Что значит ахроматическая линза

Ахроматическая линза

Ахроматические линзы или ахроматический является объектив , который предназначен для ограничения эффектов хроматической и сферической аберрации . Ахроматические линзы корректируются, чтобы сфокусировать две длины волны (обычно красную и синюю) в одной плоскости.

Самый распространенный тип ахромата — это ахроматический дублет , который состоит из двух отдельных линз, сделанных из очков с разной степенью дисперсии . Обычно один элемент представляет собой отрицательный ( вогнутый ) элемент из бесцветного стекла, такого как F2, которое имеет относительно высокую дисперсию, а другой — положительный ( выпуклый ) элемент, сделанный из стекла кроны, такого как BK7, который имеет более низкую дисперсию. Элементы линз устанавливаются рядом друг с другом, часто склеиваются вместе и имеют такую ​​форму, что хроматическая аберрация одного уравновешивается хроматической аберрацией другого.

В наиболее распространенном типе (показанном) положительная сила элемента коронной линзы не совсем равна отрицательной силе элемента кремневой линзы. Вместе они образуют слабую положительную линзу, которая объединяет две световые волны разной длины в общий фокус . Также делаются отрицательные дублеты, в которых преобладает отрицательно-силовой элемент.

Содержание

История [ править ]

Теоретические соображения о возможности исправления хроматической аберрации обсуждались в 18 веке после заявления Ньютона о невозможности такой коррекции (см. Историю телескопа ). Заслуга за изобретение первого ахроматического дублета часто отдается английскому адвокату и оптику-любителю по имени Честер Мур Холл . [1] [2] Холл пожелал сохранить свою работу над ахроматическими линзами в секрете и поручил изготовление короны и кремневых линз двум разным оптикам, Эдварду Скарлетту и Джеймсу Манну. [3] [4] [5] Они, в свою очередь, передали работу одному и тому же человеку, Джорджу Бассу . Он понял, что эти два компонента предназначены для одного и того же клиента, и, соединив две части вместе, отметил ахроматические свойства. Холл использовал ахроматический объектив для создания первого ахроматического телескопа , но его изобретение в то время не стало широко известным. [6]

В конце 1750-х Басс упомянул линзы Холла Джону Доллонду , который понял их потенциал и смог воспроизвести их дизайн. [2] Доллонд подал заявку и получил патент на технологию в 1758 году, что привело к ожесточенным спорам с другими оптиками за право производить и продавать ахроматические дублеты.

Сын Доллонда Питер изобрел апохромат , усовершенствованный ахромат, в 1763 году [2].

Типы [ править ]

Было разработано несколько различных типов ахроматов. Они различаются формой линз, входящих в комплект, а также оптическими свойствами стекла (в первую очередь оптической дисперсией или числом Аббе ).

В дальнейшем, R обозначает радиус из сфер , которые определяют оптический соответствующую преломляющую поверхность линзы. По соглашению, R ₁ обозначает первую поверхность линзы, отсчитываемую от объекта. Дублетная линза имеет четыре поверхности с радиусами от R ₁ до R ₄ .

Дублет Литтроу [ править ]

Используется равновыпуклая линза из коронного стекла с R ₁ = R ₂ и вторая линза из бесцветного стекла с R ₃ = — R ₂ . Задняя часть линзы из бесцветного стекла плоская. Дублет Литтроу может создавать фантомное изображение между R ₂ и R _3, потому что поверхности линз двух линз имеют одинаковые радиусы.

Дублет фраунгофера (цель фраунгофера) [ править ]

Первая линза имеет положительную преломляющую способность, вторая — отрицательную. R ₁ установлен больше, чем R ₂ , и R ₂ установлен близко к R ₃ , но не равен ему . R ₄ обычно больше, чем R ₃ . В дублете фраунгофера R ₂ и R ₃ с разной кривизной расположены близко, но не соприкасаются. [7] Эта конструкция дает больше степеней свободы (еще один свободный радиус, длина воздушного пространства) для коррекции оптических аберраций .

Дублет Кларка [ править ]

Ранние линзы Clark следуют дизайну Фраунгофера. После конца 1860-х годов они перешли на дизайн Литтроу, примерно равновыпуклый венец, R ₁ = R ₂ , и кремневый с R ₃ ≃ R ₂ и R ₄ ≫ R ₃ . Примерно к 1880 году линзы Кларка имели R _3, установленный немного короче, чем R _2, чтобы создать рассогласование фокуса между R ₂ и R ₃ , тем самым избегая двоения, вызванного отражениями в воздушном пространстве. [8]

Дублет с масляным интервалом [ править ]

Использование масла между короной и кремнем устраняет эффект двоения изображения, особенно когда R ₂ = R ₃ . Он также может немного увеличить светопропускание и уменьшить влияние ошибок в R ₂ и R ₃ .

