雜散光（stray light）指遠(yuǎn)離吸收光的其他波長的入射光，由光源經(jīng)色器時(shí)反射、散射或外界干擾產(chǎn)生，常見成因包括光學(xué)元件污染、光柵結(jié)構(gòu)缺陷及系統(tǒng)設(shè)計(jì)不足，其中光柵貢獻(xiàn)占比約80%。其本質(zhì)為光學(xué)系統(tǒng)的非預(yù)期噪聲，分為外部光源反射、內(nèi)部熱輻射和成像光線異常傳播三類。

一、雜散光的主要產(chǎn)生原因

雜散光并非單一來源，它主要由以下幾個(gè)原因造成：

散射

表面散射：

□ 光學(xué)元件（如透鏡、反射鏡）表面因灰塵、劃痕、瑕疵或制造缺陷，導(dǎo)致光線發(fā)生漫反射，而不是按設(shè)計(jì)路徑傳播。

體內(nèi)散射：

□ 光學(xué)材料（如玻璃）內(nèi)部存在氣泡、雜質(zhì)或不均勻，使光線在材料內(nèi)部發(fā)生散射。

非預(yù)期反射

機(jī)械結(jié)構(gòu)反射：

□ 鏡頭筒內(nèi)壁、光圈葉片、傳感器基底等非光學(xué)表面發(fā)生的反射。即使這些內(nèi)壁被涂黑，也無法100%吸收所有光線。

光學(xué)表面多次反射：

□ 光線在多個(gè)透鏡表面之間來回反射后，最終意外地到達(dá)像面。

衍射

光線通過光圈邊緣時(shí)會發(fā)生衍射，產(chǎn)生微弱的、非成像的光線分布。

光學(xué)像差

透鏡設(shè)計(jì)本身不完美，導(dǎo)致光線無法完美匯聚到一點(diǎn)，部分光線會“溢出”到不該去的地方，形成雜散光。例如彗差、像散等。

二、雜散光的表現(xiàn)形式（負(fù)面影響）

雜散光在最終圖像或數(shù)據(jù)中通常表現(xiàn)為：

鬼影：

□ 當(dāng)畫面內(nèi)有強(qiáng)光源（如太陽、燈光）時(shí)，在圖像的對稱位置出現(xiàn)的光斑，通常是光圈形狀的倒像。這是由于光線在透鏡組之間多次反射形成的。

光暈：

□ 在強(qiáng)光源周圍出現(xiàn)的模糊、發(fā)亮的區(qū)域，降低了畫面的對比度。

霧霾/灰霧：

□ 整個(gè)畫面像蒙上了一層薄紗，導(dǎo)致圖像整體對比度和色彩飽和度下降，黑色不夠純正。

雜散像：

□ 在圖像中出現(xiàn)與實(shí)物不符的、意外的亮斑或圖案。

三、實(shí)際應(yīng)用中的例子

攝影：

逆光拍攝：

□ 當(dāng)太陽在畫面中或邊緣時(shí)，很容易出現(xiàn)鬼影和光暈。

夜間攝影：

□ 拍攝街燈、月亮?xí)r，畫面中可能出現(xiàn)不需要的光斑。

天文望遠(yuǎn)鏡：

觀測較暗的星體時(shí)，如果附近有明亮的行星或恒星，雜散光會淹沒微弱的星光，使觀測失敗。

顯微鏡：

觀察透明或低對比度樣本時(shí)，雜散光會降低圖像的清晰度和細(xì)節(jié)分辨率。

光譜儀：

雜散光會使測量到的光譜數(shù)據(jù)出現(xiàn)背景噪聲，甚至產(chǎn)生“假峰”，導(dǎo)致分析結(jié)果嚴(yán)重錯(cuò)誤。這是光譜分析中最致命的問題之一。

四、如何控制和減少雜散光？

光學(xué)工程師們會采用多種方法來抑制雜散光：

鍍增透膜：

□ 在透鏡表面鍍上一層薄膜，減少每個(gè)表面的反射，這是最基礎(chǔ)且有效的方法。

使用光闌：

□ 在光學(xué)路徑中設(shè)置一系列光闌，只允許成像所需的光線通過，阻擋偏離路徑的雜散光。

內(nèi)壁處理：

□ 將鏡頭筒、鏡座等機(jī)械結(jié)構(gòu)內(nèi)壁做成螺紋狀或階梯狀，并涂上特殊的黑色消光漆，以最大限度地吸收雜散光。

精心設(shè)計(jì)擋光板：

□ 在系統(tǒng)內(nèi)部關(guān)鍵位置設(shè)置經(jīng)過精確計(jì)算的擋光板，直接遮擋掉來自強(qiáng)光源的直射雜散光。

優(yōu)化光學(xué)設(shè)計(jì)：

□ 通過計(jì)算機(jī)軟件進(jìn)行“雜散光分析”，在設(shè)計(jì)階段就預(yù)測并消除潛在的雜散光路徑。

五、總結(jié)

雜散光是光學(xué)系統(tǒng)中一種有害的、非預(yù)期的光輻射，它會降低圖像對比度、產(chǎn)生鬼影和光暈、并導(dǎo)致測量數(shù)據(jù)失真。控制和消除雜散光是設(shè)計(jì)任何高性能光學(xué)系統(tǒng)時(shí)必須解決的關(guān)鍵挑戰(zhàn)。