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Vision小助手
(CMVU)
在一套视觉系统硬件里,人们往往都更多的注意镜头、相机及光源,有一类部件总是作为配角出现,那就是棱镜。
你可能在构建视觉系统当中,遇到某个方向空间不足时,会想到加一个转角棱镜。实际上,90°转角反射棱镜大概是最简单的棱镜类型了,棱镜能在很多场合下使用,但在使用时我们也要注意几个小问题。
经过一次反射后,成像方向相反,也就是和我们平常照镜子一样,左手变右手,我们也要注意对象物的成像和移动方向都是相反的。如果需要成相同方向的像,则可以使用五棱镜(让它反射两次):
如果反射棱镜转了一个角度α,物体入射方向不变,那么反射光的方向比原来变化了2α的角度,也就是会有个角度放大的作用。
不知道大家是否还记得我们在初中时学过的反射的光路图,如下:
比较重要的一点,成像经过反射镜后,可能分辨率会降低,这将取决于反射镜面的表面精度!
我们平时会看到不同的表面精度的镜面,如1/2λ, 1/4λ, 1/10λ等等,表面精度也描述了该镜面同一个理想平面之间的偏差(也就是说“究竟有多么平”)。通常这个不平整度都是非常小,以几分之波长为单位来表示,数值越小,表面精度越高,对于成像清晰度的影响也就越小。
通常对于一些高倍的高分辨镜头,我们至少需要1/8λ级别甚至更高精度的反射镜,这也是为什么,在搭配MML-HR系列高清远心镜头时,我们更推荐MML-PL25HR系列的棱镜:MML-PL25,表面精度1/4λ;MML-PL25HR,表面精度1/10λ。
我们来了解一下原理。在之前的文章中,我们介绍过光学成像中的各种像差(点击回顾像差文章链接),实际在物理光学中,成像的本质是将一个理想的球面波从物方传递到像面,而像差的存在,使得传递到像面的球面波不再完美,这个不完美的程度我们叫“波前误差”,也是用几分之波长来表示。从这儿不难理解,如果本身一个高分辨率的镜头,成像波前误差只有 1/8λ,而遇上了一个表面精度只有1λ的镜面,那么反射出来的成像,也会被反射镜带坏,使得最终的成像质量下降。另外,镜面反射后的图像,同样与NA(光圈)相关,如果NA较大,那么同样对面精度要求更高。
所以可千万不要因为“节约成本”,而使原本高分辨率的镜头无法发挥应有的作用!
当然,对于不同特殊波长的光源,如紫外,红外等,需要的反射镜种类也不同。不同的反射涂层,会针对不同波段的光有较高的反射率。而用于激光的反射镜,其表面的损伤阈值(DamageThreshold,kW/cm2)也很重要,它也直接决定了可以用于多大功率的激光。
除了直角反射棱镜,我们在其他应用还会遇到多种棱镜的方式,比如,在遇到远心镜头对靠近物点进行双相机定位时,我们需要把两只光路靠的很近:
或倒着放:
还可以利用多个棱镜进行上下视野的同时观测:
因此,几个小小的棱镜,可以使你的光学系统变得更加灵活。
其实,很多爱动手的小伙伴可能早在小学时,就构建过一套简单而又不失实用的“棱镜系统”:
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