Ostatní průmyslová odvětví

Pozorování a měření čoček pomocí digitálních mikroskopů

Čočky jsou optické součásti široce používané v každodenním životě v nejrůznějších výrobcích, jak jsou fotoaparáty, mikroskopy, teleskopy nebo brýle. Zhruba se čočky dělí na dva typy: konvexní a konkávní. Kombinací několika konvexních a konkávních čoček vznikají optické objektivy, například teleobjektivy nebo transfokátory. Tato kapitola vysvětluje mechanismus čoček a uvádí příklady jejich pozorování a měření pomocí digitálních mikroskopů.

Co je Index lomu?
Co je disperze?
Princip a korekce chromatické aberace
Čočky z fluoritu (fluoridu vápenatého, CaF2), které minimalizují chromatickou aberaci
Příklady pozorování a měření čoček pomocí digitálních mikroskopů

Co je Index lomu?

Index lomu je vyjádřen hodnotou získanou tak, že rychlost světla ve vzduchu vydělíme rychlostí světla v látce.
Protože rychlost světla se liší podle příslušné látky a vlnové délky světla, liší se podle látky a vlnové délky světla i index lomu. Směr, kterým se světlo vychýlí, lze vypočítat podle Snellova zákona.

Snellův zákon (n₁sinα = n₂sinβ)

Index lomu 1 (např. ve vzduchu): n₁
Index lomu 2 (např. ve vodě, ve skle): n₂
Úhel dopadu: α
Úhel lomu: β

A: Dopadající světlo

B: Odražené světlo

C: Odrážející povrch

D: Odražené světlo

Co je disperze?

Když bílé světlo prochází hranolem, objeví se světelné spektrum.
Tento jev se nazývá disperze světla. Dochází k ní proto, že index lomu se liší podle vlnové délky světla.

Disperze u optického skla je vyjádřena hodnotou zvanou Abbeovo číslo (v).

V={\frac {n_{d}-1}{n_{F}-n_{C> — Poznámka: n_d je index lomu D-linie sodíkového světla.

Princip a korekce chromatické aberace

Jak je vidět na následujícím obrázku, poloha ohniska světla s krátkou vlnovou délkou je blízko u čočky a poloha ohniska světla s dlouhou vlnovou délkou je dále od čočky, a to vlivem disperze světla. Je-li zaostřeno na světlo s konkrétní vlnovou délkou, světlo s ostatními vlnovými délkami se ocitne mimo zaostření, takže barvy snímku jsou rozmazané. Tento jev se nazývá chromatická aberace.

A: Paprsek světla

B: Ohnisko

C: Rozdíly v ohniskové vzdálenosti

Co je sférická aberace?

Chromatická aberace je způsobena rozdíly ve vlnové délce světla. K aberaci však dochází i v případě jediné barvy – pak se nazývá monochromatická aberace. Typickým příkladem je sférická aberace. Povrch konvexní čočky má tvar části koule. Proto čím blíže je bod k okraji čočky, tím větší je úhel dopadu, čímž se pak zvětšuje i úhel odrazu. Jev, kdy se poloha ohniska bodů blíže ke středu čočky a bodů dále od středu čočky liší, se nazývá sférická aberace.

Jak korigovat sférickou aberaci

Sférickou aberaci lze kompenzovat například kombinací konvexní čočky s konkávní čočkou, která má aberaci opačně, nebo kombinací čoček s různými indexy lomu.

Další metodou kompenzace sférické aberace je použití asférických čoček. Místo kombinace několika čoček je kulový povrch na okraji čočky opracován tak, aby byl zakřivený, což umožňuje korigovat polohu ohniska bez nutnosti zvýšit počet čoček.

Čočky z fluoritu (fluoridu vápenatého, CaF2), které minimalizují chromatickou aberaci

Fluoritové čočky, vyrobené z fluoridu vápenatého, se používají tam. kde je potřeba minimalizovat chromatickou aberaci.
Tyto čočky z přírodního fluoritu mají nízký index lomu a malé sklony k disperzi, což u běžných typů skel nenajdeme.
Fluoritové čočky mají navíc malé sklony k disperzi vlnových délek světla od červené po zelenou a mimořádné sklony k částečné disperzi, která výrazně rozkládá vlnové délky od zelené po modrou. Digitální mikroskopy KEYENCE používají fluoritové čočky, takže poskytují vynikající snímky s malou aberací.

Příklady pozorování a měření čoček pomocí digitálních mikroskopů

Zde jsou nejnovější příklady pozorování a měření čoček pomocí digitálního 4K mikroskopu řady VHX od společnosti KEYENCE.