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.
История
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]
Типы
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]
Дизайн
При проектировании ахромата первого порядка необходимо выбрать общую мощность. дублета и двух очков для использования. Выбор стекла дает средний показатель преломления, который часто записывается как(для показателя преломления на длине волны спектральной линии фраунгофера "d" ) и числа Аббе (для величины, обратной стеклянной дисперсии ). Чтобы сделать линейную дисперсию системы равной нулю, система должна удовлетворять уравнениям
где сила линзы являетсядля объектива с фокусным расстоянием . Решая эти два уравнения относительно а также дает
С , а числа Аббе имеют положительные значения, степень второго элемента в дублете отрицательна, когда первый элемент положителен.
Эволюции
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.
Смотрите также
- Линза Барлоу
Рекомендации
- ^ Даума, Морис, Научные инструменты семнадцатого и восемнадцатого веков и их создатели , Портман Букс, Лондон 1989 ISBN 978-0-7134-0727-3
- ^ а б в Уотсон, Фред (2007). Звездочет: жизнь и времена телескопа . Аллен и Анвин. С. 140–55. ISBN 978-1-74175-383-7.
- ^ Фред Хойл , астрономия; История исследования человеком Вселенной , Rathbone Books, 1962, LCCN 62-14108
- ^ JAB "Питер Доллонд отвечает Джесси Рамсдену" . Sphaera 8 . Музей истории науки, Оксфорд . Проверено 27 ноября 2017 года .- Обзор событий изобретения ахроматического дублета с акцентом на роли Холла, Басса, Джона Доллонда и других.
- ^ Докланд, Терье; Нг, Мэри Мах-Ли (2006). Методы микроскопии для биомедицинских приложений . п. 23. ISBN 981-256-434-9.
- ^ "Честер Мур Холл" . Британская энциклопедия . Проверено 16 февраля 2019 .
- ^ Вулф, Уильям Л. (2007). Оптика стала ясной: природа света и то, как мы его используем . Монография прессы. 163 (иллюстрированный ред.). ШПИОН. п. 38. ISBN 9780819463074.
- ^ Уорнер, Дебора Джин; Ариайль, Роберт Б. (1995). Алван Кларк и сыновья, художники по оптике (2-е изд.). Вильманн-Белл. п. 174.
- ^ Кидгер, MJ (2002) Фундаментальный оптический дизайн. SPIE Press, Беллингем, Вашингтон, стр. 174 и далее.
- ^ Питер Л. Мэнли (1995). Необычные телескопы . Издательство Кембриджского университета. п. 55. ISBN 978-0-521-48393-3.
- ^ Фред А. Карсон, Основная оптика и оптические инструменты, страница AJ-4
Внешние ссылки
- СМИ, связанные с ахроматическими линзами, на Викискладе?