虹科分享|反射物镜中蜘蛛腿架的光学影响

 

回顾我们上次介绍的反射物镜，其具有独特的双镜结构，通过在双镜表面涂布金属膜反射光，从而实现宽光谱范围的无色差聚焦与成像，广泛用于显微镜与各种光路传输系统。

【往期回顾】虹科分享|反射物镜：无色差成像聚焦利器
 

需要注意的是，反射物镜中的次镜是需要像蜘蛛腿一样的支架来支撑的。这种蜘蛛腿架，无论是直的还是弯曲的，都会导致衍射，这种结构导致的衍射线并没有实际的科学意义。弯曲的蜘蛛支架是为天文望远镜中的次镜开发的。在许多拍摄到的明亮恒星上可以看到蜘蛛腿架造成的明显的十字衍射。比如上图中世界上最著名的望远镜哈勃太空望远镜使用的是直腿蜘蛛架，十字衍射在它拍摄的许多照片中都很明显。

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直腿架的光学影响

反射物镜通常有三个或四个蜘蛛腿架（虹科提供这两种选择）。3蜘蛛腿架通常受到青睐，因为它衍射的能量比4蜘蛛腿架少——这种衍射能量与蜘蛛腿架的总长度成正比。然而，3蜘蛛腿架会产生六个等间距的衍射尖峰，但它们比4蜘蛛腿架的4个尖峰要暗得多——具体选择取决于客户的应用或偏好。在正常情况下，当对对比度范围为 1000:1 的场景进行成像时，普通胶片或传感器无法看到或记录这些尖峰的影响。只有当强烈的亮点被成像时（特别是超过传感器饱和阈值），衍射尖峰才会变得明显。如果这些尖峰影响较大，则可以考虑使用弯曲的蜘蛛腿架。它们确实显著降低了尖峰中的能量，但应该注意的是，与直蜘蛛腿架系统相比，系统调制传递函数 (MTF) 实际上没有什么不同。这是反射物镜（HK x15 NA0.28）的光瞳，显示了由次镜及其3蜘蛛腿架引起的光瞳遮蔽。

蜘蛛腿架的效果可以看下面的点扩散函数（点源图像的强度图），由蜘蛛腿架引起的衍射尖峰清晰可见，注意这是在 100000:1 的强度范围内绘制的。

为了比较，下图是4蜘蛛腿架的点扩展函数。

这说明了为什么通常首选3蜘蛛腿架，因为每个尖峰的衍射能量更低。

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弯曲腿架的光学影响

在分析弯蜘蛛腿架时，有几个变量：腿架的曲率半径、腿架的倾斜度和宽度。腿架通常被制成尽可能最小的宽度，但确实需要实验验证出合适的半径。以下是减小半径的第三次重复实验，最终显示出没有衍射尖峰。

显然使用合适半径的弯曲蜘蛛腿架，衍射尖峰则不再存在。中心点外的能量现在看起来比直蜘蛛腿架的点扩散函数 (PSF) 略高，这是因为它是衍射级的能量略多，因为严格来说，弯曲腿架比直腿架稍长，尖峰中的能量现在重新分布在 PSF 的外部区域。

但是实际上，弯曲和直蜘蛛腿架的 MTF （系统调制传递函数）基本相同。

 

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技术小结

• 通常情况下（较低光强），蜘蛛腿架对成像效果没有明显影响。
• 3蜘蛛腿架会产生六个等间距的衍射尖峰， 4蜘蛛腿架产生4个等间距的衍射尖峰。
• 3蜘蛛腿架的衍射尖峰会更暗，衍射能量更少。
• 如果衍射尖峰影响较大，可以考虑使用弯蜘蛛腿架，可以降低尖峰中的能量，但应该注意的是，两者的系统调制传递函数 (MTF) 基本不同。

 

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虹科反射物镜

虹科反射物镜共有6种标准型号，也可根据需求定制。所有反射物镜均符合 RoHS 指令 2002/95/EC、2011/65/EU 和 205/863 的要求。

虹科默认提供直蜘蛛腿架的反射物镜，可选3支架与4支架；可根据客户要求额外提供弯蜘蛛腿架。