[科普中國]-消雜光光闌

雜散光的產(chǎn)生及其影響

雜散光是通過光學(xué)系統(tǒng)投射到像平面上不參與成像的有害的光。產(chǎn)生這些有害的光是由于非成像光線通過光學(xué)系統(tǒng)射向儀器鏡筒的內(nèi)壁表面，再由內(nèi)壁表面反射后通過光學(xué)系統(tǒng)的出射光瞳射向像面。其次是成像光束及非成像光束通過光學(xué)零件折射面時(shí)，有一部分光反射回到儀器內(nèi)壁表面，或在光學(xué)零件的兩個(gè)折射面間多次反射和折射產(chǎn)生的雜散光。還有就是光學(xué)零件表面劃痕、麻點(diǎn)、拋光不夠的部位，光學(xué)材料內(nèi)部的條紋及雜質(zhì)和光學(xué)零件的粗糙的非工作面的散射等原因引起的雜散光。

這種雜散光的危害是降低了像面上圖像的對比度，淹沒了對比度很低的圖像或圖像的細(xì)節(jié)，直接降低了光學(xué)系統(tǒng)的成像質(zhì)量。

雜散光可分為一次、二次和高次雜散光。凡由儀器內(nèi)壁表面、鏡框、光學(xué)零件表面及其他能產(chǎn)生雜散光的表面由一次反射或散射產(chǎn)生的射向成像面的，而且在視場角以內(nèi)的非成像光線，即為一次雜散光。一次雜散光再經(jīng)儀器內(nèi)壁表面等的反射或散射所產(chǎn)生的射向像面的，并在視場角以內(nèi)的非成像光線為二次雜散光。依此類推，可產(chǎn)生高次雜散光。

決定雜散光的數(shù)值指標(biāo)很難通過計(jì)算方法來預(yù)先確定。但是，對于一種特定的儀器，通過實(shí)驗(yàn)室實(shí)際測量的方法可測出其雜散光的數(shù)值指標(biāo)。在實(shí)際光學(xué)系統(tǒng)中不能徹底消除雜散光，只能使之盡可能減少。實(shí)現(xiàn)減少雜散光的方法有：在設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)使光學(xué)系統(tǒng)在滿足成像要求前提下盡可能使折射面減少，以使折射面產(chǎn)生的反射次數(shù)減少；使透鏡的實(shí)際口徑大一些，以減少透鏡邊緣產(chǎn)生的散射；在鏡筒設(shè)計(jì)時(shí)加上消雜光光闌或加工內(nèi)螺紋，以阻擋鏡筒內(nèi)表面反射的雜散光；使光學(xué)系統(tǒng)的工作距離盡可能大一些，以免由出射光瞳射出的發(fā)散狀雜散光大部分射向像面。在工藝上，應(yīng)使光學(xué)零件表面清洗干凈；光學(xué)材料應(yīng)要求選擇合適的氣泡度和條紋度；光學(xué)零件非工作面涂黑色涂料，并使之滲到粗糙表面的麻坑中去；使儀器鏡筒的內(nèi)壁及裝卡光學(xué)零件的金屬支撐件煮黑或涂以黑色無光漆。1

消雜光光闌的應(yīng)用消雜光光闌一種通常的用法是裝在儀器物鏡的前面，即遮光罩。若物鏡前面沒有任何光闌時(shí)，物空間內(nèi)約2p 角度內(nèi)的光線均可射入物鏡，則鏡筒內(nèi)壁等非工作表面將被照射大量光能，形成雜散光。為此，加上遮光罩可以攔掉視場以外的光線射入物鏡的入射光瞳。遮光罩的設(shè)計(jì)應(yīng)使任何直射到其內(nèi)表面的光線經(jīng)第一次反射后不能射入物鏡的入射光瞳。如右圖所示，在遮光罩的內(nèi)壁上可安置若干個(gè)消雜光光闌，所有光闌的邊緣必須沿著光管的邊界A1C1 和A2C2 。遮光罩的長度L可由下式確定：

遮光罩的入射孔徑D1可由下式計(jì)算：

式中，D為光學(xué)系統(tǒng)入射光瞳直徑；W 為系統(tǒng)的視場半角；W1為通過系統(tǒng)入射光瞳邊緣的光線和光軸間最大的夾角。給定遮光罩長度L或直徑D1 以后，在遮光罩內(nèi)消雜光光闌的數(shù)目和位置可用作圖的方法確定，如右圖所示。由點(diǎn)C1以視場半角W作直線C1D和A2B2 交于點(diǎn)D，連直線A1D和直線A2C2 交于點(diǎn)F。在點(diǎn)F處可放置第一個(gè)消雜光光闌。同時(shí)直線C1D又與A2C2 交于點(diǎn)H ，則在點(diǎn)H 處放置第二個(gè)消雜光光闌。連直線A1H 與A2B2 交于點(diǎn)G，連直線C1G與直線A2C2 交于點(diǎn)I ，在點(diǎn)I處設(shè)置第三個(gè)消雜光光闌。依此類推，可得一系列消雜光光闌的位置。當(dāng)兩條直線A1M和MC1 相對于直線A2B2 處于接近符合反射定律的情況，即 ，則直線C1M 和直線A2C2 的交點(diǎn)K處，即為最后一個(gè)消雜光光闌的位置。2