Τα διαφορετικά είδη ελαττωμάτων φακού

Οι κυρτοί φακοί έχουν διαδραματίσει σημαντικό ρόλο στην επιστημονική ανακάλυψη. Τα τηλεσκόπια επέτρεψαν στους επιστήμονες να βλέπουν μακρινά ουράνια σώματα. Με τα μικροσκόπια, οι επιστήμονες ανακάλυψαν τα βασικά συστατικά της ζωής. Μέσω της κάμερας, οι εξερευνητές έχουν αποκτήσει ένα μόνιμο αρχείο των ανακαλύψεών τους στον φυσικό κόσμο. Ο κυρτός φακός είναι το κύριο συστατικό αυτών των τριών οργάνων. Αν και αξιόπιστος, ο κυρτός φακός έχει εγγενή ελαττώματα με τα οποία έπρεπε να αντιμετωπίσουν οι κατασκευαστές οργάνων.

Ένας διπλός κυρτός φακός είναι ένα αντικείμενο σε σχήμα δίσκου κατασκευασμένο από υλικά όπως γυαλί ή πλαστικό. Εάν κατασκευαστεί σωστά, κάθε μία από τις δύο πλευρές αυτού του δίσκου θα διογκωθεί σε μια κανονική καμπύλη για να σχηματίσει ένα τμήμα μιας σφαίρας. Όταν οι παράλληλες ακτίνες φωτός προσκρούουν σε αυτόν τον φακό κάθετα προς το επίπεδο του δίσκου, ο φακός θα διαθλάσει ή θα λυγίσει αυτές τις ακτίνες φωτός έτσι ώστε να εστιάσουν. Ένας φακός που εστιάζει αποτελεσματικά το φως σχηματίζει καθαρές εικόνες και εκπληρώνει κατάλληλα τον καθορισμένο ρόλο του σε ένα τηλεσκόπιο, μικροσκόπιο ή κάμερα. Ωστόσο, εάν ο φακός έχει ελαττώματα κατασκευής, όπως ακατάλληλη καμπυλότητα ή υλικό που δεν είναι απόλυτα ομοιογενές, οι εικόνες θα υποφέρουν αναλογικά.

Το φως που προσκρούει σε διαφορετικές περιοχές της σφαιρικής επιφάνειας του φακού δεν θα συναντηθεί στο ίδιο ακριβώς σημείο. Οι ακτίνες που χτυπούν το φακό πιο μακριά από το κέντρο θα εστιάζουν ελαφρώς πιο κοντά στον φακό από ότι οι ακτίνες από ότι θα χτυπήσουν το φακό κοντά στο κέντρο του. Αυτό το εγγενές ελάττωμα των σφαιρικών φακών, που ονομάζεται σφαιρική εκτροπή, έχει ως αποτέλεσμα μια θολή εικόνα. Το μπλοκάρισμα του άκρου ενός φακού δημιουργεί καλύτερη εστίαση. Σε πολλά όργανα, ένας επιδέξιος συνδυασμός διαφορετικών φακών εξαλείφει σχεδόν τη σφαιρική εκτροπή.

Η χρωματική εκτροπή προκύπτει από το γεγονός ότι ένας φακός διαθλάει ή κάμπτει ορισμένα χρώματα φωτός πιο έντονα από άλλα. Ένας φακός κάμπτει τις ακτίνες του ιώδους φωτός πιο έντονα από το πράσινο και το κόκκινο υποφέρει ακόμη λιγότερο από διάθλαση. Ως αποτέλεσμα, ο φακός τείνει να διαχωρίζει το λευκό φως στα συστατικά του χρώματα, και ένα πολύχρωμο φωτοστέφανο προκύπτει. Ο Άγγλος John Dollond έλυσε το πρόβλημα με την εφεύρεση του αχρωματικού διπλού, ενός συνδυασμού δύο φακοί διαφορετικών υάλινων υλικών στους οποίους ένας τύπος γυαλιού διόρθωσε τη χρωματική εκτροπή του άλλα.

Η κωμική εκτροπή συμβαίνει όταν οι ακτίνες φωτός από απόσταση προσκρούουν σε φακό υπό γωνία παρά κάθετα προς το επίπεδο του δίσκου. Το αποτέλεσμα είναι μια μορφή κομήτη με ουρά. Η σωστή λείανση του φακού εξαλείφει αυτό το πρόβλημα. Ο όρος «χρωματική εκτροπή» προέρχεται από τη λέξη «κώμα», που υποδηλώνει τη λαμπρή μπάλα που περιβάλλει τον πυρήνα ενός κομήτη.