Osservazione e misurazione di lenti utilizzando microscopi digitali

Che cos’è l’indice di rifrazione?

Un indice di rifrazione si esprime con un valor derivato dalla divisione della velocità della luce nell’aria per la velocità della luce in una sostanza.
Dal momento che la velocità della luce varia in base alla sostanza e alla lunghezza d’onda della luce, anche l’indice di rifrazione varia in base alla sostanza e alla lunghezza d’onda della luce. La direzione di deviazione della luce può essere calcolata tramite la Legge di Snell.

Legge di Snell (n₁sinα = n₂sinβ)

Indice di rifrazione 1 (ad es., aria): n₁
Indice di rifrazione 2 (ad es., acqua, vetro): n₂
Angolo incidente: α
Angolo di rifrazione: β

Che cos’è la dispersione?

Quando la luce bianca passa attraverso un prisma, appare uno spettro luminoso.
Questo fenomeno è chiamato “dispersione della luce”. Si verifica perché l’indice di rifrazione differisce a seconda della lunghezza d’onda della luce.

La dispersione di un vetro ottico si esprime con un valore chiamato Numero di Abbe (v).

Principio e correzione dell’aberrazione cromatica

Come mostrato nella figura seguente, la posizione focale della luce con lunghezze d’onda corte è vicina alla lente e quella della luce con lunghezze d’onda lunghe è più lontana dalla lente, a causa della dispersione della luce. Quando la luce con una lunghezza d’onda specifica viene messa a fuoco, la luce con altre lunghezze d’onda esce dalla messa a fuoco, il che sfoca i colori dell’immagine. Questo fenomeno è noto come aberrazione cromatica.

Che cos’è l’aberrazione sferica?

L’aberrazione cromatica si verifica a causa di differenze di lunghezza d’onda della luce. Tuttavia, l’aberrazione si verifica anche con un solo colore e prende il nome di aberrazione monocromatica. Un esempio tipico è l’aberrazione sferica. La superficie di una lente convessa ha la forma di parte di una sfera. Pertanto, più vicino un punto si trova al bordo di una lente, maggiore l’angolo incidente, che di conseguenza aumenta l’angolo di rifrazione. Il fenomeno in cui la posizione focale differisce tra i punti vicini al centro della lente e punta più lontano dal centro della lente è chiamato aberrazione sferica.

Come correggere l’aberrazione sferica

L’aberrazione sferica può essere deviata, ad esempio, combinando una lente convessa con una lente concava, che ha un’aberrazione in direzione opposta, oppure combinando lenti con indici di rifrazione diversi.

Un altro metodo per deviare l’aberrazione sferica è quello di utilizzare lenti asferiche. La superficie sferica sul bordo della lente viene elaborata come superficie curva, anziché combinando più lenti, il che può correggere la posizione focale senza aumentare il numero di lenti.

Lenti in fluorite (fluoruro di calcio, CaF2) che riducono al minimo l’aberrazione cromatica

Le lenti in fluorite, realizzate a partire da fluorite, sono utilizzate quando è necessario ridurre al minimo l’aberrazione cromatica.
Realizzate a partire da fluorite naturale, le lenti in fluorite hanno un basso indice di rifrazione e basse proprietà di dispersione, il che non si riscontra nei tipi di vetro normali.
Inoltre, le lenti in fluorite hanno basse proprietà di dispersione per lunghezze d’onda della luce da rossa a verde e straordinarie proprietà di dispersione parziale che disperdono notevolmente le lunghezze d’onda della luce da verde a blu. I microscopi digitali di KEYENCE utilizzano lenti in fluorite, per cui forniscono immagini eccellenti, con bassa aberrazione.

Esempi di osservazione e misurazione di lenti utilizzando microscopi digitali

Questi sono recenti esempi di osservazione e misurazione delle lenti che utilizzano il Microscopio digitale 4K della Serie VHX di KEYENCE.

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