تحليل متعمق للخصائص البصرية للأنظمة البصرية العاكسة

تُستخدم الأنظمة البصرية العاكسة على نطاق واسع في مختلف المجالات اليوم ، ويرجع ذلك في المقام الأول إلى قدرتها على تجنب الانحراف الكروني مع تحقيق جودة تصوير عالية. بالمقارنة مع أنظمة الانكسار ، تستخدم الأنظمة العاكسة انعكاس المرآة بدلاً من انكسار العدسة ، وتتميز بعدد أقل من العناصر البصرية وثبات أعلى للأداء البصري. سوف تستكشف هذه المقالة البنية الأساسية والخصائص والخصائص البصرية للأنظمة العاكسة في بيئات مختلفة. نأمل أن تكون هذه المقالة مفيدة لقرائنا.

كيفية تصميم نظام بصري شميت

نظام شميت البصري هو نوع شائع من النظام البصري العاكس ، يستخدم بشكل رئيسي في التلسكوبات الفلحية وغيرها من أجهزة التصوير عالية الدقة. يكمن مفتاح تصميمها في استخدام لوحة مصحح شميت ، والتي تصحح بشكل فعال الانحرافات الكروية ، وبالتالي تحسين جودة التصوير. يشمل الهيكل الأساسي لنظام شميت البصري مرآة أساسية كروية ولوحة مصحح شميت ، والتي توضع عادة في مركز انحناء المرآة الأساسية.

وصف وتطبيق البصريات اللاكروية

العناصر البصرية غير الأسوفيرية تلعب دورا حاسما في الأنظمة البصرية العاكسة. يمكن للمرايا شبه الكروية تصحيح الانحرافات بشكل فعال وتحسين جودة التصوير. تقنيات التصنيع الحديثة ، مثل تحول الماس نقطة واحدة ، جعلت إنتاج المرايا ذات القطر الكبير غير الكروي أكثر جدوى. وقد وسعت هذه التطورات التكنولوجية من تطبيق الأنظمة البصرية العاكسة في مجالات التصوير عالية الدقة.

الاختلافات الأساسية بين أنظمة العدسات وأنظمة المرآة

من منظور انتقال الضوء ، هناك اختلافات أساسية بين أنظمة العدسات وأنظمة المرآة. في أنظمة العدسات ، غالبًا ما يمر الضوء مباشرةً ويستخدم فتحة مدخل التلميذ بالكامل. على النقيض من ذلك ، تختلف أنظمة المرآة بطبيعتها لأن المرايا قد تعوق بعضها البعض ، كما هو الحال في نظام Cassegrain ثنائي المرآة الكلاسيكي. يمكن أن تؤدي هذه الخاصية إلى انخفاض ملحوظ في منحنى MTF (وظيفة نقل التشكيل) عند الترددات المتوسطة.

مزايا الأنظمة العاكسة

تتمتع الأنظمة العاكسة بمزايا معينة على أنظمة الانكسار. أولاً ، وفقًا لقانون سنيل ، يمكن اعتبار معامل الانكسار لجميع الأطوال الموجية-1 للمرايا ، مما يسمح للأنظمة العاكسة بتجنب الانحرافات لونها. وهذا يجعلها فعالة بشكل خاص في التصميمات ذات الفتحة الكبيرة والزاوية الواسعة. وثانيًا ، تتطلب الأنظمة العاكسة عمومًا عناصر بصرية أقل ، مما يقلل من تكاليف التصنيع وصعوبة الصيانة. نظرًا لأن سطح المرآة غير مقيد بالمواد البصرية ، يمكن للأنظمة العاكسة أن تحقق فتحات كبيرة ، وهو أمر بالغ الأهمية في مجالات مثل علم الفلك والفضاء. بالإضافة إلى ذلك ، فإن حرية تصميم المرايا أعلى ، حيث أن الأسطح الحرة هي اتجاه بحث شائع.

قيود الأنظمة العاكسة

كما تواجه الأنظمة العاكسة ، إلى جانب العوائق المركزية ، التداخل المتبادل بين المرايا ، مما يزيد بشكل كبير من صعوبة المحاذاة. تضيف الهياكل الداعمة والمكونات الميكانيكية الأخرى المزيد من ضغط النظام ، مما يؤدي في كثير من الأحيان إلى عدد أقل من العناصر البصرية. تحد مشكلات حجب الضوء وتداخل المكونات من مجال رؤية الأنظمة العاكسة. مع عناصر محدودة ، يصبح من الصعب على الأنظمة العاكسة تجنب استخدام الأسطح غير الأرضية للتحكم في الانحرافات. النظام البصري العاكس الأكثر بدائية هو النظام النيوتوني ، حيث تحافظ المرآة الأساسية الكروية تقريبًا على نقاط المحور فقط.

الخصائص الحرارية

يتم تحديد الخصائص الحرارية للأنظمة البصرية العاكسة بشكل أساسي بواسطة معامل التمدد الحراري لموادها. إذا كان النظام العاكس مصنوع من مادة واحدة ، مثل الألومنيوم ، فإن تأثيراته الحرارية عادة ما تكون ضئيلة. هذا لأنه في ظل التغيرات في درجات الحرارة الموحدة ، يتوسع النظام بأكمله أو يتعاقد بشكل موحد. نظرًا لأن جميع بارامترات النظام (مثل انحناء المرآة) تتدرج نسبيًا ، فلا تحدث أي انحرافات ، ويبقى التصوير واضحًا. ومع ذلك ، في التطبيقات العملية ، قد تتطلب الأنظمة العاكسة مواد متعددة ، مما يجعل تأثيرات التدرج الحراري كبيرة. عندما تكون المواد المختلفة لها معاملات تمدد حراري مختلفة ،أو عندما تكون هناك اختلافات في درجات الحرارة داخل النظام ، يمكن أن تتسبب التدرجات الحرارية في توسيع أجزاء مختلفة أو التعاقد بشكل مختلف ، مما يؤثر على الأداء البصري للنظام. في مثل هذه الحالات ، قد يظهر التصوير انحرافات أو تشوهات ، خاصة في البيئات ذات الاختلافات الكبيرة في درجات الحرارة ، مما قد يؤثر على استقرار جودة الصورة. لذلك ، بالنسبة للأنظمة العاكسة التي تستخدم مواد متعددة أو تعاني من تدرجات حرارية ، فإن التقييم الدقيق للخصائص الحرارية أمر ضروري. يحتاج المصممون إلى النظر في معاملات التمدد الحراري للمواد ، وتأثير تغيرات درجة الحرارة على معلمات النظام ، والتأثيرات المحتملة على جودة التصوير. من خلال التحليل الحراري الدقيق ، يمكن التنبؤ بهذه التأثيرات الحرارية على الأداء البصري وتقليلها.

أنظمة كاداديوبتريك

لأنظمة catadioptric ، لمعالجة مشاكل التمدد الحراري المذكورة أعلاه ، تستخدم العديد من المرايا عالية الدقة مواد مثل Zerodur. يحتوي Zerodur على معامل تمدد حراري صفر تقريبًا ، مما يسمح له بالحفاظ على التغيرات الثابتة في الأبعاد تحت تغيرات درجة الحرارة. لذلك ، يستخدم Zerodur على نطاق واسع في المرايا ذات القطر الكبير ، وخاصة في التلسكوبات الفلحية وغيرها من الأنظمة البصرية عالية الدقة. يمكن للأنظمة العاكسة باستخدام هذه المادة الحفاظ على الأداء البصري الجيد في البيئات ذات التغيرات الكبيرة في درجات الحرارة ، وتجنب الانحرافات الناجمة عن التمدد الحراري.