מנסרות עם זווית ישרה

סקירת מוצר

העיצוב המשולש הפשוט שלהם מציע סובלנות יישור גדולה יותר מאשר מראות (שדורשות הטיה מדויקת) ועמידות גבוהה יותר מאופטיקה מצופה (שיכולה לשרוט או להתקלקל). בניגוד לציפויים רפלקטיביים הדוהים עם הזמן (הפחתת רפלקטיביות ב-5-10% בשנה בסביבות קשות), TIR מספק השתקפות יציבה עם אובדן נמוך (רפלקטיביות >99.9%) כאשר היא פועלת בתוך פרמטרים של זווית קריטית (זווית אירוע > זווית קריטית לחומר). אמינות זו הופכת מנסרות זווית ישרה הכרחית ביישומים מגוונים, החל ממוצרי אלקטרוניקה (עיניות מצלמה) ועד למערכות הגנה (פריסקופים).

תכונות המוצר

אפשרויות חומר : Schott BK7 (זכוכית כתר, אידיאלית עבור יישומים בטווח גלוי, 400-700nm, שידור של מעל 92% ב-550nm), Hoya סיליקה מתמזגת (שידור UV ו-NIR, 185-2100nm, התפשטות תרמית נמוכה), גרמניום (אמצע IR, אינדקס IR, 2-14 IR גבוה), ספיר (קשיות גבוהה ועמידות בטמפרטורה, מתאים לסביבות קשות). BK7 הוא חסכוני לשימוש כללי (למשל, מראות בצעצועים), בעוד שסיליקה ממוזגת מועדפת עבור לייזרים UV (למשל, לייזרים אקססימר 248nm) או מערכות בטמפרטורה גבוהה. גרמניום מספק הדמיה תרמית IR, וספיר משמש בחיישנים תעשייתיים החשופים לרטט או אבק.

מפרטים קריטיים : סובלנות זוויתית <2 שניות קשת (הבטחת סטייה מדויקת של 90° או 180° - סטייה של שנית קשת גורמת לשגיאה של 0.00028° בכיוון האלומה), איכות פני השטח 20-10 או 10-5 (10-5 דרגת 10-5 דרגת 10-5 ורמת אסטרונומיות דומה 1 PV ורגישות גבוהה/01) , (ב-632.8 ננומטר, מבטיח שהקרן תישאר מאוזנת לאחר השתקפות). התחתון (משטח ההשתקפות עבור TIR) מלוטש לחספוס <0.5nm, תוך מזעור פיזור האור. עבור מנסרות מראות, התחתון מצופה באלומיניום, כסף או זהב - כל אחד עם טווחי רפלקטיביות ברורים.

מצבי השתקפות : שני מצבי השתקפות ראשוניים:

השתקפות פנימית כוללת (TIR) ​​: מתרחשת כאשר אור עובר מחומר בעל אינדקס שבירה גבוה יותר לחומר בעל אינדקס שבירה נמוך יותר (למשל, BK7 לאוויר) וזווית הפגיעה > זווית קריטית (הזווית הקריטית של BK7 ~41° לאור נראה). TIR אינו דורש ציפוי, מציע רפלקטיביות של מעל 99.9%, ואידיאלי עבור יישומים גלויים (למשל, עינית מצלמה) שבהם השפלת הציפוי מהווה דאגה.

ציפויי מראה : משמש כאשר TIR אינו אפשרי (למשל, זווית תקיפה < זווית קריטית או אורכי גל IR). ציפוי אלומיניום (400-1200 ננומטר, רפלקטיביות מעל 85%) חסכוניים עבור גלוי/NIR; ציפוי כסף (400-2000 ננומטר, רפלקטיביות מעל 95%) מציעים בהירות גבוהה אך זקוקים למעיל מגן; ציפוי זהב (800-14000nm, רפלקטיביות של מעל 98%) מצטיינים ב-IR.

