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Observación y medición de lentes utilizando microscopios digitales

Las lentes son piezas ópticas ampliamente utilizadas en la vida cotidiana que se encuentran en diversos productos como cámaras, microscopios, telescopios y anteojos. A grandes rasgos, las lentes se dividen en dos tipos: lentes convexas y lentes cóncavas. Las lentes ópticas, como los teleobjetivos y los objetivos zoom, se crean combinando varias lentes convexas y cóncavas. En esta sección se explica el mecanismo de las lentes y se presentan ejemplos de su observación y medición utilizando microscopios digitales.

Observación y medición de lentes utilizando microscopios digitales

¿Qué es el índice de refracción?

El índice de refracción se expresa con un valor que se obtiene dividiendo la velocidad de la luz en el aire por la velocidad de la luz en una sustancia.
Como la velocidad de la luz varía según la sustancia y la longitud de onda de la luz, el índice de refracción también varía según la sustancia y la longitud de onda de la luz. La dirección en la que se desvía la luz se puede calcular utilizando la ley de Snell.

Ley de Snell (n1sinα = n2sinβ)

Índice de refracción 1 (p. ej., aire): n1
Índice de refracción 2 (p. ej., agua, vidrio): n2
Ángulo de incidencia: α
Ángulo de refracción: β

  1. A: Luz incidente
  2. B: Luz reflejada
  3. C: Superficie reflectante
  4. D: Luz refractada

¿Qué es la dispersión?

Cuando la luz blanca pasa a través de un prisma, aparece el espectro de luz.
Este fenómeno se denomina dispersión de la luz. Se produce porque el índice de refracción difiere en función de la longitud de onda de la luz.

La dispersión de un vidrio óptico se expresa con un valor llamado número de Abbe (v).

V={\frac {n_{d}-1}{n_{F}-n_{C>
Nota: nd es el índice de refracción de la línea D emitida por los átomos de sodio.
A: Luz blanca
Cuando la dispersión es alta
  1. A: Luz blanca

Cuando la dispersión es alta, la anchura espectral de la luz aumenta.

Cuando la dispersión es baja
  1. A: Luz blanca

Cuando la dispersión es baja, la anchura espectral de la luz disminuye.

Principio y corrección de la aberración cromática

Como se muestra en la siguiente figura, la posición focal de la luz con longitudes de onda cortas está cerca de la lente y la de la luz con longitudes de onda largas está más lejos de la lente debido a la dispersión de la luz. Cuando la luz con una longitud de onda específica se enfoca, la luz con otras longitudes de onda se desenfoca, lo que difumina los colores de la imagen. Este fenómeno se conoce como aberración cromática.

  1. A: Haz de luz
  2. B: Punto focal
  3. C: Diferencias en la distancia focal

¿Qué es la aberración esférica?

La aberración cromática se produce debido a diferencias en las longitudes de onda de la luz. Sin embargo, la aberración se produce incluso con un solo color, lo que se denomina aberración monocromática. Un ejemplo típico es la aberración esférica. La superficie de una lente convexa tiene la forma de parte de una esfera. Por tanto, cuanto más cerca esté un punto del borde de una lente, mayor será el ángulo de incidencia, lo que aumenta el ángulo de refracción. El fenómeno en el que la posición focal difiere entre puntos cercanos al centro de la lente y puntos más alejados del centro de la lente se denomina aberración esférica.

  1. A: Luz

Cómo corregir la aberración esférica

La aberración esférica puede compensarse, p. ej., combinando una lente convexa con una cóncava, que tiene aberración en la dirección opuesta, o combinando lentes que tienen índices de refracción diferentes.

  1. A: Luz

Otro método para compensar la aberración esférica consiste en utilizar lentes asféricas. La superficie esférica en el borde de la lente se procesa para que sea una superficie curva, en lugar de combinar varias lentes, lo que puede corregir la posición focal sin aumentar el número de lentes.

  1. A: Luz

Lentes de fluorita (fluoruro de calcio, CaF2) que minimizan la aberración cromática

Las lentes de fluorita, fabricadas a partir de fluorita, se utilizan cuando es necesario minimizar la aberración cromática.
Las lentes de fluorita, fabricadas a partir de fluorita natural, tienen un índice de refracción bajo y propiedades de baja dispersión, que no pueden encontrarse en los tipos de cristal ordinarios.
Además, las lentes de fluorita tienen propiedades de baja dispersión para las longitudes de onda de la luz del rojo al verde y extraordinarias propiedades de dispersión parcial que dispersan en gran medida las longitudes de onda de la luz del verde al azul. Los microscopios digitales KEYENCE utilizan lentes de fluorita, por lo que proporcionan excelentes imágenes con baja aberración.

Vidrio normal
Fluorita
  1. A: Rojo
  2. B: Verde
  3. C: Azul

Ejemplos de observación y medición de lentes utilizando microscopios digitales

Estos son los últimos ejemplos de observación y medición de lentes utilizando el Microscopio Digital 4K Serie VHX de KEYENCE.

Observación de la superficie de una lente
ZS-200, 1500×, iluminación coaxial + HDR
Imagen 2D
ZS-200, 1500×, iluminación coaxial + HDR
Imagen de medición de perfiles en 3D
La función HDR visualiza defectos y partículas extrañas en superficies de lentes sin utilizar un microscopio electrónico de escaneo (SEM).
Observación de partículas extrañas en una lente de gafas de sol
VHX-E200, 30×, iluminación parcial anular, antes de la medición
VHX-E200, 30×, iluminación parcial anular, imagen de medición automática de área
Observación de una lente de gafas de sol con iluminación polarizada transmitida
VH-Z20, 30×, luz de fondo + filtro polarizador
La observación con iluminación polarizada transmitida permite visualizar tensiones residuales, partículas extrañas y grietas.
Observación de la superficie de una lente
VH-Z20, 100×, iluminación anular
Las áreas defectuosas ahora pueden ser capturadas.
Observación de defectos en la superficie de una lente
VHX-E500, 500×
Iluminación coaxial + Modo óptico efecto de sombra
Observación de defectos en la superficie de una lente
ZS-20, 100×
Iluminación anular + Modo óptico efecto de sombra
El modo óptico efecto de sombra puede visualizar defectos que solían observarse utilizando un SEM.
800-539-3623