Renksemez mercek

Renksemez mercek (akromatik mercek) veya akromat, kromatik (renk sapması) ve küresel sapmaların etkilerini sınırlandırmak üzere tasarlanmış bir mercektir. Akromatik mercekler iki dalga boyunu (tipik olarak kırmızı ve mavi) aynı düzlemde odaklamaya getirmek için düzeltilir. Akromatın en yaygın türü, farklı miktarlarda dağılım gösteren camlardan yapılmış iki ayrı mercekten oluşan akromatik bir çift parçadır. Tipik olarak, bir element, nispeten yüksek dağılıma sahip olan F2 gibi flint camdan yapılmış bir negatif (içbükey) elemandır ve diğeri daha düşük dispersiyona sahip BK7 gibi taç camından yapılmış bir pozitif (dışbükey) elemandır. Mercek elemanları, birbirine bitişik olarak monte edilmekte, çoğunlukla birbirine yapıştırılmakta ve birinin renk sapmaları diğeri tarafından dengelenene kadar şekillendirilmektedir. En yaygın tipte olanda (gösterilen), taç lens elemanının pozitif gücü, flint cam lens elemanının negatif gücü ile tamamen eşit değildir. Birlikte, ortak bir odaklamaya iki farklı dalga boyu ışık getirecek zayıf bir pozitif lens oluştururlar. Negatif güç unsurunun hâkim olduğu negatif çiftler de yapılır.

Renkli sapmayı düzeltmenin uygulanabilirliğinin teorik değerlendirmeleri, Newton'un böyle bir düzeltmenin imkânsız olduğu yönündeki açıklamasından sonra 18. yüzyılda tartışılmıştır (bkz. Teleskop Tarihi). İlk renksiz çiftlerin icadı Chester Moore Hall adlı bir İngiliz avukat ve amatör gözlemciye atfedilir.^[1][2] Hall, renksiz mercekler üzerindeki çalışmalarını gizli tutmak istedi. kron(crown) ve flint camı merceklerin üretimini iki farklı optikçiye Edward Scarlett ve James Mann'a verdi.^[3][4][5] Ardından, çalışmayı aynı kişi için yapmalarını istedi: George Bass. İki bileşenin aynı müşteriye ait olduğunu fark edilip ve iki parçayı birleştirdikten sonra merceğin renksiz özellikleri ortaya çıktı. Ancak Hall, İcadının önemini takdir edemedi ve icadı yalnızca birkaç optikçi tarafından biliniyordu. Bass, 1750'lerin sonlarında, Hall'un lenslerini, potansiyellerini anlayan ve tasarımlarını yeniden üretebilen John Dollond'a değindi.^[2] Dollond, 1758 yılında teknoloji konusunda patent başvurusu yaptı ve başvurusu onaylandı. Bu da, diğer optisyenlerle achromatic ikililer yapılması ve satılması üzerine tatsız kavgalar yaşanmasına sebebiyet verdi. Dollond'un oğlu Peter, 1763 yılında akromat üzerinde bir gelişme olan apokromat icat etti.^[2]

Achromat birkaç farklı türde icat edilmiştir. Dahil olan lens elemanlarının şeklinin yanı sıra camlarının optik özelliklerinden dolayı da (özellikle optik dağılımlarında veya Abbe sayısıyla) farklılık gösterirler. Aşağıda, 'R', optik olarak ilgili kırma lens yüzeylerini tanımlayan kürelerin yarıçapını belirtir. Adet olduğu üzere, R1 nesneden sayılan birinci objektif yüzeyini belirtir. Bir çift lens, R1 ila R4 arasındaki yarıçaplı dört yüzeye sahiptir.

R1 = R2'ye sahip dışbükey mercek ve R3 = -R2 olan ikinci bir flint cam mercek kullanır. Çakmak taşı cam merceğinin arkası düzdür. Bir Littrow çifti, R2 ile R3 arasında bir hayalet görüntüsü oluşturabilir, çünkü iki lensin mercek yüzeyleri aynı yarıçapa sahiptir. Bir teleskopta kullanıldığında, düz R4 yüzeyi ile tüpün arka tarafı arasında bir hayalet görüntüsü oluşturabilir.

İlk merceğin pozitif kırma gücü, ikinci merceğin ise negatif kırma gücü vardır. R1, R2'den daha büyük olarak ayarlanır ve R2, R3'e yakın, ancak buna eşit değildir. R4 genellikle R3'ten büyüktür. Bir Fraunhofer çiftinde, R2 ve R3'ün birbirine benzeyen eğrilikleri birbirine yakın fakat temas halinde değildir.^[6] Bu tasarım optik sapmaları düzeltmek için daha fazla serbestlik derecesi (bir tane daha serbest yarıçap, hava bölgesinin uzunluğu) getirir.

R1 = R2'ye sahip bir dış bükey kron(crown) ve R3≈R2 ve R4»R3'lü bir flint camı kullanır. R3, R2 ve R3 arasında odak uyuşmazlığı yaratmak ve böylece kron(crown) ve flint camı arasındaki gölgelenmeyi azaltmak için R2'den biraz daha kısa olarak ayarlanır.

Kron(crown) ve flint camı arasında yağ kullanılması, özellikle R2 = R3 olduğunda gölgelenme etkisini ortadan kaldırır. Işık iletimini hafifçe artırabilir ve R2 ve R3 hatalarının etkisini azaltabilir.

Carl August von Steinheil tarafından tasarlanan Steinheil çift, flint-öncelikli bir ikilidir. Fraunhofer çiftinin aksine, öncelikle bir negatif lensi pozitif bir lens takip eder.^[6] Fraunhofer çiftliğinden daha güçlü eğriliğe ihtiyaç duyar.

Dialyte lenslerinde iki element arasında geniş bir hava boşluğu vardır. Aslında 19. yüzyılda, kristal camının üretilmesi ve pahalı olması nedeniyle daha küçük kristal cam elementlerini akışı sağlamak için tasarlanmışlardı.^[7] Bunlar ayrıca, R2 ve R3 farklı eğriliklere sahip oldukları için yapıştırılamayan merceklerdir.^[8]

Bir akromatik sisteminin birinci dereceden tasarımı, ikili malzemenin ve kullanılan iki camın toplam gücünü ${\displaystyle \phi _{\text{sys}}}$ seçmeyi içerir. Camın seçimi genellikle ${\displaystyle n_{d}}$ (Fraunhofer "d" spektral çizgi dalga boyundaki kırılma indeksi için) ve Abbe sayısı ${\displaystyle V}$ (cam dağılımının tersi) için ifade edilen ortalama kırıcılık indeksi verir. Sistemin doğrusal dağılımını sıfır yapmak için sistem aşağıdaki denklemleri sağlamalıdır,

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

Burada merceğin gücü odak uzaklığı ${\displaystyle f}$ olan bir mercek için ${\displaystyle \phi =1/f}$ olarak verilmiştir. Bu iki denklemi ${\displaystyle \phi _{1}}$ ve ${\displaystyle \phi _{2}}$ için çözmek

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

sonuçlarını verir. ${\displaystyle \phi _{2}=-\phi _{1}V_{2}/V_{1}}$ ve Abbe sayıları pozitif değerli olduğundan, ikili içindeki ikinci elemanın gücü, ilk eleman pozitif olduğunda negatiftir.

• Renksiz teleskop
• Barlow mercek
• Süper renksemez mercek
• Apokromatik mercek