İçeriğe atla

Küresel sapınç

Optik sapınç
Defokus

Eğim sapması (Tilt)
Küresel sapınç
Astigmatizm
Koma
Distorsiyon
Petzval alan eğriliği
Renkser sapınç

Optikte, küresel aberasyon (küresel bozulma) (İngilizcesi: spherical aberration- İngilizce kısaltması (SA)), küresel yüzeylere sahip elemanlara sahip optik sistemlerde bulunan bir sapma türüdür. Lensler ve kavisli aynalar başlıca örneklerdir çünkü bu şeklin üretimi daha kolaydır. Merkez dışında küresel bir yüzeye çarpan ışık ışınları, merkeze yakın gelenlerden daha fazla veya daha az kırılır veya yansıtılır. Bu sapma, optik sistemler tarafından üretilen görüntülerin kalitesini düşürür.

Üstte, küresel sapma olmayan mükemmel bir merceğin tasviri vardır: gelen tüm ışınlar odak noktasına odaklanır.
Alttaki örnek, küresel sapma üreten küresel yüzeylere sahip gerçek bir lensi göstermektedir: Farklı ışınlar, lensten sonra bir odak noktasında buluşmaz. Işınlar optik eksenden ne kadar uzaksa, optik eksenle kesiştikleri merceğe o kadar yakın olurlar (pozitif küresel sapma).
(Çizim biraz büyükçe yapılmıştır. )
Bir içbükey küresel aynaya çarpan ışığın küresel sapması.

Genel bakış

Küresel bir mercek, yalnızca kürenin yarıçapının, mercek malzemesinin kırılma indisine bölünmesine eşit bir yarıçapta düz olmayan bir noktaya sahiptir (yani, küresel sapma yoktur). Taç cam için tipik bir kırılma indisi değeri 1.5'tir (listeye bakınız), bu da küresel bir lensin alanının sadece yaklaşık %43'ünün (çapın %67'si) faydalı olduğunu gösterir. Genellikle, merceklerin ve aynaların küresel şekli nedeniyle odaklanmalarını idealden daha az yapan teleskopların ve diğer araçların kusurları olarak kabul edilir. Bu önemli bir etkidir, çünkü küresel şekillerin üretilmesi asferik olanlara göre çok daha kolaydır. Çoğu durumda, küresel sapmayı telafi etmek için birden fazla küresel eleman kullanmak, tek bir asferik lens kullanmaktan daha ucuzdur.

"Pozitif" küresel sapma, çevresel ışınların çok fazla büküldüğü anlamına gelir. "Negatif" küresel sapma, çevresel ışınların yeterince bükülmediği anlamına gelir.

Etki, çapın dördüncü kuvveti ile orantılı ve odak uzunluğunun üçüncü kuvveti ile ters orantılıdır, bu nedenle kısa odak oranlarında, yani "hızlı" lenslerde çok daha belirgindir.

Negatif (üst sıra), sıfır (orta sıra) ve pozitif küresel sapma (alt sıra) ile odaklanmış bir ışın boyunca boyuna kesitler. Lens solda.

Düzeltme

Lens sistemlerinde, dışbükey ve içbükey lens kombinasyonları kullanılarak veya asferik lensler veya aplanatik lensler kullanılarak sapmalar en aza indirilebilir.

Sapma düzeltmeli lens sistemleri genellikle sayısal ışın izleme ile tasarlanır. Basit tasarımlar için bazen küresel sapmayı en aza indiren parametreler analitik olarak hesaplanabilir. Örneğin, küresel yüzeyleri ve belirli bir nesne mesafesi o, görüntü mesafesi i ve kırılma indisi n olan tek bir lensten oluşan bir tasarımda, eğrilik yarıçaplarını ayarlayarak küresel sapmayı en aza indirebiliriz. ve lensin ön ve arka yüzeylerinin

Yarıçapların işaretleri Kartezyen işaret geleneğini takip eder.
Negatif (üst sıra), sıfır (orta sıra) ve pozitif küresel sapmaya (alt sıra) sahip bir sistem tarafından görüntülenen nokta kaynağı. Ortadaki sütun odaklanmış görüntüyü, soldaki sütunlar içe doğru odaklanmayı gösterir ve sağdaki sütunlar dışa doğru odaklanmayı gösterir.

f/10 daha kısa odak oranlarına sahip küresel aynalar kullanan küçük teleskoplar için, uzak bir nokta kaynağından (bir yıldız gibi) gelen ışığın tümü aynı noktaya odaklanmaz. Özellikle aynanın iç kısmına çarpan ışık, aynaya dış kısma çarpan ışıktan daha uzağa odaklanır. Sonuç olarak, görüntü, sapma yokmuş gibi keskin bir şekilde odaklanamaz. Küresel sapma nedeniyle, odak oranı f/10 düşük olan teleskoplar genellikle küresel olmayan aynalarla veya düzeltici merceklerle yapılır.