טווח גדלים : מ -2 מ'מ עד 300 מ'מ עם סובלנות מימדית של ±0.25 מ'מ . מיני מנסרות בגודל 2 מ'מ משמשות במיקרו-אופטיקה (למשל, חיישני מצלמות סמארטפונים), מנסרות של 50 מ'מ במכשירי מעבדה (למשל, ספקטרומטרים), ומנסרות גדולות בגודל 300 מ'מ במערכות תעופה וחלל (למשל, טלסקופים לוויינים). אורך הרגל של המנסרה (שני הצדדים היוצרים את הזווית הנכונה) קובע את הצמצם הפנוי שלה - לדוגמה, אורך רגל של 50 מ'מ מספק צמצם ברור של ~35 מ'מ (גודל האלומה המקסימלית שהפריזמה יכולה להתמודד).

עמידות סביבתית : היציבות הכימית והתרמית משתנה בהתאם לחומר:

BK7: עמיד בחומצות/בסיסים עדינים, פועל ב-20°C עד 100°C.

סיליקה ממוזגת: אינרטי מבחינה כימית, פועל ב-40°C עד 200°C.

ספיר: עמיד בפני חומצות חזקות (למעט חומצה הידרופלואורית), פועל ב-273°C עד 2000°C.

גרמניום: רגיש ללחות (מתחמצן באוויר לח), דורש ציפוי מגן, פועל ב-40°C עד 100°C.

לכל המנסרות יש משטחים עמידים בפני שריטות (קשיות Mohs 6 עבור BK7, 7 עבור סיליקה מותכת, 9 עבור ספיר), מה שמבטיח עמידות בשימוש תכוף.

יישומים

פריזמות אלה נמצאות בכל מקום ב:

טכנולוגיית לייזר : היגוי קרן בריתוך בלייזר (חיבור רכיבי רכב, כאשר הסטייה של 90° מכוונת את הלייזר לאזורים שקשה להגיע אליהם), ניתוח (לייזרים אופטלמיים, שבהם מנסרות TIR מסיטות את הקרן לעין ללא פירוק הציפוי), ומערכות הנחייה (לייזרי טילים, שבהם מנסרות Sapphireforces גבוהות). בריתוך לייזר, מנסרות שיקוף עם ציפויים בעלי סף נזק גבוה מתמודדות עם עוצמת לייזר של 100W+, ומבטיחות סטייה עקבית.

הגנה וחלל : פריסקופים (פריסקופים של צוללות או טנקים, שבהם מנסרות מרובות בזווית ישרה מסיטות את האור אל הצופה), מדדי טווח (מדדי טווח לייזר צבאיים, באמצעות מנסרות TIR להחזרה נמוכה), ומצלמות אבטחה (מצלמות חיצוניות, שבהן מנסרות ספיר עמידות בפני מזג אוויר שומרות על ביצועים בגשם/שלג). פריסקופים צוללים משתמשים במנסרות BK7 בגודל 100-200 מ'מ עם ציפוי AR כדי להפחית את הפסדי השתקפות, מה שמאפשר צפייה ברורה בעומק.

הנדסה : סריקת לייזר (סורקים תלת מימדיים תעשייתיים, שבהם מנסרות מסיטות את קרן הלייזר על פני השטח של האובייקט) וחיישני טמפרטורת IR (בקרת איכות ייצור, באמצעות מנסרות גרמניום לכיוון קרני IR לגלאי). סורקים תלת מימדיים משתמשים במנסרות סיליקה ממוזגות קטנות (10-20 מ'מ) לשליטה מדויקת בקרן, המבטיחה רזולוציית סריקה <0.1 מ'מ. חיישני IR מסתמכים על מנסרות גרמניום כדי להתמודד עם אורכי גל של 8-14μm, קריטי למדידת טמפרטורות של משטחים חמים (למשל, חלקי מנוע).

