Концентратори

Щодо оптичних датчиків і їх застосування, є важлива проблема

збільшення щільності потоку фотонів, яка падає на поверхню датчика. У багатьох випадках, коли тільки фактори енергії мають значення й фокусування або побудови зображення не потрібно, спеціальне оптичне обладнання може використовуватися досить ефективно. Вони - так звані збирачі потоку, або концентратори [5]. Вони мають деякі властивості хвилеводів і деякі властивості оптики побудови зображення (подібно лінзам і увігнутим дзеркалам). Найбільш важлива характеристика концентратора - відношення області вхідної і вихідної апертури С. Це відношення завжди більше за одиницю; тобто концентратор збирає світло від більшої області й направляє його до меншої області (Рис. 4.20A) де розміщений чутливий елемент.

Є теоретичний максимум для C:

C_max =1/sin² Θ_i, (4.37)

де Θ_i - максимальний напівкут входу. При цих умовах, світлові промені

виходять під усіма кутами аж до π/2 щодо нормалі до вихідної площини. Це означає, що діаметр вихідної апертури менший в sinΘ_i раз вхідної апертура. Це дає переваги при конструюванні датчика, тому що його лінійні розміри можуть бути зменшені в це число раз при збереженні аналогічної ефективності. Промені, що входять під кутом Θ з'являться в межах вихідого конуса під кутами залежно від точки уведення.

Концентратор може бути виготовлений з поверхнями, що відбивають (дзеркалами) або із заломлюючих матеріалів, або як комбінація обох. Практична форма параболічного концентратора, що відбиває, показана на Рис. 4.20B. Цікаво звернути увагу на те, що конусні рецептори світла сітківці людського ока мають форму, подібну показаної на Рис. 4.20B [6].

Параболічний концентратор має дуже высоку ефективність: він може збирати й концентрувати більш ніж 90 % поступаючої радіації (передбачається, що поверхня концентратора, що відбиває, ідеальна).

(A)

(B)

Рис. 4.20. Концентратор без побудови зображення (A), загальне схемне рішення; (B) концентратор, що має параболічний профіль.

Якщо припустима менша ефективність, може використовуватися конічний концентратор. Деякі із вхідних променів будуть вертатися назад після декількох відбиттів усередині конуса; однак, його повна ефективність - усе ще буде близько 80 %. Ясно, що конуси більш легкі у виготовленні, ніж параболічні концентратори.