Betrachtung und Messung von Linsen mit einem Digitalmikroskop

Was ist der Brechungsindex?

Der Brechungsindex wird durch einen Wert ausgedrückt, der sich durch Division der Geschwindigkeit des Lichts in Luft durch die Geschwindigkeit des Lichts in einer Substanz ergibt.
Da die Ausbreitungsgeschwindigkeit von Licht je nach Substanz und Wellenlänge des Lichts variiert, variiert auch der Brechungsindex je nach Substanz und Wellenlänge des Lichts. Die Richtung, in die das Licht abgelenkt wird, kann mithilfe des Snelliusschen Gesetzes berechnet werden.

Snelliussches Gesetz (n₁sinα = n₂sinβ)

Brechungsindex 1 (z. B. Luft): n₁
Brechungsindex 2 (z. B. Wasser, Glas): n₂
Einfallswinkel: α
Brechungswinkel: β

Was ist Dispersion?

Wenn weißes Licht durch ein Prisma fällt, wird das Spektrum des Lichts sichtbar.
Dieses Phänomen wird als Streuung des Lichts bezeichnet. Sie entsteht, weil der Brechungsindex je nach Wellenlänge des Lichts unterschiedlich ist.

Die Größe für die Dispersion eines optischen Glases wird Abbe-Zahl (v) genannt.

Prinzip und Korrektur der chromatischen Aberration

Wie in der folgenden Abbildung zu sehen ist, befindet sich der Brennpunkt von Licht mit kurzen Wellenlängen in der Nähe des Objektivs und der von Licht mit langen Wellenlängen ist aufgrund der Dispersion des Lichts weiter vom Objektiv entfernt. Wenn Licht mit einer bestimmten Wellenlänge fokussiert wird, wird Licht mit anderen Wellenlängen unscharf, wodurch die Farben des Bildes verschwimmen. Dieses Phänomen wird als chromatische Aberration bezeichnet.

Was ist sphärische Aberration?

Chromatische Aberration tritt aufgrund von Unterschieden in den Wellenlängen des Lichts auf. Aberration tritt jedoch auch mit nur einer einzigen Farbe auf und wird dann monochromatische Aberration genannt. Ein typisches Beispiel dafür ist die sphärische Aberration. Eine konvexe Linsenoberfläche hat die Form eines Kugelabschnitts. Je näher ein Punkt am Rand einer Linse liegt, desto größer ist der Einfallswinkel, was wiederum den Brechungswinkel vergrößert. Das Phänomen, bei dem sich die Brennweite zwischen Punkten nahe der Linsenmitte und weiter entfernten Punkten unterscheidet, wird sphärische Aberration genannt.

Wie man sphärische Aberration korrigiert

Sphärische Aberration kann z. B. durch die Kombination einer konvexen Linse mit einer konkaven Linse, die eine Aberration in der entgegengesetzten Richtung aufweist, oder durch die Kombination von Linsen mit unterschiedlichen Brechungsindizes ausgeglichen werden.

Eine weitere Methode zum Ausgleich sphärischer Aberration ist die Verwendung asphärischer Linsen. Die sphärische Oberfläche am Linsenrand wird zu einer gekrümmten Oberfläche verarbeitet, anstatt mehrere Linsen zu kombinieren, wodurch die Fokusposition korrigiert werden kann, ohne die Anzahl der Linsen zu erhöhen.

Fluoritlinsen (Calciumfluorid, CaF2) zum Minimieren der chromatischen Aberration

Linsen aus Fluorit werden verwendet, wenn die chromatische Aberration minimiert werden soll.
Die aus natürlichem Fluorit hergestellten Fluoritlinsen haben einen niedrigen Brechungsindex, der in herkömmlichen Glasarten nicht zu finden ist.
Darüber hinaus haben Fluoritlinsen geringe Dispersionseigenschaften für Lichtwellenlängen von Rot bis Grün und außergewöhnliche partielle Dispersionseigenschaften, die Lichtwellenlängen von Grün bis Blau stark streuen. In den Digitalmikroskopen von KEYENCE kommen Fluoritlinsen zum Einsatz, sodass sie hervorragende Bilder mit geringer Aberration liefern.

Beispiele für die Betrachtung und Messung von Objektiven mit einem Digitalmikroskop

Im Folgenden werden die neuesten Beispiele für die Betrachtung und Messung von Linsen mithilfe eines Digitalmikroskops der Modellreihe VHX von KEYENCE vorgestellt.

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