Низкодисперсное стекло
Низкодисперсионное стекло ( LD-стекло ) — это тип стекла с уменьшенной хроматической аберрацией , то есть показатель преломления не меняется так сильно при различных длинах волн света. Другими словами, свет, проходящий через стекло, имеет меньший разброс или дисперсию между составляющими его цветами, что приводит к уменьшению « эффекта радуги » на высококонтрастных краях. Дисперсия длин волн в определенном материале характеризуется числом Аббе ; Стекло LD имеет более высокое число Аббе, чем обычные типы. Краун-стекло – пример относительно недорогого низкодисперсного стекла.
Брендинг
[ редактировать ]
Фотообъективы со стеклом LD маркируются и продаются под разными названиями, указывающими на использование элементов с низкой дисперсией в оптической конструкции, в том числе:
- Аномальная дисперсия ( AD ): Minolta [ 1 ]
- Сверхнизкая дисперсия или экстраординарная дисперсия ( ED ): Nikon , [ 2 ] Олимп , [ 3 ] Пентакс [ 4 ] : 22
- Чрезвычайно низкая дисперсия ( ELD ): Sigma [ 5 ]
- Низкая дисперсия ( LD ): Tamron [ 6 ]
- Супернизкая дисперсия ( SD ): Tokina [ 7 ] : 23
- Специальная низкая дисперсия или сверхнизкая дисперсия ( SLD ): Sigma [ 5 ]
- Сверхнизкая дисперсия ( UD ): Canon [ 8 ]
Некоторые стекла могут включать модификатор «Супер» (например, «Супер ED») для обозначения материалов с еще более низкими характеристиками дисперсии длины волны.
Не существует общеотраслевых стандартов, определяющих, можно ли считать данный материал стеклом LD; эти обозначения следует рассматривать как специфичные для производителя, т.е. специальные стекла с маркировкой LD/ED/UD имеют меньшую дисперсию, чем обычные стекла того же производителя. Schott AG публикует диаграмму производимых ею стекол, сгруппированных по коду стекла , на которой показан показатель преломления (ось Y) как функция числа Аббе (ось X). [ 9 ] Большинство классических очков с короной и кремнем имеют плавную кривую в правой части таблицы, что показывает, что эти классические очки имеют обратную зависимость между показателем преломления и числом Аббе. Материалы линз слева от них имеют более высокое число Аббе для данного показателя преломления и могут считаться типами с низкой дисперсией, включая многие стекла, легированные лантаном.
Приложения
[ редактировать ]-
Белый свет, проходящий через призму из обычного стекла, рассеивается в виде радуги , поскольку показатель преломления является функцией длины волны. -
Хроматическая аберрация из-за недостаточной коррекции для сближения длин волн разной длины, создавая «эффект радуги» на высококонтрастных краях. -
Схема ахроматического дублета : коронные и кремневые стекла используются вместе для сближения красных и синих длин волн в одной фокусной точке. -
Высокопроизводительные телеобъективы часто содержат элементы из стекла LD.
Визуализация
[ редактировать ]Стекла с низкой дисперсией особенно используются для уменьшения хроматических аберраций , чаще всего используются в ахроматических дублетах . Положительный элемент изготовлен из низкодисперсного стекла, отрицательный элемент из высокодисперсного стекла. Чтобы противодействовать эффекту отрицательной линзы, положительная линза должна быть толще. Поэтому ахроматические дублеты имеют большую толщину и вес, чем эквивалентные одиночные линзы без хроматической коррекции. [ 10 ]
По сравнению с телеобъективами объективы с более коротким фокусным расстоянием получают меньшую пользу от элементов с низкой дисперсией, поскольку их главной проблемой является сферическая аберрация , а не хроматическая аберрация . Сферическую аберрацию, вносимую элементами LD, можно исправить с помощью асферических линз . Повышенная резкость, обеспечиваемая элементами SLD, позволяет использовать меньшее число f и, следовательно, более короткую выдержку . Это очень важно, например, в спортивной фотографии и фотографии дикой природы . Малая глубина резкости, обеспечиваемая телеобъективом, также позволяет объекту съемки лучше выделяться на фоне. [ 11 ]
с коррекцией инфракрасного излучения Специальное низкодисперсионное стекло также имеет преимущества для камер видеонаблюдения. Низкая хроматическая аберрация стекла SLD позволяет объективу всегда оставаться в фокусе, от видимого света до инфракрасного. [ 12 ]
