消滅機載光學艙雜散光：奈米碳管塗層於 LWIR 酬載之冷屏與遮光罩應用

進入 2026 年，無人載具（UAV）的光電酬載（EO/IR Payload）設計正面臨著極端的尺寸、重量與功耗（SWaP）微縮挑戰，為了在更小的機載光學艙內塞入超廣視場角（WFOV）與百萬畫素等級的長波紅外線（LWIR）感測器，光學透鏡、遮光罩（Baffles）、冷屏（Cold Shields）與內部機械結構之間的幾何間隙被壓縮至物理極限，隨著非冷卻微測輻射熱計的熱靈敏度（NETD）逼近理論熱雜訊極限，感測器對任何非目標的微弱熱光子都變得極度敏感。

在此精密光學封裝架構下，系統的成像品質已不再單純取決於透鏡的波前像差，而是受制於光學艙內部的「光學雜訊」，任何在視場外（Out-of-Field）的高強度熱源（如無人機自身的馬達廢熱或太陽輻射），一旦進入光學艙並發生非預期的反射，將在焦平面陣列（FPA）上形成無法透過演算法消除的鬼影（Ghosting）與雜散光（Stray Light），為了維持邊緣 AI 視覺辨識的數據純淨度，2026 年的高階軍規光電系統對內部吸收塗層的物理特性提出了極度嚴苛的規範，工程師在實務設計上面臨著三大難以妥協的物理難題。

大入射角下的 BRDF 鏡面化退化

在緊湊的機載光電球內部，為了阻擋離軸雜散光，工程師會設計多層遮光罩，然而雜散光子往往是以極大的傾斜角（例如大於 60 度甚至 80 度的掠射角）撞擊這些遮光結構，傳統光學系統所使用的黑體漆或陽極處理表面，在法線方向（0 度）可能具備高達百分之九十五的吸收率；但根據雙向反射分佈函數（BRDF）的物理特性，當入射角極度偏離法線時，這些傳統塗層的微觀粗糙度將無法有效捕捉光子，其物理特性會急遽背離理想的朗伯體（Lambertian Radiator），轉而表現出如同鏡面般的全反射特性，這種掠射角的反射突波（Reflectance Spike）會引導高能雜散光精準地彈射進感測器內部，瞬間導致熱像儀的動態範圍飽和，使 AI 追蹤系統徹底致盲。

NUC 旗標與冷屏的本底熱反射（Narcissus Effect / 鬼影效應）

無人機內部的非均勻性校正（NUC）快門（Flag）與感測器周邊的冷屏，必須作為一個絕對的熱力學零點或均勻基準， 若這些元件表面的紅外線發射率未達完美（例如僅有 0.95），代表其具備高達百分之五的反射率，對於極度敏感的 LWIR 感測器而言，這百分之五的反射率會讓感測器「看見」自己陣列散發出的本底熱能，或是反射出電路板運作時的不均勻熱梯度，這種被稱為 鬼影效應（Narcissus Effect）的自我熱反射，會將虛假的幾何熱圖案投射至畫面上，當系統執行自動 NUC 校正時，這些因內部反射產生的幽靈熱梯度會被錯誤地寫入補償矩陣中，導致無人機在觀測平坦背景時，畫面上永遠存在著無法抹除的固定模式雜訊（FPN）。

嚴苛航太環境下的釋氣（Outgassing）與微粒脫落（PFO）

為提升吸收率，許多傳統高發射率塗層依賴極度多孔的微觀結構或高揮發性的化學黏合劑，當無人機進入高空低壓環境，或是進行熱真空（T-VAC）測試時，傳統塗層極易發生釋氣現象（Outgassing），這些揮發出的碳氫化合物分子會重新凝結在低溫的鍺透鏡表面，造成光學穿透率永久下降；另一方面，在面對飛彈發射或無人機高機動飛行產生的高頻震動與數百 G 的衝擊時，傳統多孔厚塗層極易產生微觀碎裂（Particle Fallout, PFO），一旦這些黑色微粒掉落在未封裝的百萬畫素 FPA 上，將形成永久的「盲元（Dead Pixels）」，徹底摧毀這套高價值光電酬載的妥善率；此外高空雲層的水氣若被塗層吸收，更會動態改變遮光罩的熱質量與發射率，讓測試基準變得無法預測。

面對上述嚴苛的測試與機載光學封裝挑戰，奧創系統推薦導入 SBIR 與 Surrey NanoSystems (SNS) 合作提供的 VANTABLACK® S-IR 奈米碳管超黑塗層技術，我們深知，解決高階光電系統的雜散光問題絕非單純的零件買賣（Box Moving），而是必須提供從材料物理特性化、光學模擬防護到系統驗證的「從模擬到驗證的一站式方案 (Turnkey Solution)」。

選配將 VANTABLACK®S-IR 塗層應用於黑體的輻射源板上，使其在中波紅外 (MWIR) 與長波紅外 (LWIR) 波段都達到前所未有的超高發射率

針對大入射角產生的鏡面反射與冷屏的鬼影問題，VANTABLACK® S-IR 採用了獨特的碳奈米管 (CNT) 結構，光線進入奈米管之間的空隙後，會在相鄰管壁間產生無數次反射並被徹底吸收，這種極致的光子捕捉機制，使其在中波紅外線 (MWIR) 具備大於 0.998 的平均發射率，在長波紅外線 (LWIR) 亦大於 0.995；更重要的是，它展現了卓越的 BRDF 性能，在極端掠射角下仍能維持近乎完美的朗伯體特性，反射率低於 1%，這使它成為無人機鏡筒、遮光罩、冷屏與 NUC 快門旗標的理想塗佈材料，從物理根源徹底消除內部雜散光與自我熱反射。

針對航太環境的嚴苛考驗，VANTABLACK® S-IR 的專利噴塗製程具備極高的材料穩定性，其結構堅固，能承受強烈的衝擊與振動，且經過太空級測試驗證，無任何微粒脫落 (PFO) 與釋氣 (Outgassing) 風險，完全適用於高真空環境。同時，該塗層具備優異的疏水性，即使接觸水氣也不會改變其物理與光學吸收特性，確保無人機在極端氣候下依然維持絕對的影像純淨度，協助客戶符合最頂級的軍規標準。

SBIR 產品系列包括 目標輪、雷射測試器、黑體校正源、光源積分球、高精差動溫度計、紅外線準直器、紅外線攝影機、以及 紅外線目標投影器；立即聯繫奧創系統讓我們協助您找到最適合您實驗室的完美解答或者實際系統配置將因應您的測試應用、規範、場地限制及待測物特性而有所不同。如需深入規劃與系統或軟硬體選配搭配建議，請聯繫「奧創團隊」，我們擁有豐富的系統整合經驗，隨時準備為您提供最專業的配置建議與技術支援。