Свойства и разработка новых оптических стекол - Царевский Е.Н.
Скачать (прямая ссылка):
Если оптические постоянные стекол являются действенными (эффективными) коррекционными параметрами, пересчет системы с заменой сверхтяжелых кронов обычными тяжелыми кронами может потребовать применения дополнительной линзы, т. е. замены простой линзы двухлинзовой комбинацией, имеющей эквивалентное значение оптических констант, в соответствии с выражением (1) и (2). В этих случаях необходима оценка техникоэкономической эффективности такой замены: применять ли систему из j линз, содержащих обычные оптические стекла, или перейти к системе из / — 1 линз, содержащей сверхтяжелый крон. За последние годы сверхтяжелые кроны нашли применение в объективах массового производства, в которых с целью конкурентноспособности достигнуто повышение разрешения на 20—30%, несмотря на довольно существенное возрастание их стоимости.
Большие трудности, особенно при создании длиннофокусных светосильных линзовых систем, представляет коррекция вторичных хроматических аберраций: вторичного спектра, сферохроматической аберрации, хроматической аберрации лучей широких наклонных пучков.
Вторичный спектр зависит от относительной частной дисперсии р стекол в данной области спектра. У обычных стекол параметры
4»
р = {nF — nn)/(nF — tic) и v = (nD — 1 )/(nF — tic) связаны зависимостью, близкой к линейной,
р А —- Bv,
(5)
что определяет величину вторичного спектра А объектива
где /' — фокусное расстояние объектива.
Оптические стекла, не удовлетворяющие линейной зависимости (5), назовем особыми. Очевидно, величина В будет близкой к нулю в случае равенства относительных частных дисперсий р пары стекол при неравных значениях v. Однако, как показывают исследования, оптические силы линз такой апохроматизированной пары оказываются недопустимо большими, что ограничивает проектируемые объективы лишь малыми относительными отверстиями или требует усложнения оптической схемы при проектировании объектива повышенного относительного отверстия.
Для создания анастигмата-апохромата необходима оптическая система, содержащая хотя бы один отрицательный компонент, т. е. система двухкомпонентная (типа телесистемы) или трехкомпонентная (типа обобщенного триплета). Оптическая схема типа обобщенного триплета обеспечивает возможность создания объективов большей светосилы в результате усложнения каждого из компонентов системы.
Обозначив через фх, ф2 и ф3 приведенные оптические силы компонентов, при силе всей системы, равной единице, из условий масштаба и коррекции хроматизма и кривизны поля имеем:
чения оптических констант компонентов или, в частном случае, константы стекол линз; §S'cf — продольная хроматическая аберрация для лучей некоторых двух длин волн, например лучей F и С; т — множитель пропорциональности.
Эта система имеет решение при удовлетворении еще двум дополнительным условиям исправления продольных хроматических аберраций:
А = —f'B,
(6)
Ф — h1(p1 -)- h2ф2 -j- ^зфз — 1;
(7)
где пъ vf, п2, v2; п3, v3 — упомянутые выше эквивалентные зна-
(8)
где peF = (/?/.’ — ne)/(rip — ПсУ, Pelс = (пк — пе)/(пр — пс)-42
0. (9)
Очевидно, удовлетворение первому дополнительному условию bS'eF ;= 0 приводит к системе апохромата; удовлетворение условиям (7) и (8) приводит к анастигматической системе суперапохромата, понимая под последней систему, у которой вторичный спектр в широкой спектральной области корригирован для 4 длин волн.
Осуществление трехкомпонентной суперапохроматической системы апланата возможно при выполнении следующего условия:
1 1 1
D = {Pep) 1 (peF) 2 (Pef) 3 (Рек) 1 (Ргк)г (Рек) 3
Система типа обобщенного триплета обладает более широкими возможностями и практически неисчерпаемым множеством локальных решений, к которым приходим, варьируя не только константы стекол сложного компонента, но и параметры h.
Определитель D = 0 может быть представлен выражением:
[(Рек)3-(Рек)ll КPeF)i-(Pep)lU-(Pef)3-(Pef)ll [(Рек)г-(РекХ! = (^)
описывающим прямую, проходящую через три точки [{peF)i, (Рек)ll; Up,г)2, (рек)21 И l(p,.F),„ (реК)3 ], представляющие три
марки стекла в прямоугольной системе координат [(peF)> (Рек)Ь
В частности, условие (10) будет выполнено и в том случае, если у двух стекол величины относительных частных дисперсий одинаковы для двух актиничных спектральных зон; при этом величины показателей дисперсий (числа Аббе) должны быть по возможности различными.
В частности, этим условием удовлетворяют стекла фирмы «Шотт» в Майнце (ФРГ):
п - nd — пс пе — nd
Свойства стекол .... nd v —-------------------- —2--
nF— пс nF — пс
FK51 ................ 1,486561 84,47 0,306 0,238
KzFS'2 .............. 1,557809 53,85 0,306 0,238
Стекло французской фирмы «Соверель» («Парра Мантуа») марки PFC А86-82 близко к стеклу FK51: nd = 1,485700; v = 81,5; (nd — nc)/(nF — tic) — 0,3067; (ne — nd)l{nF — nc) = 0,238.
Столь же интересна комбинация отечественных стекол ОК706 и ОФЮЮ:
Свойства стекол
nz — пс пе — по
ОК 706 ................. 1,52220 76,34 0,296 0,248
ОФЮЮ ................... 1,601488 51,06 0,296 0,247
Особое внимание следует уделять метрологии оптических констант: погрешности измерений дисперсий и температурных приращений показателей преломления р значительно влияют на оценку возможных изменений хроматических и термооптических аберраций. Для уверенного определения вариаций хроматизма в длиннофокусных системах дисперсии должны быть измерены