Küresel sapma, asferik yüzeyli lensler yapılarak ortadan kaldırılabilir. Descartes, yüzeyleri iyi seçilmiş Kartezyen ovaller olan (merkezi simetri ekseni etrafında dönen) lenslerin, ışığı eksen üzerindeki bir noktadan veya eksen yönünde sonsuzdan mükemmel bir şekilde görüntüleyebildiğini gösterdi. Böyle bir tasarım, uzak bir kaynaktan gelen ışığın tamamen sapmasız odaklanmasını sağlar.[1]

2018'de, Meksika Ulusal Özerk Üniversitesi ve Meksika'daki Monterrey Teknoloji ve Yüksek Eğitim Enstitüsü'nün lisansüstü öğrencileri olan Rafael G. González-Acuña ve Héctor A. Chaparro-Romo, küresel sapmayı ortadan kaldıran bir lens yüzeyi için kapalı bir formül buldu.[2][3][4] Denklemleri, diğer yüzeyin herhangi bir şekle sahip olduğu bir merceğin bir yüzeyi için bir şekil belirtmek için uygulanabilir.

Sapma noktası çapının tahmini

Küresel sapma nedeniyle odaklanan noktanın çapını tahmin etmenin birçok yolu ışın optiğine dayanır. Ancak ışın optiği, ışığın bir elektromanyetik dalga olduğunu düşünmez. Bu nedenle enterferans etkilerinden dolayı sonuçlar yanlış olabilir.

Coddington gösterimi

Sadece ince lensler için geçerli olan ışın optiğine dayalı oldukça basit bir formalizm Coddington notasyonudur.[5] Aşağıda n, merceğin kırılma indisidir, o nesne mesafesidir, i görüntü mesafesidir, h en dıştaki ışının merceğe girdiği optik eksenden olan mesafedir, ilk lens yarıçapıdır, ikinci lens yarıçapıdır ve f lensin odak uzaklığıdır. h mesafesi, açık açıklığın yarısı olarak anlaşılabilir.

Şekil, s ve konum, p için Coddington faktörlerini kullanarak,

uzunlamasına küresel sapmayı:[5]

Odak uzaklığı f, uzunlamasına küresel sapmadan, LSA'dan çok daha büyükse, o zaman odak noktasının çapına karşılık gelen enine küresel sapma, TSA ile verilir.

Ayrıca bakınız

Kaynakça

  1. ^ Villarino. "Descartes' perfect lens". arXiv:0704.1059 $2. 
  2. ^ "Goodbye Aberration: Physicist Solves 2,000-Year-Old Optical Problem". PetaPixel. 5 Temmuz 2019. 5 Temmuz 2019 tarihinde kaynağından arşivlendi. Erişim tarihi: 10 Temmuz 2019. 
  3. ^ González-Acuña (2018). "General formula for bi-aspheric singlet lens design free of spherical aberration". Applied Optics. 57 (31): 9341-9345. doi:10.1364/AO.57.009341. PMID 30461981. 13 Kasım 2021 tarihinde kaynağından arşivlendi. Erişim tarihi: 13 Kasım 2021. 
  4. ^ Liszewski (7 Ağustos 2019). "A Mexican Physicist Solved a 2,000-Year Old Problem That Will Lead to Cheaper, Sharper Lenses". Gizmodo. 7 Ağustos 2019 tarihinde kaynağından arşivlendi. Erişim tarihi: 7 Ağustos 2019. 
  5. ^ a b Smith (1922). "Spherical Aberration in thin lenses". Scientific Papers of the Bureau of Standards. 18: 559-584. doi:10.6028/nbsscipaper.127. 13 Kasım 2021 tarihinde kaynağından arşivlendi. Erişim tarihi: 13 Kasım 2021.  Kaynak hatası: Geçersiz <ref> etiketi: "Smith" adı farklı içerikte birden fazla tanımlanmış (Bkz: )

