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FRED在雜散光分析中的應用
時間:2010-12-23 18:44來源:訊技光電作者: 技術部點擊:列印

雜散光問題出現在幾乎所有的光機系統或者照明系統中。通過遮擋或者移除零件、表面塗漆以及在光學器件進行鍍膜都可以減少或者消除雜散光。 在本文中,我們會對雜散光做出定義並且說明怎樣利用FRED 來分析和減少雜散光問題。

1、 什麽是雜散光?

簡單來說,雜散光就是不需要的噪音(光), 它是由光機結構、視場外光源或者不完善的光學零件產生的,或者由光學或者照明系統自身的熱輻射引起的。 FRED 善於發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形成鬼像。有兩次反射鬼像, 四次反射鬼像等等。僅一個鏡面(比如卡塞格林望遠鏡)構成的光學系統是不會形成鬼像的。 如果陽光在拍攝視場內或附近時,鬼像就會出現在影像中。汽車的頭燈或者街燈也會在夜間攝影時造成雜散光。如果光亮源很小,各個鬼像會形成光學系統的孔徑光闌的形態。 在下圖1中呈現的就是一個很好的鬼像例子, 其中一個雙膠合透鏡有著完美鍍膜的透鏡而另外一個光學系統的透鏡則沒有鍍任何膜。追跡由一點發出的21*21的柵格光線以覆蓋系統的第一片透鏡。


圖1—兩個雙膠合透鏡,上面的雙膠合透鏡,在它的各個透鏡上都鍍有理想的增透膜。下面的雙膠合透鏡由於其透鏡沒有鍍膜,各個光學表面有菲涅爾損耗從而產生鬼像。我們已經改變了在各個表面的光線追跡控制,因此從這個表面反射的由於菲涅爾損耗而出現的光線變成了藍色。這種反射正是下方光學系統雜散光的成因。

直接入射

在諸如卡塞格林式系統中,當中心遮攔太大並且/或者望遠鏡鏡筒太短的時候,直接入射就會發生。視場以外的光線能夠進入望遠鏡,直接越過次鏡,穿越主鏡的開孔,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,假如陽光可以直接進入的話,那這種雜散光危害是非常大的,對系統來說簡直就是一場災難。


圖2— 圖中所示綠色光線是軸外光源發出的光線,該光線繞開所有的光學部件並且直接進入探測器上。FRED 的3D可視化效果和用戶自定義光路的能力,使得這個問題很容易被發現。

一次散射光

當雜散光源,比如太陽,直接照射到光學系統的時候就會產生單次散射光。部分散射光線經過光學系統之後,會照射到焦平面。我們認為它散射進了視場。而一旦光線散射進了視場,它就變成了雜散光,要想消除這種雜散光,則不可避免地會伴有漸暈現象.。所以遮光罩設計的基本目的就是不讓光線照射到系統上。

多次散射光線

 

即使散射光源不直接照射光學器件, 散射光也會間接產生。 首先散射光源照射到遮光罩表面發生散射,然後照射到光學器件。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註意。圖3是一個很好的示範, 它演示了場外光源發出的光線(圖中所示的綠色光線),進入卡塞格林望遠鏡系統後,怎樣在系統內的遮光罩與遮光罩之間發生多次散射,並最終到達探測器。


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