Egyéb iparágak

Lencsék vizsgálata és mérése digitális mikroszkóppal

A lencsék a mindennapi élet során széles körben használt optikai alkatrészek; megtalálhatók különféle tárgyakban, például fényképezőgépekben és kamerákban, mikroszkópokban, távcsövekben és szemüvegekben. A lencsék nagyvonalakban két típusba sorolhatók: vannak domború lencsék és homorú lencsék. Az optikai lencséket, például a teleobjektívek lencséit és a nagyító-kicsinyítő lencséket több domború és homorú lencse kombinációja alkotja. Ez a rész bemutatja a lencsék működését, és példákat ad digitális mikroszkóppal történő vizsgálatukra és mérésükre.

Lencsék vizsgálata és mérése digitális mikroszkóppal

Mi a törésmutató?

A törésmutató a fény levegőben mért terjedési sebességének és a fény anyagban mért terjedési sebességének hányadosa.
Mivel a fény terjedési sebessége az anyagtól és a fény hullámhosszától függ, a törésmutató is eltérő az anyag és a fény hullámhosszának megfelelően. A fénytörés iránya a Snellius–Descartes-törvénnyel számítható ki.

A Snellius–Descartes-törvény (n1sinα = n2sinβ)

1. törésmutató (pl. levegő): n1
2. törésmutató (pl. víz, üveg): n2
Beesési szög: α
Törési szög: β

  1. A: Beeső fénysugár
  2. B: Visszavert fénysugár
  3. C: Tükröző felület (közeghatár)
  4. D: Megtört fénysugár

Mi a diszperzió (szóródás)?

Amikor a fény prizmán halad át, megjelenik a fény spektruma.
Ezt a jelenséget a fény diszperziójának (szóródásának vagy felbontásának) nevezzük. Azért következik be, mert a különböző hullámhosszúságú fénynyaláboknak eltérő a törésmutatója.

Az optikai üveg diszperzióját az Abbe-számnak (V) nevezett értékkel fejezzük ki.

V={\frac {n_{d}-1}{n_{F}-n_{C>
Megjegyzés: nd a nátriumatomok által kibocsátott D sugárnyaláb törésmutatója.
A: Fehér fény
Nagy diszperzió esetén
  1. A: Fehér fény

Nagy diszperzió esetén növekszik a fény spektrumának szélessége.

Kis diszperzió esetén
  1. A: Fehér fény

Kis diszperzió esetén csökken a fény spektrumának szélessége.

A kromatikus aberráció elve és javítása

Amint ezt az alábbi ábra szemlélteti, a fény diszperziója (szóródása) miatt a rövid hullámhosszú fény fókuszpontja a lencséhez közelebb, a hosszú hullámhosszú fényé pedig a lencsétől távolabb található. Amikor egy adott hullámhosszú fénynél valami fókuszba kerül, akkor más hullámhosszú fény esetében kikerül a fókuszból, ez pedig elhomályosítja a kép színeit. Ezt a jelenséget kromatikus aberrációnak hívjuk.

  1. A: Fénysugár
  2. B: Fókuszpont
  3. C: A fókusztávolságok között különbség

Mi a szférikus aberráció?

A kromatikus aberrációt az okozza, hogy a(z összetett) fény eltérő hullámhosszú fénynyalábokból áll. Aberráció azonban egyszínű fény esetében is előfordul – ennek neve monokromatikus aberráció. Ennek jellemző példája a szférikus aberráció. A domború lencse felszínének alakja a gömbfelszín egy darabja. Ezért minél közelebb van egy pont a lencse széléhez, annál nagyobb a beesési szög, ez pedig nagyobb törési szöget jelent. Azt a jelenséget, hogy a fókuszpont helye eltérő a lencse közepéhez közeli és az attól távolabbi pontok esetében, szférikus aberrációnak nevezzük.

  1. A: Fény

Hogyan korrigálható a szférikus aberráció?

A szférikus aberráció úgy küszöbölhető ki, hogy például egy domború lencsét egy homorú lencsével kombinálunk (a homorú lencse esetében az aberráció ellentétes irányú), vagy hogy különböző törésmutatójú lencséket kombinálunk.

  1. A: Fény

A szférikus aberráció kiküszöbölésének másik módszere az aszférikus lencsék használata. Több lencse kombinálása helyett a lencse gömbfelszínét a szélén úgy munkálják meg, hogy olyan ívelt felület keletkezzen, amely a lencsék számának növelése nélkül képes korrigálni a fókuszpontok helyét.

  1. A: Fény

A kromatikus aberrációt minimalizáló fluorit- (kalcium-fluorid, CaF2) lencsék

Amikor minimalizálni kell a kromatikus aberrációt, fluoritból készült lencséket, azaz fluoritlencséket használnak.
A természetes fluoritból készült fluoritlencsék törésmutatója és diszperziója is kicsi – a közönséges üvegtípusokból készült lencsék nem rendelkeznek ilyen tulajdonsággal.
A fluoritlencsék diszperziója továbbá a vöröstől a zöld színig tartó fényhullámhossz-tartományban kicsi, és olyan kiváló részleges diszperziós tulajdonsággal rendelkeznek, amely nagymértékben szórja a zöldtől a kék színig tartó hullámhossz-tartományba eső fényt. A KEYENCE digitális mikroszkópjai fluoritlencséket használnak, így kicsi aberrációjú, kiváló képeket adnak.

Normál üveg
Fluorit
  1. A: Vörös
  2. B: Zöld
  3. C: Kék

Példák lencsék vizsgálatára és mérésére digitális mikroszkóppal

Az alábbiakban felsoroljuk a legújabb példákat a lencsék vizsgálatára és mérésére a KEYENCE VHX sorozatú 4K-s digitális mikroszkópjával.

Lencse felületének vizsgálata
ZS-200, 1500×; koaxiális megvilágítás + HDR
2D-s kép
ZS-200, 1500×, koaxiális megvilágítás + HDR
A 3D-s profilmérés képe
A HDR funkció pásztázó elektronmikroszkóp (SEM) használata nélkül jeleníti meg a lencse felszínén található hibákat és idegen részecskéket.
Idegen részecskék vizsgálata napszemüveg lencséjében
VHX-E200, 30×, gyűrűs részleges megvilágítás, mérés előtt
VHX-E200, 30×, gyűrűs részleges megvilágítás, az automatikus területmérés képe
Napszemüveg lencséjének vizsgálata átmenőfényes polarizált megvilágítással
VH-Z20, 30×, háttérvilágítás + polarizáló szűrő
Az átmenőfényes polarizált megvilágítással végzett vizsgálat láhatóvá teszi a belső feszültséget, az idegen részecskéket és a repedéseket.
Lencse felületének vizsgálata
VH-Z20, 100×, gyűrűs megvilágítás
Most már felvételek készíthetők a hibás területekről.
A lencse felületén lévő hibák vizsgálata
VHX-E500, 500×
Koaxiális megvilágítás + optikai árnyékhatás üzemmód
A lencse felületén lévő hibák vizsgálata
ZS-20, 100×
Gyűrűs megvilágítás + optikai árnyékhatás üzemmód
Az optikai árnyékhatás üzemmódban az olyan hibák is láthatóvá válnak, amelyeket pásztázó elektronmikroszkóppal (SEM) szoktak vizsgálni.
+36 1 802 7360