Apakah lensa cembung membuat sinar cahaya paralel dengan panjang gelombang berbeda bertemu ke titik yang berbeda?

Saya mulai mempelajari kamera dan lensa. Dengan membaca penjelasan dan menonton video pada lensa cembung, saya belajar bahwa mereka membuat sinar cahaya paralel menyatu menjadi satu titik yang disebut titik fokus.

Sekarang, menurut hukum Snell, cahaya dengan panjang gelombang berbeda (seperti warna berbeda) dibiaskan oleh sudut yang berbeda. Jadi menurut saya warna yang berbeda memiliki titik fokus yang berbeda.

Apakah lensa cembung membuat sinar cahaya paralel dengan panjang gelombang berbeda bertemu ke titik yang berbeda?

Iya. Pemisahan berbagai panjang gelombang cahaya disebut dispersi . Panjang gelombang cahaya yang berbeda bias pada sudut yang berbeda karena indeks bias dari media transparan bergantung pada frekuensi . Kita sering menggambarkan bahan yang berbeda, seperti kaca mahkota, kaca batu, berlian, air, dll., Memiliki "indeks" refraksi, tetapi indeks singular hanya mewakili refraksi pada panjang gelombang tunggal. Sebagai contoh, pada Daftar indeks bias Wikipedia , banyak dari indeks bahan ditentukan pada panjang gelombang 589,29 nm.

^{Plot indeks bias vs panjang gelombang berbagai gelas. Dispersi material kira-kira merupakan kemiringan garis melalui indeks bias pada batas wilayah yang diarsir (panjang gelombang optis) untuk material tertentu. Oleh DrBob , dari Wikimedia Commons . CC BY-SA 3.0}

Salah satu kuantifikasi jumlah dispersi dalam media bias tertentu disebut nomor Abbe dari bahan itu. Secara kasar angka Abbe adalah rasio indeks bias bahan dalam panjang gelombang kuning tertentu, dengan perbedaan antara indeks bias pada panjang gelombang biru dan merah tertentu. Semakin tinggi angka Abbe, semakin sedikit dispersi yang ditampilkan.

Dispersi inilah yang menyebabkan aberasi kromatik longitudinal pada lensa (lihat juga, Apa itu Chromatic Aberration? ), Sedemikian rupa sehingga berbagai panjang gelombang cahaya dibawa untuk fokus pada panjang fokus yang berbeda.

^{Diagram menunjukkan aberasi chromatic longitudinal, oleh DrBob dari Wikimedia Commons . CC BY-SA 3.0}

Ini dikoreksi dengan menggabungkan dua (atau lebih) keping kaca dengan nomor Abbe yang berbeda. Misalnya, doublet achromatic menggunakan elemen cembung kaca mahkota dengan elemen cekung kaca batu untuk mengurangi variasi dalam panjang fokus panjang gelombang cahaya optik.

^{Achromatic doublet mengoreksi chromatic aberration, oleh DrBob dari Wikimedia Commons . CC BY-SA 3.0}

Elemen korektif lain ada, seperti apochromats dan superachromats .

Cahaya dari objek jarak jauh, seperti bintang, tiba di lensa, sebagai sinar paralel. Saat mereka melintangi lensa, mereka dipaksa untuk mengubah arah mereka. Mereka membungkuk ke dalam, kami menyebutnya pembiasan dari bahasa Latin untuk membungkuk ke belakang. Kita bisa menggambar jejak sinar-sinar ini; mereka melacak bentuk kerucut. Apa yang kami temukan adalah, puncak kerucut ungu dari bentuk cahaya lebih dekat ke lensa kemudian hijau, kuning, oranye, merah dll, dengan kata lain gambar terbentuk hilir tetapi masing-masing warna pada jarak yang berbeda. Yang terburuk, jarak proyeksi merah menjadi yang terbesar lebih besar daripada gambar biru. Kita tidak bisa fokus pada satu warna saja. Warna-warna lain karenanya tidak fokus. Kami menyebutnya penyimpangan kromatik (kesalahan warna).

Apa yang baru saja saya jelaskan disebut aberasi kromatik longitudinal. Kita dapat mengurangi ini dengan membangun lensa dengan menempelkan dua lensa bersamaan, masing-masing dengan penyimpangan kromatik yang berlawanan. Kami menggunakan doublet achromatic (Bahasa Inggris untuk tanpa kesalahan warna). Lensa cembung (daya positif) yang kuat dipadukan dengan lensa negatif (cekung) yang lemah. Selain itu gelas yang digunakan akan berbeda untuk masing-masing. Pengaturan seperti itu menyatukan apeks merah dan ungu. Kami belum selesai.

Kami membawa merah dan ungu bersama-sama tetapi jalur mereka melalui sistem lensa masih memiliki panjang yang berbeda sehingga panjang fokus masing-masing adalah sangat kecil (berbeda). Ini disebut kelainan kromatik transversal. Hasil dari perbedaan panjang fokus ini, ketika kita melihat bintang kita melihat benda-benda yang dibatasi oleh pelangi warna.

Sekarang kita mulai bekerja menggunakan beberapa lensa lagi dan kita dapat mengurangi tetapi tidak menghapus semua penyimpangan berwarna. Namun, lensa cermin, memiliki lapisan perak di bagian luar kaca. Cahaya tidak perlu melintangi kaca dari tujuan yang kuat (lensa utama). Dengan demikian mereka bebas dari penyimpangan berwarna.

Jangan berpikir begitu. Semua dan semua ada lima penyimpangan monokromik lagi yang harus dihadapi.

Ya mereka melakukanya. Ini adalah penyebab chromatic aberration . Itu terjadi dalam dua cara, sebenarnya. Aberasi kromatik aksial (juga dikenal sebagai longitudinal CA) terjadi karena panjang gelombang yang berbeda fokus pada jarak yang berbeda. Penyimpangan kromatik transversal (atau CA lateral) terjadi karena panjang gelombang yang berbeda diperbesar dan terdistorsi secara berbeda.

Tapi, lensa kamera bukan lensa sederhana - mereka adalah kombinasi kompleks dari berbagai elemen yang dirancang khusus untuk meminimalkan ini dan penyimpangan lainnya (lihat Apa karakteristik kualitas gambar yang membuat lensa baik atau buruk? Untuk beberapa contoh lainnya).

Cari lensa yang ditunjuk sebagai achromatic atau apochromatic sebagai indikator bahwa desain ini terutama berfokus pada meminimalkan aberasi kromatik - kadang-kadang dengan nama lensa yang mengandung hal-hal seperti "APO".