Funcionamiento confuso de la lente

Las lentes dividen la luz como lo hacen los prismas. De hecho, una lente se construye efectivamente a partir de pequeños prismas. La división de la luz se conoce como aberración cromática .

La lente de su cámara es una lente compuesta que está diseñada (principalmente) para eliminar la aberración cromática mediante el uso de combinaciones de lentes simples. Por ejemplo, la lente más simple es un doblete acromático .

¿Por qué la lente no divide la luz... como Prism?

Generalmente lo hacen en el mundo real. Se llama aberración cromática.

en sus siete colores constituyentes

Los componentes de la luz visible son un continuo, no siete colores distintos. La forma en que etiquetamos lingüísticamente los rangos de frecuencias es arbitraria y varía según las culturas.

¿Por qué la lente izquierda es correcta, no la derecha?

Es una idealización. Algunos materiales y algunos diseños de lentes, o lentes compuestos, producen menos aberración cromática. A veces usamos el concepto de cosas ideales para explorar conceptos más básicos en un nivel simple (por ejemplo, refracción)

¿Cómo llegó a saber la lente que los rayos provienen del infinito o están en Focus y convergen/divergen en diferentes puntos en consecuencia?

a) Las lentes no saben cosas. b) Esto puede explicarse por leyes simples de refracción.

Los lentes reales sufren de aberración cromática debido a que el índice de refracción del vidrio varía con la longitud de onda de la luz.

Todo lo que hace una lente es refractar los rayos de luz entrantes.
Sucede que si los rayos de luz cercanos y paralelos al eje principal de una lente se cruzan en un punto después de la refracción.

Esta curva de dispersión de Wikipedia Commons muestra cómo varía el índice de refracción con la longitud de onda. Es esta propiedad de dispersión la que da como resultado la división de la luz en una variedad de colores, como se observa en las demostraciones de prismas y arcoíris. Vemos que si se usa Dense Flint para una lente, habrá bastante división de color. Con los vidrios de corona, hay menos, y en este gráfico, la dispersión (así como los índices de refracción del rango visible) son los más pequeños para la fluorita.

Los fotógrafos aprecian los lentes de fluorita de alta calidad por su muy baja aberración cromática. También son muy caros, con un zoom de 70-200 mm que cuesta US$1200.

Con respecto a su segunda pregunta, el punto focal se define como la ubicación en la que convergen los rayos paraxiales.

Todas las otras respuestas de que las lentes muestran aberración cromática son perfectamente ciertas, pero por lo general no la muestran en el mismo grado que un prisma. Esto se debe a que los prismas generalmente funcionan con luz en ángulos de incidencia mucho más altos en sus interfaces que para las lentes. Para un ángulo de incidencia de$\theta$, la refracción o desviación angular provocada por la interfaz es, según la ley de Snell:

De modo que un cambio en esa desviación debido a un cambio del índice de refracción inducido por la longitud de onda es:

Dónde$r_n=n_2/n_1$y esta cantidad aumenta con el ángulo de incidencia, especialmente si se aproxima a la reflexión interna total.

Al menos uno de los ángulos de incidencia en un prisma es del orden de$45^\circ$; rara vez se permite un ángulo tan alto como este en el diseño de lentes. La razón de esto es que la aberración esférica es causada aproximadamente por la no linealidad de la ley de Snell; si la ley de Snell fuera$\theta_1/\theta_2=n_2/n_1$, entonces las lentes esféricas realmente enfocarían los rayos en un punto.

Siempre que uno tiene una refracción severa en el diseño de la lente, se agrega una gran cantidad de aberración que debe anularse en cualquier otra parte del sistema de lentes; por lo tanto, se tiende a terminar con diferencias finamente equilibradas de grandes aberraciones y el diseño se vuelve exquisitamente sensible al posicionamiento de los elementos de la lente. Por lo tanto, uno solo lo ve en aplicaciones donde se necesitan altas potencias ópticas en pocas superficies y el costo justifica que alguien ajuste las lentes a mano a medida que se construye el sistema. Por lo general, en óptica miniaturizada y de alto costo, como objetivos de microscopio.

Como dice John Rennie, el apilamiento de diferentes materiales puede compensar la aberración cromática. Una superficie esférica con diferentes materiales en cada lado convergerá en longitudes de onda donde el índice de refracción en el lado del centro de curvatura es mayor que el otro, divergiendo en longitudes de onda cuando el índice de este lado es el menor de los dos y la superficie no produce potencia. en la longitud de onda donde los dos índices son iguales. Por lo tanto, se pueden elegir dichas superficies para compensar la potencia óptica dependiente de la longitud de onda en otras partes del sistema. Los sistemas "acromáticos" llevan dos longitudes de onda a un foco común (normalmente en cualquier extremo del espectro visible), los apocromáticos llevan tres longitudes de onda a un foco común y en el pasado he diseñado un sistema que lleva siete longitudes de onda a un foco común. No hace falta decir que,