Renkser sapınç

Renkser sapınç veya kromatik aberasyon, optikte bir lensin tüm renkleri aynı uyumda odaklayamamasından kaynaklanan bir sorundur. Bunun nedeni lenslerin değişik dalga boyları ve değişik ışıklar (lens dağılımı) 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.

Optik sapınç kendini karanlık ve aydınlık kısımları birbirinden ayıran sınırlarda “saçaklar” şeklinde gösterir, çünkü optik spektrum içerisinde her renge tek bir ortak noktada odaklanamaz. Bir lensin fokal uzunluğu  f, sapma endeksine n  bağlıdır, ışığın değişik dalga boyları, değişik pozisyonlarda odaklanacaktır.

İki tür optik sapınç vardır: axial (boylamsal) ve transverse (yatay). Boylamsal sapınç ışığın değişik dalga boylarının lensten değişik uzaklıklarda odaklanmasıyla ortaya çıkar, örneğin optik düzlemdeki değişik noktalar (odak kayması) gibi. Yatay sapınç ise değişik dalga boyları odaksal düzlem üzerinde değişik noktalarda odaklanmayla ortaya çıkar. (Çünkü lensteki büyütme ve/ya da bozulma dalga boylarına göre de farklılık gösterir ki, bu grafiklerde odak uzunluğundaki değişme olarak gösterilmiştir. Akronim LCA kullanılır, ancak anlaşılması güç bir şekilde, ya boylamsal ya da yatay optik sapınca işaret eder, daha açıkça, bu makale boylamsal (optik düzlemde yön sapması) ve yatay (sensör ya da filmin düzleminde, optik düzlemde dikey sapma) terimlerini kullanacaktır.

Bu iki tip değişik karakteristikler gösterir ve birlikte de oluşabilirler. Boylamsal optik sapınç tüm görselde oluşur ve optik mühendisleri, optimetrisler ve diopter olarak bilinen bir meslek grubu olan görüş uzmanları tarafından saptanabilir ve kapalı ölçüm yaparak engellenir. (Bu alanın derinliğini arttırır, böylece değişik dalga boyları değişik mesafelerde odaklansa bile, kabul edilebilir bir odakta kalırlar) Yatay optik sapınç merkezde oluşmaz ve kenarlara doğru artar, ancak bu kapalı ölçümden etkilenmez.

Dijital sensörlerde, boylamsal optik sapınç kırmızı ve mavi alanların odaktan çıkmasıyla (yeşil alanın odak olduğu varsayılır) sonuçlanır, ki bu göreceli olarak işleme sonrası süreçte düzeltilmesi zor olan bir şeydir, oysa yatay optik sapınç kırmızı, yeşil ve mavi odakların değişik maginifkasyonlar yapmasına neden olacaktır (Magnifikasyon radyal geometrik olarak bozulan değişimlere sahiptir) ve bunun düzeltilmesi için radyal yeniden boyutlandırma yapılır ve alanlar yeniden üst üste gelir.

En az karışıklık çemberi adı verilen bir nokta vardır, bu noktada optik sapınç en aza indirilir. Bu azaltma renksemez mercekler kullanılarak daha da azaltılabilir, böylece materyallerin yayılmada gösterdikleri değişiklik birleşik bir lensle tekrar bir araya getirilebilir. En çok kullanılan, çakmak taşı ve göbek camı elementlerinden yapılan renksemez eşlerdir. Bu değişik dizilimdeki dalga boylarının yarattığı optik sapıncı engellese bile mükemmel bir düzeltme yapamaz. Tek kompozisyonda ikiden fazla lensi kombine edilerek, düzeltme derecesi daha ileri seviyede azaltılabilir. Bu, her ne kadar mükemmel düzeltmeyi sağlamasa da, belirli aralıktaki dalga boylarının üzerinde oluşan optik sapıncı azaltır. Değişik kompozisyonlara sahip iki lensi birleştirerek, düzeltmenin derecesi daha ileriye götürülebilir ki bu renksemez bir lens olan orapokromatta görülebilir. “renksemez” ve “Apokromat” (2 ya da 3 dalgaboyu doğru odaklanmıştır) düzeltmenin derecesine değil çeşidine (diğer dalga boylarının odakları kaymıştır) işaret eder; ve düşük ayrılma yeterliliğine sahip camla yapılmış bir renksemez daha konveksiyonel camlarla yapılmış renksemezlere göre dikkate değer bir oranda daha düzgün düzeltmeler sağlayacaktır. Benzer olarak, apokromatların asıl yararı 3 dalga boyunu keskince odaklanmasında değildir, ancak dalga boyunda oluşabilecek hatanın çok daha küçük olmasındadır.

Birçok cam tipi optik sapıncı engelleyecek şekilde geliştirilmiştir. Bunlar düşük yayılma camlarıdır, en belirgin özellikleri olarak camlar fluorit içerir. Bu hibrid camlar, çok düşük seviyede bir optik yayılmaya sahiptir, sadece bu maddeyle yapılmış iki işlenmiş lens bu kadar yüksek derecede bir düzeltme sağlayabilir. Renksemezlerin kullanımı, optik mikroskopların ve teleskopların gelişmesinde önemli bir basamak olmuştur.

