情況不穩(wěn)定，所以需要尋找一種定量分析的手段，既能有效減少雜散光，又方便加工。因此在現(xiàn)代微光光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，雜散光分析成為設(shè)計(jì)工作中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。

3. 雜散光仿真

圖2. 設(shè)置防雜散光光闌的鏡筒示意圖

圖3. 微光物鏡模型圖

4. 結(jié)論

本文以一個(gè)微光光學(xué)系統(tǒng)為對(duì)象，采用LightTools軟件進(jìn)行了雜散光分析和消雜散光結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。在討論雜散光原理的基礎(chǔ)上，分析了消除雜散光的方法和效果。結(jié)合微光光學(xué)系統(tǒng)，提出消光螺紋的方式消除雜散光，并用LightTools軟件建模分析不同螺距的螺紋對(duì)于雜散光消除的影響。仿真和試驗(yàn)結(jié)果均表明，采用螺距M0.35的消光螺紋能夠有效降低雜散光。該方法在微光產(chǎn)品設(shè)計(jì)和生產(chǎn)中能夠有效控制雜散光，對(duì)其他微弱信號(hào)探測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)也具有一定的借鑒意義。

審核編輯：郭婷