अक्रोमैटिक लेंस

एकल लेंस के रंगीन विपथन के कारण प्रकाश की विभिन्न तरंग दैर्ध्य में भिन्न फोकल लंबाई होती है।

एक एक्रोमैटिक डबलट लाल और नीले प्रकाश को ही फोकस पर लाता है, और एक्रोमैटिक लेंस का सबसे पहला उदाहरण है।

अक्रोमैटिक लेंस में, दो तरंग दैर्ध्य को ही फोकस में लाया जाता है, यहाँ लाल और नीला।

एक एक्रोमैटिक लेंस या अक्रोमैट लेंस (ऑप्टिक्स) है जिसे रंगीन विपथन और गोलाकार विपथन के प्रभावों को सीमित करने के लिए डिज़ाइन किया गया है। दो तरंग दैर्ध्य (सामान्यतः लाल और नीला) को ही तल पर फोकस में लाने के लिए एक्रोमैटिक लेंस को सही किया जाता है। इन दोनों के बीच तरंग दैर्ध्य में साधारण लेंस के साथ प्राप्त की जाने वाली तुलना में बेहतर फोकस त्रुटि होती है।

अक्रोमैट का सबसे सामान्य प्रकार एक्रोमैटिक डबलट (लेंस) है, जो अलग-अलग मात्रा में फैलाव (ऑप्टिक्स) वाले चश्मे से बने दो अलग-अलग लेंसों से बना होता है। सामान्यतः, तत्व ऋणात्मक (लेंस (ऑप्टिक्स) या साधारण लेंस के प्रकार) तत्व होता है जो फ्लिंट काँच से बना होता है जैसे F2, जिसमें अपेक्षाकृत उच्च फैलाव होता है, और दूसरा सकारात्मक (लेंस (ऑप्टिक्स) या साधारण लेंस के प्रकार) होता है ) BK7 जैसे क्राउन ग्लास (ऑप्टिक्स) से बना तत्व, जिसका फैलाव कम होता है। लेंस तत्वों को एक दूसरे के बगल में रखा जाता है, अधिकांशतः साथ पुख्ता किया जाता है, और आकार दिया जाता है जिससे एक का रंगीन विपथन दूसरे के प्रतिसंतुलित होता है।

सबसे सामान्य प्रकार (दिखाया गया) में, क्राउन लेंस तत्व की सकारात्मक ऑप्टिकल शक्ति फ्लिंट लेंस तत्व की ऋणात्मक शक्ति के सामान्य नहीं होती है। साथ में वे अशक्त सकारात्मक लेंस बनाते हैं जो प्रकाश की दो अलग-अलग तरंग दैर्ध्य को सामान्य फोकस (ऑप्टिक्स) में लाएगा। ऋणात्मक द्वैत, जिसमें ऋणात्मक-शक्ति तत्व की प्रधानता होती है, वह भी बनते हैं।

इतिहास

18 वीं शताब्दी में आइजैक न्यूटन के कथन के बाद रंगीन विपथन को ठीक करने की व्यवहार्यता के सैद्धांतिक विचारों पर बहस हुई थी कि इस तरह का सुधार असंभव था (दूरबीन का इतिहास या अक्रोमैटिक अपवर्तक दूरबीन देखें)। पहले एक्रोमैटिक डबल के आविष्कार का श्रेय अधिकांशतः अंग्रेजी बैरिस्टर और चेस्टर मूर वर्तमान नामक एमेच्योर प्रकाशविज्ञानशास्री को दिया जाता है। वर्तमान अक्रोमेटिक लेंस पर अपने काम को गुप्त रखना चाहता था और क्राउन ग्लास (ऑप्टिक्स) और फ्लिंट ग्लास लेंस के निर्माण का ठेका दो अलग-अलग प्रकाशिकी, एडवर्ड स्कारलेट और जेम्स मान को दिया। उन्होंने बदले में उसी व्यक्ति, जॉर्ज बास (ऑप्टिशियन) को काम का उप-अनुबंध दिया। उन्होंने महसूस किया कि दो घटक ही ग्राहक के लिए थे और दोनों भागों को साथ फिट करने के बाद, अक्रोमेटिक गुणों पर ध्यान दिया। वर्तमान ने पहले अक्रोमेटिक टेलीस्कोप बनाने के लिए अक्रोमैटिक लेंस का उपयोग किया, किंतु उस समय उनका आविष्कार व्यापक रूप से ज्ञात नहीं हुआ।

