• Sonuç bulunamadı

Optik yüzey pürüzlülüğünden saçılma

2. KURAMSAL TEMELLER

2.4 Saçılma Kaynakları ve Saçılma Mekanizmaları

2.4.1 Optik yüzey pürüzlülüğünden saçılma

( | | ) (2.24)

Burada; saçılan ıĢının saçılma açısı, düzgün yansıyan ıĢının düzgün yansıma açısı; A, B ve g ABg modeli katsayılarıdır.

A ve B sıfıra eĢit veya daha büyük olmalıdır. EĢitlik 2.24’te A sıfırsa saçılma meydana gelmez. Eğer g sıfırsa BSDF yönelim uzayında sabittir ve eĢitlik 2.25 ile verilir. Bu durumda elde edilen saçılma Lambertian’dır. g’nin sıfır olması durumunda katsayılar eĢitlik 2.26 ve eĢitlik 2.27 ile verilir.

(| |)

(2.25)

(2.26)

(2.27)

2.4 Saçılma Kaynakları ve Saçılma Mekanizmaları

Lazer spot takip sistemlerinde kaçak ıĢın performansının doğru analiz edilebilmesi için sistemdeki saçılma kaynakları ve saçılma mekanizmalarının belirlenerek doğru Ģekilde modellenmesi gerekmektedir. Optik sistemler optik, mekanik ve optoelektronik elemanlardan oluĢmaktadır. Bu nedenle sistemde temelde baĢlıca üç çeĢit saçılma kaynağı vardır. Bunlar optik elemanların, mekanik elamanların ve dedektörün yüzey pürüzlülüğüdür.

2.4.1 Optik yüzey pürüzlülüğünden saçılma

Optik yüzeyler optik sistem içerisinde görüntüyü oluĢturan lens ve ayna gibi elemanların yüzeyleridir. Bu yüzeyler genellikle çok pürüzsüz olmasına karĢın, hiçbirisi mükemmel değildir ve yüzeydeki bu pürüzlülük ıĢığın saçılmasına neden olur.

22

Yüzey pürüzlülüğünden saçılmanın modellenmesi için birçok yöntem vardır. Daha doğru model geliĢtirilmesi için genellikle daha fazla ölçüm, daha fazla zaman ve daha fazla bütçeye ihtiyaç duyulur. BSDF modelinin hassaslığı ve sistemin öngörülen kaçak ıĢın performansı optik elemanın sitemdeki konumuna göre değiĢiklik gösterir.

Aydınlatılan optik elemanlar sistem performansını aydınlatılmayanlara göre daha fazla etkiler. Dedektör düzlemi üzerine ulaĢan kaçak ıĢına verdiği katkı az ise saçılma daha az hassasiyetle modellenebilir.

2.4.1.1 KaplanmamıĢ optik yüzey pürüzlülüğünden saçılma

Yüzeyin yapısı Ģekil 2.9’da gösterildiği gibi genellikle iki profilin toplamı ile tanımlanır. Bu profiller optik Ģekil profili ve yüzey pürüzlülüğü profilidir. Yüzeyin optik Ģekli onun görüntü oluĢturma özelliğini, dolayısıyla düzgün yansıyan ve iletilen ıĢınların yönünü belirlerken, yüzey pürüzlülüğü yüzeyden saçılan ıĢınların açısal dağılımını ve Ģiddetini belirler. Yüzey pürüzlülüğü optik yüzeyin üretimi sırasında kullanılan yüzey bitirme iĢlemleri ile belirlenir ve modellenmesi genellikle optik Ģekil profilinden çok daha zordur. Yüzey pürüzlülüğünün çoğu verisi ölçüm sonuçlarına dayanır (Fest 2013).

ġekil 2.9 Yüzey pürüzlülüğünden saçılma

Yüzey profilinden hesaplanabilen iki önemli nicelik vardır. Bunlar spektral yoğunluk gücü (PSD) ve RMS yüzey pürüzlülüğüdür (σ).

