Склеенная линза: борьба с хроматической аберрацией между двумя стёклами 

Одиночная линза не способна одновременно исправить все аберрации. Сферическую аберрацию можно ослабить, изгибая поверхность, но хроматическую — нет: показатель преломления одного и того же стекла для красного и синего света изначально различен, и смещение фокусного расстояния с длиной волны является свойством самого материала, которое изменением формы поверхности не устранить. Склеенная линза — это прямой инженерный ответ на эту проблему: две линзы с разными числами Аббе склеиваются вместе, чтобы их хроматические аберрации взаимно компенсировались.

Принцип несложен. Положительная линза обычно изготавливается из стекла с низкой дисперсией (высокое число Аббе), отрицательная — из стекла с высокой дисперсией (низкое число Аббе). После склеивания в единое целое хроматическая аберрация частично компенсируется, а оптическая сила сохраняется. В примерах расчёта коллиматорных объективов для AR-очков комбинация из трёх стеклянных сферических склеенных линз и пластиковой асферической линзы берёт на себя основную задачу коррекции хроматической аберрации; поперечная хроматическая аберрация объектива с полным полем зрения 50 градусов удерживается в пределах 0,605 мкм. В системах расширения лазерного пучка дублет из материалов BK7 и F2 также является ключевым средством коррекции хроматической аберрации.

Выбор склеиваемой поверхности имеет свои тонкости. У традиционных склеенных линз склеиваемая поверхность чаще всего сферическая — это просто в обработке. Однако сам процесс склеивания накладывает ограничения на форму поверхности: между двумя стёклами должен образовываться равномерный клеевой слой; слишком крутая поверхность или наличие зоны обратной кривизны приводят к неравномерности клея после отверждения, отслоению или двулучепреломлению из-за напряжений. Требования производственной стороны лежат в двух измерениях. Во-первых, согласование материалов: разность чисел Аббе должна быть достаточно большой, иначе эффект компенсации хроматической аберрации окажется недостаточным. Во-вторых, точность формы склеиваемой поверхности: равномерность толщины клеевого слоя напрямую переносится в волновую ошибку. Используемый для склеивания УФ-отверждаемый клей также требует достаточного пропускания стекла в ультрафиолетовом диапазоне, иначе клей не отвердится полностью. Это означает, что выбор материалов для склеенной линзы — дело не только оптического расчёта, но и производственного процесса.

В конструкции склеенной линзы тоже есть компромисс. Триплет с двумя склеиваемыми поверхностями обладает более сильной способностью корректировать хроматическую аберрацию, сферическую аберрацию и даже дисторсию, но допуски по толщине трудно контролировать, а сложность и стоимость обработки и юстировки выше. Дублет, хотя и имеет на одну степень свободы меньше, находит более прагматичный баланс между технологичностью и стоимостью. Для большинства формирующих изображение систем и коллиматорных оптических схем дублет уже способен уложить хроматическую аберрацию в приемлемый диапазон, и лишнее стекло с лишней склеенной поверхностью зачастую не оправдывают себя.

В оптическом тракте AR склеенная линза обычно занимает место в коллиматорном узле. Она отвечает за преобразование выходящего света микродисплея в параллельный пучок, который затем направляется в волноводную входную дифракционную решётку. Если хроматическая аберрация на этом этапе не подавлена, углы коллимации света разных длин волн будут различаться, а после попадания в решётку углы дифракции разойдутся ещё сильнее, в итоге на сетчатке сложится цветная размытость. Склеенная линза разностью дисперсионных характеристик двух стёкол затягивает первое звено этой цепочки ошибок.

Одной фразой: ценность склеенной линзы не в самом действии «склеить две вместе», а в том, чтобы за счёт различия дисперсионных свойств материалов получить коррекцию хроматической аберрации, недоступную одиночной линзе, не добавляя при этом воздушных границ и осевой длины.