平行光管，作為光學檢測領域的“標尺”，在光學、科研、軍事、工業等多個領域發揮著至關重要的作用。它不僅是校準和調整光學儀器的關鍵工具，也是光學測量設備不可或缺的組成部分。通過配備不同的分劃板，并結合測微目鏡或顯微鏡系統，平行光管能夠用于測量透鏡組的焦距、分辨率以及其他成像質量參數。
平行光管作為光學檢測領域中非常重要的儀器，廣泛應用于各類光學實驗與設備檢測和校準。平行光管從結構來講，包含光學部件、結構形式、光源配件、分劃板等。不同類型的平行光管在結構與性能上各有特點，同時其生產周期與價格也會有不小差異。
鑒于不同光學系統的多樣性，選擇合適的平行光管類型成為了一個值得探討的問題。以下對焦距：F3000mm，有效口徑：φ300mm的四種反射式平行光管作為案例，進行對比。
反射式平行光管其主要功能如下：
1、用于可見光、紅外及激光等多波段系統的光軸調校；
2、配以不同的分劃板并結合其他附件，可用于光學系統基本參數的檢測；
3、配以面源黑體可實現紅外波段成像質量檢測及光軸調校；
4、配以激光光源可以組成激光平行光管，實現激光擴束功能；
5、可以提供一束超低發散角的平行光；
6、模擬無窮遠目標；
光學系統解析
同軸牛頓反射式 平行光管
- 同軸結構：主鏡（拋物面）與次鏡（平面）共軸，中心有遮擋。簡化光路設計，減少離軸像差（如彗差、像散），提升光束準直性。
- 無色差：反射式設計避免了折射材料引入的色差，特別適用于寬光譜范圍的應用。
- 高精度準直：拋物面主鏡將點光源轉換為平行光，次鏡傾斜 45°反射至側方，便于光路調整與檢測。
| 光學系統 | 同軸牛頓反射式 |
|---|---|
| 焦距 | 3000mm |
| 有效口徑 | Φ300mm |
| 視場 | ≥0.5° |
| 平行性 | ≤5″ |
| 系統波像差 | RMS優于 1/15λ@632.8 |
| 反射率 | ≥85% |
| 主鏡材質 | 石英玻璃【可選配K9光學玻璃/微晶玻璃】 |
| 膜層 | 鋁+硅保護【可選配金/銀/介質+硅保護】 |
| 外形尺寸 | 約長2862mm*寬520mm*高545mm |
| 重量 | 320kg |
離軸牛頓反射式 平行光管
- 離軸結構：次鏡（平面）位于主鏡（拋物面）光路之外，中心無遮擋，避免了對入射光的遮擋，從而提高光能利用率和成像對比度。
- 高能量效率：光能利用率接近100%（同軸系統因遮擋損失約 10%-30%）。
- 成像質量提升：無遮擋干擾，視場均勻性更好，適合高分辨率成像或精密檢測。
- 寬光譜兼容性：反射式設計無色差，可通過鍍膜優化紫外至紅外波段性能。
| 光學系統 | 離軸牛頓反射式 |
|---|---|
| 焦距 | 3000mm |
| 有效口徑 | Φ300mm |
| 視場 | ≥0.53° |
| 平行性 | ≤5″ |
| 系統波像差 | RMS優于 1/15λ@632.8 |
| 反射率 | ≥85% |
| 主鏡材質 | 石英玻璃【可選配K9光學玻璃/微晶玻璃】 |
| 膜層 | 鋁+硅保護【可選配金/銀/介質+硅保護】 |
| 外形尺寸 | 約長3310mm*寬917mm*高680mm |
| 重量 | 350kg |
同軸卡塞格林式 平行光管
- 同軸結構：拋物面主鏡、雙曲面次鏡共軸，光路折疊設計大幅縮短系統物理長度。
- 長焦距實現：通過折疊光路等效實現長焦距準直，適合遠距離光學測試（如激光雷達校準）。
- 高分辨率：雙曲面次鏡校正像差能力優于單反射鏡系統，適用于高精度波前檢測。
- 熱穩定性：無折射元件，受溫度變化影響小，適合高功率激光應用。
| 光學系統 | 同軸卡塞格林式 |
|---|---|
| 焦距 | 3000mm |
| 有效口徑 | Φ300mm |
| 視場 | ≥0.5° |
| 平行性 | ≤5″ |
| 系統波像差 | RMS優于 1/15λ@632.8 |
| 反射率 | ≥85% |
| 主鏡材質 | 石英玻璃【可選配K9光學玻璃/微晶玻璃】 |
| 膜層 | 鋁+硅保護【可選配金/銀/介質+硅保護】 |
| 外形尺寸 | 約長627mm*寬388mm*高457mm |
| 重量 | 100kg |
離軸卡塞格林式 平行光管
- 離軸結構：拋物面主鏡、雙曲面次鏡。次鏡位于主鏡光路之外，避免光能損失和衍射效應， 提升成像對比度與光斑均勻性，光路折疊設計大幅縮短系統物理長度。
- 寬光譜無色差：全反射式設計，無折射元件，支持紫外至紅外波段。
- 高波前精度：通過自由曲面優化，適用于激光干涉、高分辨率成像等精密場景。
| 光學系統 | 離軸卡塞格林式 |
|---|---|
| 焦距 | 3000mm |
| 有效口徑 | Φ300mm |
| 視場 | ≥0.5° |
| 平行性 | ≤5″ |
| 系統波像差 | RMS優于 1/15λ@632.8 |
| 反射率 | ≥85% |
| 主鏡材質 | 石英玻璃【可選配K9光學玻璃/微晶玻璃】 |
| 膜層 | 鋁+硅保護【可選配金/銀/介質+硅保護】 |
| 外形尺寸 | 約長718mm*寬680mm*高542mm |
| 重量 | 80kg |
綜合對比
| 特性 | 離軸牛頓反射式 | 同軸牛頓反射式 | 離軸卡塞格林式 | 同軸卡塞格林式 |
|---|---|---|---|---|
| 中心遮擋 | 無 | 有（次鏡遮擋） | 無 | 有（次鏡+支撐結構） |
| 光能利用率 | 高（~100%） | 較低（受遮擋影響） | 近100% | 80%~90%（受遮擋影響） |
| 像差校正 | 高（需處理離軸像差） | 低（共軸對稱性簡化設計） | 自由曲面優化，可抑制離軸像差 | 依賴雙曲面鏡對稱矯正 |
| 裝調復雜度 | / | / | 很高（非對稱光路） | 高（需同軸校準） |
| 加工成本 | 高（非對稱鏡面） | 較低（對稱拋物面主鏡） | 很高（自由曲面+離軸） | 高（非球面雙鏡） |
| 應用場景 | 高分辨率成像、精密檢測 | 常規準直、教學演示、低成本應用 | 高功率激光、精密檢測、空間、光學 | 常規長焦距檢測、實驗室校準 |
根據光學系統的不同設計需求，每一類在系統特性、技術規格、光路設計以及外形尺寸上都展現出獨特的特點，需要根據具體的應用場景進行選擇。