1750 के दशक के अंत में, बास ने जॉन डॉलंड को वर्तमान के लेंस का उल्लेख किया, जो उनकी क्षमता को समझते थे और उनके डिजाइन को पुन: उत्पन्न करने में सक्षम थे। डोलंड ने आवेदन किया और 1758 में प्रौद्योगिकी पर पेटेंट प्रदान किया गया, जिसके कारण अन्य प्रकाशिकी के साथ एक्रोमैटिक डबल बनाने और बेचने के अधिकार पर कड़वे झगड़े का नेतृत्व किया।

डोलंड के बेटे पीटर डॉलंड ने 1763 में अपोक्रोमैट का आविष्कार किया, जो एक्रोमैट में सुधार किया था।

प्रकार

कई अलग-अलग प्रकार के अक्रोमैट तैयार किए गए हैं। वे सम्मिलित लेंस तत्वों के आकार के साथ-साथ उनके कांच के ऑप्टिकल गुणों में भिन्न होते हैं (विशेष रूप से उनके ऑप्टिकल फैलाव या एब्बे संख्या में)।

निम्नलिखित में, आर क्षेत्रों के त्रिज्या को दर्शाता है जो वैकल्पिक रूप से प्रासंगिक अपवर्तन लेंस सतहों को परिभाषित करता है। अधिवेशन द्वारा, आर₁ वस्तु से गिने जाने वाली पहली लेंस सतह को दर्शाता है। डबल लेंस में रेडी आर के साथ चार सतहें होती हैं₁ आर के लिए₄.

लिट्रो डबलट

के साथ समउत्तल क्राउन ग्लास लेंस का उपयोग करता है R₁ = R₂, और दूसरा फ्लिंट ग्लास लेंस R₃ = -R₂. फ्लिंट ग्लास लेंस का पिछला हिस्सा सपाट होता है। लिट्रो नक़ल R के बीच भूतिया छवि बना सकता है₂ और आर₃ क्योंकि दो लेंसों की लेंस सतहों की त्रिज्या समान होती है।

फ्राउनहोफर डबलट (फ्रॉनहोफर उद्देश्य)

पहले लेंस में सकारात्मक अपवर्तक शक्ति होती है, दूसरी ऋणात्मक। आर₁ R से बड़ा सेट है₂, और आर₂ आर के करीब सेट है, किंतु सामान्य नहीं है₃. आर₄ सामान्यतः R से बड़ा होता है₃. फ्राउनहोफर द्विक में, R की भिन्न वक्रताएँ₂ और आर₃ करीब लगे हैं, किंतु संपर्क में नहीं हैं। यह डिज़ाइन ऑप्टिकल विपथन के लिए सही करने के लिए स्वतंत्रता की अधिक डिग्री (एक और मुक्त त्रिज्या, वायु स्थान की लंबाई) उत्पन्न करता है।

क्लार्क डबलट

अर्ली क्लार्क लेंस फ्रौनहोफर डिजाइन का अनुसरण करते हैं। 1860 के दशक के अंत के बाद, वे लिट्रो डिज़ाइन में बदल गए, लगभग विषुवतीय मुकुट, R₁ = R₂, और चकमक पत्थर के साथ R₃ ≃ R₂ और R₄ ≫ R₃. लगभग 1880 तक क्लार्क लेंस में आर₃ R से थोड़ा छोटा सेट करें₂ आर के बीच फोकस बेमेल बनाने के लिए₂ और आर₃, जिससे हवाई क्षेत्र के भीतर प्रतिबिंबों के कारण होने वाली भूतनी से बचा जा सके।

ऑयल-स्पेस्ड डबलट

मुकुट और चकमक पत्थर के बीच तेल का प्रयोग भूत-प्रेत के प्रभाव को समाप्त करता है, विशेषकर जहां R₂ = R₃. यह प्रकाश संचरण को थोड़ा बढ़ा भी सकता है और आर में त्रुटियों के प्रभाव को कम कर सकता है₂ और आर₃.

