虹科分享|反射物鏡中蜘蛛腿架的光學(xué)影響

回顧我們上次介紹的反射物鏡，其具有獨(dú)特的雙鏡結(jié)構(gòu)，通過(guò)在雙鏡表面涂布金屬膜反射光，從而實(shí)現(xiàn)寬光譜范圍的無(wú)色差聚焦與成像，廣泛用于顯微鏡與各種光路傳輸系統(tǒng)。

【往期回顧】虹科分享|反射物鏡：無(wú)色差成像聚焦利器

需要注意的是，反射物鏡中的次鏡是需要像蜘蛛腿一樣的支架來(lái)支撐的。這種蜘蛛腿架，無(wú)論是直的還是彎曲的，都會(huì)導(dǎo)致衍射，這種結(jié)構(gòu)導(dǎo)致的衍射線并沒(méi)有實(shí)際的科學(xué)意義。彎曲的蜘蛛支架是為天文望遠(yuǎn)鏡中的次鏡開(kāi)發(fā)的。在許多拍攝到的明亮恒星上可以看到蜘蛛腿架造成的明顯的十字衍射。比如上圖中世界上最著名的望遠(yuǎn)鏡哈勃太空望遠(yuǎn)鏡使用的是直腿蜘蛛架，十字衍射在它拍攝的許多照片中都很明顯。

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直腿架的光學(xué)影響

反射物鏡通常有三個(gè)或四個(gè)蜘蛛腿架（虹科提供這兩種選擇）。3蜘蛛腿架通常受到青睞，因?yàn)樗?strong>衍射的能量比4蜘蛛腿架少——這種衍射能量與蜘蛛腿架的總長(zhǎng)度成正比。然而，3蜘蛛腿架會(huì)產(chǎn)生六個(gè)等間距的衍射尖峰，但它們比4蜘蛛腿架的4個(gè)尖峰要暗得多——具體選擇取決于客戶的應(yīng)用或偏好。在正常情況下，當(dāng)對(duì)對(duì)比度范圍為 1000:1 的場(chǎng)景進(jìn)行成像時(shí)，普通膠片或傳感器無(wú)法看到或記錄這些尖峰的影響。只有當(dāng)強(qiáng)烈的亮點(diǎn)被成像時(shí)（特別是超過(guò)傳感器飽和閾值），衍射尖峰才會(huì)變得明顯。如果這些尖峰影響較大，則可以考慮使用彎曲的蜘蛛腿架。它們確實(shí)顯著降低了尖峰中的能量，但應(yīng)該注意的是，與直蜘蛛腿架系統(tǒng)相比，系統(tǒng)調(diào)制傳遞函數(shù) (MTF) 實(shí)際上沒(méi)有什么不同。這是反射物鏡（HK x15 NA0.28）的光瞳，顯示了由次鏡及其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點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)（點(diǎn)源圖像的強(qiáng)度圖），由蜘蛛腿架引起的衍射尖峰清晰可見(jiàn)，注意這是在 100000:1 的強(qiáng)度范圍內(nèi)繪制的。

為了比較，下圖是4蜘蛛腿架的點(diǎn)擴(kuò)展函數(shù)。

這說(shuō)明了為什么通常首選3蜘蛛腿架，因?yàn)槊總€(gè)尖峰的衍射能量更低。

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彎曲腿架的光學(xué)影響

在分析彎蜘蛛腿架時(shí)，有幾個(gè)變量：腿架的曲率半徑、腿架的傾斜度和寬度。腿架通常被制成盡可能最小的寬度，但確實(shí)需要實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證出合適的半徑。以下是減小半徑的第三次重復(fù)實(shí)驗(yàn)，最終顯示出沒(méi)有衍射尖峰。

顯然使用合適半徑的彎曲蜘蛛腿架，衍射尖峰則不再存在。中心點(diǎn)外的能量現(xiàn)在看起來(lái)比直蜘蛛腿架的點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù) (PSF) 略高，這是因?yàn)樗茄苌浼?jí)的能量略多，因?yàn)閲?yán)格來(lái)說(shuō)，彎曲腿架比直腿架稍長(zhǎng)，尖峰中的能量現(xiàn)在重新分布在 PSF 的外部區(qū)域。

但是實(shí)際上，彎曲和直蜘蛛腿架的 MTF （系統(tǒng)調(diào)制傳遞函數(shù)）基本相同。

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技術(shù)小結(jié)

• 通常情況下（較低光強(qiáng)），蜘蛛腿架對(duì)成像效果沒(méi)有明顯影響。
• 3蜘蛛腿架會(huì)產(chǎn)生六個(gè)等間距的衍射尖峰， 4蜘蛛腿架產(chǎn)生4個(gè)等間距的衍射尖峰。
• 3蜘蛛腿架的衍射尖峰會(huì)更暗，衍射能量更少。
• 如果衍射尖峰影響較大，可以考慮使用彎蜘蛛腿架，可以降低尖峰中的能量，但應(yīng)該注意的是，兩者的系統(tǒng)調(diào)制傳遞函數(shù) (MTF) 基本不同。

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虹科反射物鏡

虹科反射物鏡共有6種標(biāo)準(zhǔn)型號(hào)，也可根據(jù)需求定制。所有反射物鏡均符合 RoHS 指令 2002/95/EC、2011/65/EU 和 205/863 的要求。

虹科默認(rèn)提供直蜘蛛腿架的反射物鏡，可選3支架與4支架；可根據(jù)客戶要求額外提供彎蜘蛛腿架。