Dış bağlantılar

İlgili Araştırma Makaleleri

<span class="mw-page-title-main">Optik</span> fizik biliminin bir alt dalı

Optik, ışık hareketlerini, özelliklerini, ışığın diğer maddelerle etkileşimini inceleyen; fiziğin ışığın ölçümünü ve sınıflandırması ile uğraşan bir alt dalı. Optik, genellikle gözle görülebilen ışık dalgalarının ve gözle görülemeyen morötesi ve kızılötesi ışık dalgalarının hareketini inceler. Çünkü ışık bir elektromanyetik dalgadır ve diğer elektromanyetik dalga türleri ile benzer özellikler gösterir.

<span class="mw-page-title-main">Oküler</span>

Oküler diğer adıyla göz merceği, mikroskop, teleskop vb. sistemlerde kullanılan gözün hemen önündeki genelde akromatik mercek grubudur. Asıl amacı önündeki mercek sisteminin renk ve şekil alanlarındaki kusurlarını asgariye indirerek kullanıcıya net bir görüntü sağlamak görüntü kalitesini arttırmadır.

Geometrik optiklerde odak, görüntü noktası olarak da bilinen, ışık ışınının yakınsak kaynaklandığı noktadır. Ayrıca odak kavramsal olarak bir nokta olmasına rağmen, fiziksel olarak uzaysal boyuta sahiptir ve mavi daire olarak adlandırılır. Bu ideal olmayan odaklanma, optik görüntülemenin ışık sapmaları nedeniyle olabilir. Önemli anormalliklerin yokluğunda, en küçük muhtemel mavi daire, optik sistem açıklığındaki kırınım nedeniyle, Airy diskidir. Işık sapmaları, airy diski büyük açıklıklar için fazla küçük olduğu sürece, açıklık çapı arttıkça kötüleşmeye eğilimlidir.

Çukur ayna üzerine gelen ışınları belli bir noktada toplayan ayna.

<span class="mw-page-title-main">Mercek</span>

Mercek ya da lens ışığın yönünü değiştiren (kıran), ışık ışınlarını birbirine yaklaştıran ya da uzaklaştıran optik alet.
Basit mercek tek bir optik elemanın kullanıldığı, bileşik mercek ise iki optik elemanın bir arada olduğu mercek tipidir. Bileşik mercek, basit mercek kullanıldığında ortaya çıkan sapınç olayının etkisini azaltmak için kullanılır. Mercekler genelde camdan ve saydam plastikten yapılır. Lensler, gereken şekle göre taşlanır, parlatılır veya kalıplanır. Bir mercek, ışığı odaklamadan kıran bir prizmadan farklı olarak, bir görüntü oluşturmak için ışığı odaklayabilir. Mikrodalga lensler, elektron lensler, akustik lensler veya patlayıcı lensler gibi görünür ışık dışındaki dalgaları ve radyasyonu benzer şekilde odaklayan veya dağıtan cihazlara da "mercekler" denir.

<span class="mw-page-title-main">Odak (optik)</span>

Odak, hayali nokta, ışık ışınlarının nesnenin birleştiği noktada oluşturduğu bir noktadır. Konsept olarak bir nokta olmasına rağmen, odak fiziksel olarak uzaysal bir boyuta sahiptir ve bu da bulanık daire olarak adlandırılır. Bu ideal olmayan odaklanma görüntüleme optiğinde sapmalara neden olur. Önemli bir sapmanın varlığında, en küçük bulanık daire optik sistemlerin açıklığındaki kırınımdan kaynaklanan Airy lekesidir. Açıklığın yarıçapı arttıkça sapmalar daha da kötüleşir, çünkü Airy lekesi en büyük sapma için çok küçük olur.

<span class="mw-page-title-main">Renk sapması</span>

Renk sapması, renk sapıncı, renkser sapınç, kromatik sapma veya kromatik aberasyon, optikte bir lensin tüm renkleri aynı uyumda odaklayamamasından kaynaklanan bir sorundur. Bunun nedeni lenslerin değişik dalga boyları ve değişik ışıklar için değişik sapma endekslerinin olmasıdır. Sapma endeksi dalga boyu arttıkça azalır. Bu sorun en çok kırılmalı teleskoplarda görülür ve çözümleri vardır ancak giderirken çıkan maliyet, kırılmalı teleskop yapımındaki en büyük problemlerdendir.

