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

Estoy empezando a estudiar cámaras y lentes. Al leer explicaciones y ver videos sobre 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 en diferentes ángulos. Entonces me parece que diferentes colores tienen diferentes puntos focales.

Relacionado: ¿Qué es la aberración cromática? y cualquier otra cosa etiquetada con aberración cromática . ¡Fácil una vez que sabes cómo se llama, muy difícil si no lo sabes!
Gracias por señalarlo. Editaré mi pregunta para hacer una diferente. Pero me gustaría dejar la primera pregunta como recordatorio al final y tu comentario también. Podría resultar útil para otros.

Respuestas (3)

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

Sí. 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 vidrio de corona, vidrio de pedernal, diamante, agua, etc., que tienen "un" índice de refracción, pero ese índice singular es solo 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 en una longitud de onda de 589,29 nm.

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Gráfico de índice de refracción frente a longitud de onda de varios vasos. 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 entre el índice de refracción del material en una longitud de onda amarilla particular y la diferencia entre los índices de refracción en longitudes de onda azules y rojas particulares. Cuanto mayor sea el número de Abbe, menos dispersión exhibe un material.

La dispersión es lo que causa 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.

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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 pedernal para reducir la variación en las distancias focales de las longitudes de onda de la luz óptica.

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

Existen otros elementos correctores, como los apocromáticos y los superacromáticos .

Y, por supuesto, otra estrategia es prescindir por completo de las lentillas; esta es una de las razones por las que los telescopios de gama alta utilizan espejos.
@Acumulación de hecho. Pero es realmente difícil obtener ópticas reflectantes en un paquete tan pequeño como un teléfono inteligente para tomar buenos selfies.
@scottbb Aunque, en una lente SLR, la óptica reflectante hace lentes más pequeñas y livianas que sus contrapartes refractivas. Fueron bastante populares en los años 70 y 80, pero generalmente sufren de aperturas fijas (sin control de profundidad de campo) y, posiblemente, un bokeh desagradable... a menos que te guste el tipo de apariencia de rosquilla en espiral para tus fondos. .
@Acumulación si por "gama alta" te refieres a lo que usan los astrónomos profesionales, la principal limitación no es la aberración, sino la apertura. Hacer una lente de vidrio tan grande es difícil y se doblará por su propio peso. (Hay, por supuesto, algunas excepciones ). La aberración cromática no es un problema tan grande en astronomía porque la mayoría de las imágenes se toman con filtros. De los más utilizados, los de banda ancha rondan los 100 nm de ancho.

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 de dirección. Se doblan hacia adentro, llamamos a esta refracción del latín doblarse hacia atrás. Podemos dibujar 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 es mayor que la imagen azul. No podemos concentrarnos en un solo color a la vez. Los otros colores están por lo tanto fuera de foco. A esto lo llamamos aberración cromática (error de color).

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

Reunimos el rojo y el violeta, pero sus caminos a través del sistema de lentes aún 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 longitud 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 la parte exterior del vidrio. La luz nunca necesita atravesar el cristal de un objetivo potente (lente principal). Por lo tanto, están libres de aberraciones cromáticas.

No creas que es eso. En total, hay cinco aberraciones monocromáticas más con las que lidiar.

Ellos si. Esta es la causa de la aberración cromática . Ocurre 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.

Sin embargo, las lentes de las cámaras no son lentes 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 ver otros ejemplos).

Busque lentes designados como acromáticos o apocromáticos 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".