OptisWorks软件在空间相机杂散光抑制分析中的应用

摘要：杂散光会降低成像对比度、降低信噪比，是影响空间光学遥感器成像质量的重要因素。本文利用 OptisWorks 软件对某 R‐C 系统相机进行杂散光分析，通过对相机整体结构进行建模和光线追迹,并进行光线逆向追迹功能明确杂散光来源，为消除杂散光提供依据。  

关键词：杂散光分析；光线追迹  

1.引言 

随着航天技术的迅速发展，在空间光学遥感领域中，无论军事还是民用领域对光学系统的成像质量提出了较高的要求。空间光学系统中的杂散光是影响像质的重要因素，所以消除杂散光成为了空间光学系统的重要课题。

杂散光是指达到光学系统的像面的非成像光线,主要由光学表面间的多次反射及非光学表面的反射、散射引起。其影响表现在降低像面的对比度，降低像面的信噪比，并且可能会在像面上产生光斑，导致像面质量下降，在某些情况下甚至会导致系统失效。

杂散光按照来源有三种：第一，来源于光学系统外的杂散光，例如太阳光、地球表面散射等进入系统内部进过反射、折射、衍射到达探测器，此类杂光称为外部杂散光；

第二，来源于光学系统内部的辐射，例如系统内部温度较高的部件，此类杂光称为内部杂散辐射；第三，成像光线经非光路表面散射或光经过非正常传播而进入探测面，此类称为成像杂光。 

由于杂散光对 R‐C系统的影响较大,所以为减少杂散光对系统的影响， 需设计外遮光罩、主次镜遮光罩等。外遮光罩的作用是可以有效的遮挡外界大角度杂散光入射到光学系统中，也可以增加遮光罩的长度来抑制杂散光。根据系统的设计要求，可用软件进行建模和模拟，确定一次散射表面和杂散光路径，以此为依据设计主次镜遮光罩。通常，主次镜遮光罩的内表面会成为一次散射表面，所以还需设计挡光环来减小一次散射表面。同时也可以增加外遮光罩的长度来抑制小角度的杂散光。 

本文中的 R‐C双反射加校正镜系统是典型的双反射镜系统，具有大口径、无色差、宽谱段无轴外像差的特点。

本文利用 OptisWorks 软件的杂散光分析模块对 R‐C 系统内部进行杂散光分析。首先在相机窗口前放置一个面光源，使发光角度可以覆盖所有可能直接或间接进入到相机的光线角度，再对整个相机结构进行光路仿真，在像面得到一幅照度图，同时可以从中得到各种光路的路径及能量百分比。根据不同路径的照度图，再对像面中的杂散光进行逆向追迹，可追迹到杂散光的传播路径及杂散光来源，为系统的优化设计提供依据。 

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