一种折反式光学系统的消杂光设计

　　1　引言

　　光学系统形成物体的实像时，在像面上除了按正常光路进行成像外，尚有少量的非成像光线在像面上扩散，这种现象称为杂光现象。这些叠加到像面上的不参与直接成像的有害光称为杂光。

　　光学系统的杂光来源主要有[1-3]：1)光学元件的反射、散射和衍射;2)机械部件的反射、散射和衍射;3)视场外非成像光路的光线进入光学系统形成杂光;4)场外邻近强光源的辐射。杂光是对图像质量影响的主要因素之一。杂光的存在会降低像面的对比度和调制传递函数，使整个像面的层次减少，清晰度变差，严重时甚至使目标图像完全被杂光噪声所淹没，无论采取什么处理方法，都不能将目标图像显示出来。在实际光学系统中，不能彻底消除杂光，只能使之尽可能减少，以满足工程研制要求。

　　随着遥感相机分辨率和图像质量要求的不断提高，对相机进行杂光分析、消杂光设计和必要的试验验证是进行相机设计不可缺少的一个重要环节。本文针对一种折反式光学系统相机遇到的消杂光问题，建立了杂光分析模型，计算出相机的杂光系数，并根据杂光计算结果进行了消杂光设计，通过试 验 对 杂 光 计 算 结 果 进 行 了 验证，试验结果与计算结果吻合，验证了消杂光设计的正确性。

　　2　光学系统与杂光系数要求

　　某相机光学系统为折反式光学系统，组成如图1所示。来自地面的成像光线经由平面反射镜、窗口、小反射镜、前组镜头组件(透镜1、透镜2)、球面反射镜、前组镜头组件(透镜2、透镜1)、小反射镜、后组镜头组件(透镜3、透镜4、透镜5)、分光棱镜，最后分别成像于B1～B4谱段的CCD像面。相机的杂光系数要求为杂光系数≤5%。

　　3　杂光分析步骤

　　3.1　杂光系数的定义

　　杂光系数是在像面的杂光能量和总光能量的比值。设成像系统的杂光系数为η，成像系统像面的总光能量为L，成像系统像面的杂光能量为L1，则有：

　　进行杂光分析时，分别计算得到成像系统总光能量L和成像系统像面的有效光线的能量L2。这样，成像系统总光能量减去成像系统像面的有效光线的能量就是成像系统像面的杂光能量，得到：

　　3.2　杂光系数的计算步骤

　　计算步骤如下：

　　1)在相机遮光罩前设置一个具有朗伯特性的发光面，发光面上的每个点以2π立体角发出光线，进入相机的遮光罩。该发光面用于模拟进入相机的光线。

　　2)设置光学件和结构件的材料和表面特性。