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光学软件FRED在杂散光分析中的应用

时间:2009-12-03 22:06:24 来源:网络收集 作者:秩名 阅读:

杂散光问题出现在几乎所有的光机系统或者照明系统中。通过遮挡或者移除零件、表面涂漆以及在光学器件进行镀膜都可以减少或者消除杂散光。在本文中,我们会对杂散光做出定义并且说明怎样利用FRED 来分析和减少杂散光问题。

1、什么是杂散光?

简单来说,杂散光就是不需要的噪音(光), 它是由光机结构、视场外光源或者不完善的光学零件产生的,或者由光学或者照明系统自身的热辐射引起的。 FRED 善于发现这些不需要的噪音,它将运用它的虚拟样机研究分析能力来帮助我们消除它。

在成像系统中,杂散光的成因有很多,具体如下:

鬼像

它之所以叫鬼像正是因为像面离焦或者是由明亮的光源成鬼影一样的像。鬼像是由透镜表面的反射引起的。光必须从透镜表面反射偶数次才会形成鬼像。有两次反射鬼像,四次反射鬼像等等。仅一个镜面(比如卡塞格林望远镜)构成的光学系统是不会形成鬼像的。如果阳光在拍摄视场内或附近时,鬼像就会出现在影像中。汽车的头灯或者街灯也会在夜间摄影时造成杂散光。如果光亮源很小,各个鬼像会形成光学系统的孔径光阑的形态。在下图 1 中呈现的就是一个很好的鬼像例子<其中一个双胶合透镜有着完美镀膜的透镜而另外一个光学系统的透镜则没有镀任何膜。追迹由一点发出的21*21 的栅格光线以覆盖系统的第一片透镜。

图1—两个双胶合透镜,上面的双胶合透镜,在它的各个透镜上都镀有理想的增透膜。下面的双胶合透镜由于其透镜没有镀膜,各个光学表面有菲涅尔损耗从而产生鬼像。我们已经改变了在各个表面的光线追迹控制,因此从这个表面反射的由于菲涅尔损耗而出现的光线变成了蓝色。这种反射正是下方光学系统杂散光的成因。

直接入射

在诸如卡塞格林式系统中,当中心遮拦太大并且/或者望远镜镜筒太短的时候,直接入射就会发生。视场以外的光线能够进入望远镜,直接越过次镜,穿越主镜的开孔,从而以杂散光的形式直接打到焦平面上。如下图2 所示的那种望远镜系统,假如阳光可以直接进入的话,那这种杂散光危害是非常大的,对系统来说简直就是一场灾难。

图2— 图中所示绿色光线是轴外光源发出的光线,该光线绕开所有的光学部件并且直接进入探测器上。FRED 的3D 可视化效果和用户自定义光路的能力,使得这个问题很容易被发现。

一次散射光

当杂散光源,比如太阳,直接照射到光学系统的时候就会产生单次散射光。部分散射光线经过光学系统之后,会照射到焦平面。我们认为它散射进了视场。而一旦光线散射进了视场,它就变成了杂散光,要想消除这种杂散光,则不可避免地会伴有渐晕现象。

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