雜散光是任何能干擾光學系統預期功能的多余的電磁輻射。雜散光可以出現在成像系統或投影系統中，盡管控制前者的雜散光通常更為關鍵。雜散光可以來自光學系統正在拍攝的物體，也可以來自非預期的外部輻射源，或者就紅外敏感系統而言，雜散光可以來自系統本身的元件因自身熱量而發光。

雜散光的例子包括：

?光學系統內部機械安裝表面的反射光

?通過系統外殼縫隙的漏光

?由于系統光學表面的灰塵和其他缺陷帶來的散射光

?對于地基天文學而言，城市燈光經大氣反射產生的天空輝光可能是雜散光的主要來源

?太陽、地球和月球是軌道望遠鏡常見的外部雜散光源

兩種類型的雜散光

雜散光可以分為兩種不同的類型：鬼像和雜光或眩光。

在成像系統中，當來自圖像場中的光源的光經歷兩次或更多不需要的反射，然后落在成像設備上，產生不需要的鬼影圖像時，就會出現鬼像。對于數碼相機來說，鬼像最常見的來源之一是從成像設備反射回光學系統的光，然后從透鏡表面反射回來形成二次圖像。

雜光或眩光通常發生在當光在光學系統內部散射時，包括在光學表面缺陷處或在系統中的機械元件處。眩光也可能是由于大氣中光線的反射引起的，比如霧霾或天空輝光。

?鬼像

o通常由成像表面之間的非正常反射引起

o光柵的比較高的或未被阻擋的衍射級次

o明亮散射表面的二次成像

?雜光或眩光

o從光學系統視場之外入射到像面上的光

o視場范圍內的明亮光源，來自溫暖表面的熱輻射

o通常是光學系統內部的光散射的結果

鬼像示例：用手機相機拍攝的照片，清晰地顯示了蠟燭火焰的三個銳利聚焦的鬼影圖像。還有第四個彌散的鬼像，以中間銳利的鬼影為中心彌散開。

為什么在設計中發現雜散光很重要？

雜散光可以通過向圖像中添加不需要的光線來降低圖像的對比度。對于探測系統，雜散光會降低它們的靈敏度。對于商業成像系統，這可能會產生令人不快的圖像。對于光投影系統，雜散光會在光束圖案中產生不需要的亮斑。

軟件如何幫助尋找雜散光？

鬼影圖像通常可以用序列光線追蹤軟件進行分析。由于表面的反射率通常非常低，因此只有涉及兩次反射的鬼影才會引起關注。這顯著降低了問題復雜性，因此可以獨立檢查每個可能的鬼像路徑，并評估潛在影響。

鬼影示例：一個單獨的鬼影路徑的序列光線追蹤。視場范圍內的物體發出的光穿過透鏡，在右邊的探測器上成像。部分光隨后被探測器反射回透鏡。然后其中某一個透鏡表面將光線反射回探測器的不同位置。這個鬼影很有意思，因為鬼影光線幾乎聚焦在探測器上，這將導致與光線在一個更大的區域分散開相比，會出現一個更明亮的鬼影圖像。

雜光可以通過許多通常不可預料的光路進入光學系統。蒙特卡羅軟件被用來研究雜光的影響。窮舉方法將隨機產生許多光線，并通過模型分析能量如何分布。方差縮減方法用于提高從包含低概率事件（如大角度散射）的路徑中求解雜光貢獻的效率。

非預期光示例：視場范圍內的物體發出的光線經透鏡支架散射，然后被透鏡表面反射到探測器上。

雜散光模擬的計算方法

由鬼像和雜光組成的雜散光的分析和控制是成像系統設計中一項重要而復雜的任務。鬼像產生自位于主光路內的表面的多次反射。在焦點處或焦點附近撞擊在圖像平面上的鬼影圖像是特別值得關注的?—雜光可能是由于透鏡支架、透鏡的非光學表面（如平面和邊緣）的光反射引起的，也可能是探測器本身的反射重新成像到探測器上。由于探測器微觀結構的衍射，模擬從探測器反射的光線可能變得復雜。所有的計算都是均可用常見的光學設計仿真軟件完成。下面以Synopsys公司的三款軟件為例子，講述分析相機系統中雜散光的典型工作流程。

CODEV

l設計透鏡以滿足光學性能要求

l執行鬼像分析以找出特定的成對困難表面

l如果需要，使用@GHOST重新優化以避免鬼影圖像

l導出到LightTools以便進行安裝設計和雜光分析

LightTools

l從CodeV導入鏡頭文件

l設計鏡頭支架

l將光學特性指定給支架、透鏡和探測器的表面

l插入一個光源

l運行多重蒙特卡洛仿真以分析雜光和鬼像

RSoft

l在RSoft CAD中為探測器芯片和納米結構AR涂層建模

l采用BSDFUtility對使用FullWAVE或DifractMOD的結構的透射光和反射光進行建模

l輸出BSDF文件到LightTools

編輯：黃飛