23

KaplanmamıĢ optik yüzeyin BSDF’inin belirlenmesinde kullanılan 3 yöntem vardır (Fest 2013). Bunlar PSD ölçüm sonuçlarından BSDF’in belirlenmesi; RMS yüzey pürüzlülüğü ölçüm sonuçlarından BSDF’in belirlenmesi ve deneysel BSDF ölçümleri ile BSDF’in belirlenmesidir.

BSDF’in PSD ölçüm sonuçlarından belirlenmesi: BSDF’in belirlenmesinde kullanılabilecek yöntemlerden ilki PSD ölçüm verilerinin kullanılmasıdır. Yüzey pürüzlülüğünün dalgaboyundan çok küçük olduğu durumlarda PSD ve BSDF arasındaki iliĢki Rayleigh-Rice perturbasyon teorisi kullanılarak belirlenir. Sonuçta, BSDF’in

| |’e karĢı elde edilen fonksiyonel formu ile PSD’nin | | ’ya karĢı elde edilen fonksiyonel formu ihmal edilebilecek sabit terimler dıĢında aynıdır. PSD eĢitliğinde yer alan sabitler eĢitlik 2.16, eĢitlik 2.17 ve eĢitlik 2.18 Ģeklinde yazılığında BSDF fonksiyonu için eĢitlik 2.15 ile verilen Harvey-Shack modeli elde edilir.

Harvey-Shack modeli ile oldukça benzer olan ve eĢitlik 2.24 ile verilen ABg modeli de optik yüzey pürüzlülüğünden kaynaklanan saçılmaların modellenmesinde yaygın olarak kullanılmaktadır (Fest 2013, Anonymous 2012a). ġekil 2.10’da 13.1Angstrom RMS yüzey pürüzlülüğüne sahip bir ayna için Harvey-Shack ve ABg modelleri kullanılarak PSD ölçümlerinden elde edilen BRDF’ler gösterilmiĢtir.

BSDF’in PSD ölçüm sonuçlarından belirlenmesinin bazı avantajları vardır. Bu avantajlardan en önemlisi PSD verisi kullanılarak yüzeyin BSDF’inin herhangi bir dalgaboyunda hesaplanabiliyor olmasıdır. PSD verisi kullanmanın bir diğer avantajı bu veriden BSDF’in hassas bir Ģekilde belirlenebilmesidir. Avantajlarının yanında bazı dezavantajları da vardır. Bunlardan birincisi ölçüm sonucunda elde edilen verilerin ayıklanmasının gerekmesidir. Ġkinci dezavantajı yüzeye optik kaplama uygulanmıĢ olması durumunda kaplamanın etkilerinin dikkate alınamamasıdır.

24

ġekil 2.10 Harvey-Shack ve ABg modelleri kullanılarak PSD ölçümlerinden elde edilen BRDF’ler (Fest 2013)

BSDF’in RMS yüzey pürüzlülüğü ölçüm sonuçlarından belirlenmesi: BSDF’in belirlenmesindeki bir diğer yöntem yüzey pürüzlülüğü verisini kullanmaktır. ÖlçülmüĢ PSD ve BSDF verilerinin olmadığı durumlarda RMS yüzey pürüzlülüğü ölçümleri optik yüzeyin BSDF’inin belirlenmesinde kullanılabilir. Bu yöntemde yüzeyin ilgili dalgaboyunda ölçülen etkin yüzey pürüzlülüğü kullanılır. Yüzeyin etkin yüzey pürüzlülüğü bilindiğinde bu değer eĢitlik 2.28 ile verilen TIS’ın hesaplanmasında kullanılabilir (Greynolds 1985).

[

] (2.28)

Bu eĢitlik BSDF’in yarıküre katı açısı üzerinden integralinin alınması ile elde edilen TIS’a eĢittir. Harvey-Shack modelinin parametresi ve için sırasıyla eĢitlik 2.29 ve eĢitlik 2.30 ile verilir.

