使用現成光學元件進行設計的5項提示

作者： Jeremy Govier

在您的下一次設計專案中使用現成的光學元件將帶來許多受益。若預算或時間限制導致您不可能在應用中採用客製光學組件，可以快速使用現成元件並輕鬆實作以因應您的設計需求。以下列出可協助您輕鬆使用現成光學元件進行設計的一些快速提示。

1. 簡化

開始時，先在圖紙上進行近軸設計，然後將其細分為有限與無限共軛光學群組的多個子系統。先確定您希望每個群組具有的焦距，然後嘗試使用光學設計軟體 (例如Zemax、Code V或您選擇的其他光線追蹤軟體) 進行最佳化。確定所需焦距後，您可以開始使用近軸光學，以協助選擇能提供所需焦距的現成鏡片。您偏好的光學設計軟體中應包含一系列內建的現成透鏡 (圖1)，可使用該程式對所選的鏡片進行選型並最佳化空間。若光學軟體不包含現成鏡片，通常可以將供應商提供的鏡片資料輸入到軟體中。光學設計軟體中都提供所有愛特蒙特光學TECHSPEC®透鏡，我們的網站上提供Zemax檔案。

圖1: Zemax的透鏡目錄

2. 單色光設計

若有可能，請使用單色光源 (例如LED或雷射) 或使用可選濾光片讓系統成為單色系統。使用單色或窄帶波長可大幅降低設計的複雜度。一項概略的指導原則是，若將光源波帶降低至50nm以內，則通常可以在設計中使用單透鏡。構建設計時，色像差會帶來困難，因此若不需要廣波段光源，將會簡化您的選項。

3. 使用現成的子系統

透過使用現成元件 (例如消色差雙透鏡、顯微鏡物鏡、機器視覺鏡頭、多鏡片中繼或其他子系統)，您通常可以實現應用對諸如色彩、視場角與大孔徑等要素的確切補正需求。在許多狀況下，若已取得供應商提供的產品光學設計檔，甚至可以使用光學軟體對這些子系統進行選型 (圖2)。即使未提供產品光學設計檔，也可以使用近軸表面對子系統進行粗略估計。

圖2: 愛特蒙特光學微距攝像鏡頭 (#58-204)的產品說明資料

4. 考慮安裝選項

不論是原型機的開發還是試著節省時間而購買客製化的夾具，都請您考慮現成的安裝選項。藉由光學籠式系統，您可以輕鬆裝配光學元件，並為空間調整提供充分的自由度。藉由多數現成籠式系統，可以安裝常用大小的光學元件，並能採取多種方式安裝顯微鏡物鏡、C接環相機鏡頭及其他子元件。

5. 使用有用武之地的元件

諸如平凸 (PCX)、平凹 (PCV)、雙凸 (DCX)、雙凹 (DCV) 及消色差透鏡等現成透鏡已針對小視場與小孔徑進行最佳化。若整合到非大角度的光學的系統中，這些元件將發揮最大作用。例如，在設計高放大倍率中繼時，使用複雜的多元件子系統可在中繼側實現高數值孔徑，而使用消色差透鏡可在該側實現低數值孔徑。例如，由物件側的20倍無限共軛物鏡與影像側的150mm焦距消色差透鏡構成的15倍系統 (圖3)，可提供補正效果非常良好的系統。

圖3: 使用現成元件快速裝配15倍顯微鏡