引言

雜散光是光學系統中所有非正常傳輸光的總稱。雜散光就是光學系統的噪聲，直接影響系統成像質量，導致圖像對比度和調制傳遞函數降低。微光光學系統在低照度下接收目標反射的微弱光信號，能夠在夜間無主動照明的情況下發現目標。在微弱信號探測中，雜散光的危害更加嚴重，少量的雜散光會使目標淹沒在噪聲中，最終導致系統失效。所以針對這類光學系統，一般都有雜散光指標的要求。

1.微光光學系統基本參數圖1中的微光光學系統采用經典的折射式結構形式。根據微光像增強器的響應光譜范圍，物鏡工作波段為450 nm～850 nm。選取F數1.5以保證獲得足夠的光能量，同時兼顧系統的體積和重量。當物鏡在頻率50 lp/mm時，調制傳遞函數大于0.4，保證成像質量良好，其技術指標如表1所示。

圖1.微光光學系統結構示意圖

表1.微光光學系統技術指標2. 微光光學系統雜散光分析2.1 雜散光的形成

雜散光是入射到系統內部或者在系統內部產生的非成像光束，其主要來源有兩個方面：一是光學系統視場之外的雜散光源，由于系統結構設計的缺陷或光學系統所使用材料表面的散射特性，其所發出的光輻射直接（漏光）或間接（反射光、散射光）地傳播擴散到像平面上的非目標光信號；二是視場內部的成像目標雜散光，即成像目標光線經由系統以非正常成像路徑到達像平面的光線，主要是由成像目標的光線通過光學、結構元件表面的殘余反射、散射以及衍射所產生。

2.2 雜散光的危害對于成像光學系統，雜散光會增加像面上的噪聲，特別是在像面附近出現的雜散光匯聚點會對成像產生嚴重影響。 對于微光夜視產品來說，雜散光對成像效果的影響更大。由于光能量較弱，低照度探測器件的增益高，對雜散光有明顯的放大作用，雜散光會明顯地增大背景噪聲、降低目標與背景的對比度，從而影響系統觀察識別目標的能力。尤其是對具有亮分劃的微光夜視產品，亮分劃的光學系統還會產生亮分劃幻象，它所引起的雜散光的危害更加嚴重，會影響觀察和瞄準。

2.3 雜散光的消除

雜散光的消除方法包括兩類：一是光學零件消除雜散光，光學零件表面鍍增透膜，在光學零件外邊緣涂消光黑漆以吸收雜散光；二是結構零件消除雜散光，在光學腔體鏡筒內壁噴砂氧化、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，從而實現對雜散光的吸收。

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驗，但由于雜散光對光學系統性能的影響因系統不同而變化，雜散光控制情況不穩定，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。因此在現代微光光學系統設計中，雜散光分析成為設計工作中的一個重要環節。

3. 雜散光仿真

圖2. 設置防雜散光光闌的鏡筒示意圖

圖3. 微光物鏡模型圖

4. 結論

本文以一個微光光學系統為對象，采用LightTools軟件進行了雜散光分析和消雜散光結構設計。在討論雜散光原理的基礎上，分析了消除雜散光的方法和效果。結合微光光學系統，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于雜散光消除的影響。仿真和試驗結果均表明，采用螺距M0.35的消光螺紋能夠有效降低雜散光。該方法在微光產品設計和生產中能夠有效控制雜散光，對其他微弱信號探測系統的設計也具有一定的借鑒意義。

審核編輯：郭婷