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同軸光學(xué)系統(tǒng)是一種廣泛應(yīng)用于各種視覺成像的重要系統(tǒng)，在相機(jī)、顯微鏡、望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)設(shè)計中，使用同軸結(jié)構(gòu)可以顯著降低色差和畸變，提高圖像質(zhì)量。本文將對同軸光學(xué)系統(tǒng)進(jìn)行簡要概述，包括系統(tǒng)介紹、評價技術(shù)參數(shù)和應(yīng)用舉例。

系統(tǒng)介紹

同軸系統(tǒng)無與倫比的旋轉(zhuǎn)對稱特性可以有效降低系統(tǒng)的彗差、球差等因系統(tǒng)不對稱導(dǎo)致的光學(xué)像差，這里我們搭建一個簡單的焦距測試系統(tǒng)演示同軸系統(tǒng)的應(yīng)用。

這個簡易的透鏡焦距測量系統(tǒng)包括光源、準(zhǔn)直擴(kuò)束模塊和待測元件三部分組成，利用晶萃光學(xué) JCOPTIX 提供的30 mm同軸系統(tǒng)配件可以方便快捷地將各光學(xué)元件的光軸固定在同一高度。該系統(tǒng)使用635 nm紅光激光器，出射5 mm平行光斑，滑動兩個透鏡（焦距分別為35 mm和75 mm）進(jìn)行準(zhǔn)直擴(kuò)束，調(diào)制后光斑直徑為10 mm，入射至待測透鏡表面。將觀察屏安裝在同軸導(dǎo)軌的滑塊上，滑動觀察屏可以看到光斑發(fā)散、匯聚的過程，通過導(dǎo)軌側(cè)邊的刻度可讀出透鏡焦距。

技術(shù)參數(shù)

同軸光學(xué)系統(tǒng)的主要技術(shù)參數(shù)包括數(shù)值孔徑、焦距、F數(shù)、分辨率和工作距離等。

數(shù)值孔徑\( NA \)：光學(xué)系統(tǒng)\( NA \)是一個無綱量，通常用于量化形容光學(xué)系統(tǒng)對光束的聚集能力，即通過衡量系統(tǒng)出光的角度范圍定義：

\( NA=n\times sin u=\frac{n\times D}{2\times f} \)

其中，\( n \)表示物方折射率，\( u \)表示物方孔徑角，即半視場角，\( D \)為光學(xué)系統(tǒng)孔徑，\( f \)表示像方焦距。由此可以看出，系統(tǒng)的\( NA \)與物體的光學(xué)折射率有關(guān)、也與系統(tǒng)的焦距有關(guān)。

\( F \)數(shù)：光學(xué)系統(tǒng)\( F \)數(shù)是一個用于表示光學(xué)系統(tǒng)入瞳的遮蓋面積的常數(shù)，與相對孔徑負(fù)相關(guān)，通常表示為\( F \)

\( F=f/D \)

如下圖所示，光圈越大則\( F \)數(shù)越小。

分辨率：分辨率通常是指光學(xué)系統(tǒng)的空間分辨率，即能夠分辨出的最小細(xì)節(jié)或線條數(shù)。通常分辨率越高，光學(xué)系統(tǒng)的成像質(zhì)量越好。同軸光學(xué)系統(tǒng)的分辨率一般用艾里斑半徑\( \sigma \)表示:

\( \sigma=\frac{1.22\times \lambda\times f}D \)

其中\( \lambda \)是入射系統(tǒng)的光波波長，\( f \) 是焦距。\( D/2f≈sin u \)，主要受限于透鏡的入射波長和孔徑大小。

工作距離：工作距離是指從光學(xué)系統(tǒng)的前端到被測物體的距離，在顯微鏡和望遠(yuǎn)鏡等應(yīng)用中，工作距離是重要的參數(shù)之一。

應(yīng)用舉例

常見同軸系統(tǒng)實時成像通過高速數(shù)據(jù)采集和圖像處理實現(xiàn)，配備高分辨率和高幀速的線掃描或面陣掃描相機(jī)，以及相應(yīng)的圖像處理器，獲取目標(biāo)區(qū)域的形貌、位置、尺寸等信息，實時動態(tài)控制和調(diào)整，例如晶萃光學(xué) JCOPTIX 提供的信號分光探測模塊、標(biāo)準(zhǔn)版光鑷系統(tǒng)及極簡顯微成像系統(tǒng)等。

注意事項

在使用同軸光學(xué)系統(tǒng)時，需要注意以下幾點：

保持清潔：系統(tǒng)元件應(yīng)保持清潔，避免灰塵、污垢等雜質(zhì)影響成像質(zhì)量。在使用過程中，要注意防塵、防水濺、定期進(jìn)行維護(hù)保養(yǎng)，包括清潔透鏡和反射鏡表面、檢查光闌位置是否正確等，定期檢查光學(xué)元件的性能和狀態(tài)，如發(fā)現(xiàn)異常應(yīng)及時進(jìn)行維修或更換。

穩(wěn)定性：此外需要定期檢測系統(tǒng)的穩(wěn)定性，降低數(shù)據(jù)采集誤差；還要注意儀器的調(diào)節(jié)，不同之處要進(jìn)行不同的設(shè)定，需先參考說明書進(jìn)行操作，以免造成損傷。

針對這兩點需求，晶萃光學(xué) JCOPTIX 提供不同尺寸和型號可選的遮光蓋和光學(xué)罩殼，可以有效降低光學(xué)系統(tǒng)光學(xué)污染和環(huán)境污染。以及30 mm同軸系列產(chǎn)品，包括安裝板、接桿、平移調(diào)整架等系列固定安裝組件。

晶萃光學(xué) JCOPTIX 提供30 mm和60 mm同軸系統(tǒng)，配備完整的支撐、位移調(diào)整和準(zhǔn)直各系列同軸系統(tǒng)機(jī)械元件，可根據(jù)實際需要自由選擇組裝件。

同時，晶萃光學(xué) JCOPTIX 針對特殊機(jī)加工件提供定制服務(wù)，為特殊場景提供定制化解決方案，詳情請垂詢：400-091-6868；郵箱：tech-support@jcoptix.com。