花時間花大錢卻得到模糊影像?關鍵可能在於分光鏡
去年電子報曾跟大家介紹過「打造光學系統02-同軸照明的關鍵-分光鏡」,時間過了一年,投入高解析度AOI開發的客戶比去年更多了,但我們發現大家對分光鏡的認識還是不太夠,因此再來幫大家複習一下分光鏡的構造、種類與特性。
分光鏡的構造
最常見的分光鏡就是使用薄玻璃(flat glass plate)的分光鏡,在第一表面會鍍上金屬膜或是介電薄膜;第二表面則是鍍上抗反射膜。通常抗反射膜在45度入射角的反射率約只有0.5%,而分光鏡常見的分光比率為50 : 50 ~ 20 : 80。
分光鏡的種類
除了上述的薄玻璃分光鏡,經常使用的還有稜鏡(Cube)分光鏡與薄膜(pellicle)分光鏡:
1. 稜鏡分光鏡
稜鏡分光鏡的結構是將兩個直角稜鏡黏著在一起,並且在光會經過的四個面都有鍍膜處理,因此可以大幅降低鬼影的影響,且不會引入像散。由於稜鏡中間有黏著劑,因此光線入射必須先到反射膜,如果先碰到黏著劑就會發生不想要的反射。另外由於構造關係,稜鏡分光鏡抗損壞與變形的能力是最好的,所以目前鏡頭廠商搭配的分光鏡都會是菱鏡分光鏡。
由稜鏡分光鏡衍生而來的還有偏振分光鏡(PBS),構造基本上與稜鏡分光鏡相同,但額外使用了起偏器與1/4波片。使用線偏振光(Linear P)的光透率可以接近100%,1/4波片則是用來將線偏振光轉為圓偏振光。
2. 薄膜分光鏡
薄膜分光鏡(Pellicle Beam splitter)是一種非常薄的硝化纖維薄膜,厚度大約介於2~10μm之間,由於很薄所以不會有鬼影,色差、球差、像差等光學像差也會低。可見光與紅外光波段約有92%可以穿透薄膜,紫外光波段表現則會差很多。但也因為很薄,所以這種分光鏡的致命缺點就是容易損壞、維護不易,稍有受損就只能直接報廢,無法清潔再使用。
需要注意的是,薄膜是採高拉伸強度披覆在金屬框架上,因此若環境的溫溼度變化大,也會造成薄膜張力改變而產生皺摺。
結語
上述的兩種分光鏡都很常使用在高解析的AOI上,因為薄玻璃分光鏡再怎麼薄也無法像薄膜分光鏡那麼薄,很難避免鬼影。但是玻璃太薄,安裝就會變成一個問題,只要稍微用力固定玻璃就會破裂。另外薄玻璃分光鏡對偏振光的S偏振態、和P偏振態的反射與透射是不相等的,會導致在一些應用無法使用。
瞭解了分光鏡的基本特性後,未來當廠商提供您光學元件測試、或是要開發光學模組時,別忘了先確認您的分光鏡是否真的適合您的應用,以免花時間、花大錢最後卻得到模糊的影像喔!如果不確定該怎麼評估分光鏡是否適合,也歡迎您隨時預約免費諮詢。