אלקטרוניקה לצרכן : עיניות מצלמה (מצלמות דיגיטליות, שבהן מנסרות TIR משקפות את התמונה לעינית) וחיישנים אופטיים (זיהוי פנים של טלפון חכם, באמצעות מנסרות קטנות כדי להפנות מחדש את אור ה-IR). עינית מצלמה דיגיטלית משתמשת במנסרות BK7 בגודל 5-10 מ'מ עם TIR, מה שמבטל את הצורך בציפויים ומפחית את העלות. חיישני סמארטפון משתמשים במנסרות סיליקה מאוחדות בגודל 2-5 מ'מ, המתאימות לעיצובים קומפקטיים תוך שמירה על שידור אינפראולוגי.

שאלות נפוצות

ש: מתי עלי לבחור מנסרות מראות לעומת TIR?

ת: בחר פריזמות TIR כאשר:

זווית האירוע > זווית קריטית (למשל, 41° עבור BK7 באור נראה).

עמידות לטווח ארוך היא קריטית (ללא ציפוי להתכלה).

היישומים נמצאים בטווח הגלוי (TIR עובד הכי טוב כאן).

דוגמאות: עינית מצלמה, ספקטרומטרים של מעבדה.

בחר פריזמות מראות כאשר:

זווית האירוע < זווית קריטית (למשל, סטיית אלומה רחבה בזווית).

פועל בטווחי UV או IR (TIR פחות יעיל - הזווית הקריטית של גרמניום ~17° עבור IR, מה שהופך TIR לקשה להשגה).

יש צורך ברפלקטיביות גבוהה עבור יישומים בתאורה נמוכה (למשל, מצלמות ראיית לילה).

דוגמאות: הדמיה תרמית IR, לייזרים לריפוי UV.

ש: מה גורם לאובדן השתקפות במצב TIR?

ת: אובדן השתקפות במצב TIR הוא מינימלי (<0.1%), אך הוא יכול להתרחש עקב שני גורמים:

זיהום פני השטח : אבק, שמן או לחות על פני התחתית משנה את מקדם השבירה של ממשק האוויר-פריזמה, מפחית את הזווית הקריטית וגורם להחזר חלקי (הפסד <5%). ניקוי רגיל עם רקמת עדשה ואלכוהול איזופרופיל מפחית זאת.

אור מחוץ לציר : קרני אור הנכנסות בזוויות < זווית קריטית (קרני מחוץ לציר) אינן עוברות TIR, מה שמוביל לאובדי שידור (אובדן < 1% עבור קרני קולימציה היטב). שימוש במקורות אור מרוכזים (למשל, לייזרים) או פריזמות עם אורכי רגליים גדולים יותר (כדי להגדיל את טווח הזווית הקריטית) מפחית את האפקט הזה.

ציפויים אנטי-רפלקטיביים על פני הקלט/פלט (לא התחתון) מפחיתים גם הם אובדן על ידי מזעור ההשתקפות במשטחים אלה.

ש: האם מנסרות זווית ישרה יכולים לפעול כמחזירי רטרו?

ת: כן, בשימוש עם קרני כניסה מקבילות (מקולימות) ומכוונות כך שהקרן עוברת שתי השתקפויות TIR. לדוגמה, מנסרה ישרה זווית יכולה להחזיר קרן לאורך המסלול המקורי שלה אם הקרן נכנסת לרגל אחת, משתקפת מהתחתית ויוצאת מהרגל השנייה - זה יוצר סטיה של 180°. מנסרות רטרופלקטור משמשות ב:

מדדי טווח לייזר: המנסרה משקפת את קרן הלייזר בחזרה למקור, ומאפשרת חישוב מרחק (מרחק = מהירות האור × זמן טיסה / 2).

בטיחות בדרכים: סמנים מחזירי אור בכבישים משתמשים במנסרות קטנות בזווית ישרה כדי להחזיר את פנסי המכונית בחזרה לנהג, ולשפר את הראות.