<span class="mw-page-title-main">Optik teleskop</span>

Optik teleskoplar esas olarak elektromanyetik spektrumun görünür ışık kısmından ışığı toplayan ve odaklayan teleskop çeşididir. Kullanım amacı bakılan nesnenin doğrudan görünümü için büyütülmüş görüntüsünü oluşturmak, fotoğrafını çekmek ya da elektronik görüntü sensörleri üzerinden veri toplamaktır.Optik teleskop, başlıca elektromanyetik spektrumun görünür bölgesinden olmak üzere direkt görüş için büyütülmüş bir imaj oluştururken, bir fotoğraf yaratırken ya da elektronik imaj sensörleri boyunca veri toplarken ışığı odaklar ve toplar.

Uyarlanabilir optik, optik sistemlerinin performansını artırmak için geliştirilmiş ve dalga cephesi bozulmalarını en aza indirmek amacıyla kurulmuş bir teknolojidir.

Geometrik optik veya ışın optiği, ışık yayılmasını ışınlarla açıklar. Geometrik optikte ışın bir soyutlama ya da enstrumandır; ışığın belirli şartlarda yayıldığı yola yaklaşmada kullanışlıdır.

<span class="mw-page-title-main">Renksemez mercek</span>

Renksemez mercek veya akromat, kromatik ve küresel sapmaların etkilerini sınırlandırmak üzere tasarlanmış bir mercektir. Akromatik mercekler iki dalga boyunu aynı düzlemde odaklamaya getirmek için düzeltilir. Akromatın en yaygın türü, farklı miktarlarda dağılım gösteren camlardan yapılmış iki ayrı mercekten oluşan akromatik bir çift parçadır. Tipik olarak, bir element, nispeten yüksek dağılıma sahip olan F2 gibi flint camdan yapılmış bir negatif (içbükey) elemandır ve diğeri daha düşük dispersiyona sahip BK7 gibi taç camından yapılmış bir pozitif (dışbükey) elemandır. Mercek elemanları, birbirine bitişik olarak monte edilmekte, çoğunlukla birbirine yapıştırılmakta ve birinin renk sapmaları diğeri tarafından dengelenene kadar şekillendirilmektedir. En yaygın tipte olanda (gösterilen), taç lens elemanının pozitif gücü, flint cam lens elemanının negatif gücü ile tamamen eşit değildir. Birlikte, ortak bir odaklamaya iki farklı dalga boyu ışık getirecek zayıf bir pozitif lens oluştururlar. Negatif güç unsurunun hâkim olduğu negatif çiftler de yapılır.

<span class="mw-page-title-main">Newton teleskobu</span>

Newton teleskobu, İngiliz bilim insanı Isaac Newton (1642-1727) tarafından icat edilen, 1668'de tamamlanan ve bilinen en eski fonksiyonel yansıtıcı teleskoptur. Newton teleskobunun basit tasarımı, amatör teleskop yapımcıları arasında çok popüler olmuştur.

<span class="mw-page-title-main">Eğrilik yarıçapı (optik)</span>

Eğrilik yarıçapı optik tasarımda özel bir anlam ve işaret kuralına sahiptir. Küresel bir mercek veya ayna yüzeyi, sistem yerel optik ekseni boyunca veya merkezden uzakta bulunan bir eğrilik merkezine sahiptir. Mercek yüzeyinin tepe noktası, yerel optik eksende bulunur. Mercek tepe noktasından eğrilik merkezine olan mesafe, yüzeyin eğrilik yarıçapıdır.

<span class="mw-page-title-main">Schmidt–Cassegrain Teleskobu</span>

Schmidt–Cassegrain teleskobu (SC), basit küresel yüzeyleri kullanarak kompakt bir astronomik alet yapmak için bir Cassegrain reflektörünün optik yolunu bir Schmidt düzeltici plakayla birleştiren bir katadioptrik teleskoptur. Bu teleskoplar kırılmalı teleskop ile Newton teleskobunun bir melezidir. Teleskopta Schmidt–Cassegrain veya Maksutov-Cassegrain türlerinde olduğu gibi Newtonyan teleskoplardaki aynalar ve kırılmalı teleskoptaki mercekler bir arada kullanılabildiği gibi yine bu teleskop ailesinin özel bir türü olan düzeltici merceğe ihtiyaç duymayan Ritchey-Chretien tipi teleskoplarda ise sadece çukur aynalar kullanıldığı görülmektedir.

