Чи опуклі лінзи змушують паралельні світлові промені різної довжини хвилі сходитися до різних точок?

Я починаю вивчати камери та лінзи. Читаючи пояснення і переглядаючи відео на опуклих лінзах, я дізнався, що вони змушують паралельні світлові промені сходитися до єдиної точки, що називається фокусною точкою.

Тепер, згідно із законом Снелла, світло різної довжини хвилі (наприклад, різних кольорів) заломлюється під різними кутами. Тож мені здається, що різні кольори мають різні фокуси.

Чи опуклі лінзи змушують паралельні світлові промені різної довжини хвилі сходитися до різних точок?

Так. Розділення світла різних довжин хвиль називається дисперсією . Різні довжини хвилі заломлюються під різними кутами, тому що показник заломлення прозорого середовища залежить від частоти . Ми часто описуємо різні матеріали, такі як коронкове скло, крем’яне скло, алмаз, вода тощо, як такі, що мають "індекс заломлення", але цей сингулярний показник є лише представником заломлення на одній довжині хвилі. Наприклад, у Списку заломлювальних показників Вікіпедії багато індексів матеріалів визначаються на довжині хвилі 589,29 нм.

^{Графік показника заломлення проти довжини хвилі різних стекол. Дисперсія матеріалу - це приблизно нахил лінії через показники заломлення на межі затіненої області (оптична довжина хвилі) для конкретного матеріалу. Автор DrBob , з Wikimedia Commons . CC BY-SA 3.0}

Одне кількісне визначення кількості дисперсії у певному заломлюючому середовищі називається номером Абба цього матеріалу. Приблизно число Абба є відношенням показника заломлення матеріалу в конкретній довжині хвилі жовтого кольору до різниці між показниками заломлення на конкретних довжинах хвилі синього та червоного кольорів. Чим більше число абат, тим менше дисперсності матеріалу проявляється.

Дисперсія - це те, що спричиняє поздовжню хроматичну аберацію в лінзах (див. Також, Що таке хроматична аберація? ), Так що різні довжини хвилі світла приводяться до фокусу на різній фокусній відстані.

^{Діаграма, що демонструє поздовжню хроматичну аберацію, DrBob з Wikimedia Commons . CC BY-SA 3.0}

Це виправляється, одруживши два (або більше) шматочки скла з різними номерами абатства. Наприклад, ахроматичний дублет використовує опуклий скляний коронковий елемент із скляною коронкою з увігнутим елементом крейдяного скла, щоб зменшити відмінні фокусні відстані довжин оптичних світлових хвиль.

^{Ахроматичний дублет, що коригує хроматичну аберацію, DrBob з Wikimedia Commons . CC BY-SA 3.0}

Існують і інші коригуючі елементи, такі як апохромати та суперахромати .

Світло з далекого об’єкта, як зірка, надходить до лінзи, як паралельні промені. Переходячи лінзу, вони змушені змінювати напрямок. Вони згинаються всередину, ми називаємо це заломлення від латинського згинатися назад. Ми можемо намалювати слід цих променів; вони простежують форму конуса. Ми виявляємо, що верхівка фіолетового конуса світла утворюється ближче до лінзи, тоді зелений, жовтий, помаранчевий, червоний тощо. Іншими словами, зображення утворюються вниз за течією, але кожен колір на різній відстані. Найгірше, що найбільша відстань червоного проекції більша, ніж синє зображення. Ми не можемо зосередитись лише на одному кольорі. Інші кольори для них поза увагою. Ми називаємо це хроматичною аберацією (помилка кольору).

Те, що я нещодавно описав, називається поздовжньою хроматичною аберацією. Ми можемо пом'якшити це, побудувавши лінзу, просунувши дві лінзи разом, кожна з протилежною хроматичною аберацією. Ми використовуємо ахроматичний дублет (англійська мова без помилок кольору). Сильна опукла (позитивна потужність) лінза в поєднанні зі слабким негативним (увігнутим). Додатково скло, що використовується, буде відрізнятися для кожного. Таке розташування об'єднує червоний і фіолетовий вершини. Ми не закінчили.

Ми поєднуємо червоне та фіолетове разом, але їхні шляхи через систему лінз все ще мають різну довжину, тому фокусні відстані кожного з них є мінусом (різними). Це називається поперечною хроматичною аберацією. Результат цієї різниці фокусної відстані, коли ми дивимося на зірку, ми бачимо предмети, обляміті веселкою кольорів.

Тепер ми переходимо до роботи, використовуючи ще кілька лінз, і ми можемо пом’якшити, але не усунути всі хроматичні аберації. Однак дзеркальна лінза має сріблення на зовнішній стороні скла. Світло ніколи не потребує поперечної склянки потужного об'єктива (основної лінзи). Таким чином, вони не містять хроматичних аберацій.

Не думай, що це все. Всього є ще п’ять монохромних аберацій.

Так, вони роблять. Це причина хроматичної аберації . Насправді це відбувається двома способами. Осьова хроматична аберація (також відома як поздовжня СА) відбувається тому, що різні довжини хвиль фокусуються на різних відстанях. Поперечна хроматична аберація (або бічна СА) відбувається тому, що різні довжини хвилі збільшуються та спотворюються по-різному.

Але об'єктиви камери - це не прості об'єктиви - вони є складними комбінаціями різних елементів, спеціально розроблених для мінімізації цієї та іншої аберації (див. Які характеристики якості зображення роблять об'єктив хорошим чи поганим? Для деяких інших прикладів).

Шукайте лінзи, позначені як ахроматичні або апохроматичні як індикатор того, що дизайн особливо зосереджений на мінімізації хроматичної аберації - іноді з назвами лінз, що містять речі типу "APO".