平行光管作為光學(xué)檢測(cè)領(lǐng)域中非常重要的儀器，廣泛應(yīng)用于各類光學(xué)實(shí)驗(yàn)與設(shè)備檢測(cè)和校準(zhǔn)。平行光管從結(jié)構(gòu)來(lái)講，包含光學(xué)部件、結(jié)構(gòu)形式、光源配件、分劃板等。不同類型的平行光管在結(jié)構(gòu)與性能上各有特點(diǎn)，同時(shí)其生產(chǎn)周期與價(jià)格也會(huì)有不小差異。
如何根據(jù)實(shí)際需求精準(zhǔn)選型實(shí)現(xiàn)性能與價(jià)格的協(xié)調(diào)性，是眾多科研人員與工程師面臨的關(guān)鍵問(wèn)題。下面，就為大家初步介紹平行光管的選型方案。
被測(cè)光學(xué)系統(tǒng)的應(yīng)用波段是選擇平行光管的首要因素，也決定系統(tǒng)形式的設(shè)計(jì)，其中包括：光學(xué)設(shè)計(jì)、光學(xué)元件加工、膜系設(shè)計(jì)等。這也意味著從原理端進(jìn)入到了價(jià)格的分水嶺。
光譜波段主要分為三大類：
因此在選擇平行光管的時(shí)候，根據(jù)被測(cè)光學(xué)系統(tǒng)的應(yīng)用波段可以做如下參考。
對(duì)于平行光管選擇有五項(xiàng)基礎(chǔ)的技術(shù)指標(biāo)，分別為：焦距?(f)、口徑?(D)、視場(chǎng)角?(2ω)、波前誤差?(WFE)、出射光平行度?(σ)。每一項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)都會(huì)影響平行光管的價(jià)格，此需要權(quán)衡重量、成本等因素，切不可一味追求長(zhǎng)焦距、大視場(chǎng)、大口徑、高精度。
| 參數(shù) | 選擇建議 |
|---|---|
| 焦距 (f) | 焦距是平行光管的重要參數(shù)，通常選用待檢測(cè)儀器的3~5倍，以降低測(cè)量誤差。當(dāng)焦距增加5倍時(shí)，價(jià)格將增加1～2個(gè)數(shù)量級(jí)。 |
| 口徑 (D) | 選用的平行光管口徑必須大于待檢光學(xué)儀器的口徑，但也要注意口徑增大會(huì)顯著影響平行光管的重量和成本。當(dāng)有效口徑由50mm增加一倍到100mm時(shí)，價(jià)格將增加3～5倍。 |
| 視場(chǎng)角 (2ω) | 視場(chǎng)角決定了平行光管能夠覆蓋的范圍。對(duì)于透射式平行光管，視場(chǎng)角通常較大；而反射式平行光管視場(chǎng)角較小。需要根據(jù)待測(cè)儀器的視場(chǎng)角以及檢測(cè)需求來(lái)選擇。 |
| 波前誤差?(WFE) | 根據(jù)待測(cè)儀器的波像差要求來(lái)選擇，確保平行光管的成像質(zhì)量與測(cè)試需求相匹配。 |
| 出射光平行度?(σ) | 出射光的平行度受到目標(biāo)板離焦量和光學(xué)系統(tǒng)殘差的影響，需要根據(jù)具體應(yīng)用需求來(lái)選擇。 |
目前市場(chǎng)上較為流行的主要為以下兩款光學(xué)結(jié)構(gòu)形式：牛頓反射式系統(tǒng)，卡塞格林式系統(tǒng)。當(dāng)實(shí)驗(yàn)室空間受限時(shí)可以將其作為考慮因素。
牛頓反射式系統(tǒng)：系統(tǒng)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，采用F10的系數(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)。導(dǎo)致產(chǎn)品體積較大，但價(jià)格相對(duì)較低。
卡塞格林式系統(tǒng)：系統(tǒng)設(shè)計(jì)緊湊，適用于需要長(zhǎng)焦距和光力強(qiáng)的場(chǎng)合。同時(shí)采用的光學(xué)元件加工難度較大，因此價(jià)格較高。
特點(diǎn)：F10系數(shù)設(shè)計(jì)，體積大但成本低
特點(diǎn)：緊湊長(zhǎng)焦距，加工難度高
根據(jù)不同領(lǐng)域的測(cè)試需求，可以初步對(duì)平行光管的光路布局進(jìn)行初步劃分。
