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 длины волны в определенном материале характеризуется его числом Аббе ; LD-стекло имеет более высокое число Аббе, чем обычные типы. Крон-стекло является примером относительно недорогого низкодисперсионного стекла.
Фотографические объективы со стеклом LD маркируются и продаются под разными названиями, указывающими на использование в оптической конструкции низкодисперсионных элементов, в том числе:
Некоторые стекла могут включать модификатор «Super» (например, «Super ED») для обозначения материалов с еще более низкими характеристиками дисперсии длины волны.
Не существует общеотраслевых стандартов, которые определяют, может ли данный материал считаться стеклом LD; эти обозначения следует рассматривать как специфические для производителя, то есть специальные стекла с маркировкой LD / ED / UD имеют более низкую дисперсию, чем обычные стекла того же производителя. Schott AG публикует диаграмму производимых ею стекол, сгруппированных по коду стекла , показывающую показатель преломления (ось Y) как функцию числа Аббе (ось X). [9] Большинство классических стекол Crown и Flint следуют плавной кривой в правой части диаграммы, которая демонстрирует, что эти классические стекла 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.
Низкодисперсионные стекла используются, в частности, для уменьшения хроматической аберрации , чаще всего используются в ахроматических дублетах . Положительный элемент изготовлен из низкодисперсионного стекла, отрицательный элемент — из высокодисперсионного стекла. Чтобы противодействовать эффекту отрицательной линзы, положительная линза должна быть толще. Поэтому ахроматические дублеты имеют большую толщину и вес, чем эквивалентные нехроматически скорректированные одиночные линзы. [10]
По сравнению с телеобъективами , объективы с более коротким фокусным расстоянием получают меньше пользы от низкодисперсионных элементов, поскольку их главной проблемой является сферическая аберрация, а не хроматическая аберрация . Сферическая аберрация, вносимая элементами LD, может быть исправлена с помощью асферических линзовых элементов. Повышенная резкость, обеспечиваемая элементами SLD, позволяет использовать более низкие числа f и, следовательно, более короткую выдержку . Это имеет решающее значение, например, в спортивной фотографии и фотографии дикой природы . Малая глубина резкости, обеспечиваемая телеобъективом, также позволяет объекту фотографии лучше выделяться на фоне. [11]
Инфракрасно-скорректированное специальное стекло с низкой дисперсией также имеет преимущества для CCTV-камер. Низкая хроматическая аберрация стекла SLD позволяет объективу всегда оставаться в фокусе, от видимого света до инфракрасного. [12]
Низкодисперсионные стекла также используются при обработке сверхкоротких импульсов света, например, в лазерах с синхронизацией мод , чтобы предотвратить расширение импульса из-за дисперсии групповой скорости в оптических элементах. [13]
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, сокращает хроматическую аберрацию или «цветную окантовку», которая возникает из-за расщепления светового спектра. Оно используется в линзах объективов биноклей, чтобы помочь сфокусировать световые волны цветового спектра на человеческом глазу и обеспечить яркие, четкие изображения. Линзы ED состоят из специальной формулы, содержащей редкоземельные элементы. Однако не существует стандарта ED, который диктует материалы, которые должны использоваться в линзах ED. Поэтому качество стекла ED может варьироваться. [14]
Некоторые стекла обладают особым свойством, называемым аномальной частичной дисперсией. Аномальная дисперсия необходима для проектирования апохроматических линз; в отличие от ахроматических дублетов, которые сводят воедино синие и красные длины волн, апохроматы сводят воедино фокус трех или более длин волн. [15]
Торированное стекло легируется диоксидом тория , что приводит к получению материала для линз с высоким показателем преломления и низкой дисперсией, подходящего для апохроматических конструкций. Торированное стекло использовалось до Второй мировой войны, но не получило широкого распространения до 1950-х годов. Поскольку торий радиоактивен , оптические инженеры и конструкторы искали замену, используя различные легирующие элементы, и конструкции линз с использованием торированного стекла были прекращены к концу 1980-х годов. [16]
В качестве альтернативы, после 1930 года Джордж В. Морей представил боратные стекла, легированные оксидом лантана и оксидами других редкоземельных элементов , что значительно расширило доступный диапазон стекол с высоким индексом низкой дисперсии; хотя лантан также радиоактивен, он имеет гораздо меньшую активность, чем торий. Боратные стекла имеют более низкую зависимость длины волны от рефракции в синей области спектра , чем силикатные стекла с тем же числом Аббе . Во время Второй мировой войны Kodak производила высокопроизводительное оптическое стекло без тория для аэрофотосъемки, но оно было желтоватого оттенка. В сочетании с черно-белой пленкой оттенок был фактически полезен, улучшая контрастность , действуя как ультрафиолетовый фильтр . Использование редкоземельных элементов позволило разработать стекла с высоким индексом низкой дисперсии как типа «крон» , так и типа «флинт» . [17]
Использование низкодисперсионного стекла в сборках длиннофокусных линз было впервые применено компанией Ernst Leitz GmbH (Leitz) после Второй мировой войны. Лаборатории Leitz обнаружили, что оксид лантана (III) может быть использован в качестве подходящей замены тория. [18] Однако для сохранения аморфной структуры стекла и предотвращения кристаллизации , которая могла бы вызвать дефекты в виде полос на изображениях, полученных с помощью этих линз, пришлось добавить дополнительные элементы .
Эти так называемые «боратные флинты» стекла, которые Шотт классифицирует как KzF ( kurzflint ), однако, очень восприимчивы к коррозии под воздействием кислот , щелочей и погодных факторов. Однако боратное стекло с более чем 20 мол.% оксида лантана очень долговечно в условиях окружающей среды. [19] Другое высокоэффективное стекло содержит большую долю диоксида циркония ; однако его высокая температура плавления требует использования тиглей с платиновым покрытием для предотвращения загрязнения материалом тигля.
Линзы, включающие в себя элемент(ы) из стекла с низкой дисперсией, могут быть дороже эквивалентных линз с использованием классических стеклянных элементов. Это связано с тем, что некоторые из упомянутых высокопроизводительных стекол требуют производства химикатов высокой чистоты в значительных количествах.
Параллельно с разработкой LD-стекла был разработан искусственно выращенный флюорит ( CaF2) кристаллы использовались, начиная с 1960-х годов для линзовых элементов, требующих низкой дисперсии; [20] [21] однако, были существенные недостатки использования флюорита: низкий показатель преломления флюорита требовал высокой кривизны линз, следовательно, увеличивая сферическую аберрацию . Кроме того, флюорит плохо сохраняет форму и очень хрупок, требуя специальной обработки для переработки в линзовые элементы. [22]
Хорошей высокопреломляющей заменой фторида кальция в качестве материала линз может быть фторофосфатное стекло . Здесь часть фторидов стабилизируется метафосфатом с добавлением диоксида титана . [23]
_-_enlargement.jpg/1280px-Chromatic_aberration_(comparison)_-_enlargement.jpg)
{{cite web}}: CS1 maint: архивная копия как заголовок ( ссылка )