Haberler

Optik merceklerin birçok diğer şekline göre, eğri ay merceği şekilleri genellikle bitmiş ürünler olarak pek sunulmaz. Ay merceğinin bükülmesi küçük noktaları odaklamak veya kollimate etmek için kullanılırken, düz-convex mercekler genellikle daha iyi bir fiyat/performans oranı sunar. Ancak, bazen bir eğri-ay merceği çok daha iyi performans sağlarken fiyatı da biraz yükselir.

Küresel sapma

Merceğin küresel yapısı nedeniyle, küresel sapmalar optik ekseninden paralel ışınları farklı uzaklıklarda kesmeden aynı noktada kesişmez (Şekil 1). Çoklu mercekler küresel sapmayı düzeltmek için kullanılabilir ancak birçok kızılötesi sistemde malzeme maliyetleri görünürlük malzemelerinden çok daha yüksek olduğu için mercek sayısının minimum olması istenebilir. Birden fazla merceğin yerine, tek bir merceğin küresel sapmasını optimum şekle getirerek en aza indirgenebilir.

Şekil 1: Küresel sapma

Sabit bir kırılma indeksi ve mercek kalınlığı için, belirli bir odak uzunluğuna sahip mercekler yapmak için kullanılabilen yarıçapların sonsuz sayıda kombinasyonu vardır. Bu yarıçap kombinasyonları farklı mercek şekilleri oluşturur, bu da ışığın merceğe geçiş esnasındaki eğriliği nedeniyle küresel sapma ve coma doğrudan sonuçlanır.

Mercek şeklini Coddington şekil faktörü C ile (Denklem 1 ve Şekil 2) tanımlayabiliriz.

Şek. 2: Farklı mercek yapılandırmaları için Coddington şekil faktörü

İnce mercek sapması denkleminden yararlanılarak (nesne sonsuzlukta ve mercek durdurma konumu kullanılarak), minimum küresel sapmayı veren koşulları türetebiliriz (Denklem 2).

Sabit bir dalga boyu korunabileceğini varsayarak, minimum küresel sapmayı veren üs ve şekil faktöründeki ilişki görselleştirilebilir (Şek. 3).

Şek. 3: En iyi şekil faktörü kırılma indeksi fonksiyonu olarak

Eğri ay tasarımdaki avantajlar

Görünür ortamda çalışırken, cam indeksi genellikle 1.5 ve 1.7 arasında olur ve minimum küresel sapmanın şekli neredeyse düz-yuvarlaktır. Ancak, kızılötesi ortamda cermen gibi daha yüksek indeksli malzemeler sıklıkla kullanılır. Cermen, 4.0 belirtimiyle, küresel sapmayı büyük ölçüde azaltarak bükülmüş-ay merceği tasarımında önemli bir avantaj sunar.

Minimum küresel sapma, ışık her iki arayüzde de eşit şekilde bükülürse meydana gelir. Benzer bir PCX merceğine göre cermen ay merceğinin ilk yüzeyi ışıği biraz daha fazla bükse de, PCX merceğinin ikinci yüzeyi ışığın daha fazla bükülmesine neden olur ve bu da küresel sapmayı genel olarak artırır.

Şekil 4'te, 25 x 25 mm cermen PCX merceğin performansını, aynı boyuttaki bir cermen ay bükme merceğiyle karşılaştıran bir gösterimde, PCX merceğinin yüzeyine göre ay bükme merceğine kıyasla ışığı daha fazla nasıl bükteğini kolayca görebiliriz. Eğrilikteki artış, küresel sapmayı artırır. Cermen bükülmüş ay merceği, leke boyutunda dramatik bir azalmaya sahip olup, bu da zorlayıcı kızılötesi uygulamalar için daha uygun hale getirir.

Şek. 4x: 25 x 25mm cermen PCX merceği VS 25 x 25mm cermen eğri ay merceği diyagramı

Eğri-ay lensi hala görünürlüde daha yüksek performans sağlasa da, genellikle artırılan imalat maliyetini karşılayacak kadar kazancı yeterli değildir. Şekil 1, 25 x 50mm kalsiyum flüorür (CaF2) PCX lensinin bir eğri-ay lensiyle görünürlük spektral uygulamalarında ve 25 x 50mm cermen (Ge) PCX lensinin bir eğri-ay lensiyle kızılötesi uygulamalarda performans kıyasını göstermektedir. Cermen lensinin leke boyutu, eğri ay şekli kullanıldığında önemli ölçüde azaltılır.

Tablo 1: Düzgün ve eğri ay mercekleri arasındaki leke boyutlarının karşılaştırması görünürlü ve kızılötesi uygulamalar için

Eğri-ay mercekleri tüm uygulamalarda avantaj sağlamasa da, birçok kızılötesi uygulaması için, spektroskopi de dahil olmak üzere, önemli maliyet ve performans avantajları sağlayabilir