(2.29)

25

(2.30)

Bu model PSD ve BSDF ölçümü gerektirmediği için B ve C parametreleri bilinmemektedir. Ancak bu parametreler için tipik değerler kullanılabilir. Optik yüzeyler için genellikle B 200μm’ye C -1.5’a eĢittir. Bu değerlerden ve dalgaboyundan katsayısının yanı sıra Harvey-Shack modelinin l ve s katsayıları da hesaplanarak tam bir model elde edilebilir. Eğer yüzey üzerinde kaplama varsa ölçülen yüzey pürüzlülüğü optik elemanın değil kaplamanın olacaktır. Ancak yine de veri olmaması durumunda bu model yapılabilecek en doğru yaklaĢımdır (Fest 2013).

BSDF’in RMS yüzey pürüzlülüğü ölçüm sonuçlarından belirlenmesi yönteminin bazı dezavantajları vardır. Bunlardan birincisi etkin yüzey pürüzlülüğü hangi dalgaboyuna aitse yalnızca o dalgaboyundaki BSDF’in belirlenebiliyor olması, ikincisi yüzeye optik kaplama uygulanmıĢ olması durumunda kaplamanın etkilerinin dikkate alınamamasıdır.

BSDF’in deneysel ölçümlerden belirlenmesi: Yüzeyin BSDF’ini belirlemenin en doğru yöntemi ilgili dalgaboyunda ölçüm yapmaktır. Ancak bu tip bir ölçüm çok fazla zaman, iĢ gücü, bütçe ve özel donanım gerektirir. BSDF ölçümleri mümkün oldukça çok sayıda ıĢıma geliĢ açısı ve saçılma açısı için yapılmalı; diğer açılardaki değerlerin belirlenmesi için elde edilen veriler seçilen saçılma modeli fonksiyonuna uyumlulaĢtırılmalıdır. Optik yüzeyler için bu amaçla kullanılabilecek en iyi modeller Harvey-Shack veya ABg modelidir çünkü fonksiyonel formları optik yüzeylerden saçılmayı hassas olarak belirleyebilmektedir (Anonymous 2012a).

BSDF’in deneysel ölçümlerden belirlenmesi yönteminin avantajı; yüzeye uygulanan optik kaplamaların etkilerinin de ölçümler sonucunda elde edilen BSDF’e dahil olmasıdır. Dezavantajı ise BSDF ölçümlerinin çok fazla zaman, iĢ gücü, bütçe ve özel donanım gerektirmesidir.

26

2.4.1.2 KaplanmıĢ optik yüzey pürüzlülüğünden saçılma

Çoğu optik yüzey yansıma önleyici, koruyucu ya da bant geçirgen kaplamalar ile kaplanır ve bu kaplamalar yüzeyin BSDF’ini etkiler. Yüzeyin pürüzlülüğünü artırmaya ek olarak kaplama katmanları yüzeyin BSDF’inin açısal dağılımını da değiĢtirebilir.

KaplanmıĢ yüzeyin BSDF’inin tahmin edilebilmesi için kullanılabilecek bir model geliĢtirilmiĢtir (Elson 1995). Ancak bu model her bir katmanın yüzey pürüzlülüğü arasında Ģekil 2.11’de gösterildiği gibi uyum olmasını gerektirir. Her bir katmanın yüzey pürüzlülüğü uyumluluğunun ölçülmesi çok zor olduğu için bu yöntem genellikle katman yüzey pürüzlülüklerinin uyumlu olduğu ve olmadığı durumlar için uygulanıp elde edilen değerlerin ortalaması kullanılmakta veya elde edilen en kötü değer dikkate alınmaktadır.

