【技術(shù)交流】-平行光管選型指南|平行光管應(yīng)該如何選型？【上海弘測】
平行光管應(yīng)該如何選型？
平行光管作為光學(xué)檢測領(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)備檢測和校準(zhǔn)。平行光管從結(jié)構(gòu)來講，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)，同時其生產(chǎn)周期與價格也會有不小差異。
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)鍵問題。下面，就為大家初步介紹平行光管的選型方案。
常規(guī)平行光管主要有：
● 同軸透射式平行光管；
● 同軸反射式平行光管；
● 同軸卡式平行光管；
● 離軸反射式平行光管；
● 離軸卡式平行光管；
01，系統(tǒng)形式的方面選擇——光譜波段
被測光學(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，其中包括：光學(xué)設(shè)計、光學(xué)元件加工、膜系設(shè)計等。這也意味著從原理端進(jìn)入到了價格的分水嶺。
光譜波段主要分為三大類：
● 紫外波段（0.2μm-0.4μm）；
● 可見光波段（0.4μm-0.78μm）；
● 紅外波段（0.8μm-3μm、3-5μm、8-14μm）。
因此在選擇平行光管的時候，根據(jù)被測光學(xué)系統(tǒng)的應(yīng)用波段可以做如下參考。
● 紫外波段（0.2μm-0.4μm）——透射式平行光管、反射式平行光管
● 紫外至可見光波段（0.2μm-0.78μm）——反射式平行光管
● 可見光波段（0.4μm-0.78μm）——透射式平行光管
● 可見至紅外光波段（0.4μm-8-14μm）——反射式平行光管
● 紅外波段（0.8μm-3μm、3-5μm、8-14μm）——反射式平行光管
02，光學(xué)設(shè)計的方面選擇——技術(shù)參數(shù)
對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)都會影響平行光管的價格，此需要權(quán)衡重量、成本等因素，切不可一味追求長焦距、大視場、大口徑、高精度。
● 焦距 (f)：焦距是平行光管的重要參數(shù)，通常選用待檢測儀器的3~5倍，以降低測量誤差。當(dāng)焦距增加5倍時，價格將增加1～2個數(shù)量級。
● 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，價格將增加3～5倍
● 視場角 (2ω)：視場角決定了平行光管能夠覆蓋的范圍。對于透射式平行光管，視場角通常較大；而反射式平行光管視場角較小。需要根據(jù)待測儀器的視場角以及檢測需求來選擇。
● 波前誤差 (WFE)：根據(jù)待測儀器的波像差要求來選擇，確保平行光管的成像質(zhì)量與測試需求相匹配。
● 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)用需求來選擇。
03，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的方面選擇——產(chǎn)品尺寸
目前市場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)室空間受限時可以將其作為考慮因素。
牛頓反射式系統(tǒng)：系統(tǒng)設(shè)計簡單，采用F10的系數(shù)進(jìn)行設(shè)計。導(dǎo)致產(chǎn)品體積較大，但價格相對較低。
同軸反射式平行光管
卡塞格林式系統(tǒng)：系統(tǒng)設(shè)計緊湊，適用于需要長焦距和光力強(qiáng)的場合。同時采用的光學(xué)元件加工難度較大，因此價格較高。
同軸卡式平行光管
04，光路布局的方面選擇——領(lǐng)域應(yīng)用
根據(jù)不同領(lǐng)域的測試需求，可以初步對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、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，會影響成像質(zhì)量，但在一些對成像質(zhì)量要求不特別高的場景中仍可滿足需求。
同軸反射式平行光管
離軸平行光管——天文觀測、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。
離軸平行光管無中心遮攔，成像質(zhì)量更高，適用于對圖像質(zhì)量要求苛刻的場景。
反射式平行光管
05，系統(tǒng)組件的方面選擇——測試指標(biāo)
帶框分劃板 (適用于紅外波段） | 四桿靶標(biāo)：用于計算最小可分辨溫差（MRTD）測試。 |
圓孔靶標(biāo)：用于測試最小可探測溫差（MDTD）參數(shù)。 |
狹縫靶標(biāo)：用于測試狹縫響應(yīng)函數(shù)（SRF）參數(shù)。 |
十字圓孔靶標(biāo)：用于軸對準(zhǔn)，瞄準(zhǔn)以及聚焦功能。 |
畸變靶標(biāo)：用于測試評估被測試相機(jī)生成的圖像畸變。 |
輪廓靶標(biāo)：用于評估被測試相機(jī)對于真實(shí)目標(biāo)的識別范圍。 方形靶標(biāo)：用于測試噪聲等效溫差（NETD），固定圖形噪聲（FPN）。 |
信號傳遞函數(shù)（SITF），非周期傳遞函數(shù)（ATF）等參數(shù)。 |
刀口靶標(biāo)：測試刀口的線擴(kuò)展函數(shù)而用于測試調(diào)制傳遞函數(shù)（MTF）。 |
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試MRTD參數(shù)，且可以節(jié)省測試時間。 |
多四桿靶標(biāo)：是高效率測試MRTD參數(shù)的靶標(biāo)，具有多個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)。 |
多圓孔靶標(biāo)：是高效率測試（MDTD）參數(shù)的靶標(biāo)，具有多個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)。 |
灰度靶標(biāo)：用于測試被測試相機(jī)的線性度以及動態(tài)范圍。 |
以上是對平行光管選型時的一些初步考量因素，需要在具體應(yīng)用中綜合考慮，以確保所選平行光管能滿足檢測或測量的需求。
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