Дублет Штейнгейля [ править ]

Дублет Штайнхейля, изобретенный Карлом Августом фон Штайнхейлем , представляет собой дублет из кремня. В отличие от дублета фраунгофера, у него сначала отрицательная линза, а затем положительная линза. Он требует большей кривизны, чем дублет фраунгофера. [9]

Диалит [ править ]

Линзы Dialyte имеют большое воздушное пространство между двумя элементами. Первоначально они были разработаны в 19 веке, чтобы позволить более мелким элементам из бесцветного стекла по течению, поскольку производство из бесцветного стекла было трудным и дорогим. [10] Это также линзы, элементы которых нельзя склеить, потому что R ₂ и R ₃ имеют разные абсолютные значения. [11]

Дизайн [ править ]

Конструкция ахромата первого порядка включает выбор общей мощности дублета и двух очков. Выбор стекла дает средний показатель преломления, часто записываемый как (для показателя преломления на длине волны спектральной линии Фраунгофера «d» ) и число Аббе (для обратной дисперсии стекла ). Чтобы линейная дисперсия системы равнялась нулю, система должна удовлетворять уравнениям ϕ sys <\ displaystyle \ phi _ <\ text >> п d <\ displaystyle n_ > V <\ displaystyle V>

ϕ 1 + ϕ 2 знак равно ϕ sys ϕ 1 V 1 + ϕ 2 V 2 знак равно 0 , <\ displaystyle <\ begin \ phi _ <1>+ \ phi _ <2>& = \ phi _ <\ text > \\ <\ frac <\ phi _ <1>> >> + <\ frac <\ phi _ <2>> >> & = 0 \, \ end >>

где сила линзы является для линзы с фокусным расстоянием . Решение этих двух уравнений относительно и дает ϕ знак равно 1 / ж <\ displaystyle \ phi = 1 / f> ж <\ displaystyle f> ϕ 1 <\ displaystyle \ phi _ <1>> ϕ 2 <\displaystyle \phi _<2>>

ϕ 1 ϕ sys = V 1 V 1 − V 2 and ϕ 2 ϕ sys = − V 2 V 1 − V 2 . <\displaystyle <\frac <\phi _<1>><\phi _<\text>>>=<\frac >-V_<2>>>\qquad <\text>\qquad <\frac <\phi _<2>><\phi _<\text>>>=<\frac <-V_<2>>-V_<2>>>\ .>

Поскольку , и числа Аббе имеют положительные значения, мощность второго элемента в дублете отрицательна, когда первый элемент положителен. ϕ 2 = − ϕ 1 V 2 / V 1 <\displaystyle \phi _<2>=-\phi _<1>V_<2>/V_<1>>

Эволюции [ править ]

Более сложные конструкции ахроматических линз могут повысить точность цветных изображений за счет точного фокусирования большего количества длин волн. Апохроматическая линза приносит три длины волны в общий фокус и требует дорогостоящих материалов, в то время как superachromatic линза приносит четыре длины волны в центр внимания и должна быть изготовлена с еще более дорогим стеклом фторидов и жесткие допусками.

Источник

АХРОМАТИЧЕСКАЯ ЛИНЗА

Научно-технический энциклопедический словарь .

Смотреть что такое «АХРОМАТИЧЕСКАЯ ЛИНЗА» в других словарях:

ахроматическая линза — achromatinis lęšis statusas T sritis Standartizacija ir metrologija apibrėžtis Lęšių sistema, kurios dviejų bangų ilgių, t. y. raudonos ir mėlynos spalvos, vaizdai yra tame pačiame optinės ašies taške. Sistemą sudaro iš skirtingo stiklo padaryti… … Penkiakalbis aiškinamasis metrologijos terminų žodynas

ахроматическая линза — achromatinis lęšis statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. achromatic lens vok. achromatische Linse, f rus. ахроматическая линза, f pranc. lentille achromatique, f … Fizikos terminų žodynas

Ахроматическая линза — Схема ахроматической линзы: 1 крон, 2 флинт, 3 зелёный луч, 4 точка сведения синего и красного лучей Ахроматическая линза (ахромат) сложная линза, состоящая из рассеивающей и собирающей линз, чаще всего склеенных … Википедия

DOF-адаптер — 35mm / DOF (Depth of field) адаптер используется для достижения малой глубины резкости при съемке на видеокамеры, возможности которых не позволяют достичь этого из за размера матрицы видеокамеры. DOF адаптер также позволяет устанавливать на… … Википедия

