Berita

Dibandingkan dengan banyak bentuk lain dari lensa optik, lensa bulan lengkung jarang ditawarkan sebagai produk jadi. Lensa bulan lengkung terutama digunakan untuk fokus pada titik kecil atau aplikasi kolimasi, sementara lensa plano-konveks biasanya menawarkan rasio harga/kinerja yang lebih baik. Namun, ada beberapa kasus di mana lensa bulan lengkung menawarkan kinerja yang jauh lebih unggul dengan harga sedikit lebih tinggi.

Aberrasi bola

Karena sifat bola dari lensa, aberrasi bola menghasilkan sinar sejajar dari sumbu optik pada jarak yang berbeda tanpa bertemu pada titik yang sama (Gambar 1). Meskipun beberapa lensa dapat digunakan untuk memperbaiki aberrasi bola, untuk banyak sistem inframerah di mana biaya material jauh lebih tinggi daripada material yang terlihat, diinginkan untuk meminimalkan jumlah lensa. Sebagai gantinya, aberrasi bola dari satu lensa dapat diminimalkan dengan membentuk lensa ke bentuk optimum.

Gambar 1: Aberrasi bola

Untuk indeks bias dan ketebalan lensa yang tetap, jumlah kombinasi jari-jari yang tak terbatas dapat digunakan untuk membuat lensa dengan panjang fokus tertentu. Kombinasi-kombinasi jari-jari ini menghasilkan bentuk lensa yang berbeda, yang secara langsung menyebabkan aberrasi bolak-balik dan coma akibat kelengkungan cahaya saat melewati lensa.

Bentuk lensa dapat dijelaskan oleh faktor bentuk Coddington C (Persamaan 1 dan Gambar 2).

Gambar. 2: Faktor bentuk Coddington untuk konfigurasi lensa yang berbeda

Dengan menggunakan persamaan aberrasi lensa tipis (menggunakan objek di tak terhingga dan posisi stop lensa), kita dapat menurunkan kondisi-kondisi yang menghasilkan aberrasi bolak-balik minimum (Persamaan 2).

Dengan asumsi bahwa panjang gelombang konstan dapat dipertahankan, hubungan antara eksponen dan faktor bentuk yang menghasilkan aberrasi bolak-balik minimum dapat divisualisasikan (Gambar 3).

Gambar. 3: Faktor bentuk optimum sebagai fungsi dari indeks bias

Keuntungan desain bulan lengkung

Ketika bekerja dalam lingkungan yang terlihat, indeks kaca biasanya berada antara 1.5 dan 1.7 dan bentuk untuk minimum aberrasi bola adalah hampir plano-cembung. Namun, dalam lingkungan inframerah, bahan dengan indeks tinggi seperti germanium sering digunakan. Germanium, dengan spesifikasi 4.0, menawarkan keuntungan besar dari desain lensa bulan yang melengkung dengan mengurangi secara signifikan aberrasi bola.

Aberrasi bola minimal terjadi ketika cahaya membengkok secara merata di kedua antarmuka. Meskipun permukaan pertama lensa bulan germanium akan membengkokkan cahaya sedikit lebih banyak daripada lensa PCX yang serupa, permukaan kedua lensa PCX akan menyebabkan cahaya membengkok bahkan lebih banyak, menghasilkan peningkatan keseluruhan dalam aberrasi bola.

Seperti yang ditunjukkan pada Gambar 4, yang membandingkan kinerja lensa PCX germanium berukuran 25 x 25 mm dengan lensa bulan bengkok germanium berukuran 25 x 25 mm, mudah terlihat bagaimana lensa PCX membengkokkan cahaya lebih signifikan relatif terhadap permukaan lensa dibandingkan dengan lensa bulan bengkok. Penambahan kelengkungan mengakibatkan peningkatan aberrasi bola. Lensa bulan bengkok germanium menunjukkan penurunan dramatis dalam ukuran titik, membuatnya lebih cocok untuk aplikasi inframerah yang menuntut.

Gambar 4x: Diagram lensa PCX germanium 25 x 25mm VS lensa bulan lengkung germanium 25 x 25mm

Meskipun lensa bulan-bengkung masih dapat memberikan performa lebih tinggi di rentang cahaya tampak, biasanya tidak ada cukup peningkatan untuk mengimbangi peningkatan biaya produksi. Gambar 1 menunjukkan perbandingan performa antara lensa PCX kalsium fluorida (CaF2) berukuran 25 x 50mm dengan lensa bulan-bengkung dalam aplikasi spektral cahaya tampak, serta lensa PCX germanium (Ge) berukuran 25 x 50mm dengan lensa bulan-bengkung dalam aplikasi inframerah. Ukuran spot lensa germanium berkurang secara signifikan ketika menggunakan bentuk bulan bengkung.

Tabel 1: Perbandingan ukuran titik antara lensa plano-cekung dan lensa bulan lengkung untuk aplikasi terlihat dan inframerah

Meskipun lensa bulan lengkung mungkin tidak memberikan keuntungan dalam semua aplikasi, mereka dapat memberikan keunggulan biaya dan kinerja yang signifikan untuk banyak aplikasi inframerah, termasuk spektroskopi