Lassen konvexe Linsen parallele Lichtstrahlen unterschiedlicher Wellenlänge zu unterschiedlichen Punkten konvergieren?

Ich fange an, Kameras und Objektive zu studieren. Durch das Lesen von Erklärungen und das Ansehen von Videos auf konvexen Linsen habe ich gelernt, dass parallele Lichtstrahlen zu einem einzigen Punkt, dem Brennpunkt, konvergieren.

Nach dem Snellschen Gesetz wird Licht mit verschiedenen Wellenlängen (z. B. verschiedenen Farben) nun unter verschiedenen Winkeln gebrochen. So scheint es mir, dass unterschiedliche Farben unterschiedliche Schwerpunkte haben.

Lassen konvexe Linsen parallele Lichtstrahlen unterschiedlicher Wellenlänge zu unterschiedlichen Punkten konvergieren?

Ja. Die Trennung verschiedener Lichtwellenlängen wird als Dispersion bezeichnet . Unterschiedliche Lichtwellenlängen brechen in unterschiedlichen Winkeln, da der Brechungsindex eines transparenten Mediums frequenzabhängig ist . Wir beschreiben häufig verschiedene Materialien wie Kronglas, Flintglas, Diamant, Wasser usw. als "einen" Brechungsindex, aber dieser singuläre Index ist nur repräsentativ für die Brechung bei einer einzelnen Wellenlänge. Beispielsweise sind in der Wikipedia- Liste der Brechungsindizes viele der Materialindizes bei einer Wellenlänge von 589,29 nm angegeben.

^{Auftragung des Brechungsindex gegen die Wellenlänge verschiedener Gläser. Die Dispersion eines Materials ist ungefähr die Neigung der Linie durch die Brechungsindizes an der Grenze des schattierten Bereichs (optische Wellenlänge) für ein bestimmtes Material. Von DrBob aus Wikimedia Commons . CC BY-SA 3.0}

Eine Quantifizierung der Menge der Dispersion in einem bestimmten Brechungsmedium wird die genannte Abbezahl dieses Materials. Die Abbe-Zahl ist ungefähr das Verhältnis des Brechungsindex des Materials bei einer bestimmten gelben Wellenlänge zu der Differenz zwischen den Brechungsindizes bei bestimmten blauen und roten Wellenlängen. Je höher die Abbe-Zahl ist, desto weniger Dispersion zeigt ein Material.

Dispersion ist der Grund für die chromatische Längsaberration in Linsen (siehe auch Was ist chromatische Aberration? ), So dass unterschiedliche Wellenlängen des Lichts bei unterschiedlichen Brennweiten fokussiert werden.

^{Diagramm zur Darstellung der chromatischen Aberration in Längsrichtung von DrBob aus Wikimedia Commons . CC BY-SA 3.0}

Dies wird korrigiert, indem zwei (oder mehr) Glasscheiben mit unterschiedlichen Abbe-Zahlen geheiratet werden. Beispielsweise verwendet ein achromatisches Dublett ein konvexes Kronglaselement mit einem konkaven Flintglaselement, um die Variation der Brennweiten der optischen Lichtwellenlängen zu verringern.

^{Achromatisches Dublett, das chromatische Aberration korrigiert, von DrBob aus Wikimedia Commons . CC BY-SA 3.0}

Andere Korrekturelemente sind vorhanden, wie beispielsweise Apochromaten und Superachromaten .

Licht von einem weit entfernten Objekt, wie ein Stern, trifft als parallele Strahlen auf die Linse. Wenn sie die Linse durchqueren, müssen sie ihre Richtung ändern. Sie beugen sich nach innen, wir nennen diese Brechung vom Lateinischen, um sich nach hinten zu beugen. Wir können eine Spur dieser Strahlen zeichnen; Sie zeichnen die Form eines Kegels nach. Was wir finden, ist, dass der Scheitelpunkt des violetten Lichtkegels näher an der Linse liegt als das Grün, Gelb, Orange, Rot usw., mit anderen Worten, Bilder entstehen stromabwärts, aber jede Farbe in einem anderen Abstand. Am schlimmsten ist, dass der größte rote Projektionsabstand größer ist als das blaue Bild. Wir können uns immer nur auf eine Farbe konzentrieren. Die anderen Farben sind daher unscharf. Wir nennen dies chromatische Aberration (Farbfehler).

Was ich soeben beschrieben habe, wird als chromatische Längsaberration bezeichnet. Wir können dies abmildern, indem wir eine Linse konstruieren, indem wir zwei Linsen mit jeweils entgegengesetzter chromatischer Aberration zusammenschieben. Wir verwenden ein achromatisches Dublett (englisch für ohne Farbfehler). Eine starke konvexe Linse (positive Brechkraft) kombiniert mit einer schwachen negativen Linse (konkav). Zusätzlich wird das verwendete Glas für jedes unterschiedlich sein. Eine solche Anordnung bringt die rote und die violette Spitze zusammen. Wir sind noch nicht fertig.

Wir bringen Rot und Violett zusammen, aber ihre Pfade durch das Linsensystem haben immer noch unterschiedliche Längen, so dass die Brennweiten von jedem ein Winzling (unterschiedlich) sind. Dies wird als chromatische Queraberration bezeichnet. Das Ergebnis dieses Brennweitenunterschieds ist, dass wir beim Betrachten eines Sterns Objekte sehen, die von einem Regenbogen aus Farben gesäumt sind.

Jetzt arbeiten wir mit mehreren weiteren Objektiven und können alle chromatischen Aberrationen abschwächen, aber nicht ausmerzen. Allerdings hat eine Spiegellinse ihre Versilberung an der Außenseite des Glases. Licht muss niemals das Glas eines starken Objektivs (Hauptlinse) durchdringen. Somit sind sie frei von chromatischen Aberrationen.

Glaube nicht, dass es das ist. Insgesamt gibt es fünf weitere monochrome Aberrationen, mit denen man sich befassen muss.

Ja, das tun sie. Dies ist die Ursache für chromatische Aberration . Es passiert eigentlich auf zwei Arten. Axiale chromatische Aberration (auch als longitudinale CA bezeichnet) tritt auf, weil unterschiedliche Wellenlängen in unterschiedlichen Entfernungen fokussieren. Die chromatische Aberration (oder laterale CA) tritt auf, weil die verschiedenen Wellenlängen unterschiedlich vergrößert und verzerrt werden.

Kameraobjektive sind jedoch keine einfachen Objektive - sie sind komplexe Kombinationen verschiedener Elemente, die speziell entwickelt wurden, um diese und andere Aberrationen zu minimieren (siehe Welche Bildqualitätsmerkmale machen ein Objektiv gut oder schlecht? Für einige andere Beispiele).

Suchen Sie nach Linsen, die als achromatisch oder apochromatisch gekennzeichnet sind, um zu verdeutlichen, dass das Design besonders auf die Minimierung der chromatischen Aberration abzielt - manchmal mit Linsennamen, die Dinge wie "APO" enthalten.