Когда вам действительно нужна плосковогнутая линза? 

Если вы занимались проектами по расширению пучка или коррекции аберраций, то, скорее всего, первым делом вы вспомните о плосковыпуклой или двояковыпуклой линзе. Но что насчёт плосковогнутой линзы? Её часто упускают из виду — однако в некоторых сценариях она оказывается именно тем компонентом, который вам нужнее всего.

Что такое сферическая плосковогнутая линза?

Сферическая плосковогнутая линза имеет одну плоскую поверхность, а другую — вогнутую сферическую. Она обладает отрицательной оптической силой, то есть рассеивает падающий параллельный пучок света, а не собирает его.

Звучит просто, правда? Но именно эта способность «рассеивать» незаменима в следующих четырёх сценариях.

Сценарий 1: Необходимо расширить луч, но не нужно менять его направление

Лазерные лучи обычно очень узкие, но расширение луча необходимо во многих областях применения, таких как лазерная обработка, лидар или проекционные системы. Плоско-выпуклая линза может расширить луч, но световой путь сходится, что требует дополнительных компонентов для коллимации. Использование плоско-вогнутой линзы в качестве первого компонента для расхождения луча, а затем использование второй линзы для коллимации, образует переднюю часть классического кеплеровского или галилеева расширителя луча.

Ключевое преимущество: Плоско-вогнутые линзы обеспечивают контролируемую отрицательную мощность, позволяя точно контролировать коэффициент расширения луча, сохраняя при этом неизменное направление светового пути.

Сценарий 2: Необходимо скорректировать сферическую аберрацию, но не нужно вводить дополнительные компоненты

В системах визуализации сферическая аберрация приводит к тому, что периферические и центральные лучи не сходятся в одной точке, что приводит к размытым изображениям.

Выпуклые линзы сами по себе создают положительную сферическую аберрацию. Отрицательная сферическая аберрация, создаваемая плоско-вогнутыми линзами, может быть точно компенсирована.

Ключевое преимущество: Сочетание плоско-вогнутых линз с выпуклыми линзами позволяет «нейтрализовать» сферическую аберрацию без добавления сложных оптических узлов, что приводит к низкой стоимости и хорошим характеристикам.

Сценарий 3: Вам необходимо увеличить фокусное расстояние, но пространство ограничено.

Общая длина оптической системы часто ограничена ее механической конструкцией. Что делать, если вы хотите увеличить эффективное фокусное расстояние вашей системы, но не можете удлинить оптический путь?

Добавление отрицательной линзы (плоско-вогнутой линзы) к системе может эффективно увеличить суммарное фокусное расстояние без изменения физической длины.

Ключевое преимущество: Получение большего эквивалентного фокусного расстояния «из воздуха» без изменения общей длины системы — это особенно ценно в компактных оптических конструкциях.

Сценарий 4: Вам необходимо создать линейные пучки или равномерное освещение.

Цилиндрические зеркала являются основным инструментом для формирования линейных пучков, но сферические плоско-вогнутые линзы также находят применение. В приложениях, требующих равномерного рассеивания точечного источника света на поверхностный источник, плоско-вогнутые линзы могут рассеивать пучок под определенным углом, работая в сочетании с интегрирующими сферами или рассеивателями. В проекционных системах плоско-вогнутые линзы могут использоваться для регулировки равномерности пучка.

Ключевое преимущество: отрицательная оптическая мощность обеспечивает возможность «рассеивания» света, а не его «схождения».

Что следует учитывать при выборе линзы?

Если вы решили использовать плоско-вогнутую линзу, следует обратить особое внимание на следующие параметры:

В заключение

Плоско-вогнутые линзы не являются основными компонентами; они скорее «вспомогательные элементы» оптической системы — но именно эта вспомогательная роль позволяет решать практические задачи, такие как расширение пучка, коррекция аберраций, регулировка фокуса и формирование пучка в критические моменты.

В следующий раз, когда вы будете проектировать оптическую систему, если столкнетесь с проблемой невозможности «схождения» или «расширения» света, подумайте: нужна ли мне плоско-вогнутая линза?