平行光管，作為光學(xué)檢測(cè)領(lǐng)域的“標(biāo)尺”，在光學(xué)、科研、軍事、工業(yè)等多個(gè)領(lǐng)域發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。它不僅是校準(zhǔn)和調(diào)整光學(xué)儀器的關(guān)鍵工具，也是光學(xué)測(cè)量設(shè)備不可或缺的組成部分。通過配備不同的分劃板，并結(jié)合測(cè)微目鏡或顯微鏡系統(tǒng)，平行光管能夠用于測(cè)量透鏡組的焦距、分辨率以及其他成像質(zhì)量參數(shù)。
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。
鑒于不同光學(xué)系統(tǒng)的多樣性，選擇合適的平行光管類型成為了一個(gè)值得探討的問題。以下對(duì)焦距：F3000mm，有效口徑：φ300mm的四種反射式平行光管作為案例，進(jìn)行對(duì)比。
反射式平行光管其主要功能如下：
1、用于可見光、紅外及激光等多波段系統(tǒng)的光軸調(diào)校；
2、配以不同的分劃板并結(jié)合其他附件，可用于光學(xué)系統(tǒng)基本參數(shù)的檢測(cè)；
3、配以面源黑體可實(shí)現(xiàn)紅外波段成像質(zhì)量檢測(cè)及光軸調(diào)校；
4、配以激光光源可以組成激光平行光管，實(shí)現(xiàn)激光擴(kuò)束功能；
5、可以提供一束超低發(fā)散角的平行光；
6、模擬無窮遠(yuǎn)目標(biāo)；
光學(xué)系統(tǒng)解析
同軸牛頓反射式 平行光管
- 同軸結(jié)構(gòu)：主鏡（拋物面）與次鏡（平面）共軸，中心有遮擋。簡(jiǎn)化光路設(shè)計(jì)，減少離軸像差（如彗差、像散），提升光束準(zhǔn)直性。
- 無色差：反射式設(shè)計(jì)避免了折射材料引入的色差，特別適用于寬光譜范圍的應(yīng)用。
- 高精度準(zhǔn)直：拋物面主鏡將點(diǎn)光源轉(zhuǎn)換為平行光，次鏡傾斜 45°反射至側(cè)方，便于光路調(diào)整與檢測(cè)。
| 光學(xué)系統(tǒng) | 同軸牛頓反射式 |
|---|---|
| 焦距 | 3000mm |
| 有效口徑 | Φ300mm |
| 視場(chǎng) | ≥0.5° |
| 平行性 | ≤5″ |
| 系統(tǒng)波像差 | RMS優(yōu)于 1/15λ@632.8 |
| 反射率 | ≥85% |
| 主鏡材質(zhì) | 石英玻璃【可選配K9光學(xué)玻璃/微晶玻璃】 |
| 膜層 | 鋁+硅保護(hù)【可選配金/銀/介質(zhì)+硅保護(hù)】 |
| 外形尺寸 | 約長(zhǎng)2862mm*寬520mm*高545mm |
| 重量 | 320kg |
離軸牛頓反射式 平行光管
- 離軸結(jié)構(gòu)：次鏡（平面）位于主鏡（拋物面）光路之外，中心無遮擋，避免了對(duì)入射光的遮擋，從而提高光能利用率和成像對(duì)比度。
- 高能量效率：光能利用率接近100%（同軸系統(tǒng)因遮擋損失約 10%-30%）。
- 成像質(zhì)量提升：無遮擋干擾，視場(chǎng)均勻性更好，適合高分辨率成像或精密檢測(cè)。
- 寬光譜兼容性：反射式設(shè)計(jì)無色差，可通過鍍膜優(yōu)化紫外至紅外波段性能。
| 光學(xué)系統(tǒng) | 離軸牛頓反射式 |
|---|---|
| 焦距 | 3000mm |
| 有效口徑 | Φ300mm |
| 視場(chǎng) | ≥0.53° |
| 平行性 | ≤5″ |
| 系統(tǒng)波像差 | RMS優(yōu)于 1/15λ@632.8 |
| 反射率 | ≥85% |
| 主鏡材質(zhì) | 石英玻璃【可選配K9光學(xué)玻璃/微晶玻璃】 |
| 膜層 | 鋁+硅保護(hù)【可選配金/銀/介質(zhì)+硅保護(hù)】 |
| 外形尺寸 | 約長(zhǎng)3310mm*寬917mm*高680mm |
| 重量 | 350kg |
同軸卡塞格林式 平行光管
