جميع الاقسام
×

الاتصال بالشركة

فوائد استخدام العدسات الهلالية-23

الأخبار

الرئيسية >  الأخبار

مميزات استخدام العدسات الغضروفية

يونيو 06، 2023

المؤلف: محرر الموقع الأصل: موقع

بالمقارنة مع العديد من الأشكال الأخرى للعدسات البصرية، نادرًا ما يتم تقديم عدسات القمر المنحنية كمنتجات نهائية. تُستخدم عدسات انحناء القمر بشكل أساسي لتركيز البقع الصغيرة أو التطبيقات المتوازية، بينما تقدم العدسات المحدبة المستوية عادةً نسبة سعر/أداء فائقة. ومع ذلك، هناك بعض الحالات التي توفر فيها العدسة المنحنية أداءً فائقًا بشكل ملحوظ وبسعر أعلى قليلاً.


تفاصيل التحقيق

ونظرًا للطبيعة الكروية للعدسة، فإن الانحرافات الكروية تنتج أشعة متوازية من المحور البصري على مسافات مختلفة دون أن تتقاطع في نفس النقطة (الشكل 1). على الرغم من أنه يمكن استخدام عدسات متعددة لتصحيح الانحراف الكروي، فإنه بالنسبة للعديد من أنظمة الأشعة تحت الحمراء حيث تكون تكاليف المواد أعلى بكثير من المواد المرئية، فمن المستحسن تقليل عدد العدسات. بدلاً من استخدام عدسات متعددة، يمكن تقليل الانحراف الكروي لعدسة واحدة عن طريق تشكيل العدسة بالشكل الأمثل.

news01

الشكل 1: انحراف كروي


للحصول على معامل انكسار ثابت وسمك العدسة، يوجد عدد لا نهائي من مجموعات أنصاف الأقطار، والتي يمكن استخدامها لإنشاء عدسات ذات طول بؤري محدد. تنتج هذه المجموعات من أنصاف الأقطار أشكالًا مختلفة للعدسات، مما يؤدي بشكل مباشر إلى انحراف كروي وغيبوبة بسبب انحناء الضوء أثناء مروره عبر العدسة.

يمكن وصف شكل العدسة بواسطة عامل الشكل كودينجتون C (المعادلة 1 والشكل 2).

مميزات استخدام العدسات الغضروفيةnews02

الشكل 2: عامل شكل كودينجتون لتكوينات العدسات المختلفة


باستخدام معادلة انحراف العدسة الرقيقة (باستخدام الكائن عند اللانهاية وموضع توقف العدسة)، يمكننا استخلاص الظروف التي تنتج الحد الأدنى من الزيغ الكروي (المعادلة 2).


وبافتراض إمكانية الحفاظ على طول موجي ثابت، يمكن تصور العلاقة بين الأس وعامل الشكل الذي ينتج الحد الأدنى من الانحراف الكروي (الشكل 3).

مميزات استخدام العدسات الغضروفيةnews03

الشكل 3: عامل الشكل الأمثل كدالة لمعامل الانكسار


فوائد تصميم القمر المنحني

عند العمل في البيئة المرئية، يتراوح مؤشر الزجاج عادةً بين 1.5 و1.7 ويكون شكل الحد الأدنى من الانحراف الكروي محدبًا تقريبًا. ومع ذلك، في بيئة الأشعة تحت الحمراء، غالبًا ما يتم استخدام مواد ذات مؤشر أعلى مثل الجرمانيوم. يوفر الجرمانيوم، بمواصفات 4.0، فائدة كبيرة لتصميم عدسة القمر المنحني عن طريق تقليل الانحراف الكروي بشكل كبير.

يحدث الحد الأدنى من الانحراف الكروي عندما ينحني الضوء بشكل موحد عند كلا الواجهتين. في حين أن السطح الأول لعدسة قمر الجرمانيوم سوف ينحني الضوء أكثر قليلاً من عدسة PCX مماثلة، فإن السطح الثاني لعدسة PCX سوف يتسبب في انحناء الضوء أكثر، مما يؤدي إلى زيادة إجمالية في الانحراف الكروي.

كما هو موضح في الشكل 4، الذي يقارن أداء عدسة PCX المصنوعة من الجرمانيوم مقاس 25 × 25 مم مع أداء عدسة انحناء القمر المصنوعة من الجرمانيوم مقاس 25 × 25 مم، فمن السهل أن نرى كيف تعمل عدسة PCX على ثني الضوء بشكل أكثر أهمية بالنسبة للسطح للعدسة مقارنة بعدسة القمر المنحنية. تؤدي الزيادة في الانحناء إلى زيادة الانحراف الكروي. تُظهر عدسة القمر المنحنية المصنوعة من الجرمانيوم انخفاضًا كبيرًا في حجم البقعة، مما يجعلها أكثر ملاءمة لتطبيقات الأشعة تحت الحمراء الصعبة.

مميزات استخدام العدسات الغضروفيةnews04

الشكل 4x: رسم تخطيطي لعدسة PCX من الجرمانيوم مقاس 25 × 25 مم VS25 × 25 مم من عدسة القمر المنحنية من الجرمانيوم


العدسات المحدبة المسطحة عدسات القمر المنحنية
S1 انحراف كروي موجة 0.1 موجة 2.4
S2 انحراف كروي موجة 14.2 موجة 2.9
مجموع الانحراف الكروي موجة 14.3 موجة 5.3
حجم البقعة 258μm 83μm


في حين أن العدسة المنحنية لا تزال قادرة على توفير أداء أعلى في المجال المرئي، إلا أنه لا يوجد عادةً مكاسب كافية لتعويض زيادة تكلفة التصنيع. يوضح الشكل 1 مقارنة أداء عدسة PCX من فلوريد الكالسيوم (CaF25) مقاس 50 × 2 مم مع عدسة ذات قمر منحني في التطبيقات الطيفية المرئية وعدسة PCX من الجرمانيوم (Ge) مقاس 25 × 50 مم مع عدسة ذات قمر منحني في تطبيقات الأشعة تحت الحمراء . يتم تقليل حجم بقعة عدسة الجرمانيوم بشكل كبير عند استخدام شكل القمر المنحني.

حجم بقعة العدسة المحدبة العادية انحناء حجم بقعة القمر حجم البقعة خفضت عن طريق ثني عدسة القمر
الطيف المرئي (عدسة CaF2) 849.3μm 624.9μm -26٪
التحليل الطيفي للأشعة تحت الحمراء (عدسة Ge) 258μm 83μm -68٪

الجدول 1: مقارنة الأحجام الموضعية بين العدسات القمرية المحدبة والمنحنية للتطبيقات المرئية والأشعة تحت الحمراء

في حين أن العدسات المنحنية قد لا توفر فوائد في جميع التطبيقات، إلا أنها يمكن أن توفر مزايا كبيرة من حيث التكلفة والأداء للعديد من تطبيقات الأشعة تحت الحمراء، بما في ذلك التحليل الطيفي