<span class="mw-page-title-main">Koma (optik)</span>

Olarak optik, koma ya da Komatik sapmaları bir optik sistem içinde sapmaları ifade eder Bazı optik tasarımları ya da bağlı olarak doğal lens ya da diğer bileşenlerin kusurları yıldızların çarpık görünmesi, kuyruklu yıldız gibi bir kuyruğu (koma) varmış gibi görünmesi gibi eksen dışı nokta kaynakları ile sonuçlanır. Spesifik olarak, koma, giriş göz bebeği üzerindeki büyütmede bir değişiklik olarak tanımlanır. Refraktif veya difraktif optik sistemlerde, özellikle geniş bir spektral aralığı görüntüleyenlerde, koma dalga boyunun bir fonksiyonu olabilir, bu durumda bir renk sapması şeklidir.

<span class="mw-page-title-main">Katadioptrik sistem</span>

Bir katadioptrik optik sistem biri kırılma ve yansıma genellikle lens ve kavisli aynalar (katoptrik) yoluyla bir optik sistem içinde bir araya getirilmiştir. Katadioptrik kombinasyonlar, projektörler, farlar, erken deniz feneri odaklama sistemleri, optik teleskoplar, mikroskoplar ve telefoto lensler gibi odaklama sistemlerinde kullanılır. Lensleri ve aynaları kullanan diğer optik sistemlere, gözetleme katadioptrik sensörleri gibi "katadioptrik" de denir.

<span class="mw-page-title-main">Defokus aberasyonu</span>

Optikte, bulanıklaşma,, defokus aberasyonu olarak ifade edilen basitçe görüntünün odak dışı olduğu bulanık hale geldiği optik sapmaları ifade eder. Bu optik aberasyon sorunu ile, kamera, video kamera, mikroskop, teleskop veya dürbün kullanan herkes karşılaşır. Optik olarak, odak bulanıklığı, odaklamanın optik eksen boyunca algılama yüzeyinden uzağa çevrilmesi anlamına gelir. Genel olarak, bulanıklaştırma görüntünün keskinliğini ve kontrastını azaltır. Bir sahnede keskin olması gerekliliktir, bu yüksek kontrastlı kenarlar kademeli geçişler halinde olur. Ancak bu problemde sahnedeki ince ayrıntılar bulanıklaşır ve hatta görünmez hale gelir. Neredeyse tüm görüntü oluşturan optik aygıtlar, odaksızlık problemini en aza indirmek ve görüntü kalitesini en üst düzeye çıkarmak için bir tür odak ayarı içerir.

<span class="mw-page-title-main">Petzval alan eğriliği</span>

Adını Joseph Petzval'den alan Petzval alan eğriliği, optik eksene dik olan düz bir nesnenin düz bir görüntü düzleminde düzgün bir şekilde odağa getirilemediği optik sapmayı tanımlar. Alan eğriliği bir alan düzleştirici kullanılarak düzeltilebilir, tasarımlar ayrıca odak yüzeyindeki görüntü kalitesini iyileştirmek için insan gözünde olduğu gibi kavisli bir odak düzlemi içerebilir.

<span class="mw-page-title-main">Apokromatik mercek</span>

Bir apokromat veya apokromatik mercek (apo), kromatik ve küresel sapmayı çok daha yaygın akromatik lenslerden daha iyi düzelten bir fotoğrafik veya başka bir lenstir.

<span class="mw-page-title-main">Objektif (optik)</span>

Optik mühendisliğinde objektif, gözlenen nesneden ışık toplayan ve gerçek bir görüntü üretmek için ışık ışınlarını odaklayan optik elemandır. Hedefler, tek bir mercek veya ayna veya birkaç optik elemanın kombinasyonları olabilir. Mikroskoplarda, dürbünlerde, teleskoplarda, kameralarda, slayt projektörlerinde, CD çalarlarda ve diğer birçok optik alette kullanılırlar. Objektiflere ayrıca obje lensleri, obje gözlükleri veya objektif gözlükleri de denir.