Le lenti convesse fanno convergere raggi di luce paralleli di diversa lunghezza d'onda in punti diversi?

Sto iniziando a studiare macchine fotografiche e obiettivi. Leggendo spiegazioni e guardando video su lenti convesse, ho appreso che fanno convergere i raggi di luce paralleli in un singolo punto chiamato punto focale.

Ora, secondo la legge di Snell, la luce di diverse lunghezze d'onda (come colori diversi) è rifratta da diverse angolazioni. Quindi mi sembra che colori diversi abbiano punti focali diversi.

Le lenti convesse fanno convergere raggi di luce paralleli di diversa lunghezza d'onda in punti diversi?

Sì. La separazione di diverse lunghezze d'onda della luce si chiama dispersione . Diverse lunghezze d'onda della luce rifrangono ad angoli diversi perché l'indice di rifrazione di un mezzo trasparente dipende dalla frequenza . Spesso descriviamo materiali diversi, come il vetro corona, il vetro selce, il diamante, l'acqua, ecc., Come aventi un "indice" di rifrazione, ma quell'indice singolare è solo rappresentativo della rifrazione a una singola lunghezza d'onda. Ad esempio, nella Lista degli indici di rifrazione di Wikipedia , molti degli indici dei materiali sono specificati a una lunghezza d'onda di 589,29 nm.

^{Grafico dell'indice di rifrazione rispetto alla lunghezza d'onda di vari vetri. La dispersione di un materiale è approssimativamente la pendenza della linea attraverso gli indici di rifrazione al limite della regione ombreggiata (lunghezza d'onda ottica) per un materiale particolare. Di DrBob , da Wikimedia Commons . CC BY-SA 3.0}

Una quantificazione della quantità di dispersione in un particolare mezzo di rifrazione è chiamata il numero di Abbe di quel materiale. All'incirca il numero di Abbe è il rapporto tra l'indice di rifrazione del materiale in una particolare lunghezza d'onda gialla, rispetto alla differenza tra gli indici di rifrazione a determinate lunghezze d'onda blu e rosse. Più alto è il numero di Abbe, minore sarà la dispersione di un materiale.

La dispersione è ciò che provoca l'aberrazione cromatica longitudinale nelle lenti (vedi anche, Che cos'è l'aberrazione cromatica? ), In modo tale che diverse lunghezze d'onda della luce vengano messe a fuoco a diverse focali.

^{Diagramma che mostra l'aberrazione cromatica longitudinale, di DrBob da Wikimedia Commons . CC BY-SA 3.0}

Ciò viene corretto sposando due (o più) pezzi di vetro con numeri di Abbe diversi. Ad esempio, un doppietto acromatico utilizza un elemento convesso in vetro a corona con un elemento concavo in vetro selce per ridurre la variazione delle lunghezze focali delle lunghezze d'onda della luce ottica.

^{Doppietto acromatico che corregge l'aberrazione cromatica, di DrBob da Wikimedia Commons . CC BY-SA 3.0}

Esistono altri elementi correttivi, come apocromatici e superacromatici .

La luce proveniente da un oggetto lontano, come una stella, arriva all'obiettivo come raggi paralleli. Mentre attraversano l'obiettivo, sono costretti a cambiare direzione. Si piegano verso l'interno, chiamiamo questa rifrazione dal latino per piegarsi all'indietro. Possiamo tracciare una traccia di questi raggi; tracciano la forma di un cono. Ciò che troviamo è che l'apice del cono viola di luce si avvicina all'obiettivo, quindi il verde, il giallo, l'arancione, il rosso ecc., In altre parole le immagini si formano a valle ma ogni colore a una distanza diversa. Peggio ancora, la distanza di proiezione rossa massima è maggiore dell'immagine blu. Non possiamo concentrarci su un solo colore alla volta. Gli altri colori sono quindi sfocati. Chiamiamo questa aberrazione cromatica (errore di colore).

Quello che ho appena descritto si chiama aberrazione cromatica longitudinale. Possiamo mitigarlo costruendo una lente mettendo insieme due lenti, ognuna con un'aberrazione cromatica opposta. Usiamo un doppietto acromatico (inglese senza errori di colore). Una lente convessa (potenza positiva) combinata con un negativo debole (concavo). Inoltre, il vetro utilizzato sarà diverso per ciascuno. Tale disposizione unisce gli apici rosso e viola. Non abbiamo finito.

Mettiamo insieme rosso e viola ma i loro percorsi attraverso il sistema di lenti hanno ancora lunghezze diverse, quindi le lunghezze focali di ciascuna sono minuscole (diverse). Questo si chiama aberrazione cromatica trasversale. Il risultato di questa differenza di lunghezza focale, quando guardiamo una stella vediamo oggetti circondati da un arcobaleno di colori.

Ora andiamo a lavorare con molte più lenti e possiamo mitigare ma non eliminare tutte le aberrazioni cromatiche. Tuttavia, una lente a specchio, ha la sua argentatura all'esterno del vetro. La luce non ha mai bisogno di attraversare il vetro di un obiettivo potente (obiettivo principale). Quindi sono liberi da aberrazioni cromatiche.

Non pensare che sia così. Tutto sommato ci sono altre cinque aberrazioni monocromatiche da affrontare.

Si lo fanno. Questa è la causa dell'aberrazione cromatica . Succede in due modi, in realtà. L'aberrazione cromatica assiale (nota anche come CA longitudinale) si verifica perché diverse lunghezze d'onda si concentrano su diverse distanze. L'aberrazione cromatica trasversale (o CA laterale) si verifica perché le diverse lunghezze d'onda sono ingrandite e distorte in modo diverso.

Ma gli obiettivi della fotocamera non sono semplici obiettivi: sono combinazioni complesse di diversi elementi progettati appositamente per ridurre al minimo questa e altre aberrazioni (vedere Quali caratteristiche di qualità dell'immagine rendono un obiettivo buono o cattivo? Per alcuni altri esempi).

Cerca obiettivi designati come acromatici o apocromatici come indicatore che il design si concentra in particolare sulla riduzione dell'aberrazione cromatica, a volte con nomi di lenti contenenti elementi come "APO".