杂散光抑制方法总结（最全版）

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杂散光抑制方法总结（最全版）

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http://www.360doc.com/content/24/1126/10/85359500_1140445725.shtml

杂散光是光学系统中常见的问题，它会降低图像质量，影响成像系统的性能。本文详细介绍了杂散光的分类及其抑制方法，涵盖了视场内杂散光、视场外杂散光、内部热杂散光和外部热杂散光的成因和解决方案。通过优化光学系统设计、使用特殊材料和表面处理技术等方法，可以有效减少杂散光的影响，提高光学系统的成像质量。

一、杂散光概述

杂散光是指在光学系统中，由光束散射、反射、漫反射等引起的非预期光路。这些非预期光路降低了预期光路的光学效率，增加了非预期光路的光学效率，从而导致图像模糊、对比度降低和色彩失真，严重影响光学成像系统的性能。根据来源和影响范围，杂散光主要分为以下四类：视场内杂散光、视场外杂散光、内部热杂散光和外部热杂散光。虽然杂散光无法被完全消除，但它可以被降低到可以接受的程度。杂散光的另一个名字叫“光噪声”，就像电讯系统及声音系统中的噪声一样可以被“消除”，光噪声也可以通过很多方法进行抑制。

1. 视场内杂散光

成因：视场内杂散光主要由光学元件表面的反射和散射引起，这些光线直接进入成像面，影响图像质量。视场内杂散光通常表现为视场点光源周围的“光晕”。

抑制方法：

光学系统配置：优化光学系统的设计，减少不必要的反射和散射。
使用杂散光收集器：杂散光收集器的主要功能是捕获并吸收杂散光，防止其到达成像平面。通过设计合理的几何结构和使用高吸收率的材料，可以有效减少杂散光的影响。
使用黑色玻璃和布儒斯特角：布儒斯特角是指当光从一种介质入射到另一种介质时，反射光完全偏振的角度。在这个角度下，反射光的垂直分量为零，只有水平分量存在。这一特性可以用来减少反射光，从而减少杂散光。黑色玻璃是一种含有高浓度吸收剂（如碳黑、金属氧化物等）的玻璃材料，具有高吸收率和低反射率。这些吸收剂可以有效吸收光线，减少反射和散射。通过结合黑色玻璃和布儒斯特角，可以进一步减少杂散光。

遮光板和叶片：使用遮光板和叶片，减少光线的直接入射和多次反射。
光阑：合理设置光阑，控制光线的入射角度和路径。
表面特性：
涂层：
使用高吸收率的消光黑漆：如高效消光油墨，减少表面反射。
使用印度墨水：印度墨水是一种非常细的碳颗粒悬浮液，干燥后非常黑，具有很高的光吸收率。印度墨水容易涂覆在各种表面上，可以用于透镜、镜筒等光学元件，如果需要重新涂覆或修改，印度墨水可以用酒精等溶剂轻松去除。
使用黑色阳极氧化：黑色阳极氧化是一种有效的表面处理技术。通过在电解液中对铝及其合金进行阳极处理，形成一层致密的氧化铝膜。这层氧化铝膜不仅具有良好的耐磨性和耐腐蚀性，还可以通过染色处理变成黑色，从而有效吸收光线，减少反射。
使用树枝状表面：树枝状表面是一种特殊的表面结构，通过其独特的微观结构设计，可以显著减少杂散光的产生。树枝状表面相比黑漆或普通的阳极氧化具有更好的吸收，这种表面结构在光学系统中具有广泛的应用，特别是在需要高对比度和低杂散光的场合。
使用黑色贴纸：黑色贴纸是一种具有高光吸收率的材料，通常由黑色的纸张或薄膜制成。这些贴纸的表面经过特殊处理，具有较高的粗糙度和吸收性，可以有效地吸收光线，减少反射和散射。
使用黑塑料：黑塑料是一种含有碳黑或其他黑色颜料的塑料材料，具有高吸收率和低反射率。碳黑颗粒可以有效吸收光线，减少反射和散射。黑塑料的表面特性可以通过不同的制造工艺进行调整，以适应不同的光学应用需求。黑塑料在光学上类似于光亮的黑漆，但表面不如漆面光滑。与黑色阳极氧化一样，某些类型的黑塑料能透射近红外。
使用黑蜡：黑蜡是一种含有碳黑颗粒的蜡状材料。黑蜡的机械强度低，不会对软晶体产生过大的应力，适用于安装棱镜等光学元件。
使用黑玻璃：黑玻璃是一种含有高浓度吸收剂（如碳黑、金属氧化物等）的玻璃材料。它们可通过紫外固化胶粘在棱镜或窗口片的表面，从开始的位置收集和消除反射的杂光，这种方法能承受功率比喷漆高很多。

粗糙度：提高光学元件表面的粗糙度，增加散射，减少镜面反射。
清洁度：保持光学元件表面的清洁，减少污染物引起的散射。

2. 视场外杂散光

成因：视场外杂散光主要由透镜表面的鬼影和其他非预期光路引起，这些光线通过反射和散射进入成像面。视场外杂散光通常表现为整个视场内不均匀的辐射分布。如果光源在视场外，这些亮点通常只来自于非常靠近视场边缘的光源。

抑制方法：

光学系统配置：优化光学系统的设计，减少鬼影的产生。
减少曝光时间：缩短曝光时间，减少杂散光的积累。
图像处理：使用图像处理技术，如滤波、增强和去噪，减少杂散光的影响。
涂层：使用光学涂层（高透射率/反射/吸收）。
表面质量控制：严格控制光学元件表面的质量，减少表面缺陷。
表面清洁度控制：保持光学元件表面的清洁，减少污染物引起的散射。

3. 内部热杂散光

成因：内部热杂散光主要由光学系统内部的热源引起，如自反射（Narcissus）和其他热杂散光。内部热杂散光通常只在红外光学系统中受到关注，因为系统本身的自发射会在焦平面上产生杂散光。Narcissus是指通过透镜表面的反射到达探测器的内部辐射，这其中包括镜筒的热辐射与探测器自身的冷辐射，即一次冷反射像（Narcissus）。

抑制方法：