Các thấu kính lồi có làm cho các tia sáng song song có bước sóng khác nhau hội tụ đến các điểm khác nhau không?

Tôi đang bắt đầu nghiên cứu máy ảnh và ống kính. Bằng cách đọc các giải thích và xem video trên các thấu kính lồi, tôi biết rằng chúng tạo ra các tia sáng song song hội tụ đến một điểm duy nhất gọi là tiêu điểm.

Bây giờ, theo định luật Snell, ánh sáng có bước sóng khác nhau (như màu sắc khác nhau) bị khúc xạ bởi các góc khác nhau. Vì vậy, dường như với tôi rằng các màu sắc khác nhau có tiêu điểm khác nhau.

Các thấu kính lồi có làm cho các tia sáng song song có bước sóng khác nhau hội tụ đến các điểm khác nhau không?

Đúng. Sự phân tách các bước sóng ánh sáng khác nhau được gọi là sự tán sắc . Các bước sóng ánh sáng khác nhau khúc xạ ở các góc khác nhau vì chỉ số khúc xạ của môi trường trong suốt phụ thuộc vào tần số . Chúng ta thường mô tả các vật liệu khác nhau, chẳng hạn như thủy tinh vương miện, thủy tinh đá, kim cương, nước, v.v., có "chỉ số" khúc xạ, nhưng chỉ số đơn lẻ đó chỉ là đại diện cho khúc xạ ở một bước sóng. Chẳng hạn, tại Danh sách các chỉ số khúc xạ của Wikipedia , nhiều chỉ số của vật liệu được chỉ định ở bước sóng 589,29nm.

^{Âm mưu của chỉ số khúc xạ so với bước sóng của các loại kính khác nhau. Độ phân tán của vật liệu gần bằng độ dốc của đường qua các chỉ số khúc xạ ở ranh giới của vùng bóng mờ (bước sóng quang) đối với vật liệu cụ thể. Bởi DrBob , từ Wikimedia Commons . CC BY-SA 3.0}

Một định lượng của lượng tán sắc trong một môi trường khúc xạ cụ thể được gọi là số Abbe của vật liệu đó. Số lượng Abbe gần như là tỷ lệ chiết suất của vật liệu trong một bước sóng màu vàng cụ thể, với sự khác biệt giữa các chỉ số khúc xạ ở bước sóng màu xanh và đỏ cụ thể. Số Abbe càng cao, vật liệu trưng bày càng ít phân tán.

Sự tán sắc là nguyên nhân gây ra hiện tượng quang sai theo chiều dọc trong ống kính (xem thêm, Quang sai Chromatic là gì? ), Sao cho các bước sóng ánh sáng khác nhau được tập trung ở các tiêu cự khác nhau.

^{Sơ đồ biểu thị quang sai màu dọc, bởi DrBob từ Wikimedia Commons . CC BY-SA 3.0}

Điều này được khắc phục bằng cách kết hôn với hai (hoặc nhiều) mảnh thủy tinh với các số Abbe khác nhau. Ví dụ, một cặp song song sử dụng phần tử lồi thủy tinh với phần tử lõm bằng đá lửa để giảm sự thay đổi độ dài tiêu cự của bước sóng ánh sáng quang.

^{Nhân đôi sắc sai điều chỉnh quang sai màu, bởi DrBob từ Wikimedia Commons . CC BY-SA 3.0}

Yếu tố khắc phục khác tồn tại, chẳng hạn như apochromats và superachromats .

Ánh sáng từ một vật ở xa, như một ngôi sao, chiếu tới thấu kính, như những tia sáng song song. Khi họ đi ngang ống kính, họ buộc phải thay đổi hướng. Chúng uốn cong vào trong, chúng tôi gọi khúc xạ này từ tiếng Latin để uốn cong về phía sau. Chúng ta có thể vẽ một dấu vết của các tia này; họ vạch ra hình dạng của một hình nón. Những gì chúng ta tìm thấy là, đỉnh của hình nón màu tím hình thành gần thấu kính hơn, sau đó là màu xanh lá cây, vàng, cam, đỏ, v.v., nói cách khác, hình ảnh được hình thành xuôi dòng nhưng mỗi màu ở một khoảng cách khác nhau. Tệ nhất, khoảng cách chiếu màu đỏ là lớn nhất lớn hơn hình ảnh màu xanh. Chúng ta không thể tập trung vào nhưng mỗi lần một màu. Các màu khác nằm ngoài tiêu điểm. Chúng tôi gọi đây là quang sai màu (lỗi màu).

Những gì tôi vừa mô tả được gọi là quang sai màu dọc. Chúng ta có thể giảm thiểu điều này bằng cách xây dựng một thấu kính bằng cách kẹp hai thấu kính lại với nhau, mỗi thấu kính có sắc sai ngược nhau. Chúng tôi sử dụng một cặp màu sắc (tiếng Anh không có lỗi màu). Một thấu kính lồi (công suất dương) mạnh kết hợp với tiêu cực yếu (lõm). Ngoài ra, kính được sử dụng sẽ không giống nhau cho mỗi. Một sự sắp xếp như vậy mang lại các đỉnh màu đỏ và tím cùng nhau. Chúng tôi chưa hoàn thành.

Chúng tôi kết hợp màu đỏ và màu tím với nhau nhưng đường đi của chúng qua hệ thống thấu kính vẫn có độ dài khác nhau nên độ dài tiêu cự của mỗi loại là một cực nhỏ (khác nhau). Điều này được gọi là quang sai màu ngang. Kết quả của sự khác biệt độ dài tiêu cự này, khi chúng ta nhìn vào một ngôi sao, chúng ta thấy các vật thể được viền bởi cầu vồng màu sắc.

Bây giờ chúng tôi đi làm bằng cách sử dụng thêm một số ống kính và chúng tôi có thể giảm thiểu nhưng không vượt qua tất cả các quang sai màu. Tuy nhiên, một ống kính gương, có mặt bạc của nó ở bên ngoài kính. Ánh sáng không bao giờ cần ngang kính của vật kính mạnh (ống kính chính). Do đó, chúng không bị quang sai màu.

Đừng nghĩ đó là nó. Tất cả và tất cả có năm quang sai đơn sắc hơn để đối phó.

Vâng, họ làm. Đây là nguyên nhân của quang sai màu . Nó xảy ra theo hai cách, thực sự. Hiện tượng quang sai trục (còn được gọi là CA dọc) xảy ra do các bước sóng khác nhau tập trung ở các khoảng cách khác nhau. Hiện tượng quang sai màu ngang (hoặc CA bên) xảy ra do các bước sóng khác nhau được phóng to và biến dạng khác nhau.

Tuy nhiên, ống kính máy ảnh không phải là ống kính đơn giản - chúng là sự kết hợp phức tạp của các yếu tố khác nhau được thiết kế đặc biệt để giảm thiểu điều này và quang sai khác (xem Đặc điểm chất lượng hình ảnh nào làm cho ống kính tốt hay xấu? Đối với một số ví dụ khác).

Hãy tìm các ống kính được chỉ định là sắc độ hoặc màu sắc như một chỉ báo cho thấy thiết kế đặc biệt tập trung vào việc giảm thiểu quang sai màu - đôi khi với các tên ống kính có chứa những thứ như "APO".