Научный
[ редактировать ]Очки с низкой дисперсией также используются при обработке ультракоротких импульсов света, например, в с синхронизацией мод лазерах , чтобы предотвратить расширение импульса из-за дисперсии групповой скорости в оптических элементах. [ 13 ]
Спортивная оптика
[ редактировать ]В биноклях стекло ED, также иногда называемое стеклом высокой плотности (HD), представляет собой высококачественное оптическое стекло, которое увеличивает светопропускание, уменьшает дисперсию света и, таким образом, уменьшает хроматическую аберрацию или «цветную окантовку», которая из-за расщепления светового спектра. Он используется в бинокулярных объективах, чтобы помочь сфокусировать световые волны цветового спектра на человеческом глазу и обеспечить яркие и резкие изображения. Линзы ED состоят из специальной формулы, содержащей редкоземельные элементы. Однако не существует стандарта ED, определяющего материалы, которые должны использоваться в линзах ED. Поэтому качество ED-стекла может различаться. [ 14 ]
История
[ редактировать ]
Некоторые стекла обладают своеобразным свойством, называемым аномальной частичной дисперсией . Аномальная дисперсия необходима для создания апохроматических линз; в отличие от ахроматических дублетов, которые сходятся синие и красные длины волн, апохроматы сходят фокус трех или более длин волн. [ 15 ]
Редкоземельные и радиоактивные линзы
[ редактировать ]Торированное стекло легировано диоксидом тория , в результате чего получается материал линз с высоким показателем преломления и низкой дисперсией, подходящий для апохроматических конструкций. Торированное стекло использовалось до Второй мировой войны, но не получило широкого распространения до 1950-х годов. Поскольку торий радиоактивен . , инженеры-оптики и дизайнеры искали ему замену, используя различные легирующие элементы, а к концу 1980-х годов производство линз с использованием торированного стекла было прекращено [ 16 ]
В качестве альтернативы после 1930 года Джордж Мори представил боратные стекла , легированные оксидом лантана и оксидами других редкоземельных элементов , что значительно расширило доступный ассортимент высокоиндексных низкодисперсных стекол; хотя лантан также радиоактивен, его активность гораздо ниже, чем у тория. Боратные стекла имеют меньшую зависимость рефракции длины волны в синей области спектра, чем силикатные стекла с тем же числом Аббе . Во время Второй мировой войны компания Kodak производила высокоэффективное оптическое стекло, не содержащее тория, для аэрофотосъемки, но оно было желтого цвета. В сочетании с черно-белой пленкой оттенок действительно был полезен, улучшая контрастность , действуя как ультрафиолетовый фильтр . Использование редкоземельных металлов позволило разработать высокоиндексные низкодисперсные стекла как кронного , так и кремневого типа. [ 17 ]
Использование стекла с низкой дисперсией в длиннофокусных линзах было впервые использовано компанией Ernst Leitz GmbH (Leitz) после Второй мировой войны. Лаборатории Лейтца обнаружили, что оксид лантана (III) можно использовать в качестве подходящей замены тория. [ 18 ] Однако пришлось добавить дополнительные элементы, чтобы сохранить аморфную структуру стекла и предотвратить кристаллизацию , которая могла бы вызвать дефекты в виде полос на изображениях, снятых с помощью этих линз.
Эти так называемые « боратные кремневые » стекла, которые Шотт классифицирует как KzF ( курцфлинт ), однако очень восприимчивы к коррозии под действием кислот , щелочей и погодных факторов. Однако боратное стекло с содержанием оксида лантана более 20 мол.% очень прочно в условиях окружающей среды. [ 19 ] Другое высокоэффективное стекло содержит большое количество диоксида циркония ; однако его высокая температура плавления требует использования с платиновым покрытием тиглей , чтобы предотвратить загрязнение тигельным материалом.
Линзы со стеклянными элементами с низкой дисперсией могут быть дороже, чем эквивалентные линзы с классическими стеклянными элементами. Это связано с тем, что некоторые из упомянутых высокоэффективных стекол требуют производства химикатов высокой чистоты в значительных количествах.