स्टीनहील डबलट

कार्ल अगस्त वॉन स्टीनहिल द्वारा तैयार किया गया स्टेनहिल डबलट, फ्लिंट-फर्स्ट डबलट है। फ्राउनहोफर द्विक के विपरीत, इसमें पहले ऋणात्मक लेंस होता है और उसके बाद धनात्मक लेंस होता है। फ्रौनहोफर डबलेट की तुलना में इसे मजबूत वक्रता की आवश्यकता है।

डायलाइट

लेंस विलायक में दो तत्वों के बीच विस्तृत वायु स्थान होता है। वे मूल रूप से 19 वीं शताब्दी में तैयार किए गए थे जिससे बहुत छोटे फ्लिंट ग्लास तत्वों को धारा के नीचे प्रवाहित किया जा सके क्योंकि फ्लिंट ग्लास का उत्पादन करना कठिन और महंगा था। वे लेंस भी हैं जहां तत्वों को सीमेंट नहीं किया जा सकता क्योंकि आर₂ और आर₃ अलग-अलग निरपेक्ष मूल्य हैं।

डिजाइन

एकक्रोमैट के पहले क्रम के डिजाइन में समग्र शक्ति का चयन करना सम्मिलित है $\phi _{\text{sys}}$ डबलेट और उपयोग करने के लिए दो गिलास। कांच का चुनाव औसत अपवर्तक सूचकांक देता है, जिसे अधिकांशतः लिखा जाता है $n_{d}$ (फ्राउनहोफर विवर्तन एब्बे नंबर पर अपवर्तक सूचकांक के लिए। डी वर्णक्रमीय रेखा तरंग दैर्ध्य), और एब्बे संख्या $V$ (ग्लास फैलाव (प्रकाशिकी) के पारस्परिक के लिए)। सिस्टम के रैखिक फैलाव को शून्य बनाने के लिए, सिस्टम को समीकरणों को पूरा करना होगा

${\begin{aligned}\phi _{1}+\phi _{2}&=\phi _{\text{sys}}\\{\frac {\phi _{1}}{V_{1}}}+{\frac {\phi _{2}}{V_{2}}}&=0\ ,\end{aligned}}$

जहां ऑप्टिकल शक्ति है $\phi =1/f$ फोकल लम्बाई वाले लेंस के लिए $f$. के लिए इन दो समीकरणों को हल करना $\phi _{1}$ और $\phi _{2}$ देता है

${\frac {\phi _{1}}{\phi _{\text{sys}}}}={\frac {V_{1}}{V_{1}-V_{2}}}\qquad {\text{and}}\qquad {\frac {\phi _{2}}{\phi _{\text{sys}}}}={\frac {-V_{2}}{V_{1}-V_{2}}}\ .$

तब से $\phi _{2}=-\phi _{1}V_{2}/V_{1}$, और अब्बे संख्याएँ सकारात्मक-मूल्यवान हैं, पहला तत्व सकारात्मक होने पर दुसरे तत्व की शक्ति ऋणात्मक होती है।

आगे रंग सुधार

Focus error for four types of lens, over the visible and near infrared spectrum.

एक्रोमैटिक की तुलना में अधिक जटिल लेंस डिजाइन अधिक तरंग दैर्ध्य को सटीक फ़ोकस में लाकर रंग छवियों की सटीकता में सुधार कर सकते हैं, किंतु अधिक महंगे प्रकार के ग्लास की आवश्यकता होती है, और सरल लेंस के संयोजन को अधिक सावधानीपूर्वक आकार देने और रिक्ति की आवश्यकता होती है:

एपोक्रोमैट

तीन तरंग दैर्ध्य को सामान्य फोकस में लाना और महंगी सामग्री की आवश्यकता होती है

सुपरक्रोमैट

चार तरंग दैर्ध्य को ध्यान में लाता है और इसे और भी महंगे फ्लोराइड ग्लास और काफी सख्त सहनशीलता के साथ निर्मित किया जाना चाहिए

सिद्धांत रूप में, प्रक्रिया अनिश्चित काल तक जारी रह सकती है: कैमरों में प्रयुक्त मिश्रित लेंस में सामान्यतः छह या अधिक सरल लेंस होते हैं (जैसे डबल गॉस लेंस); अधिक रंगों को ध्यान में लाने के लिए इनमें से कई लेंसों को विभिन्न प्रकार के कांच के साथ बनाया जा सकता है, थोड़े बदले हुए वक्रता के साथ। बाधा अतिरिक्त निर्माण लागत है, और प्रयास के लिए बेहतर छवि का ह्रासमान प्रतिफल है।

यह भी देखें

• बार्लो लेंस

बाहरी संबंध

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