Heb je je ooit afgevraagd hoe een eenvoudige vergrootglas kleine details kan onthullen of hoe camera's een verre landschap kunnen vastleggen?Het antwoord ligt in kleine maar krachtige optische componenten die bolvormige lenzen worden genoemdDeze fundamentele elementen vormen de ruggengraat van talloze optische systemen, van alledaagse apparaten tot geavanceerde wetenschappelijke instrumenten.
Begrip van bollenzen
Sferische lenzen hebben, zoals de naam al doet vermoeden, oppervlakken met een bolvormige kromming.met een vermogen van meer dan 10 WElk lensoppervlak kan concaaf (inwaarts gebogen), convex (buitenwaarts gebogen) of vlak (plat) zijn.
De sferische lensfamilie
Sferische lenzen komen in verschillende vormen voor, ingedeeld naar vorm en functie:
Positieve lenzen (convergerende lenzen)
- Doppelconvexe lenzen:Met twee naar buiten gebogen bolvormige oppervlakken.
- Vlakconvexe lenzen:Combineer één vlak oppervlak met één convex oppervlak.
- Positieve meniscuslenzen:Een convex en een concaf oppervlak, met dikkere middelpunten dan randen.
Positieve lenzen convergeren parallelle lichtstralen naar een brandpunt achter de lens of verkorten de brandpuntsafstanden van het optische systeem.Het klassieke voorbeeld is zonlicht dat zich door een vergrootglas richt om een heldere vlek te creëren.
Negatieve lenzen (divergerende lenzen)
- Doppelconcave lenzen:Inbouwen van twee naar binnen gebogen bolvormige oppervlakken.
- Vlakconcave lenzen:Combineer één vlak oppervlak met één hol oppervlak.
- Negatieve meniscuslenzen:Het heeft een convex en een concaf oppervlak, met dunnere middelpunten dan randen.
Negatieve lenzen zorgen ervoor dat parallelle lichtstralen uiteenvallen en lijken te komen van een virtueel brandpunt voor de lens.Ze verlengen meestal brandpuntsafstanden en verhogen de relatieve diafragma's van het optische systeem..
Merk op dat dubbelconvexe en dubbelconcave lenzen ongeveer het dubbele van de brekingsvermogen bieden van vlakconvexe en meniscuslenzen.
Speciale lenzen en hun toepassingen
Dubbelconvexe en vlakconvexe lenzen: de kunst van scherpstellen
Beide dienen als convergerende lenzen met positieve brandpuntsafstanden, ideaal voor het focussen van collimated licht, collimating punt bronnen, of het verminderen van de divergentie van lichtbronnen.
Belangrijkste verschillen:
- Doppelconvexe lenzen:Met twee convexe oppervlakken bieden ze een sterkere convergentie en passen ze bij toepassingen die meer scherpstellingsvermogen vereisen.Optimaal wanneer object en beeld op tegengestelde lenszijde liggen met conjugate verhoudingen tussen 0.2 en 5.
- Vlakconvexe lenzen:Het is het meest geschikt voor geconjugeerde verhoudingen waarbij de ene afstand de andere met vijfvoudig of meer (5X - oneindig) overschrijdt.Vooral uitstekend in oneindige geconjugeerde scenario's..
Dubbelconcave en vlakconcave lenzen: de kracht van divergentie
Deze negatieve-focal-lengte lenzen divergeren convergerende stralen naar virtuele brandpunten, vaak gebruikt in Galileian beam expander.
Meniscuslenzen: specialisten in gebogenheid
- Positieve meniscuslenzen:Met dikkere middelpunten scherpstellen ze de stralen effectief en verkortten ze, in combinatie met andere lenzen, de brandpuntsafstanden en vergroten ze het numerieke diafragma voor een betere resolutie.
- Negatieve meniscuslenzen:Deze verminderen de numerieke diafragma en zijn goed in infraroodtoepassingen met een hoge brekingsindex.