Кристаллы фторида кальция (флюорита)
[ редактировать ]Параллельно с разработкой стекла LD искусственно выращиваемый флюорит ( CaF
2 ) кристаллы стали использовать с 1960-х годов для элементов линз, требующих низкой дисперсии; [ 20 ] [ 21 ] однако у использования флюорита были существенные недостатки: низкий показатель преломления флюорита требовал большой кривизны линз, что увеличивало сферическую аберрацию . Кроме того, флюорит плохо сохраняет форму и очень хрупок, поэтому для его переработки в элементы линз требуется особое обращение. [ 22 ]
Хорошей высокопреломляющей заменой фторида кальция в качестве материала линзы может быть фторфосфатное стекло . Здесь часть фторидов стабилизируется метафосфатом с добавлением диоксида титана . [ 23 ]
См. также
[ редактировать ]- Асферическая линза
- Ахроматическая линза
- Число Аббе
- Дифракционно-ограниченная система
- Коэффициент дисперсии материала
Ссылки
[ редактировать ]- ^ «Minolta анонсирует два новых объектива SSM» . электронный ФОТОжурнал . 3 марта 2003 г. Проверено 16 августа 2024 г.
- ^ Сато, Харуо. «НИККОР – Тысяча и одна ночь №11: NIKKOR-H 300mm F2.8» . Никон Имиджинг . Проверено 16 августа 2024 г.
- ^ «Сделайте свой первый сменный объектив телеобъективом» . ВидениеВозраст . № 3. 1985. С. 13–16 . Проверено 16 августа 2024 г.
- ^ «Pentax 6×7 [брошюра]» (PDF) . Корпорация Пентакс. 1976 год . Проверено 16 августа 2024 г. - через Pacific Rim Camera, Справочная библиотека.
- ^ Jump up to: а б «Инновационный 06: воплощение в жизнь специального низкодисперсионного стекла» . Сигма Сейн . Проверено 16 августа 2024 г.
- ^ «Брошюры о продукции Tamron» . Адапталл-2.com . стр. 1 , 2 . Архивировано из оригинала 6 ноября 2007 года.
- ^ «Каталог объективов Tokina» . Токина Ко., Лтд . Проверено 16 августа 2024 г.
- ^ «ФД 500 мм f/4,5 л» . Музей фотоаппаратов Canon . Проверено 16 августа 2024 г.
- ^ «Интерактивная диаграмма Аббе» . Шотт АГ . Проверено 17 августа 2024 г.
- ^ Джеральд Ф. Маршалл (19 июля 1991 г.). Оптическое сканирование . ЦРК Пресс. стр. 65–. ISBN 978-0-8247-8473-7 .
- ^ Роб Шеппард (1997). Фотография с телеобъективом . Амхерст Медиа. стр. 19–. ISBN 978-0-936262-53-6 .
- ^ «Архивная копия» . www.oemcameras.com . Архивировано из оригинала 3 марта 2016 года . Проверено 17 января 2022 г.
{{cite web}}: CS1 maint: архивная копия в заголовке ( ссылка ) - ^ Хорн, Александр (9 ноября 2009 г.). Сверхбыстрая метрология материалов . Джон Уайли и сыновья. ISBN 9783527408870 .
- ^ «Бинокулярная линза и призменное стекло — полезные факты на 2022 год» . Птицы с первого взгляда . 16 мая 2022 г. Проверено 28 сентября 2022 г.
- ^ Смит, Грегори Халлок (1 января 2006 г.). Объективы для фотоаппаратов: от коробчатых камер до цифровых . СПАЙ Пресс. ISBN 9780819460936 – через Google Книги.
- ^ Фрейм, Пол. «Торированный объектив фотоаппарата (ок. 1970-е)» . ОРАУ Музей радиации и радиоактивности . Проверено 17 августа 2024 г.
- ^ Шеннон, Роберт Р. (13 июня 1997 г.). Искусство и наука оптического дизайна . Издательство Кембриджского университета. ISBN 9780521588683 – через Google Книги.
- ^ Шнайдер, Джейсон (5 сентября 2018 г.). «Объективы Leica из редкоземельного стекла: краткий и необычный обзор» . Международное общество Leica . Проверено 16 августа 2024 г.
- ^ Ланкфорд, Джон (1 января 1997 г.). История астрономии: Энциклопедия . Тейлор и Фрэнсис. ISBN 9780815303220 – через Google Книги.
- ^ Кроутер, Джонатан (2017). «Объектив Asahi Pentax Ultra Achromatic Takumar 85 мм — ахроматическое изображение» . JMC Научный Консалтинг Лтд . Проверено 16 августа 2024 г.
- ^ «ФЛ-Ф 300 мм f/5,6» . Музей фотоаппаратов Canon . Проверено 16 августа 2024 г.
- ^ «Флюоритовые линзы: корректирующие возможности, выходящие за пределы обычного оптического стекла» . Музей фотоаппаратов Canon . Проверено 17 августа 2024 г.
- ^ «Оптические очки» . Фото GMP . Архивировано из оригинала 30 ноября 2016 г.