АХРОМАТ — (от греч. achromatos бесцветный), ахроматическая линза, ландшафтная линза, линзовая оптич. система с исправленной хроматнч, аберрацией (см. Аберрации оптических систем) для двух цветов (см. рис.). Ахромат. Тонкими линиями показан ход лучей: 1 в… … Большой энциклопедический политехнический словарь

ахромати́ческий — ая, ое. опт. Не разлагающий светового луча на составные цвета. Ахроматическая линза. Ахроматические стекла. [От греч. ’αχρωματος бесцветный] … Малый академический словарь

Аберрации оптических систем — У термина «аберрация» есть и другие значения, см. аберрация. Аберрации оптических систем ошибки, или погрешности изображения в оптической системе, вызываемые отклонением луча от того направления, по которому он должен был бы идти в… … Википедия

Суперахромат — Суперахроматический объектив сводит четыре длины волны на общую фокальную плоскость и имеет практически нулевую остаточную хроматическую абберацию … Википедия

Аберрация оптической системы — Для термина «Аберрация» см. другие значения. Аберрация оптической системы ошибка или погрешность изображения в оптической системе, вызываемая отклонением луча от того направления, по которому он должен был бы идти в идеальной оптической… … Википедия

Доллонд, Джон — Джон Доллонд (1706 1761) английский оптик. Дол … Википедия

Источник

Ахроматическая линза

Ахроматические линзы или ахроматический является объектив , который предназначен для ограничения эффектов хроматической и сферической аберрации . Ахроматические линзы корректируются, чтобы сфокусировать две длины волны (обычно красную и синюю) в одной и той же плоскости.

Наиболее распространенным типом ахромата является ахроматический дублет , который состоит из двух отдельных линз, сделанных из очков с разной степенью дисперсии . Обычно один элемент представляет собой отрицательный ( вогнутый ) элемент из бесцветного стекла, такого как F2, которое имеет относительно высокую дисперсию, а другой — положительный ( выпуклый ) элемент, сделанный из стекла кроны, такого как BK7, который имеет более низкую дисперсию. Элементы объектива устанавливаются рядом друг с другом, часто склеиваются вместе и имеют такую ​​форму, что хроматическая аберрация одного уравновешивается хроматической аберрацией другого.

В наиболее распространенном типе (показан) положительная сила элемента коронной линзы не совсем равна отрицательной силе элемента кремневой линзы. Вместе они образуют слабую положительную линзу, которая объединяет две световые волны разной длины в общий фокус . Также делаются отрицательные дублеты, в которых преобладает отрицательно-силовой элемент.

Теоретические соображения о возможности исправления хроматической аберрации обсуждались в 18 веке после заявления Ньютона о невозможности такой коррекции (см. Историю телескопа ). Заслуга за изобретение первого ахроматического дублета часто приписывается английскому адвокату и оптику-любителю по имени Честер Мур Холл . [1] [2] Холл пожелал сохранить свою работу над ахроматическими линзами в секрете и поручил изготовление короны и кремневых линз двум разным оптикам, Эдварду Скарлетту и Джеймсу Манну. [3] [4] [5] Они, в свою очередь, передали работу тому же человеку, Джорджу Бассу . Он понял, что эти два компонента предназначены для одного и того же клиента, и, соединив две части вместе, отметил ахроматические свойства. Холл использовал ахроматический объектив для создания первого ахроматического телескопа , но его изобретение в то время не стало широко известным. [6]

В конце 1750-х годов Басс упомянул линзы Холла Джону Доллонду , который понял их потенциал и смог воспроизвести их дизайн. [2] Доллонд подал заявку и получил патент на эту технологию в 1758 году, что привело к ожесточенным спорам с другими оптиками за право производить и продавать ахроматические дублеты.

Сын Доллонда Питер изобрел апохромат , усовершенствованный ахромат, в 1763 году. [2]

Было разработано несколько различных типов ахроматов. Они различаются формой линз, входящих в комплект, а также оптическими свойствами стекла (в первую очередь оптической дисперсией или числом Аббе ).

В дальнейшем, R обозначает радиус из сфер , которые определяют оптический соответствующую преломляющую поверхность линзы. По соглашению, R ₁ обозначает первую поверхность линзы, отсчитываемую от объекта. Дублетная линза имеет четыре поверхности с радиусами от R ₁ до R ₄ .

Дублет Литтроу

Используется равновыпуклая линза из коронного стекла с R ₁ = R ₂ и вторая линза из бесцветного стекла с R ₃ = — R ₂ . Задняя часть линзы из бесцветного стекла плоская. Дублет Литтроу может создавать фантомное изображение между R ₂ и R _3, потому что поверхности линз двух линз имеют одинаковые радиусы.