同軸平行光管—工業(yè)檢測(cè)、教學(xué)實(shí)驗(yàn)等成本敏感領(lǐng)域。
同軸平行光管結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本較低，易于制造和維護(hù)。
同軸平行光管存在中心遮攔，會(huì)影響成像質(zhì)量，但在一些對(duì)成像質(zhì)量要求不特別高的場(chǎng)景中仍可滿足需求。
離軸平行光管——天文觀測(cè)、高端科研等領(lǐng)域。
離軸平行光管結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本較高，但能實(shí)現(xiàn)更好的光學(xué)性能。
離軸平行光管無(wú)中心遮攔，成像質(zhì)量更高，適用于對(duì)圖像質(zhì)量要求苛刻的場(chǎng)景。
| 光源類型 | 波段范圍 | 典型應(yīng)用 |
|---|---|---|
| 紫外光源 | 0.2μm-0.4μm | 光譜分析、紫外目標(biāo)模擬、成像 |
| 鹵素光源 | 0.4μm-2.5μm | 可見(jiàn)光、近紅外目標(biāo)模擬、成像 |
| 黑體輻射源 | 3μm-14μm | 中長(zhǎng)波紅外目標(biāo)模擬、成像 |
| 差分黑體 | 3μm-14μm | MRTD、NETD、紅外熱像儀指標(biāo)測(cè)試 |
| 激光光源 | 0.905μm、1.064μm、1.535μm、1.550μm、2.7μm、10.6μm | 光軸校準(zhǔn)、激光擴(kuò)束、激光干涉 |
| 靶標(biāo)類型 | 檢測(cè)功能 | 適用波段 |
|---|---|---|
| 鑒別率/分辨率靶標(biāo) | 用于物鏡、棱鏡及其組合系統(tǒng)的分辨能力檢測(cè) | 可見(jiàn)光 |
| 十字分劃板/十字靶標(biāo) | 用于軸對(duì)準(zhǔn)、瞄準(zhǔn)以及聚焦功能 | 可見(jiàn)光 |
| 星點(diǎn)靶標(biāo) | 用于透鏡、棱鏡及其組合系統(tǒng)的成像質(zhì)量檢查 | 可見(jiàn)光 |
| 玻羅靶標(biāo) | 用于測(cè)定物鏡焦距、也可直接測(cè)量截距 | 可見(jiàn)光 |
| 四桿靶標(biāo) | 用于計(jì)算最小可分辨溫差（MRTD）測(cè)試 | 紅外 |
| 圓孔靶標(biāo) | 用于測(cè)試最小可探測(cè)溫差（MDTD）參數(shù) | 紅外 |
| 狹縫靶標(biāo) | 用于測(cè)試狹縫響應(yīng)函數(shù)（SRF）參數(shù) | 紅外 |
| 十字圓孔靶標(biāo) | 用于軸對(duì)準(zhǔn)，瞄準(zhǔn)以及聚焦功能 | 紅外 |
| 畸變靶標(biāo) | 用于測(cè)試評(píng)估被測(cè)試相機(jī)生成的圖像畸變 | 紅外 |
| 輪廓靶標(biāo) | 用于評(píng)估被測(cè)試相機(jī)對(duì)于真實(shí)目標(biāo)的識(shí)別范圍 | 紅外 |
| 方形靶標(biāo) | 用于測(cè)試噪聲等效溫差（NETD），固定圖形噪聲（FPN），信號(hào)傳遞函數(shù)（SITF），非周期傳遞函數(shù)（ATF）等參數(shù) | 紅外 |
| 刀口靶標(biāo) | 測(cè)試刀口的線擴(kuò)展函數(shù)而用于測(cè)試調(diào)制傳遞函數(shù)（MTF） | 紅外 |
| 雙四桿靶標(biāo) | 標(biāo)基于其垂直及水平方向的四桿圖形用于測(cè)試MRTD參數(shù)，且可以節(jié)省測(cè)試時(shí)間 | 紅外 |
| 多四桿靶標(biāo) | 是高效率測(cè)試MRTD參數(shù)的靶標(biāo)，具有多個(gè)四桿圖形的單多四桿靶標(biāo)可以代替一系列的單圖形的四桿靶標(biāo) | 紅外 |
| 多圓孔靶標(biāo) | 是高效率測(cè)試（MDTD）參數(shù)的靶標(biāo)，具有多個(gè)圓孔圖形的單多圓孔靶標(biāo)可以代替一系列的單圖形的圓孔靶標(biāo) | 紅外 |
| 灰度靶標(biāo) | 用于測(cè)試被測(cè)試相機(jī)的線性度以及動(dòng)態(tài)范圍 | 紅外 |