ġekil 2.11 Yüzey pürüzlülüğü uyumlu olan (üstte) ve olmayan (altta) kaplama katmanları (Fest 2013)

Pratikte, kaplanmıĢ yüzeyden saçılmaları öngörebilmek için bu yöntemi kullanmak oldukça zordur. Bu zorluğun baĢlıca sebepleri optik kaplamaya ait katman özelliklerinin üretici firmaya özel olması, farklı katmanların pürüzlülük profillerinin uyumluluğunu ölçmenin zorluğu, uyumlu olduğu ve olmadığı varsayılan katman yüzey pürüzlülükleri dikkate alındığında elde edilen BSDF farkının yüksek olmasıdır. Tüm bu zorluklardan dolayı kaplanmıĢ bir yüzeyin BSDF’i genellikle doğrudan ölçülmekte ve uygun modeller kullanılarak fonksiyon elde edilmektedir (Fest 2013).

27 2.4.2 Mekanik yüzey pürüzlülüğünden saçılma

Mekanik yüzeyler, sistemdeki optik elemanların optik tasarıma uygun Ģekilde konumlandırılmasını ve sabitlenmesini sağlayan mekanik elemanların yüzeyleridir.

Optik sistem içerisindeki mekanik yüzeylerin karartılması kaçak ıĢın kontrolündeki en temel metottur. Bu tip yüzeylere örnek olarak lenslerin ve aynaların içerisine yerleĢtirildiği silindirik mekanik parçaların iç yüzeyleri, ıĢın engelleyiciler, ıĢın durdurucular ve optik yol yakınındaki diğer yüzeyler gösterilebilir.

Yüzey karartma iĢlemlerinin kullanımının birinci, ikinci ve yüksek mertebeli kaçak ıĢın yollarının Ģiddetini önemli ölçüde düĢürmesine rağmen bu iĢlemlerin kullanımı ile kazanılan iyileĢme kaçak ıĢın kontrolü için genellikle yeterli olmamaktadır.

Yüzey karartma iĢlemleri yüzey üzerine gelen ıĢınları kontrol ederek, güvenli doğrultulara yönlendirerek, kontrollü Ģekilde yansıtarak veya mümkün olduğunca Lambertian hale getirerek yüzeyden meydana gelen saçılmayı zayıflatmak için kullanılır. Yüzeyden meydana gelen saçılmayı yüzey karartma iĢlemleri ile zayıflatmak için birlikte veya tek tek kullanılabilen dört temel yöntem vardır (Persky 1999):

 Boya (örneğin; Aeroglaze Z306) gibi soğurucu bileĢenlerin kullanımı,

 Yüzeyde çoklu yansımalar sağlamak ve ıĢığı tuzaklamak için derin girinti çıkıntılara sahip yapıların (örneğin; Martin Black, anodize edilmiĢ yüzeyler) kullanımı,

 IĢığı dağınık yansıtmak için yüzeylerde pürüzlü yapılar veya parçacıklar kullanımı,

 Yansımaları minimuma indirmek için düĢük yansımaya sahip giriĢim kaplamalarının kullanımı.

Yüzey karartma iĢlemlerinin çoğu yukarıda bahsedilen yöntemlerin birden fazlasını kullanır ve bu metotların kullanımı yüzeyin BRDF’inin hesaplanmasını veya öngörülmesini zorlaĢtırır. Örneğin boyanın dalgaboyuna karĢı soğurma karakteristiği boyanın kimyasal özellikleri, boyanın uygulanması için kullanılan yöntem ve uygulamanın yapıldığı çevre koĢulları gibi birçok değiĢkene bağlıdır. Aynı Ģekilde,

28

girinti ya da çıkıntıların yüzey pürüzlülüğü profili optik yüzeylerinkinden çok daha karmaĢıktır. Bu yüzey profillerinin karmaĢıklığı yüzey profilinin ölçümünü ve saçılma özelliğinin belirlenmesini zorlaĢtırmaktadır. Bu nedenlerden dolayı yüzey karartma iĢlemlerinin BRDF’i genellikle doğrudan ölçüm ile belirlenir (Fest 2013).

Yüzey karartma iĢlemleri ve optik yüzeyler arasındaki yapısal farklardan dolayı yüzey karartma iĢleminin BRDF’inin açısal dağılımı optik yüzeylerinkinden oldukça farklıdır.

