As lentes convexas fazem raios de luz paralelos de diferentes comprimentos de onda convergirem para pontos diferentes?

Estou começando a estudar câmeras e lentes. Ao ler explicações e assistir a vídeos em lentes convexas, aprendi que eles fazem os raios de luz paralelos convergirem para um único ponto chamado ponto focal.

Agora, de acordo com a lei de Snell, a luz de diferentes comprimentos de onda (como cores diferentes) é refratada por diferentes ângulos. Então, parece-me que cores diferentes têm pontos focais diferentes.

As lentes convexas fazem raios de luz paralelos de diferentes comprimentos de onda convergirem para pontos diferentes?

Sim. A separação de diferentes comprimentos de onda da luz é chamada dispersão . Diferentes comprimentos de onda da luz são refratados em diferentes ângulos, porque o índice de refração de um meio transparente depende da frequência . Muitas vezes descrevemos diferentes materiais, como vidro de coroa, vidro de sílex, diamante, água, etc., como tendo um "índice" de refração, mas esse índice singular é apenas representativo da refração em um único comprimento de onda. Por exemplo, na Lista de índices de refração da Wikipedia , muitos dos índices de materiais são especificados em um comprimento de onda de 589,29 nm.

^{Gráfico de índice de refração vs. comprimento de onda de vários vidros. A dispersão de um material é aproximadamente a inclinação da linha através dos índices de refração no limite da região sombreada (comprimento de onda óptico) para um material específico. Por DrBob , do Wikimedia Commons . CC BY-SA 3.0}

Uma quantificação da quantidade de dispersão em um meio refrativo específico é denominada número Abbe desse material. Aproximadamente o número Abbe é a razão do índice de refração do material em um determinado comprimento de onda amarelo, para a diferença entre os índices de refração em determinados comprimentos de onda azuis e vermelhos. Quanto maior o número de Abbe, menor a dispersão do material.

A dispersão é o que causa a aberração cromática longitudinal nas lentes (consulte também O que é a aberração cromática? ), De modo que diferentes comprimentos de onda da luz sejam focalizados em diferentes distâncias focais.

^{Diagrama demonstrando a aberração cromática longitudinal, por DrBob do Wikimedia Commons . CC BY-SA 3.0}

Isso é corrigido com a união de duas (ou mais) peças de vidro com números diferentes do Abbe. Por exemplo, um dupleto acromático usa um elemento convexo de vidro de coroa com um elemento côncavo de vidro de pederneira para reduzir a variação nas distâncias focais dos comprimentos de onda da luz óptica.

^{Gibão acromático que corrige a aberração cromática, por DrBob de Wikimedia Commons . CC BY-SA 3.0}

Existem outros elementos de correcção, tais como apochromats e superachromats .

A luz de um objeto distante, como uma estrela, chega às lentes como raios paralelos. Ao atravessar a lente, eles são forçados a mudar de direção. Eles se dobram para dentro, chamamos essa refração do latim de dobrar para trás. Podemos traçar um traço desses raios; eles traçam a forma de um cone. O que descobrimos é que o ápice do cone de luz violeta se forma mais perto da lente do que o verde, amarelo, laranja, vermelho etc., em outras palavras, as imagens são formadas a jusante, mas cada cor a uma distância diferente. Pior, a distância de projeção vermelha sendo a maior é maior que a imagem azul. Não podemos focar apenas uma cor de cada vez. As outras cores estão fora de foco. Chamamos isso de aberração cromática (erro de cor).

O que acabei de descrever é chamado aberração cromática longitudinal. Podemos mitigar isso construindo uma lente imprensando duas lentes juntas, cada uma com uma aberração cromática oposta. Usamos um gibão acromático (inglês para sem erro de cor). Uma lente forte convexa (poder positivo) combinada com negativo fraco (côncavo). Além disso, o vidro usado será diferente para cada um. Tal arranjo une os ápices vermelho e violeta. Nós não terminamos.

Reunimos o vermelho e o violeta, mas seus caminhos através do sistema de lentes ainda têm comprimentos diferentes, de modo que os comprimentos focais de cada um são minúsculos (diferentes). Isso é chamado de aberração cromática transversal. O resultado dessa diferença de distância focal, quando olhamos para uma estrela, vemos objetos cercados por um arco-íris de cores.

Agora vamos trabalhar usando várias outras lentes e podemos mitigar, mas não eliminar, todas as aberrações cromáticas. No entanto, uma lente de espelho, tem o seu prateado na parte externa do vidro. A luz nunca precisa atravessar o vidro de uma objetiva poderosa (lente principal). Assim, eles estão livres de aberrações cromáticas.

Não pense que é isso. No total, existem mais cinco aberrações monocromáticas para lidar.

Sim, eles fazem. Esta é a causa da aberração cromática . Isso acontece de duas maneiras, na verdade. A aberração cromática axial (também conhecida como CA longitudinal) ocorre porque diferentes comprimentos de onda se concentram em diferentes distâncias. A aberração cromática transversal (ou CA lateral) ocorre porque os diferentes comprimentos de onda são ampliados e distorcidos de maneira diferente.

Porém, as lentes de câmera não são simples - são combinações complexas de diferentes elementos projetados especificamente para minimizar essa e outras aberrações (consulte Quais características de qualidade de imagem tornam uma lente boa ou ruim? Para outros exemplos).

Procure por lentes designadas como acromáticas ou apocromáticas como um indicador de que o design se concentra particularmente em minimizar a aberração cromática - às vezes com nomes de lentes contendo itens como "APO".