εταιρικά νέα για Ασφαιρικοί Φακοί vs. Σφαιρικοί Φακοί: Διαφορές και Εφαρμογές

Φακοί Ασφαιρικοί vs. Σφαιρικοί Φακοί: Διαφορές και Εφαρμογές

Σφαιρικοί Φακοί

Οι σφαιρικοί φακοί είναι οπτικά συμμετρικά ως προς την περιστροφή, το σχήμα των οποίων αντιστοιχεί σε ένα τμήμα σφαίρας (Εικ. 1). Η απόσταση από το γεωμετρικό κέντρο έως την ακτίνα καμπυλότητας είναι σταθερή. Αυτό σημαίνει ότι η οπτικά ενεργή επιφάνεια μπορεί να περιγραφεί με μία μόνο παράμετρο: την ακτίνα R. Αυτή η ομοιομορφία παρέχει στους σφαιρικούς φακούς σημαντικά πλεονεκτήματα κόστους στην κατασκευή.

Εικ. 1: Οπτικά ενεργή περιοχή μιας σφαιρικής επιφάνειας που ορίζεται από την ακτίνα Ra

Πλεονεκτήματα Κατασκευής

Η σφαιρική γεωμετρία επιτρέπει απλοποιημένες διαδικασίες παραγωγής και μικρότερους χρόνους παράδοσης, ειδικά για μικρές διαμέτρους όπου πολλαπλά οπτικά στοιχεία μπορούν να κατασκευαστούν ταυτόχρονα σε ένα μόνο υπόστρωμα. Η ομοιόμορφη γεωμετρία επιφάνειας απλοποιεί επίσης την οπτική επιθεώρηση. Οι τεχνικές μέτρησης περιλαμβάνουν:

• Απτικές μέθοδοι (προφιλόμετρα, CMMs)

• Οπτικές μέθοδοι (παρεμβολόμετρα, CGHs)

Εφαρμογές
Χρησιμοποιούνται ευρέως σε:

• Μετρολογία

• Αεροδιαστημική (π.χ., φασματόμετρα δορυφόρων)

• Ιατρική τεχνολογία (π.χ., λαμπτήρες σχισμής για εξετάσεις ματιών)
  Το χαμηλό τους κόστος, η ταχεία παραγωγή και η ευελιξία τους τα καθιστούν θεμελιώδη για την οπτική με εξαιρετικές αναλογίες τιμής-απόδοσης.

Βελτιστοποίηση Οπτικής Απόδοσης

Οι σφαιρικοί φακοί χρησιμοποιούν ιδιότητες συλλογής, διασποράς ή εστίασης για να διαθλούν το φως. Σε συστήματα απεικόνισης:

• Η ποιότητα της εικόνας μπορεί να βελτιωθεί ρυθμίζοντας τη θέση της πηγής φωτός ή το μέγεθος του διαφράγματος.

• Η σφαιρική εκτροπή μπορεί να μειωθεί μέσω διαφραγμάτων που εμποδίζουν τις περιφερειακές ακτίνες.

• Συνδυασμοί πολλαπλών φακών (π.χ., αχρωματικοί – συγκολλημένοι κυρτοί/κοίλοι φακοί) διορθώνουν χρωματικές/σφαιρικές εκτροπές, που χρησιμοποιούνται συνήθως σε φακούς φωτογραφικών μηχανών.

Ασφαιρικοί Φακοί
Οι ασφαιρικοί είναι ιδανικοί για εφαρμογές που απαιτούν:

• Υψηλή ποιότητα εικόνας

• Μεγάλα αριθμητικά διαφράγματα

• Ελαχιστοποίηση χώρου
  Αυτά τα οπτικά στοιχεία συμμετρικά ως προς την περιστροφή διαθέτουν ακτινικά μεταβαλλόμενες ακτίνες καμπυλότητας (Εικ. 2), αποκλίνοντας από τα σφαιρικά προφίλ για να βελτιώσουν σημαντικά την απόδοση απεικόνισης.

Εικ. 2: Σύγκριση οπτικά ενεργών περιοχών: σφαιρική έναντι ασφαιρικής επιφάνειας

Βασικά Χαρακτηριστικά

• Η περιφερειακή ισοπέδωση μειώνει τη σφαιρική εκτροπή διασφαλίζοντας ότι όλες οι προσπίπτουσες ακτίνες συγκλίνουν σε ένα κοινό εστιακό σημείο (Εικ. 3).

• Εξαλείφει τη θόλωση που προκαλείται από τη σφαιρική εκτροπή.

• Μαθηματικός ορισμός επιφάνειας (εξίσωση ασφαιρικής):

• 
• 
• Όπου:
  $z$ = σαγιττιαίο ύψος
  $h$ = απόσταση από τον οπτικό άξονα
  $R$ = βασική ακτίνα
  $k$ = κωνική σταθερά
  $A$2i= ασφαιρικοί συντελεστές
• 
  
• 

Εικ. 3: Διόρθωση σφαιρικής εκτροπής μέσω ασφαιρικής επιφάνειας

Μικρογραφία Συστήματος
Οι ασφαιρικοί επιτρέπουν συμπαγή οπτικά σχέδια:

• Παράδειγμα: Μονολιθικοί διαστολείς δέσμης (π.χ., a-BeamExpander της asphericon) μειώνουν το μήκος του συστήματος κατά 50% σε σύγκριση με τα τηλεσκόπια Keplerian/Galilean (Εικ. 5).

• Η μείωση βάρους ωφελεί τις αεροδιαστημικές εφαρμογές (π.χ., δορυφόροι παρατήρησης της Γης όπως ο Sentinel-4).

Εικ. 5: Σύγκριση μεγέθους: BeamExpander έναντι παραδοσιακών τηλεσκοπίων

Παραγωγή & Μετρολογία

Οι σύγχρονες εξελίξεις επιτρέπουν την κατασκευή όγκου υψηλής ακρίβειας:

• Μέθοδοι: Λείανση, στίλβωση

• Τεχνικές μέτρησης:

  • CGH παρεμβολομετρία

  • Απτική ανίχνευση

  • Παρεμβολομετρία κίνησης (τοπογραφία επιφάνειας σε 20-30 δευτερόλεπτα)

• Ψηφιοποιημένη παραγωγή (π.χ., πλήρως αυτοματοποιημένη ροή εργασίας της asphericon) μειώνει το κόστος μέσω της βελτιστοποίησης παρτίδων.

Εφαρμογές

• Συστήματα λέιζερ (διαμόρφωση/διαστολή δέσμης)

• Μικροσκοπία φθορισμού

• Συστήματα προβολής

• Δορυφορικά όργανα

Τελική Σύγκριση