Yüzeye gelen ıĢının geliĢ açısı arttıkça yüzey karartma iĢlem uygulanmıĢ yüzeyin TIS’ı artar, yani BRDF ıĢıma geliĢ açısının fonksiyonu olarak değiĢir.

Yüzey karartma iĢlemi BRDF’inin modellenmesi için kullanılan iki yöntem vardır. Bu yöntemler BRDF’in deneysel ölçüm verileri kullanılarak modellenmesi ve BRDF’in yayınlanmıĢ veriler kullanılarak modellenmesidir (Fest 2013).

BRDF’in deneysel ölçüm verileri kullanılarak modellenmesi: Yüzey karartma iĢleminin BRDF’ini modellemenin en doğru yolu deneysel ölçüm yapmak ve ölçümler sonucunda elde edilen verileri uygun modeli kullanarak matematiksel fonksiyon ile tanımlanabilir hale getirmektir. Yüzey karartma iĢlemlerinin BRDF’i ıĢımanın yüzeye geliĢ açısına bağlı olarak değiĢtiği için ölçümler mümkün oldukça fazla ıĢıma geliĢ açısında yapılmalıdır.

BRDF’in yayınlanmıĢ veriler kullanılarak modellenmesi: Yüzey karartma iĢlemleri için yayınlanmıĢ verileri kullanarak doğru BRDF modeli oluĢturabilmek amacıyla kullanılacak verilerin sağlaması gereken bazı koĢullar vardır:

 Yayınlar çok eski tarihli olmamalıdır. Eğer verilerin bulunduğu yayın çok eski tarihte yayınlanmıĢsa ölçümü yapılan yüzeyin günümüzdeki özellikleri değiĢmiĢ olabilir.

 Yayınlarda ölçüm ve ölçüm donanımının detayları verilmiĢ olmalıdır. Eğer bu detaylar verilmediyse verilerin ölçüm doğruluğu ve kullanılabilirliği uygun olmayabilir.

29

 Yayınlarda ıĢıma geliĢ açısı ve saçılma açısı verileri yeterli çözünürlükte verilmiĢ olmalıdır. Eğer çözünürlük yeterli değilse bunun sonucu olarak elde edilen BRDF de yeterli doğrulukta olmayabilir.

 Yayınlarda verilen verilerin detayları elektronik ortamda ulaĢılabilir olmalıdır.

Verilerin elektronik ortamda ulaĢılabilir olmadığı durumlarda yayınlardaki verilerin kullanılması gerekmekte, bu durum ek bir hata kaynağı olabilmektedir.

Bu koĢulları sağlayan yayınlanmıĢ verilerin literatürde bulunması halinde yüzeye ait BRDF önemli miktarda zaman, bütçe, iĢgücü ve özel donanım gerektiren ölçümlere ihtiyaç kalmadan hassas olarak belirlenebilmektedir.

2.4.3 Dedektörün yüzey pürüzlülüğünden saçılma

Optik sistemlerdeki bir diğer saçılma kaynağı sistemde kullanılan dedektörün yüzeyidir.

Dedektörü oluĢturan yarıiletken malzemelerin özellikleri dedektörün soğurma ve saçılma karakteristiklerini doğrudan etkilemektedir (Bright vd. 1997).

Lazer spot takip sistemlerinde silikon fotodedektörler kullanılmaktadır. Silikon fotodedektörlerin yüzey yansıtıcılığı dedektör aktif alanının yüzeyinde yansıma önleyici optik kaplamalar kullanılarak ve yüzeylerde mikro yapılar oluĢturularak azaltılabilmektedir (Bright vd. 1997). Yansıma önleyici optik kaplamalar, kırma indisleri farklı olan ortamları ayıran yüzeylerden meydana gelen yansımaları elektromanyetik dalgaların giriĢim özelliğini kullanarak engellerken; yüzeyde oluĢturulan mikro yapılar yansıma önleyici kaplamadan geçen ıĢınların yüzeyde tuzaklanmasını ve bu sayede yansıyan ıĢınların azalmasını sağlar.

