Непонятная работа объектива

Линзы делят свет так же, как и призмы. На самом деле линза состоит из крошечных призм. Расщепление света известно как хроматическая аберрация .

Объектив в вашей камере представляет собой составной объектив, предназначенный (в основном) для устранения хроматической аберрации с помощью комбинаций простых объективов. Например, простейший такой объектив — ахроматический дуплет .

Почему линза не разделяет свет... как Призма?

Как правило, они делают в реальном мире. Это называется хроматической аберрацией.

на семь составляющих его цветов

Составляющие видимого света представляют собой континуум, а не семь различных цветов. То, как мы лингвистически обозначаем диапазоны частот, является произвольным и различается в разных культурах.

Почему левая линза правильная, а не правая?

Это идеализация. Некоторые материалы и конструкции линз или составные линзы вызывают меньшую хроматическую аберрацию. Иногда мы используем концепцию идеальных вещей для изучения более базовых понятий на простом уровне (например, преломления).

Как линза узнала, что лучи исходят из бесконечности или находятся в фокусе, и соответственно сходятся/расходятся в разных точках?

а) Линзы ничего не знают. б) Это можно объяснить простыми законами преломления.

Настоящие линзы страдают хроматической аберрацией из-за того, что показатель преломления стекла меняется в зависимости от длины волны света.

Все, что делает линза, это преломляет входящие лучи света.
Бывает так, что если лучи света близки к главной оси линзы и параллельны ей, пересекаются в точке после преломления.

Эта дисперсионная кривая из Wikipedia Commons показывает, как показатель преломления зависит от длины волны. Именно это свойство дисперсии приводит к расщеплению света на множество цветов, как это наблюдается в демонстрациях призмы и радуге. Мы видим, что если использовать Dense Flint для линзы, будет довольно небольшое цветовое разделение. С кроновыми стеклами меньше, и на этом графике дисперсия (как и показатели преломления видимого диапазона) наименьшие у флюорита.

Высококачественные флюоритовые линзы ценятся фотографами за очень низкую хроматическую аберрацию. Они также очень дороги: зум 70–200 мм стоит 1200 долларов США.

Что касается вашего второго вопроса, фокальная точка определяется как место, в котором сходятся параксиальные лучи.

Все остальные ответы о том, что линзы показывают хроматическую аберрацию, совершенно верны, но обычно они не показывают ее в такой же степени, как призма. Это связано с тем, что призмы обычно работают со светом под гораздо большими углами падения на их интерфейсы, чем для линз. Для угла падения$\theta$, преломление или угловое отклонение, вызванное границей раздела, согласно закону Снеллиуса:

Таким образом, изменение этого отклонения из-за сдвига показателя преломления, вызванного длиной волны, составляет:

Где$r_n=n_2/n_1$и эта величина увеличивается с углом падения, особенно при приближении к полному внутреннему отражению.

По крайней мере один из углов падения в призме имеет порядок$45^\circ$; в конструкции объектива редко допускается такой высокий угол. Причина этого в том, что сферическая аберрация примерно вызвана нелинейностью закона Снеллиуса; если бы закон Снелла был$\theta_1/\theta_2=n_2/n_1$, то сферические линзы действительно фокусировали бы лучи в точку.

Всякий раз, когда в конструкции линзы присутствует сильное преломление, добавляется большая аберрация, которая должна быть сведена к нулю в другом месте системы линз; таким образом, в конечном итоге получается точно сбалансированная разница больших аберраций, и конструкция становится чрезвычайно чувствительной к расположению элементов объектива. Таким образом, его можно увидеть только в приложениях, где требуется высокая оптическая сила на небольшом количестве поверхностей, а стоимость оправдывает ручную настройку линз при построении системы. Как правило, в миниатюрной, дорогой оптике, такой как объективы микроскопа.

Как говорит Джон Ренни, сочетание разных материалов может компенсировать хроматическую аберрацию. Сферическая поверхность с разными материалами по обе стороны будет сходиться на длинах волн, где показатель преломления на стороне центра кривизны больше, чем на другой, и расходиться на длинах волн, когда показатель этой стороны меньше из двух, и поверхность не дает мощности. на длине волны, где два индекса равны. Таким образом, можно выбрать такие поверхности, чтобы компенсировать оптическую мощность, зависящую от длины волны, в другом месте системы. «Ахроматические» системы сводят две длины волны к общему фокусу (обычно на обоих концах видимого спектра), апохроматы сводят к общему фокусу три длины волны, а в прошлом я разработал систему, сводящую семь длин волн к общему фокусу. Разумеется,