Дисперсия света и хроматическая аберрация

Дисперсия света – это явление, обусловленное зависимостью фазовой скорости световой волны от её частоты (или длины). Самый простой способ наглядно показать дисперсию – пропустить белый свет через призму, в результате чего происходит разложение пучка в спектр. Таким образом её открыл Исаак Ньютон в конце 17-го века. Отличной иллюстрацией этого опыта служит обложка знаменитого альбома легенд арт-рока Pink Floyd – The Dark Side of the Moon.

Обложка альбома The Dark Side of the Moon британской группы Pink Floyd, наглядно представляющая явление световой дисперсии.
Обложка альбома The Dark Side of the Moon британской группы Pink Floyd, наглядно представляющая явление световой дисперсии.

В области сценического освещения (а также в фотографии и при производстве оптических приборов) световое рассеивание проявляется в эффекте хроматической аберрации. Поскольку показатель преломления линзового стекла меняется в зависимости от длины волны белый свет, попадающий в точку на линзе, имеет тенденцию рассеиваться так же, как в призме. В результате на краю изображения появляется радужный засвет. Это особенно заметно в прожекторах с однолинзовыми оптическими системами PC (плосковыпуклая линза).

На иллюстрации сверху: различие в длинах волн противоположных концов спектрального диапазона приводит к тому, что по краям сфокусированного белого луча появляется красное и синее свечение. Снизу: так называемый ахроматический дублет (одна выпукло–выпуклая линза из кронгласа и одна вогнуто–вогнутая линза из флинтгласа) корректирует хроматическую аберрацию, рекомбинируя красный и синий концы спектра в фокальной плоскости.
На иллюстрации сверху: различие в длинах волн противоположных концов спектрального диапазона приводит к тому, что по краям сфокусированного белого луча появляется красное и синее свечение. Снизу: так называемый ахроматический дублет (одна выпукло–выпуклая линза из кронгласа и одна вогнуто–вогнутая линза из флинтгласа) корректирует хроматическую аберрацию, рекомбинируя красный и синий концы спектра в фокальной плоскости.

Как можно исправить проблему хроматической аберрации?

Вообще, оптическое стекло, которое используется для изготовления линз и важнейших оптических элементов, изготавливается в условиях всестороннего контроля, чтобы получить строго определенные характеристики, необходимые при проектировании оптических систем. Это дорогой и сложный процесс. Оптическое стекло классифицируется в соответствии с его показателем преломления, коэффициентом дисперсии, коэффициентом пропускания, чистотой, твердостью и многим другим. Существуют определенные добавки, такие как флюорит кальция, фосфат, цинк, барий, лантан и сурьма, которые могут быть введены в производственный процесс для формирования характеристик конечного продукта.

Есть два основных типа оптического стекла: кронглас и флинтглас.

Кронглас бесцветное силикатное стекло,отличающееся большими значениями коэффициента средней дисперсии. В его состав входят оксиды калия, натрия, бора, алюминия, кальция.

Флинтглас – бесцветное силикатное стекло с малым значением коэффициента средней дисперсии. В современных флинтгласах применяется основа из окислов свинца, калия и кремния.

Естественно, сейчас существует огромное количество разновидностей каждого типа стёкол, предназначенных для решения различных задач.

Современная оптическая система прожектора Anzhee PRO PHOENIX SPOT 585 состоит из 1. выпукло–выпуклой линзы из кронгласа и 2. вогнуто–вогнутой линзы из флинтгласа. Линза на выходе – плоско-выпуклая.
Современная оптическая система прожектора Anzhee PRO PHOENIX SPOT 585 состоит из 1. выпукло–выпуклой линзы из кронгласа и 2. вогнуто–вогнутой линзы из флинтгласа. Линза на выходе – плоско-выпуклая.

В зависимости от назначения и условий использования выделяются три основных метода коррекции хроматической аберрации.

Во-первых, пучок света в сценических прожекторах просто обрезается оптической системой, поскольку такой способ получается наиболее дешёвым и эффективным.

Во-вторых, в поверхность линзы делают не сглаженной, а ребристой, каменистой или волнистой. Такая линза будет работать как комплекс призм, исправляя и выравнивая световой поток и убирая хроматические искажения. Также подобного эффекта возможно добиться матированием оптического стекла.

Сейчас некоторые приборы снабжаются сложными комбинированными линзами, фактически являющиеся комплексной оптической системой.

Пример прибора с разными видами комбинированных линз.
Пример прибора с разными видами комбинированных линз.
-6

Ещё хроматическую аберрацию можно в достаточной степени скорректировать с помощью ахроматической линзы. Ахромат в действительности представляет собой комплекс из двух (а иногда – трёх) линз: одной выпуклой из кронгласа, и одной вогнутой – из флинтгласа. Все элементы скрепляются особым оптически прозрачным цементом. Вогнутая линза рассеивает лучи с различной длиной волны в противоположном направлении по сравнению с выпуклой линзой, что делает фокальную плоскость более равномерной, то есть в каждую область светового пятна приходит нерассеянный белый свет. Ахроматические линзы используют для производства фотообъективов, телескопов, биноклей и т. д.

Так выглядят ахроматические линзы для фотообъективов.
Так выглядят ахроматические линзы для фотообъективов.

Понравилась статья? Подписывайтесь на социальные сети Anzhee в профиле и Telegram-канал, чтобы не пропустить другие публикации и полезную информацию о нашем оборудовании.

Поверьте, будет интересно.

-8

AnzheeООО «Энжи» (Anzhee) – вендор и дистрибьютор профессионального сценического оборудования собственных брендов Anzhee, PROCBET, EasySound, а также поставщик всемирно известных производителей: DTS, Avolites, Admark, Showven, DJ POWER.
134 подписчика