Silikon fotodedektörlerin düzgün yansıtıcılığı, fotodedektörün silikon bir alttaĢ üzerine yansıma önleyici optik kaplama yapılmıĢ bir yapı olduğu dikkate alınarak yaklaĢık olarak hesaplanabilmekte ve bu hesaplamalar yapılan ölçümlerle uyuĢmaktadır (Haapalinna vd. 1998). Ancak dedektör yüzeyini oluĢturan girinti çıkıntılardan kaynaklanan yüzey pürüzlülüğü profili oldukça karmaĢıktır ve üretim tekniklerine göre geniĢ ölçüde değiĢiklik göstermektedir. Bu yüzey profillerinin karmaĢıklığı yüzey profilinin ölçümünü ve saçılma özelliğinin belirlenmesini zorlaĢtırmaktadır. Bu

30

nedenlerden dolayı dedektör yüzeyinin BRDF’i genellikle doğrudan ölçüm ile belirlenir.

Dedektör yüzeyinin BRDF’inin modellenmesi için kullanılan iki yöntem vardır. Bu yöntemler BRDF’in deneysel ölçüm verileri kullanılarak modellenmesi ve BRDF’in yayınlanmıĢ veriler kullanılarak modellenmesidir

BRDF’in deneysel ölçüm verileri kullanılarak modellenmesi: Dedektör yüzeyinin BRDF’ini modellemenin en doğru yolu deneysel ölçüm yapmak ve ölçümler sonucunda elde edilen verileri uygun modeli kullanarak matematiksel fonksiyon ile tanımlanabilir hale getirmektir. Dedektör yüzeyinin BRDF’i ıĢımanın yüzeye geliĢ açısına bağlı olarak değiĢtiği için ölçümler mümkün oldukça fazla ıĢıma geliĢ açısı için yapılmalıdır. Ancak bu ölçümler önemli miktarda zaman, bütçe, iĢgücü ve özel ekipman gerektirmektedir.

BRDF’in yayınlanmıĢ veriler kullanılarak modellenmesi: Dedektör yüzeyi için yayınlanmıĢ verileri kullanarak doğru BRDF modeli oluĢturabilmek amacıyla kullanılacak verilerin yüzey karartma iĢlemleri baĢlığı altında verilen koĢulları sağlaması gerekmektedir. KoĢulları sağlayan yayınlanmıĢ verilerin literatürde bulunması halinde yüzeye ait BRDF önemli miktarda zaman, bütçe, iĢgücü ve özel donanım gerektiren ölçümlere ihtiyaç kalmadan hassas olarak belirlenebilmektedir.

31

3. LAZER SPOT TAKĠP SĠSTEMLERĠNDE KAÇAK IġIN KONTROLÜ

Lazer spot takip sistemi optik tasarımı yapılırken kaçak ıĢın mekanizmalarının tamamını engellemek mümkün değildir ancak bazı yöntemler tasarım sürecinin en baĢından itibaren göz önünde bulundurularak sistemdeki kaçak ıĢınlar kontrol edilebilir ve sistemin kaçak ıĢın performansı artırılabilir. Bu bölümde lazer spot takip sistemlerinde kaçak ıĢınları kontrol etmek için kullanılan yöntemler açıklanacaktır. Bu yöntemler;

optik eleman sayısının azaltılması, yansıma önleyici optik kaplama kullanılması, bant geçirgen filtre kullanılması, aydınlatılmıĢ ve kritik yüzeylerin azaltılması, perdeli yapıların kullanılması ve yüzey karartma iĢlemlerinin uygulanmasıdır.

