Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Хроматическая аберрация одной линзы приводит к тому, что разные длины волн света имеют разные фокусные расстояния.
Ахроматический дублет приносит красный и синий свет на тот же фокус, и является самым ранним примером ахроматической линзы.
В ахроматической линзе две длины волны находятся в одном фокусе, здесь красная и синяя.

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.

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

где сила линзы является для линзы с фокусным расстоянием . Решение этих двух уравнений относительно и дает

Поскольку , и числа Аббе имеют положительные значения, мощность второго элемента в дублете отрицательна, когда первый элемент положителен.

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.

См. Также [ править ]

Ошибка фокусировки для четырех типов линз в видимом и ближнем инфракрасном спектрах.
  • Линза Барлоу

Ссылки [ править ]

  1. ^ Daumas, Морис, Научные инструменты семнадцатого и восемнадцатого веков и их создатели , Portman Books, Лондон 1989 ISBN  978-0-7134-0727-3
  2. ^ a b c Уотсон, Фред (2007). Звездочет: жизнь и времена телескопа . Аллен и Анвин. С. 140–55. ISBN 978-1-74175-383-7.
  3. ^ Фред Хойл , астрономия; История исследования человеком Вселенной , Rathbone Books, 1962, LCCN  62-14108
  4. ^ 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.
  5. ^ Докланд, Терье; Нг, Мэри Мах-Ли (2006). Методы микроскопии для биомедицинских приложений . п. 23. ISBN 981-256-434-9.
  6. ^ "Честер Мур Холл" . Encyclopdia Britannica . Проверено 16 февраля 2019 .
  7. ^ 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.
  8. ^ Уорнер, Дебора Джин; Ариайль, Роберт Б. (1995). Алван Кларк и сыновья, художники по оптике (2-е изд.). Вильманн-Белл. п. 174.
  9. ^ Кидгер, MJ (2002) Фундаментальный оптический дизайн. SPIE Press, Беллингем, Вашингтон, стр. 174 и далее.
  10. ↑ Питер Л. Мэнли (1995). Необычные телескопы . Издательство Кембриджского университета. п. 55. ISBN 978-0-521-48393-3.
  11. ^ Фред А. Карсон, Основная оптика и оптические инструменты, страница AJ-4

Внешние ссылки [ править ]

  • СМИ, связанные с ахроматическими линзами, на Викискладе?