3、杂散光来源分类：系统内散射、系统外散射、鬼像与光晕

做杂散光分析这么多年，我最大的感受就是：你得先知道敌人是谁，才能谈怎么打。杂散光的来源五花八门，但归纳起来其实就三大类。今天咱们就把这三大类掰开揉碎了讲清楚。

3.1 系统内散射：镜面、透镜、机械件

系统内散射，说白了就是光在镜头内部“乱撞”造成的。这是最让人头疼的一类，因为它的源头就在你的系统里，躲都躲不掉。

3.1.1 镜面散射

镜面不是完美的。你想想看，再好的抛光工艺，表面也有微米级的粗糙度。光打上去，除了按设计方向反射，还会有一部分向四面八方散射。这就是镜面散射。

我个人习惯把镜面散射分成两类：

• 表面粗糙度散射：这是加工工艺决定的。我记得有一次，一个客户拿来的反射镜，表面粗糙度RMS做到了0.5nm，按理说已经很好了。但在紫外波段，散射依然很明显。为什么？因为波长越短，对粗糙度越敏感。
• 污染散射：这个更常见。镜面上落了一粒灰尘，或者有指纹印，那散射量能翻好几倍。我曾经在无尘室里见过一块镜片，出厂时测的散射率是0.1%，结果在装配车间放了两天，再测变成了0.8%。嗯，这就是污染的威力。

3.1.2 透镜散射

透镜比镜面更复杂。光要穿过玻璃，所以除了表面散射，还有体散射的问题。

体散射主要来自玻璃内部的杂质、气泡、或者折射率不均匀。我遇到过最夸张的一个案例：某款红外镜头，用的锗玻璃，内部有一条肉眼几乎看不见的条纹。结果成像时，那个条纹对应的位置出现了一条亮带。追查下来，就是玻璃内部的折射率梯度造成的体散射。

3.1.3 机械件散射

这个往往被新手忽略。镜筒内壁、隔圈、压圈、遮光罩内壁……这些机械件表面，只要被光照到，就会产生散射。

机械件散射的典型特征：

• 表面处理决定一切：发黑处理做得好不好，直接影响散射量。我曾经对比过两种发黑工艺：一种是普通阳极氧化，一种是高吸收率的黑漆。同样的光照条件下，后者的散射能量只有前者的十分之一。
• 螺纹是重灾区：镜筒上的螺纹，每一个牙都是一个散射源。我建议，在关键光路附近，尽量用消光螺纹，或者干脆把螺纹区域用遮光罩挡住。

3.2 系统外散射：太阳、地气光

系统外散射，指的是来自镜头外部的强光源，直接或间接进入系统造成的干扰。这类杂散光的特点是能量大、角度广，一旦进来，基本就是灾难性的。

3.2.1 太阳光

太阳是最大的杂散光源，没有之一。它的能量密度极高，而且角度覆盖整个半球。太阳光进入镜头的方式主要有两种：

• 直接入射：太阳正好在视场内，或者靠近视场边缘。这种情况，再好的镀膜也扛不住。我记得有一次做星载相机测试，模拟太阳光从30°角入射，结果探测器直接饱和了，图像一片白。
• 间接入射：太阳光先照到遮光罩内壁，或者卫星本体，再散射进镜头。这种虽然能量弱一些，但角度刁钻，很难完全挡住。

3.2.2 地气光

地气光主要针对星载或机载光学系统。地球大气层反射和散射的太阳光，会形成一个巨大的背景光源。

地气光的特点是：

• 角度范围大：地球的圆盘在太空中看，角度可以到几十度。
• 光谱复杂：包含了大气吸收、散射、云层反射等多种效应。

我参与过一个低轨卫星项目，设计时只考虑了太阳光，没太在意地气光。结果在轨测试时发现，当卫星飞过云层密集的区域，图像背景亮度会突然升高。后来分析，就是云层反射的地气光进入了镜头。从那以后，我设计星载系统时，一定会把地气光作为必选项来分析。

3.3 鬼像与光晕

鬼像和光晕，是光学系统里最“鬼魅”的两种杂散光。它们不是散射，而是反射造成的。

3.3.1 鬼像

鬼像是光线在透镜表面之间多次反射形成的。比如，光线从第一面透镜进入，一部分透射，一部分反射回第二面透镜，再反射回来……这样来回几次，最后在像面上形成一个虚像。

鬼像的特征：

• 位置对称：鬼像通常出现在主像的对称位置，或者有固定的偏移量。
• 亮度衰减：每反射一次，能量就衰减一次。所以鬼像通常比主像暗很多。
• 形状怪异：有时候是圆形，有时候是椭圆形，取决于透镜的曲率。

我遇到过最离谱的鬼像：一个10片透镜的变焦镜头，在某个焦段下，鬼像居然有7个！密密麻麻排成一排。后来用软件追迹才发现，是某两片透镜之间的间距刚好满足多次反射的条件。

3.3.2 光晕

光晕和鬼像类似，但更“温柔”一些。它通常是由透镜边缘或镜筒内壁的反射造成的，形成一个弥散的亮斑，而不是清晰的像。

光晕的典型场景：

• 强光源在视场外：比如晚上拍路灯，路灯不在画面里，但画面边缘会出现一圈光晕。
• 大光圈镜头：光圈越大，光晕越明显。因为更多的边缘光线参与了反射。

3.4 知识体系总览

下面这张图，是我自己总结的杂散光来源分类框架。每次做分析前，我都会先对照这张图，看看可能漏掉了哪个环节。

3.5 小结

这一章我们把杂散光的三大来源理清楚了。系统内散射是“内鬼”，系统外散射是“外敌”，鬼像和光晕则是“影子杀手”。

我个人觉得，做杂散光分析，最重要的不是会用什么软件，而是脑子里有这张分类图。拿到一个镜头，先对照着想一想：哪些地方可能出问题？然后有针对性地去分析。这样效率最高，也最不容易漏项。

嗯，下一章咱们就聊聊怎么用软件把这些杂散光“抓”出来。到时候我会分享一些我自己的操作习惯和参数设置，都是实战中磨出来的经验。