3.1 Optik Eleman Sayısının Azaltılması

Lazer spot takip sistemlerinde kaçak ıĢın performansını artırmanın en etkili yolarından biri sistemde kullanılan kırıcı optik eleman sayısını azaltmaktır. Kırıcı optik elemanlar hayalet yansıma ve saçılma olmak üzere iki kaçak ıĢın mekanizmasına sahiptir. Bu nedenle sistemde kullanılan optik eleman sayısı ne kadar fazlaysa oluĢabilecek kaçak ıĢın mekanizması sayısı da o kadar fazla olacaktır. Optik elemanların yüzeylerinden meydana gelen ve bölüm 2.4.1’de detaylarıyla incelenen saçılmalara ek olarak hayalet yansımalar da kırıcı optik elemanların kullanıldığı sistemlerde ortaya çıkan en yaygın kaçak ıĢın mekanizmalarındandır. Sistem performansında belirgin etkilere sahip olan hayalet yansımalar, kırıcı optiklerin iki ortamı birbirinden ayıran yüzeylerine gelen ıĢınların düzgün yansımaları sonucunda oluĢur. Hayalet yansımaların oluĢabilmesi için sistemde en az bir kırıcı elemanın olması yeterlidir. Ġkinci derece hayalet yansıma yollarının sayısı (N), kırıcı yüzey sayısı olmak üzere eĢitlik 3.1 ile verilir.

(3.1)

Bu eĢitlik hayalet yansıma yollarının kırıcı optik yüzey sayısının neredeyse karesiyle arttığını göstermektedir. Bu nedenle sistemin kaçak ıĢın performansının artırılabilmesi için sistemde kullanılan optik eleman sayısı mümkün oldukça az olmalıdır.

32

Lazer spot takip sistemleri genellikle kubbe, dar bant geçirgen filtre ve lenslerden oluĢmaktadır. Kubbe ve dar bant geçirgen filtre bölüm 4’te detayları verileceği üzere sistemin temel elemanlarıdır ve bu elemanların sistemden çıkarılması mümkün değildir.

Bu nedenle sistemdeki optik eleman sayısını azaltmanın tek yolu lens sayısını azaltmaktır. Sistemde kullanılacak lens sayısını belirleyen baĢlıca parametreler sistemin görüĢ açısı gereksinimi ve giriĢ açıklığının büyüklüğüdür. Sistemin görüĢ açısı ne kadar büyükse yüksek ıĢıma geliĢ açılarından gelen ıĢınları uygun Ģekilde dedektör üzerine yönlendirmek o kadar zorlaĢacak ve daha fazla lense ihtiyaç duyulacaktır. Benzer Ģekilde sistemin giriĢ açıklığı büyüdükçe optik eksenden uzak bölgelerde lens yüzeyine ulaĢan ıĢınları dedektör üzerine uygun Ģekilde yönlendirmek zorlaĢacak bu nedenle lens sayısının artırılması gerekecektir. Sistem görüĢ açısı gereksiniminin ve giriĢ açıklığı büyüklüğünün fazla olduğu durumlarda lens sayısını azaltmanın tek yolu lens malzemesi için mümkün olan en yüksek kırma indisine sahip malzemeyi seçmek ve küresel olmayan yüzeylere sahip lens kullanmaktır. Bu sayede birden fazla lens ile sağlanabilecek performans gereksinimleri tek lens ile sağlanabilmekte ve aynı zamanda sistemin kaçak ıĢın performansı artırılabilmektedir.

3.2 Yansıma Önleyici Optik Kaplama Kullanılması

Hayalet yansımaları ve kaçak ıĢın mekanizmalarını azaltarak sistemin kaçak ıĢın performansını artırmanın bir diğer yöntemi de kırıcı optik elemanların iki ortamı birbirinden ayıran yüzeylerinde yansıma önleyici optik kaplamalar kullanmaktır.

Yansıma önleyici optik kaplamaların temel amacı kırıcı optik elemanların yüzeylerinden meydana gelen yansımaları azaltarak optik elemanın daha fazla ıĢık geçirmesini; dolayısıyla da hayalet yansımaların azalmasını sağlamaktır.

