أخبار

مقارنةً بالعديد من الأشكال الأخرى للعدسات البصرية، فإن العدسات القمرية المنحنية تُعرض بشكل نادر كمنتجات جاهزة. تُستخدم العدسات القمرية المنحنية بشكل رئيسي لتركيز النقاط الصغيرة أو التطبيقات المتممة، بينما تقدم العدسات المستوية-المحدبة عادةً نسبة سعر/أداء أفضل. ومع ذلك، هناك بعض الحالات التي تقدم فيها العدسة القمرية المنحنية أداءً أفضل بكثير بسعر أعلى قليلاً.

التشوه الكروي

بسبب الطبيعة الكروية للعدسة، يؤدي التشوه الكروي إلى إنتاج أشعة متوازية من محور الضوء عند مسافات مختلفة دون تقاطع في نفس النقطة (الشكل 1). وعلى الرغم من أنه يمكن استخدام عدسات متعددة لتصحيح التشوه الكروي، إلا أنه في العديد من أنظمة الأشعة تحت الحمراء حيث تكون تكاليف المواد أعلى بكثير من المواد المرئية، يُفضل تقليل عدد العدسات. بدلاً من استخدام عدسات متعددة، يمكن تقليل التشوه الكروي لعدسة واحدة عن طريق تشكيل العدسة إلى الشكل الأمثل.

الشكل 1: التشوه الكروي

لمؤشر انكسار ثابت وسمك العدسة، توجد عدد لا نهائي من توليفات الأشعة التي يمكن استخدامها لإنشاء عدسات ذات طول بؤري محدد. هذه التوليفات للأبعاد تنتج أشكال عدسات مختلفة، والتي تؤدي مباشرة إلى التشوه الكروي والكومة بسبب انحناء الضوء أثناء مروره عبر العدسة.

يمكن وصف شكل العدسة باستخدام معامل الشكل الخاص بكودينغتون C (المعادلة 1 والشكل 2).

الشكل 2: معامل الشكل لكودينغتون لأوضاع العدسة المختلفة

باستخدام معادلة تشوه العدسة الرقيقة (باستخدام الجسم عند اللانهاية وموقع فتحة العدسة)، يمكننا اشتقاق الظروف التي تنتج أقل تشوه كروي (المعادلة 2).

بافتراض أن طول الموجة الثابت يمكن الحفاظ عليه، يمكن تصور العلاقة بين الأس ومعامل الشكل الذي ينتج أقل تشوه كروي (الشكل 3).

الشكل 3: المعامل الأمثل للشكل كدالة لمؤشر الانكسار

فوائد تصميم القمر المنحني

عند العمل في البيئة المرئية، يكون معامل انكسار الزجاج عادة بين 1.5 و 1.7 ويكون الشكل الذي يقلل من التشوه الكروي الأدنى تقريبًا مسطح-محدب. ومع ذلك، في البيئة تحت الحمراء، يتم استخدام مواد ذات معامل انكسار مرتفع مثل الجرمانيوم بشكل متكرر. يقدم الجرمانيوم، بمواصفات تبلغ 4.0، فائدة كبيرة تصميم عدسة قمر منحنية عن طريق تقليل كبير للتشوه الكروي.

تحدث الانحراف الكروي الأدنى عندما ينحني الضوء بشكل موحد عند كلا الواجهتين. بينما ستنحني الواجهة الأولى لعدسة القمر المصنوعة من الجرمانيوم الضوء قليلاً أكثر من عدسة PCX مشابهة، فإن الواجهة الثانية لعدسة PCX ستسبب للضوء أن ينحني أكثر، مما يؤدي إلى زيادة إجمالية في التشوه الكروي.

كما هو موضح في الشكل 4، الذي يقارن أداء عدسة PCX من الجرمانيوم بحجم 25 × 25 مم مع عدسة قمر منحنية من الجرمانيوم بنفس الحجم، يمكن بسهولة ملاحظة كيف تثني عدسة PCX الضوء بشكل أكثر أهمية بالنسبة لسطح العدسة مقارنةً بعدسة القمر المنحني. يؤدي زيادة الانحناء إلى زيادة التشوه الكروي. تظهر عدسة قمر الجرمانيوم المنحني انخفاضًا كبيرًا في حجم النقطة، مما يجعلها أكثر ملاءمة للتطبيقات تحت الحمراء الصعبة.

الشكل 4x: رسم توضيحي لعدسة PCX من الجرمانيوم بحجم 25 × 25 مم مقابل عدسة قمر منحنية من الجرمانيوم بحجم 25 × 25 مم

بينما يمكن للعدسة القمرية المنحنية أن توفر أداءً أعلى في النطاق المرئي، عادةً ما لا يكون هناك مكسب كافٍ لتعويض التكلفة المضاعفة للتصنيع. يوضح الشكل 1 مقارنة لأداء عدسة PCX من فلوريد الكالسيوم (CaF2) بحجم 25 × 50 مم مع عدسة قمرية منحنية في تطبيقات الطيف المرئي ومقارنة أداء عدسة PCX من الجرمانيوم (Ge) بحجم 25 × 50 مم مع عدسة قمرية منحنية في تطبيقات الطيف تحت الحمراء. يتم تقليل حجم النقطة للعدسة الجرمانيوم بشكل كبير عند استخدام الشكل القمري المنحني.

الجدول 1: مقارنة أحجام النقاط بين العدسات المستوية-المحدبة والعدسات القمرية المنحنية لتطبيقات مرئية وتحت حمراء

على الرغم من أن العدسات القمرية المنحنية قد لا تقدم فوائد في جميع التطبيقات، إلا أنها يمكن أن توفر مزايا كبيرة في التكلفة والأداء للكثير من التطبيقات تحت الحمراء، بما في ذلك الطيفية