Renksemez çiftlere bir alternatif olarak difraktif optik element kullanımı gösterilebilir. difraktif optik elementler optik camlara ve plastiklere  yayılmaya bütünleyici bir karakteristik verir. Tayfın görülebilir kısmında, difraktiflerin Abbe sayısı -3,5’tir. difraktif optik elementler elmasa çevirme teknikleri kulanılarak fabrikasyona geçirilir.

burada V1 ve V2  sırasıyla birinci ve ikinci lensin materyallerinin, Abbe sayısıdır. Abbe sayıları pozitif olduğu için, fokal uzunluklardan birisi negatif olmalıdır, örneğin, şartların sağlanması için sapma olan bir lens.

ve yukarıdaki şart, eşlerin fokal uzunluğunun mavi ve kırmızı Fraunhofer F ve C noktalarında (sırasıyla 4861. nm ve 656.3 nm) olacağı garanti eder. Diğer görülebilir dalga boylarında ışığın fokal uzunluğu benzer olacaktır ancak aynı olmayacaktır.

Bazı durumlarda, dijital işleme sonrası optik sapıncın yarattığı etkiyi doğru hale getirmek mümkün olabilir. Ancak gerçek hayat durumlarında, optik sapınç görsel detaylarında kalıcı kayba neden olmaktadır. Görseli yaratan optik sistemle ilgili detaylı bilgiye sahip olmak bazı durumlarda çok yardımcı düzeltmeleri yapmaya yarar. İdeal bir durumda, optik sapıncı kaldırma ya da düzeltme, görsel işleme aşamasında saçaklanmış renk kanallarını düzeltmek ya da bazı saçaklanmış kanalların bazılarını yeniden boyutlandırma gibi işlemler gerektirebilir ki, kanallar düzgün bir biçimde birbirlerinin üzerine düşüp son aşamada arzu edilen görseli oluşturabilsin.

Optik sapınç karmaşık olduğu için (fokal noktayla olan ilişkisinden dolayı, vb) bazı fotoğraf makinesi üreticileri lenslerini optik sapıncı minimize edecek tekniklerlerle donatır. Tüm CMOS sensörlü Nikon DSLR makineler ve Panasonic Lumix DSLR’ler ve buna ek olarak bazı Nikon ve Panasonic kompakt kameralar JPEG görselleri işleme sürecini otomatik olarak yaparlar. Nikon DSLRler bunun dışında Nikon Caoture NX, View NX ve diğer bazı işlenmemiş RAW dosyalarında kullanılan RAW dosylarını düzeltmeyi yaptıktan sonra saklar. Canon EF lenslerinin tüm elektronik lenselerle ilişkisi ve birleştirme sistemi Canon’un Dijital Photo Professional yazılımının en iyi optik sapınç engelleme ve azaltma sistemlerinden birine sahip olmasını sağlar, (aynı zamanda bozuldu ve kayma idaresi vardır) ki bu sistem lens ve modele özel odak uzunluğu, fokal uzunluk ve menfez bilgilerinin Canon’un RAW (CR2) belgeleri içinde saklar. Üçüncü parti tarafından hazırlanmış yazılımlar örneğin PTLens de geniş fotoğraf makinesi ve lens veritabanları sayesinde   kompleks optik sapınç azaltmakta işlevini görebilir.

Dijital kamera sensörlerinde kullanılan ve renk yakalamakta kullanılan boyalar kanallar arası renk geçişisinde etkili olamamakla birlikte, kırmızı kanallarda genellikle yeşil kanallara karışır ve herhangi bir yeşik optik sapınçla da karışır.

Yukarıda verilen bilgiler spesifik alanlarla çok yakından ilişkilidir ve bu yüzden de hiçbir programlama bilgisi yahut çekim ekipmanı bilgisi (örneğin kamera ve lens bilgisi) bu engellemeleri aşamamaktadır.

“Mor saçak” terimi fotoğrafçılıkta sıklıkla kullanılır, oysa tüm mor saçakların optik sapınçla ilgisi yoktur. Öne çıkan ışık çevresindeki benzer renkte saçaklanma lenslerden kaynaklı olabilir. Öne çıkan ışık ya da karanlık bölgelerin çevresindeki renk saçaklanması reseptörlerden yahut değişik renklerin değişik dinamik dizimlerinden yahut hassasiyetinden kaynaklanıyor olabilir ki,bu yüzden detayları korumak bir ya da iki renk kanalında mümkün olurken diğer kanallarda patlama ve kaydetmeme gibi sorunlar çıkarabilir. Dijital kameralarda, parçacık demozaikleme algoritması yüksek oranda bu probleme etki eder. Saçaklanmanın bir diğer nedeni ise optik sapıncın çok küçük mikrolenslerde her CCD pikseli için daha fazla ışık toplamasıdır, ki bu lensler yeşil ışığa daha doğru odaklanır, kırmızı ve mavi üzerinde yanlış odaklanma mor beyaz ışık etrafında mor saçaklanmaya neden olur. Kadrajın tamamında homojen şekilde görünen bu sorun, daha çok piksel derecesi çok az olan CCD’lerde örneğin kompakt makinelerde kullanılanlarda görülür. Bazı makineler, örneğin Panasonic Lumix serisi ve yeni Nikon ve Sony DSLRS serisi, tamamen bu sorunu ortadan kaldırmaya yönelik tasarlanmış özelliklerle piyasaya sürülmüştür.

Dijital kamerayla çekilmiş fotoğraflarda, çok küçük beyaz ışıklar sürekli olarak optik sapınça neden olacak şekilde ortaya çıkabilir çünkü beyaz ışık olan görsel tüm üç renk pikseline sahip olmak için çok küçüktür, bu nedenle yanlış bir renk ile kaydedilir. Bu her türden dijital kamera sensöründe olmayabilir. Ancak yine, demozaik algoritması sorunun ne kadar büyük olduğuna etki edecektir.

Optik sapınç elektron mikroskopisini de etkiler, öyle ki değişik renkler yerine değişik fokal noktalara sahipse, değişik elektron enerjileri, değişik fokal noktalara sahip olabilir.