Les lentilles convexes font-elles converger des rayons lumineux parallèles de longueurs d'onde différentes en différents points?

Je commence à étudier les caméras et les objectifs. En lisant des explications et en regardant des vidéos sur des lentilles convexes, j'ai appris qu'elles font converger les rayons lumineux parallèles vers un seul point appelé point focal.

Maintenant, selon la loi de Snell, la lumière de différentes longueurs d'onde (telles que différentes couleurs) est réfractée sous différents angles. Il me semble donc que différentes couleurs ont des points focaux différents.

Les lentilles convexes font-elles converger des rayons lumineux parallèles de longueurs d'onde différentes en différents points?

Oui. La séparation des différentes longueurs d'onde de la lumière est appelée dispersion . Différentes longueurs d'onde de la lumière se réfractent à différents angles car l'indice de réfraction d'un milieu transparent dépend de la fréquence . Nous décrivons souvent différents matériaux, tels que le verre de couronne, le verre de silex, le diamant, l'eau, etc., comme ayant "un" indice de réfraction, mais cet indice singulier est juste représentatif de la réfraction à une seule longueur d'onde. Par exemple, sur la liste des indices de réfraction de Wikipedia , de nombreux indices des matériaux sont spécifiés à une longueur d'onde de 589,29 nm.

^{Graphique de l'indice de réfraction en fonction de la longueur d'onde de divers verres. La dispersion d'un matériau correspond approximativement à la pente de la ligne passant par les indices de réfraction à la frontière de la région ombrée (longueur d'onde optique) pour un matériau particulier. Par DrBob , de Wikimedia Commons . CC BY-SA 3.0}

Une quantification de la quantité de dispersion dans un milieu de réfraction particulier est appelée le nombre Abbe de ce matériau. En gros, le nombre d'Abbe est le rapport de l'indice de réfraction du matériau dans une longueur d'onde jaune particulière, à la différence entre les indices de réfraction à des longueurs d'onde bleues et rouges particulières. Plus le nombre d'Abbe est élevé, moins le matériau présente de dispersion.

La dispersion est la cause de l'aberration chromatique longitudinale dans les lentilles (voir également Qu'est-ce que l'aberration chromatique? ), De sorte que différentes longueurs d'onde de lumière sont mises au point à différentes focales.

^{Diagramme démontrant l'aberration chromatique longitudinale, par DrBob de Wikimedia Commons . CC BY-SA 3.0}

Ceci est corrigé en mariant deux (ou plus) morceaux de verre avec différents numéros d'Abbe. Par exemple, un doublet achromatique utilise un élément convexe en verre couronne avec un élément concave en verre silex pour réduire la variation des longueurs focales des longueurs d'onde de la lumière optique.

^{Doublet achromatique corrigeant l'aberration chromatique, par DrBob de Wikimedia Commons . CC BY-SA 3.0}

D'autres éléments correctifs existent, tels que les apochromates et les superachromates .

La lumière d'un objet éloigné, comme une étoile, arrive à la lentille, sous forme de rayons parallèles. En traversant la lentille, ils sont obligés de changer de direction. Ils se courbent vers l'intérieur, nous appelons cette réfraction du latin se courber vers l'arrière. Nous pouvons tracer une trace de ces rayons; ils tracent la forme d'un cône. Ce que nous trouvons, c'est que le sommet du cône violet de lumière se forme plus près de la lentille que le vert, le jaune, l'orange, le rouge, etc., en d'autres termes, des images se forment en aval mais chaque couleur à une distance différente. Pire, la distance de projection rouge étant la plus grande est plus grande que l'image bleue. Nous ne pouvons pas nous concentrer sur une seule couleur à la fois. Les autres couleurs sont donc floues. Nous appelons cette aberration chromatique (erreur de couleur).

Ce que je viens de décrire s'appelle l'aberration chromatique longitudinale. Nous pouvons atténuer cela en construisant une lentille en prenant en sandwich deux lentilles ensemble, chacune avec une aberration chromatique opposée. Nous utilisons un doublet achromatique (en anglais pour sans erreur de couleur). Une lentille convexe forte (puissance positive) combinée à une faible négative (concave). De plus, le verre utilisé sera différent pour chacun. Un tel arrangement rapproche les sommets rouge et violet. Nous n'avons pas fini.

Nous réunissons le rouge et le violet, mais leurs chemins à travers le système de lentilles ont toujours des longueurs différentes, de sorte que les focales de chacun sont minuscules (différentes). C'est ce qu'on appelle l'aberration chromatique transversale. Le résultat de cette différence de distance focale, lorsque nous regardons une étoile, nous voyons des objets frangés par un arc-en-ciel de couleurs.

Maintenant, nous allons travailler en utilisant plusieurs lentilles supplémentaires et nous pouvons atténuer mais ne pas supprimer toutes les aberrations chromatiques. Cependant, une lentille miroir a son argenture à l'extérieur du verre. La lumière n'a jamais besoin de traverser le verre d'un objectif puissant (objectif principal). Ainsi, ils sont exempts d'aberrations chromatiques.

Ne pense pas que c'est ça. Dans l'ensemble, il y a cinq autres aberrations monochromes à gérer.

Oui, ils le font. C'est la cause de l'aberration chromatique . Cela se produit en fait de deux manières. L'aberration chromatique axiale (également connue sous le nom de CA longitudinal) se produit parce que différentes longueurs d'onde se concentrent à différentes distances. L'aberration chromatique transversale (ou CA latérale) se produit parce que les différentes longueurs d'onde sont agrandies et déformées différemment.

Mais, les objectifs de la caméra ne sont pas de simples objectifs - ce sont des combinaisons complexes de différents éléments spécialement conçus pour minimiser cette aberration et d'autres (voir Quelles caractéristiques de qualité d'image rendent un objectif bon ou mauvais? Pour quelques autres exemples).

Recherchez les lentilles désignées comme achromatiques ou apochromatiques comme indicateur que la conception se concentre particulièrement sur la réduction de l'aberration chromatique - parfois avec des noms de lentilles contenant des choses comme "APO".