Дублет фраунгофера (объектив фраунгофера)

Первая линза имеет положительную преломляющую способность, вторая — отрицательную. R ₁ установлен больше, чем R ₂ , и R ₂ установлен близким к R ₃ , но не равным ему . R ₄ обычно больше, чем R ₃ . В дублете фраунгофера R ₂ и R ₃ с разной кривизной расположены близко, но не соприкасаются. [7] Эта конструкция дает больше степеней свободы (еще один свободный радиус, длина воздушного пространства) для коррекции оптических аберраций .

Дублет Кларка

Ранние линзы Clark соответствуют дизайну Фраунгофера. После конца 1860-х годов они изменились на дизайн Литтроу, примерно равновыпуклый венец, R ₁ = R ₂ , и кремневый с R ₃ ≃ R ₂ и R ₄ ≫ R ₃ . Примерно к 1880 году линзы Кларка имели R _3, установленный немного короче, чем R _2, чтобы создать рассогласование фокуса между R ₂ и R ₃ , тем самым избегая двоения, вызванного отражениями в воздушном пространстве. [8]

Дублет с масляным интервалом

Использование масла между короной и кремнем устраняет эффект двоения изображения, особенно когда R ₂ = R ₃ . Это также может немного увеличить пропускание света и уменьшить влияние ошибок в R ₂ и R ₃ .

Дублет Штейнгейля

Дублет Штайнхейля, изобретенный Карлом Августом фон Штайнхейлем , представляет собой дублет из кремня. В отличие от дублета Фраунгофера, у него сначала отрицательная линза, а затем положительная линза. Он требует большей кривизны, чем дублет фраунгофера. [9]

Диалит

Линзы Dialyte имеют большое воздушное пространство между двумя элементами. Первоначально они были разработаны в 19 веке, чтобы позволить более мелким элементам из бесцветного стекла по течению, поскольку производство из бесцветного стекла было трудным и дорогостоящим. [10] Это также линзы, элементы которых нельзя склеить, потому что R ₂ и R ₃ имеют разные абсолютные значения. [11]

При проектировании ахромата первого порядка необходимо выбрать общую мощность. ϕ sys <\ displaystyle \ phi _ <\ text >> дублета и двух очков для использования. Выбор стекла дает средний показатель преломления, который часто записывается как п d <\ displaystyle n_ > (для показателя преломления на длине волны спектральной линии фраунгофера «d» ) и числа Аббе V <\ displaystyle V> (для величины, обратной стеклянной дисперсии ). Чтобы сделать линейную дисперсию системы равной нулю, система должна удовлетворять уравнениям

ϕ 1 + ϕ 2 знак равно ϕ sys ϕ 1 V 1 + ϕ 2 V 2 знак равно 0 , <\ displaystyle <\ begin \ phi _ <1>+ \ phi _ <2>& = \ phi _ <\ text > \\ <\ frac <\ phi _ <1>> >> + <\ frac <\ phi _ <2>> >> & = 0 \, \ end >>

где сила линзы является ϕ знак равно 1 / ж <\ displaystyle \ phi = 1 / f> для объектива с фокусным расстоянием ж <\ displaystyle f> . Решая эти два уравнения относительно ϕ 1 <\ displaystyle \ phi _ <1>> а также ϕ 2 <\ displaystyle \ phi _ <2>> дает

ϕ 1 ϕ sys знак равно V 1 V 1 — V 2 а также ϕ 2 ϕ sys знак равно — V 2 V 1 — V 2 . <\ displaystyle <\ frac <\ phi _ <1>> <\ phi _ <\ text >>> = <\ frac > -V_ <2>>> \ qquad <\ text > \ qquad <\ frac <\ phi _ <2>> <\ phi _ <\ text >>> = <\ frac <-V_ <2>> -V_ <2>>> \.>

С ϕ 2 знак равно — ϕ 1 V 2 / V 1 <\ Displaystyle \ phi _ <2>= — \ phi _ <1>V_ <2>/ V_ <1>> , а числа Аббе имеют положительные значения, степень второго элемента в дублете отрицательна, когда первый элемент положителен.

Более сложные конструкции ахроматических линз могут повысить точность цветных изображений за счет точного фокусирования большего количества длин волн. Апохроматическая линза приносит три длины волны в общий фокус и требует дорогостоящих материалов, в то время как superachromatic линза приносит четыре длины волны в центр внимания и должна быть изготовлена с еще более дорогим стеклом фторидов и жесткие допусками.

Источник