quote:
We hebben een ontwerp!
Het resultaat:
Geheugen opfrissen. Het idee is om een spectrometer te maken. Een spectrometer meet de intensiteit als functie van de golflengte. Je kunt zelf een spectrometer maken met een prisma of een tralie en een camera om het spectrum mee te meten.
We hebben een joekel van een detector, en uit mijn eerste berekening bleek dat we daar een lens met een brandpuntsafstand van 85 mm voor nodig hebben. Het idee was om bestaande lenzen aan elkaar te plakken, en corrigerende lenzen toe te voegen. Dat bleek niet goed te werken. Daarnaast bleek ook dat die 85 mm niet goed gekozen was. Wat extra rekenwerk liet zien dat 200 mm veel logischer was.
Het programma dat we hebben maakt het mogelijk om een virtueel ontwerp van een lens te maken, en te laten zien hoe dat ontwerp zich in de praktijk gedraagt (met wat mitsen en maren), zie het eerste en tweede plaatje.
We beginnen met een fiber, waaruit een bundel licht komt. Hier hadden we al een probleem, omdat het programma er van uitgaat dat iedere golflengte op dezelfde manier verdeeld wordt. In de praktijk blijkt dit wat complexer te liggen - zo wordt blauw licht over een kleinere hoek verdeeld dan rood licht in de fiber die we gebruiken. Dan doe je dus een aanname dat het licht gemiddeld genomen over een bepaalde hoek wordt verdeeld.
Daarna gaat het licht door een bestaand lensje met een brandpuntsafstand van 70 mm. Met deze lens wordt de lichtbundel gecollimeerd. Daarna gaat die bundel door het tralie, die de verschillende kleuren onder verschillende hoeken breekt. Vaak wordt een reflecterend tralie gebruikt - wij gebruiken een doorschijnend tralie, omdat deze een goede efficiėntie heeft. De volgende lens wordt zo dicht mogelijk bij het tralie geplaatst, zodat stralen zo dicht mogelijk bij de optische as blijven. Deze lens was het lastigste deel van het ontwerp, maar achteraf gezien ook weer niet zo lastig. Kwestie van de brandpuntsafstand zo aanpassen, dat het licht over de hele detector wordt verdeeld.
We hebben namelijk een behoorlijk idioot grote camera, met een sensorlengte van maar liefst 82 mm, en we wilden zo veel mogelijk van die sensor gebruik maken, zodat de spectrometer een zo hoog mogelijke resolutie kan halen.
Voor dit ontwerp hebben we een bestaande lens genomen, en daarbij parameters zo aangepast, dat alles netjes past.
De sensor heeft een grote van 82 mm x 20 micrometer, en aan het tweede plaatje kun je zien dat het grootste deel van het licht netjes binnen die 20 micrometer valt. De blauwe lijn laat de simulatie zien, en de zwarte lijn geeft aan waar de diffractie-limiet ligt. De diffractie-limiet kunnen we helaas niet breken, wat betekent dat we bijna overal diffractie-gelimiteerd zijn (behalve in het blauw) en dat de spotgrootte net onder de 20 micron root mean square blijft. Daarmee valt een behoorlijk groot deel van het licht op de detector. Missie geslaagd.
De vraag is nu of we dit ontwerp gaan laten maken, of een andere oplossing gaan zoeken.
Het probleem is namelijk dat er behoorlijk wat glazen elementen in het ontwerp zitten, en het zal nogal wat knaken kosten om dit te laten maken. Er worden ook fotografische lenzen verkocht met dezelfde brandpuntsafstand, en misschien kunnen we die toch omdraaien. Dat ga ik vandaag simuleren. Die lenzen zijn ook niet goedkoop (als snel een paar duizend dollar), maar waarschijnlijk goedkoper dan een lens met 5 elementen en 10 oppervlakken die individueel geslepen en gecoat moeten worden.
[ Bericht 3% gewijzigd door Lyrebird op 06-01-2014 10:14:35 ]
Good intentions and tender feelings may do credit to those who possess them, but they often lead to ineffective — or positively destructive — policies ... Kevin D. Williamson