Ахромати́ческий объекти́в , ахрома́т — объектив , в котором исправлена хроматическая аберрация для лучей света двух различных длин волн и частично — сферическая аберрация . Оптические системы с коррекцией по трём и более цветам (длинам волн) называются апохроматами . С более полной геометрической коррекцией — апланаты .

В простейшем случае представляет собой дублет , склеенный из двух линз , одна из которых положительная, а другая — отрицательная. В таких случаях используют линзы, изготовленные из оптических стёкол с различной дисперсией . Для склеивания линз применяют оптический клей (например, канадский бальзам , пихтовый бальзам или бальзамин). Склеивание линз само по себе никак не влияет на ахроматические свойства, однако позволяет уменьшить отражение света от поверхностей линз, снизить требования к точности изготовления склеиваемых поверхностей и облегчить последующий монтаж. Линзы относительно больших размеров (с диаметром более 10 см), как правило, не склеивают, так как из-за различия температурных коэффициентов расширения положительной и отрицательной линз, при увеличении их размеров возрастает вероятность нарушения целостности склейки, происходящего при изменении температуры окружающей среды.

Появление ахроматических объективов

Исправить хроматическую аберрацию пытался ещё Исаак Ньютон , установивший причину размытия изображений в оптических системах того времени . Однако в результате ошибки при проведении опытов, в частности, из-за использования свинцового сахара ( ацетата свинца ) ^:25 , Ньютон пришёл к выводу о невозможности удаления этого нежелательного эффекта в системе линз. Мнение Ньютона было авторитетным, и долгое время его не пытались оспорить. Лишь в 1733 году Честер Холл предложил способ исправления хроматической аберрации с помощью стекла двух типов. Большие работы по созданию ахроматических объективов начались после того, как мысль о возможности исправления хроматической аберрации высказал Леонард Эйлер в 1747 году. Одними из первых множество ахроматических конструкций для телескопов изготовили Джон Доллонд и ( англ. ) в 1758—1761 гг.

Особенности конструкции

Линзы ахромата выполняются из неодинаковых по дисперсии света сортов оптического стекла. Положительная изготавливается из стекла с бо́льшим (как правило, крона ), а отрицательная — из стекла с меньшим коэффициентом средней дисперсии (как правило, флинта ). В истории были эксперименты и с более тяжёлыми стёклами, содержащими до 30% массы тория. Такие линзы производились с 1940 по 1970-е.

При этом нет принципиальной разницы, в каком порядке будут стоять линзы — возможны комбинации, когда рассеивающая ( флинтовая ) стоит «впереди» собирающей ( кроновой ). Такой вариант был предложен Томасом Груббом в 1857 г. Возможны и трёхлинзовые комбинации. Например, ахромат Питера Доллонда, где отрицательная флинтовая линза заключена между двумя положительными кроновыми.

В общем случае линзы подбираются так, что для каких-либо двух длин волн видимого света полностью, а для остальных значительно устранён хроматизм положения .

Для общего случая, условием ахроматизации двухлинзового объектива (или компонента) будет равенство отношений оптических сил и коэффициентов дисперсии отдельных линз:

${\displaystyle {\frac {\Phi '}{\Phi ''}}={\frac {\nu _{\lambda }'}{\nu _{\lambda }''}}}$ ,

где

• ${\displaystyle \Phi }$ — оптическая сила в диоптриях,
• ${\displaystyle \nu _{\lambda }}$ — коэффициент дисперсии ( число Аббе ).

Выбор длин волн, подлежащих ахроматизации, определяется назначением объектива. Так, для систем визуального наблюдения «соединяют» красный C (λ=656,3 нм ) и голубой F (λ=486,1 нм) лучи. Это так называемая «визуальная» коррекция.

«Фотовизуальную» же коррекцию применяют в объективах для фотографирования с визуальной фокусировкой («старые» фото- и некоторые астрономические объективы), «соединяя» жёлтый D (λ= 589,3 нм) и синий G' (λ=434,1 нм) лучи.

Современные фотообъективы, как правило, ахроматизируют от синей (G') до красной (C) области спектра .

Исправление других аберраций также обусловлено применением ахромата. Так, для оптических систем, не требующих больших полей зрения (объективов зрительных труб, телескопов-рефракторов , биноклей , оптических прицелов и т. п.), как правило, исправляются сферическая аберрация и кома .

«Новые» («аномальные») ахроматы

Примерно к 70-м годам XIX в., благодаря работам Эрнста Аббе и Отто Шотта, появились оптические стёкла кронового типа с высоким показателем преломления .

Это привело к созданию так называемых «новых» (или «аномальных») ахроматов. В таком «новом» («аномальном») ахромате показатель преломления кронового стекла выше, чем флинтового. В то время, как у «старого» (или «нормального») — наоборот, выше показатель преломления флинта, чем крона. Это позволило уменьшить крутизну радиусов поверхностей «новых» ахроматов по сравнению со «старыми» (при одинаковой оптической силе ), что, в свою очередь, значительно облегчило коррекцию сферической аберрации.

К тому же у аномальных ахроматов меньшие значения имеет сумма Петцваля, характеризующая кривизну поля изображения . Такая особенность «новых ахроматов» оказалось столь полезна для расчёта оптических систем широких полей зрения (например, фотообъективов), что практически определила область их применения (только для коррекции астигматизма и/или кривизны поля изображения). Вследствие чего большинство «новых ахроматов» полностью утратили ахроматические свойства, хотя и продолжают именоваться «ахроматами» (в частности, в англоязычной специальной литературе). Например, таким «ахроматом», не имеющим ахроматических свойств, является задняя линза объективов Тессар .

«Ландшафтный» («пейзажный») объектив

В 1839 г. ахроматический мениск был предложен французским оптиком Шарлем Шевалье в качестве фотографического объектива.

Имея такую же компоновку, как и монокль Волластона , этот объектив обладал достаточно исправленным астигматизмом и сравнительно плоским полем изображения. Однако, невысокая светосила (F : 15), учитывая низкую светочувствительность фотоматериалов того времени, ограничивала область применения такого объектива исключительно пейзажными съёмками. Этим и обусловлено такое его название, как «ландшафтный объектив» ( lentille à paysage ).

См. также

• Апохромат
• Суперахромат
• Апланат
• Анастигмат

Примечания

Литература

• Е. А. Иофис . / И. Ю. Шебалин. — М.,: «Советская энциклопедия», 1981. — С. . — 447 с.

• Д. С. Волосов . Фотографическая оптика. — 2-е изд. — М.,: «Искусство», 1978. — С. 154—159. — 543 с.

• Слюсарёв Г. Г. Расчёт оптических систем. Л., «Машиностроение», 1975.

• R. Kingslake. A History of Photographic Lens, Academy Press, 1989

• Яштолд-Говорко В. А. Фотосъёмка и обработка. Съёмка, формулы, термины, рецепты. Изд. 4-е, сокр. М., «Искусство», 1977.

Ссылки

• // Энциклопедический словарь Брокгауза и Ефрона : в 86 т. (82 т. и 4 доп.). — СПб. , 1890—1907.