圖16：?jiǎn)午R頭耦合的成像幾何

3.3串聯(lián)鏡頭耦合——PCO為什么選擇它

串聯(lián)鏡頭系統(tǒng)由兩個(gè)鏡頭組成（見圖17），光的成像路徑會(huì)從第一個(gè)鏡頭的焦平面（L1 =準(zhǔn)直鏡頭）到達(dá)無窮遠(yuǎn)，從單點(diǎn)發(fā)出的所有光線都將轉(zhuǎn)換為平行的光束。第二個(gè)鏡頭（L2 =成像鏡頭）可聚焦到無窮遠(yuǎn)，因此可以將這束平行的光線重新聚焦在傳感器所在的焦平面中的單個(gè)圖像點(diǎn)上。鏡頭耦合圖像增強(qiáng)器的磷光體有玻璃輸出端，因此，經(jīng)過鏡頭的光束可以穿過玻璃聚焦在磷光體平面上。

可以使用公式4計(jì)算串聯(lián)鏡頭系統(tǒng)的傳輸效率。在此示例中，對(duì)于由100 mm焦距的F1.5準(zhǔn)直鏡頭和53 mm焦距的F0.85成像鏡頭組成的高級(jí)串聯(lián)鏡頭系統(tǒng)，計(jì)算得出的傳輸效率為31.2 %，與測(cè)量結(jié)果非常吻合。

圖17：串聯(lián)鏡頭耦合的成像幾何

3.4結(jié)論

回顧我們?cè)诘?章開始處引用的聲明：“一個(gè)制造正確的錐形光纖可提供高達(dá)60 %的傳輸效率，而透鏡耦合則保持在百分之幾的范圍內(nèi)。因?yàn)殄F形光纖耦合可以將更多的磷光傳遞到像元上，所以優(yōu)于透鏡耦合?！?/span>

現(xiàn)在，我們必須將其有效性限制在以下限制性的、不實(shí)際的條件下：

該陳述只有在以下情況是正確的……

1. 您無需考慮在光耦合到錐形光纖以及光從錐形光纖耦合到光學(xué)傳感器像元的耦合點(diǎn)所造成的重大損耗。

2. 您將成像比率為1：1的錐形光纖耦合與單鏡頭的耦合進(jìn)行比較，而非與效率更高的最新串聯(lián)鏡頭系統(tǒng)進(jìn)行比較。

總結(jié)到目前為止我們收集的結(jié)果：由于各種損耗機(jī)制會(huì)影響光在實(shí)際錐形光纖耦合的三個(gè)界面A、B、C上的傳播，因此實(shí)際上無法實(shí)現(xiàn)高達(dá)60 %的錐形光纖的理論傳輸效率。

涉及光學(xué)膠或浸油的錐形光纖耦合會(huì)經(jīng)歷老化過程。錐形光纖和傳感器之間的膠合連接在相機(jī)系統(tǒng)的生命周期內(nèi)可能會(huì)部分開膠，氣泡會(huì)進(jìn)入界面并變得清晰可見。

與任何高質(zhì)量的鏡頭耦合相比，除了尺寸和重量上的優(yōu)點(diǎn)，錐形光纖的絕對(duì)優(yōu)勢(shì)在于，，其成本更低。增強(qiáng)型相機(jī)中使用的典型錐形光纖較小（例如直徑25毫米）且重量較輕（約100克），而優(yōu)化的串聯(lián)鏡頭系統(tǒng)則更大，更重（圖20）。

相比之下，由于成像方法是非接觸式的，并且兩個(gè)鏡頭都可以按常規(guī)方式聚焦，因此串聯(lián)鏡頭耦合相機(jī)系統(tǒng)的制造過程更加容易。而使錐形光纖與CCD或sCMOS傳感器的表面直接機(jī)械接觸則是一項(xiàng)艱巨的任務(wù)。另外，由于在錐形光纖與傳感器之間通過油或粘合劑的固定連接而導(dǎo)致的維修非常復(fù)雜。在某些情況下，這些化合物必須在修復(fù)過程中進(jìn)行化學(xué)溶解，而這會(huì)損壞傳感器。串聯(lián)鏡頭耦合系統(tǒng)則允許以非常靈活和簡(jiǎn)單的方式更換鏡頭和傳感器。