Νέα

Σε σύγκριση με πολλά άλλα σχήματα οπτικών φακών, οι καμπύλοι φακοί φεγγαριού σπάνια προσφέρονται ως τελικά προϊόντα. Οι φακοί κάμψης σελήνης χρησιμοποιούνται κυρίως για την εστίαση μικρών σημείων ή για εφαρμογές ευθυγράμμισης, ενώ οι επίπεδοι κυρτές φακοί συνήθως προσφέρουν ανώτερη αναλογία τιμής/απόδοσης. Ωστόσο, υπάρχουν ορισμένες περιπτώσεις όπου ένας φακός λυγισμένου φεγγαριού προσφέρει σημαντικά ανώτερη απόδοση σε ελαφρώς υψηλότερη τιμή.

Σφαιρική εκτροπή

Λόγω της σφαιρικής φύσης του φακού, οι σφαιρικές εκτροπές παράγουν παράλληλες ακτίνες από τον οπτικό άξονα σε διαφορετικές αποστάσεις χωρίς να τέμνονται στο ίδιο σημείο (Εικόνα 1). Αν και πολλαπλοί φακοί μπορούν να χρησιμοποιηθούν για τη διόρθωση της σφαιρικής εκτροπής, για πολλά συστήματα υπερύθρων όπου το κόστος υλικού είναι πολύ υψηλότερο από τα ορατά υλικά, είναι επιθυμητό να ελαχιστοποιηθεί ο αριθμός των φακών. Αντί να χρησιμοποιείτε πολλαπλούς φακούς, η σφαιρική εκτροπή ενός μόνο φακού μπορεί να ελαχιστοποιηθεί διαμορφώνοντας το φακό στο βέλτιστο σχήμα.

Εικ. 1: Σφαιρική εκτροπή

Για σταθερό δείκτη διάθλασης και πάχος φακού, υπάρχει άπειρος αριθμός συνδυασμών ακτίνων, οι οποίοι μπορούν να χρησιμοποιηθούν για τη δημιουργία φακών συγκεκριμένης εστιακής απόστασης. Αυτοί οι συνδυασμοί ακτίνων παράγουν διαφορετικά σχήματα φακών, τα οποία οδηγούν άμεσα σε σφαιρική εκτροπή και κώμα λόγω της καμπυλότητας του φωτός καθώς περνά μέσα από τον φακό.

Το σχήμα του φακού μπορεί να περιγραφεί από τον παράγοντα σχήματος Coddington C (Εξίσωση 1 και Εικόνα 2).

Εικ. 2: Συντελεστής σχήματος Coddington για διαφορετικές διαμορφώσεις φακών

Χρησιμοποιώντας την εξίσωση εκτροπής λεπτού φακού (χρησιμοποιώντας το αντικείμενο στο άπειρο και τη θέση στάσης του φακού), μπορούμε να εξαγάγουμε τις συνθήκες που παράγουν την ελάχιστη σφαιρική εκτροπή (Εξίσωση 2).

Υποθέτοντας ότι μπορεί να διατηρηθεί ένα σταθερό μήκος κύματος, μπορεί να απεικονιστεί η σχέση μεταξύ του εκθέτη και του παράγοντα σχήματος που παράγει την ελάχιστη σφαιρική εκτροπή (Εικ. 3).

Εικ. 3: Βέλτιστος συντελεστής σχήματος ως συνάρτηση του δείκτη διάθλασης

Πλεονεκτήματα του σχεδιασμού καμπυλωμένου φεγγαριού

Όταν εργάζεστε στο ορατό περιβάλλον, ο δείκτης γυαλιού είναι συνήθως μεταξύ 1.5 και 1.7 και το σχήμα της ελάχιστης σφαιρικής εκτροπής είναι σχεδόν επίπεδο-κυρτό. Ωστόσο, στο υπέρυθρο περιβάλλον, χρησιμοποιούνται συχνά υλικά υψηλότερου δείκτη όπως το γερμάνιο. Το γερμάνιο, με προδιαγραφές 4.0, προσφέρει το μεγάλο πλεονέκτημα του σχεδιασμού φακού λυγισμένου φεγγαριού, μειώνοντας σημαντικά τη σφαιρική εκτροπή.

Η ελάχιστη σφαιρική εκτροπή συμβαίνει όταν το φως κάμπτεται ομοιόμορφα και στις δύο διεπαφές. Ενώ η πρώτη επιφάνεια ενός φακού γερμανίου φεγγαριού θα κάμψει το φως ελαφρώς περισσότερο από έναν παρόμοιο φακό PCX, η δεύτερη επιφάνεια ενός φακού PCX θα κάνει το φως να κάμπτεται ακόμη περισσότερο, με αποτέλεσμα τη συνολική αύξηση της σφαιρικής εκτροπής.

Όπως φαίνεται στο Σχήμα 4, το οποίο συγκρίνει την απόδοση ενός φακού PCX γερμανίου 25 x 25 mm με εκείνη ενός φακού λυγίσματος γερμανίου 25 x 25 mm, είναι εύκολο να δούμε πώς ο φακός PCX κάμπτει το φως πιο σημαντικά σε σχέση με την επιφάνεια του φακού σε σύγκριση με έναν φακό που λυγίζει το φεγγάρι. Η αύξηση της καμπυλότητας οδηγεί σε αύξηση της σφαιρικής εκτροπής. Ο σεληνιακός φακός λυγισμένου από γερμάνιο παρουσιάζει δραματική μείωση στο μέγεθος του σημείου, καθιστώντας τον πιο κατάλληλο για απαιτητικές εφαρμογές υπερύθρων.

Εικ. 4x: Διάγραμμα φακού PCX γερμανίου 25 x 25 mm VS25 x 25 mm κυρτού φακού φεγγαριού

Ενώ ένας φακός λυγισμένου φεγγαριού μπορεί ακόμα να παρέχει υψηλότερη απόδοση στο ορατό, συνήθως δεν υπάρχει αρκετό κέρδος για να αντισταθμίσει το αυξημένο κόστος κατασκευής. Το σχήμα 1 δείχνει μια σύγκριση της απόδοσης ενός φακού PCX φθοριούχου ασβεστίου (CaF25) 50 x 2 mm με φακό λυγισμένου φεγγαριού σε εφαρμογές ορατού φάσματος και ενός φακού γερμανίου 25 x 50 mm (Ge) PCX με φακό λυγισμένου φεγγαριού σε εφαρμογές υπερύθρων . Το μέγεθος κηλίδας του φακού γερμανίου μειώνεται σημαντικά όταν χρησιμοποιείται το σχήμα της καμπύλης σελήνης.

Πίνακας 1: Σύγκριση μεγεθών κηλίδων μεταξύ επίπεδων κυρτών και κυρτών σεληνιακών φακών για εφαρμογές ορατών και υπέρυθρων

Ενώ οι φακοί λυγισμένου φεγγαριού μπορεί να μην παρέχουν οφέλη σε όλες τις εφαρμογές, μπορούν να παρέχουν σημαντικά πλεονεκτήματα κόστους και απόδοσης για πολλές εφαρμογές υπερύθρων, συμπεριλαμβανομένης της φασματοσκοπίας