Ballenzen: compacte krachtencentrales
Deze bolvormige elementen (voornamelijk dubbelconvexe lenzen waarbij de diameter overeenkomt met de kromme straal) verbeteren de signaalcouplage tussen vezels, zenders en detectoren.Ze vinden toepassingen in de endoscopie.Het is de bedoeling van de Europese Commissie om het gebruik van deze technologieën te bevorderen en het gebruik van deze technologieën te bevorderen.
Drumlenzen: installatievriendelijke opties
Net als kogellenzen, maar met langwerpige centrale delen, bieden trommellenzen en half trommellenzen een gemakkelijker montage terwijl ze vergelijkbare functionaliteit behouden.
Het kiezen van de juiste bollens
Optimale lenskeuze vereist een zorgvuldige beschouwing van meerdere factoren:
- Conjugatieverhouding
- De vorm van de lens
- F-nummer
- Materiële eigenschappen
- Vervoerkenmerken
- Vervorming van het golffront
- Scatterprestaties
- Specificaties voor de coating
- Begrotingsbeperkingen
Richtsnoeren voor de selectie van de vorm van de lens
Een goede vormkeuze beperkt optische afwijkingen tot een minimum, waardoor soms meerdere elementen nodig zijn.
| Positieve lens | Conjugatieverhouding | Vlak-convex | met een breedte van niet meer dan 20 mm | Achromatische dubbel |
|---|---|---|---|---|
| Oneindig. | Beter. | - Goed. | De beste | |
| 10:1 | Beter. | - Goed. | De beste | |
| 5:1 | Beter (gepaard) | Beter. | De beste (gepaard) | |
| 1:1 | Beter (gepaard) | Beter. | De beste (gepaard) |
| Negatieve lens | Conjugatieverhouding | Vlak-concave | Doppelconcave | Cylindrische vlak-concave |
|---|---|---|---|---|
| Oneindig. | De beste | - Goed. | De beste | |
| 10:1 | De beste | - Goed. | De beste | |
| 5:1 | - Goed. | De beste | - Goed. | |
| 1:1 | - Goed. | De beste | - Goed. |
Materiële opties
Fabrikanten bieden verschillende substraatmaterialen aan, waaronder N-BK7, UV-gesmolten silica, N-SF11, zinkselenide, calciumfluoride, silicium en germanium.Voor UV-straling zijn breedbandanti-reflectie (BBAR) -coatings beschikbaar, zichtbare, nabij-IR en midden-IR spectraalbereiken.
Voordelen en beperkingen
Voordelen
- Materiaalverscheidenheid:Verschillende substratopties voldoen aan gespecialiseerde eisen.
- Makkelijke integratie:Standaard ontwerpen vereenvoudigen de integratie van het systeem.
- Kosteneffectiviteit:Economischer dan asferische alternatieven voor veel toepassingen.
- Eenvoudig ontwerp:De bolgeometrie maakt massaproductie en duurzaamheid mogelijk.
- Basistoepassingen:Ideaal voor fundamentele optische behoeften zoals bril, vergrootglas, en eenvoudige camera lenzen.
Beperkingen
-
Afwijkingen:Struggelen om chromatische en bolvormige afwijkingen volledig te corrigeren.
- Chromatische afwijking:Verschillende golflengten richten zich op verschillende punten, waardoor er wazigheid of kleurenvrijheid ontstaat.
- Sferische afwijking:Door de lensdikte langs de optische as te variëren, worden de brandpunten verdeeld.
- Beperkingen voor de vorming van de straal:Minder geschikt voor toepassingen die een nauwkeurige straalregeling vereisen.
Praktische toepassingen
Sferische lenzen maken vergroting mogelijk volgens de relatie:
Vergroting (M) = - Afstand van beeld (v) / Afstand van object (u)
(Negatief teken geeft omgekeerde beeldvorming aan)
Van het verbeteren van het menselijk gezichtsvermogen tot het mogelijk maken van geavanceerde beeldsystemen, blijven bollenzen onmisbare rollen spelen in talloze optische toepassingen.Hun precieze techniek stelt ons in staat om onze wereld met opmerkelijke helderheid waar te nemen en vast te leggen.