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Le lenti acromatiche sono la soluzione ideale per correggere l'aberrazione cromatica. Questi componenti ottici multielemento forniscono anche una correzione superiore per aberrazioni monocromatiche.
Una lente acromatica standard corregge l'aberrazione cromatica per tre lunghezze d'onda (luce blu, verde e rossa). In tale lente, l'elemento convesso converge la luce blu più vicino al punto focale, mentre l'elemento concavo disperde la luce blu In modo più forte. Dal momento che le loro aberrazioni cromatiche sono di fronte al segno, la luce rossa e blu può essere portata a fuoco comune, eliminando efficacemente l'aberrazione cromatica.
La superficie del menisco aiuta a restringere l'aberrazione sferica e il coma, anche se alcuni astigmatismo e distorsione possono rimanere. Originariamente utilizzato principalmente per la fotografia di paesaggi, questi obiettivi sono stati normalmente richiudibili "lenti paesaggistiche". La loro caratteristica forma a mezzaluna (concavo-convesso) è composta da due lenti con diversi indici di rifrazione e tassi di dispersione, legati insieme.
La prima lente acromatica è stata sviluppata da Chevalier nel 1821 (una combinazione di lenti plano-concave e biconvesse), in seguito migliorata da Grubb nel 1857 (utilizzando un design a menisco). Le versioni moderne ora incorporano lenti acromatiche incollate multistrato per prestazioni migliorate.
| Tipo | Lunghezza focale | Rapporto coniugato | Correzione cromatica | Applicazioni | Caratteristiche delle prestazioni |
|---|---|---|---|---|---|
| Lente doppietta acromatica | Positivo positivo | Infinite | Buono | Messa a fuoco e collimazione a banda larga | Prestazioni monocromatiche migliorate |
| Lente doppietta distanziata in aria | Positivo positivo | Infinite | Meglio meglio | Messa a fuoco e collimazione a banda larga | Prestazioni coassiali ottimizzate per applicazioni ad alta potenza |
| Coppia di lenti doppiate | Positivo positivo | 1x-3. 33x | Buono | Imaging relè a banda larga (oggetti e immagini reali) | Prestazioni monocromatiche migliorate |
| Lente tripletta acromatica | Positivo positivo | 1X-Infinite | Best |
Lenti acromatiche:
Lenti acromaticheComposto da due o tre elementi dell'obiettivo e offre prestazioni molto migliori rispetto alle lenti singole. Le configurazioni di doppietti o triplet possono contenere elementi cementati o disegni distanziati dell'aria, in genere combinando lenti positive e negative con diversi indici di rifrazione.
Questo design multi-elemento offre diversi vantaggi chiave:
Aberrazione cromatica ridotta
Qualità dell'immagine monocromatica migliorata
Prestazioni fuori asse migliorate
Diversi tipi di lenti acromatiche offrono caratteristiche specifiche (come rapporti coniugati e soglie di danno). Per applicazioni che richiedono l'imaging preciso o la manipolazione del raggio laser, le lenti acromatiche devono essere prese in forza in quanto offrono prestazioni ottiche ottimizzate.
Figura 1: messa a fuoco della luce bianca utilizzando una lente plano-convessa e una lente doppietta acromatica
Riduzione dell'aberrazione cromatica
Dall'indice di rifrazione di un materiale dipende dalla lunghezza d'onda della luce incidente, la lunghezza focale di una singola lente varia con la lunghezza d'onda. Se utilizzato con una sorgente di luce bianca, questo si riflette in punti focali sfocati-un problema noto come aberrazione cromatica.
Le lenti acromatiche compensano parzialmente l'aberrazione cromatica attraverso il loro design multi-elemento. Questi obiettivi combinano in genere elementi di lenti positive e negative con diverse proprietà di dispersione. Mediante una selezione accurata dei materiali con valori di dispersione adeguati e lunghezze focali, l'aberrazione cromatica può essere parzialmente rimossa.
Le lenti acromatiche sono di solito progettate per avere la stessa lunghezza focale per due lunghezze d'onda alle estremità parallele dello spettro visibile. Questo garantisce una lunghezza focale quasi costante attraverso un'ampia gamma di lunghezze d'onda, rendili vantaggiosi per le applicazioni di imaging a banda larga.
La figura 1 mostra l'effetto di più lunghezze d'onda sul punto focale quando passa attraverso una lente canotta plano-convessa rispetto a una lente doppietta acromatica. La sostituzione della canottiera con un doppio riduce il diametro del punto focale da 147 micron a 17 micron.
Miglioramento dell'immagine monocromatica
Nei sistemi ottici monocromatici, l'aberrazione cromatica diventa inutile. Le canottiere sferiche possono ancora offrire aberrazioni monocromatiche importanti, come aberrazione sferica e coma.
Il design multi-elemento delle lenti acromatiche riduce questi aberrazioni, migliora in modo significativo la qualità dell'immagine e le prestazioni di messa a fuoco per monochrLuce omatic.
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Figura 2: messa a fuoco di un raggio monocromatico utilizzando una lente plano-convessa e una lente doppietta acromatica
La figura 2 confronta le prestazioni di messa a fuoco di una canotta plano-convessa e un doppietto acromatico sotto l'illuminazione monocromatica. L'obiettivo doppietto produce un punto focale 4.2 volte più piccolo della canotta.