- 同軸結(jié)構(gòu)：拋物面主鏡、雙曲面次鏡共軸，光路折疊設(shè)計(jì)大幅縮短系統(tǒng)物理長(zhǎng)度。
- 長(zhǎng)焦距實(shí)現(xiàn)：通過折疊光路等效實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)焦距準(zhǔn)直，適合遠(yuǎn)距離光學(xué)測(cè)試（如激光雷達(dá)校準(zhǔn)）。
- 高分辨率：雙曲面次鏡校正像差能力優(yōu)于單反射鏡系統(tǒng)，適用于高精度波前檢測(cè)。
- 熱穩(wěn)定性：無折射元件，受溫度變化影響小，適合高功率激光應(yīng)用。
| 光學(xué)系統(tǒng) | 同軸卡塞格林式 |
|---|---|
| 焦距 | 3000mm |
| 有效口徑 | Φ300mm |
| 視場(chǎng) | ≥0.5° |
| 平行性 | ≤5″ |
| 系統(tǒng)波像差 | RMS優(yōu)于 1/15λ@632.8 |
| 反射率 | ≥85% |
| 主鏡材質(zhì) | 石英玻璃【可選配K9光學(xué)玻璃/微晶玻璃】 |
| 膜層 | 鋁+硅保護(hù)【可選配金/銀/介質(zhì)+硅保護(hù)】 |
| 外形尺寸 | 約長(zhǎng)627mm*寬388mm*高457mm |
| 重量 | 100kg |
離軸卡塞格林式 平行光管
- 離軸結(jié)構(gòu)：拋物面主鏡、雙曲面次鏡。次鏡位于主鏡光路之外，避免光能損失和衍射效應(yīng)， 提升成像對(duì)比度與光斑均勻性，光路折疊設(shè)計(jì)大幅縮短系統(tǒng)物理長(zhǎng)度。
- 寬光譜無色差：全反射式設(shè)計(jì)，無折射元件，支持紫外至紅外波段。
- 高波前精度：通過自由曲面優(yōu)化，適用于激光干涉、高分辨率成像等精密場(chǎng)景。
| 光學(xué)系統(tǒng) | 離軸卡塞格林式 |
|---|---|
| 焦距 | 3000mm |
| 有效口徑 | Φ300mm |
| 視場(chǎng) | ≥0.5° |
| 平行性 | ≤5″ |
| 系統(tǒng)波像差 | RMS優(yōu)于 1/15λ@632.8 |
| 反射率 | ≥85% |
| 主鏡材質(zhì) | 石英玻璃【可選配K9光學(xué)玻璃/微晶玻璃】 |
| 膜層 | 鋁+硅保護(hù)【可選配金/銀/介質(zhì)+硅保護(hù)】 |
| 外形尺寸 | 約長(zhǎng)718mm*寬680mm*高542mm |
| 重量 | 80kg |
綜合對(duì)比
| 特性 | 離軸牛頓反射式 | 同軸牛頓反射式 | 離軸卡塞格林式 | 同軸卡塞格林式 |
|---|---|---|---|---|
| 中心遮擋 | 無 | 有（次鏡遮擋） | 無 | 有（次鏡+支撐結(jié)構(gòu)） |
| 光能利用率 | 高（~100%） | 較低（受遮擋影響） | 近100% | 80%~90%（受遮擋影響） |
| 像差校正 | 高（需處理離軸像差） | 低（共軸對(duì)稱性簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)） | 自由曲面優(yōu)化，可抑制離軸像差 | 依賴雙曲面鏡對(duì)稱矯正 |
| 裝調(diào)復(fù)雜度 | / | / | 很高（非對(duì)稱光路） | 高（需同軸校準(zhǔn)） |
| 加工成本 | 高（非對(duì)稱鏡面） | 較低（對(duì)稱拋物面主鏡） | 很高（自由曲面+離軸） | 高（非球面雙鏡） |
| 應(yīng)用場(chǎng)景 | 高分辨率成像、精密檢測(cè) | 常規(guī)準(zhǔn)直、教學(xué)演示、低成本應(yīng)用 | 高功率激光、精密檢測(cè)、空間、光學(xué) | 常規(guī)長(zhǎng)焦距檢測(cè)、實(shí)驗(yàn)室校準(zhǔn) |
根據(jù)光學(xué)系統(tǒng)的不同設(shè)計(jì)需求，每一類在系統(tǒng)特性、技術(shù)規(guī)格、光路設(shè)計(jì)以及外形尺寸上都展現(xiàn)出獨(dú)特的特點(diǎn)，需要根據(jù)具體的應(yīng)用場(chǎng)景進(jìn)行選擇。