¿Las lentes convexas hacen que los rayos de luz paralelos de diferentes longitudes de onda converjan a diferentes puntos?

Estoy empezando a estudiar cámaras y lentes. Al leer explicaciones y ver videos en lentes convexas, aprendí que hacen que los rayos de luz paralelos converjan en un solo punto llamado punto focal.

Ahora, de acuerdo con la ley de Snell, la luz de diferentes longitudes de onda (como diferentes colores) se refracta por diferentes ángulos. Entonces me parece que diferentes colores tienen diferentes puntos focales.

¿Las lentes convexas hacen que los rayos de luz paralelos de diferentes longitudes de onda converjan a diferentes puntos?

Si. La separación de diferentes longitudes de onda de la luz se llama dispersión . Las diferentes longitudes de onda de la luz se refractan en diferentes ángulos porque el índice de refracción de un medio transparente depende de la frecuencia . A menudo describimos diferentes materiales, como el vidrio de corona, el vidrio de sílex, el diamante, el agua, etc., como que tienen un "índice" de refracción, pero ese índice singular es simplemente representativo de la refracción en una sola longitud de onda. Por ejemplo, en la Lista de índices de refracción de Wikipedia , muchos de los índices de los materiales se especifican a una longitud de onda de 589,29 nm.

^{Gráfico del índice de refracción frente a la longitud de onda de varios vidrios. La dispersión de un material es aproximadamente la pendiente de la línea a través de los índices de refracción en el límite de la región sombreada (longitud de onda óptica) para un material en particular. Por DrBob , de Wikimedia Commons . CC BY-SA 3.0}

Una cuantificación de la cantidad de dispersión en un medio refractivo particular se denomina número de Abbe de ese material. Aproximadamente, el número de Abbe es la relación del índice de refracción del material en una longitud de onda amarilla particular, a la diferencia entre los índices de refracción en las longitudes de onda azul y roja particulares. Cuanto mayor es el número de Abbe, menos dispersión exhibe un material.

La dispersión es la causa de la aberración cromática longitudinal en las lentes (ver también, ¿Qué es la aberración cromática? ), De modo que diferentes longitudes de onda de luz se enfocan a diferentes distancias focales.

^{Diagrama que demuestra la aberración cromática longitudinal, por DrBob de Wikimedia Commons . CC BY-SA 3.0}

Esto se corrige uniendo dos (o más) piezas de vidrio con diferentes números de Abbe. Por ejemplo, un doblete acromático utiliza un elemento convexo de vidrio de corona con un elemento cóncavo de vidrio de sílex para reducir la variación en las distancias focales de las longitudes de onda ópticas de luz.

^{Doblete acromático que corrige la aberración cromática, por DrBob de Wikimedia Commons . CC BY-SA 3.0}

Existen otros elementos correctivos, como los apocromatos y superacromáticos .

La luz de un objeto lejano, como una estrella, llega a la lente, como rayos paralelos. A medida que atraviesan la lente, se ven obligados a cambiar su dirección. Se doblan hacia adentro, llamamos a esta refracción del latín para doblarse hacia atrás. Podemos trazar un rastro de estos rayos; trazan la forma de un cono. Lo que encontramos es que el vértice del cono de luz violeta se forma más cerca de la lente que el verde, amarillo, naranja, rojo, etc., en otras palabras, las imágenes se forman aguas abajo pero cada color a una distancia diferente. Peor aún, la distancia de proyección roja que es la mayor es mayor que la imagen azul. No podemos centrarnos en un solo color a la vez. Los demás colores están fuera de foco. Llamamos a esto aberración cromática (error de color).

Lo que acabo de describir se llama aberración cromática longitudinal. Podemos mitigar esto construyendo una lente juntando dos lentes, cada una con una aberración cromática opuesta. Utilizamos un doblete acromático (inglés para sin error de color). Una lente convexa fuerte (potencia positiva) combinada con una débil negativa (cóncava). Además, el vidrio utilizado será diferente para cada uno. Tal disposición une los vértices rojo y violeta. No hemos terminado

Combinamos el rojo y el violeta, pero sus caminos a través del sistema de lentes todavía tienen diferentes longitudes, por lo que las distancias focales de cada uno son minúsculas (diferentes). Esto se llama aberración cromática transversal. El resultado de esta diferencia de distancia focal, cuando miramos una estrella, vemos objetos bordeados por un arco iris de colores.

Ahora vamos a trabajar usando varias lentes más y podemos mitigar pero no eliminar todas las aberraciones cromáticas. Sin embargo, una lente de espejo tiene su plateado en el exterior del cristal. La luz nunca necesita atravesar el cristal de un objetivo poderoso (lente principal). Por lo tanto, están libres de aberraciones cromáticas.

No pienses que es eso. En general, hay cinco aberraciones monocromas más para tratar.

Ellos si. Esta es la causa de la aberración cromática . Sucede de dos maneras, en realidad. La aberración cromática axial (también conocida como CA longitudinal) ocurre porque diferentes longitudes de onda se enfocan a diferentes distancias. La aberración cromática transversal (o CA lateral) ocurre porque las diferentes longitudes de onda se magnifican y distorsionan de manera diferente.

Pero las lentes de cámara no son simples: son combinaciones complejas de diferentes elementos diseñados específicamente para minimizar esta y otras aberraciones (consulte ¿Qué características de calidad de imagen hacen que una lente sea buena o mala? Para otros ejemplos).

Busque lentes designadas como acromáticas o apocromáticas como un indicador de que el diseño se enfoca particularmente en minimizar la aberración cromática, a veces con nombres de lentes que contienen cosas como "APO".