Yansıma önleyici optik kaplamalar, yüzey üzerine yansımanın azaltılacağı dalgaboyunun çeyreği veya çeyrek katları kalınlıkta dielektrik film katmanları kaplanarak oluĢturulur. Bu sayede optik kaplamanın kırma indisinin lens malzemesinin kırma indisinden düĢük olması durumunda kaplama yüzeyinden ve lens yüzeyinden yansıyan elektromanyetik dalgalar arasında 180 derecelik faz farkı oluĢur. OluĢan faz farkı yüzeylerden yansıyan dalgaların birbirini kısmen veya tamamen sönümlemesini ve

33

yansımanın azalmasını sağlar. En temel yansıma önleyici optik kaplama tipi, ismini dalgaboyuna karĢı yansıtıcılık grafiğinden alan V tipi optik kaplamalardır. V tipi optik kaplamalar genellikle küçük bir dalgaboyu aralığındaki yansımaları etkin Ģekilde önleyebilmektedir. Bu nedenle tek dalgaboylu veya çalıĢma dalgaboyu aralığı dar olan sistemlerde yaygın olarak kullanılmaktadır. Optik kaplamayı oluĢturan katman sayısı artırılarak yansıma miktarı geniĢ dalgaboyu aralıklarında çok küçük seviyelere indirilebilmektedir (Fischer 2008, Macleod 2010).

Ġki ortamı ayıran kaplanmamıĢ yüzeyin s polarize, p polarize ve polarize olmayan ıĢık için yansıtıcılık katsayıları sırasıyla eĢitlik 3.2, eĢitlik 3.3 ve eĢitlik 3.4 ile verilir.

|

| (3.2)

|

| (3.3)

(3.4)

1064nm dalgaboyundaki kırma indisi 1.81 olan N-SF57 camı için yüzeyin 0° ıĢıma geliĢ açısındaki yansıtıcılığı hesaplandığında ρs, ρp ve ρ katsayılarının 0.083 olduğu görülür.

Bu sonuç kaplanmamıĢ yüzeye gelen ıĢığın %8.3’ünün yüzeyden yansıdığını göstermektedir. Yüzeylere yansıma önleyici kaplamalar uygulanarak bu değer %0.2’nin altına indirilebilmektedir. Bu sayede sistemde oluĢan hayalet yansımaların Ģiddeti önemli miktarda azalacak, sistemin kaçak ıĢın performansı artacaktır. 1064nm dalgaboyu için tasarlanmıĢ örnek bir V tipi yansıma önleyici kaplamanın dalgaboyuna karĢı yansıtıcılık grafiği Ģeil 3.1’de verilmiĢtir.

34

ġekil 3.1 V tipi yansıma önleyici kaplamanın dalgaboyuna karĢı yansıtıcılık grafiği (Anonymous 2012b)

Yansıma önleyici kaplamaların yansımayı engellediği dalgaboyu aralığı arttıkça kaplamanın tasarımı, katman sayısı ve üretim süreçleri değiĢmekte bu nedenle üretim maliyeti artmaktadır. Lazer spot takip sistemleri 1064nm dalgaboyunda çalıĢan sistemlerdir. Dolayısıyla maliyetin düĢük seviyede tutulabilmesi için kırıcı optik elemanların yüzeylerinde genellikle V tipi kaplamalar kullanılmaktadır. Lazer spot takip sistemlerinde V tipi kaplamaların kullanıldığı yüzeyler kubbe ve lens yüzeyleridir.

3.3 Bant Geçirgen Filtre Kullanılması

Elektromanyetik spektrumun yalnızca belirli bir aralığını geçiren ve bu aralığın iki yanında kalan diğer dalgaboyu bölgelerini yansıtan optik elemanlara bant geçirgen filtre

Elektromanyetik spektrumun yalnızca belirli bir aralığını geçiren ve bu aralığın iki yanında kalan diğer dalgaboyu bölgelerini yansıtan optik elemanlara bant geçirgen filtre

Benzer Belgeler