Renk sapmaları

Bir renk sapması , dalga boyuna bağlı olarak farklı gelişen bir optik sapmadır . Daha sonra yanardöner konturlara sahip bulanık bir görüntü gözlemliyoruz. Bu kaynaklanan beyaz ışık ayrışma renklerde birkaç bantları içine.

Tarihi

Renk sapmaları ilk astronomik gözlüklerden fark edildi ve rahatsız edici olarak kabul edildi. Bir ayna ile donatılmış kendi teleskopunu yaratan ve bu nedenle bu tür sapmalardan yoksun olan Isaac Newton , başlangıçta onları düzeltmenin fiziksel olarak imkansız olduğunu ilan etti. Leonhard Euler , bu iddiaya karşı koymak için, insan gözünün renk sapmasız karakterini , hatalı karakteri daha sonraya kadar gösterilemeyecek bir gerçek olarak öne sürüyor .

Bu sapmalar düzeltme birinci camların imalatı önceliği düştü Chester Moore Hall , avukat ilk prototipini üretti ve amatör gözlükçü, 1733 . Bunun için kurşun içeren özel camlar kullanıyor ve prototipine Flint-glass adını veriyor .

Ancak Hall buluşunu bir sır olarak saklamayı tercih etti ve biri çakmaktaşı ve diğeri taç camı olmak üzere iki gerekli lensi iki farklı gözlükçü, Edward Scarlett ve James Mann tarafından yaptırdı . Tekil bir tesadüf eseri, bu gözlükçüler işi aynı üreticiye, George Bass'a taşerona verir . Bass bu tekniğin değerini anlıyor, ancak buluşun patentini de almıyor. 1750'lerin sonlarına doğru, varlığını John Dollond'a açıkladı . Bu, bu lenslerin potansiyelini tahmin ediyor ve daha sonra onları yeniden üretip 1758'de patentini almayı başarıyor , bu da onun için diğer gözlükçülerle üretim ve pazarlama hakları konusundaki tartışmalara değer. En azından Dollond'un akromatik lensleri icat etmek yerine popüler hale getirdiğini düşünebiliriz. Daha sonra, apokromatik üçlüleri icat eden oğlu Peter Dollond'du .

Fransa'da Jean le Rond D'Alembert ve Alexis Claude Clairaut , farklı geometri ve indekse sahip lenslerin üst üste binmesi üzerinde çalışarak optiği teorize etti.

Pratik vurgulama

Gözlem

Bu fenomen, yüksek düzeltmeli bir mercekle kolayca gösterilebilir:

Fotoğrafta sonuç

In fotoğrafçılık , sonucu görüntünün kalitesinin bozulması, en azından "artistik" etkisi (görünce Lomography ) aranmaz. Aşağıdaki örnekte , ikinci çekimden önce aynı kameraya geniş açılı bir lens eklenerek fenomen kasıtlı olarak güçlendirilmiştir . Özellikle binanın çatısının sağ tarafında mavi bir şerit var:

Fiziksel açıklama

Renk sapmasının nedeni

Bu nedeniyle değişime genellikle kırılma indeksi yukarı malzeme yapımı lenslerin bir fonksiyonu olarak dalga boyu arasında ışık içlerinden geçen. Cam dağılımından bahsediyoruz . Sonuç olarak, odak uzaklığı dalga boyuna bağlıdır, böylece spektrumun tüm renkleri için aynı anda odaklanma gerçekleştirilemez . Örneğin, kırmızı için odaklanma yapılırsa, mavi daha sonra bulanıklaşır: beyaz bir nesnenin görüntüsü daha sonra kenarlarında mavimsi bir yanardönerlik gösterir.

Renkler farklı mesafelere odaklandığında renk sapmaları uzunlamasına olabilir ; ve renkler odak düzleminde farklı konumlara odaklandığında enine veya yanal (çünkü bir merceğin büyütülmesi dalga boyuna göre de değişir).

Teori

Bir merceğin odak uzaklığını, geometrik parametreleri ve indeksinin bir fonksiyonu olarak ifade etmek mümkündür. Böylece sahibiz:

${\ dfrac {1} {f '}} = {\ dfrac {n_ {2} -n_ {1}} {n_ {1}}} \ sol ({\ dfrac {1} {R_ {2}}} - {\ dfrac {1} {R_ {1}}} \ sağ)$ ince bir mercek için:

n, 1 , orta, n indisi 2 mercek R indeksi 1 ve R 2 lensin eğrilik yarıçapları

As endeksi bir lens dalga boyuna bağlıdır:

${\ dfrac {1} {f '(\ lambda)}} = {\ dfrac {n_ {2} (\ lambda) -n_ {1} (\ lambda)} {n_ {1} (\ lambda)}} \ sol ({\ dfrac {1} {R_ {2}}} - {\ dfrac {1} {R_ {1}}} \ sağ)$

Bu nedenle, optik sistemin her bir çalışma dalga boyu için tek bir odak uzaklığımız değil, farklı bir odak uzaklığımız olacak. Kısa dalga boylarına doğru ilerledikçe cam indeksler arttıkça, ortam gaz veya vakum ise indeks değişimi n 2'ye kıyasla n 1 için çok küçük olacaktır . Bu nedenle, kısa dalga boyları, uzun dalga boylarından ziyade optik eksene daha yakın odaklanacaktır. Camların bu özelliği, onları düşük dağılımlı camlar ve yüksek dağılımlı camlar olmak üzere iki kategoriye ayırmayı mümkün kılar. Böylelikle bir dağıtıcı mercek, mavi ve kırmızı odak noktalarını hafif dağıtıcı bir mercekten çok daha fazla ayırma eğiliminde olacaktır. Optikte, yorum parametresi , bir merceğin dağılabilirliğini karakterize etmek için kullanılacaktır .

Aynı şekilde büyütme de dalga boyuna bağlıdır, çünkü:

${\ dfrac {1} {f '(\ lambda)}} = {\ dfrac {1} {\ overline {OA'}}} - {\ dfrac {1} {\ overline {OA}}}$

${\ dfrac {1} {f '(\ lambda)}} = {\ dfrac {1} {\ overline {OA'}}} \ left (1 - {\ dfrac {\ overline {OA '}} {\ overline {OA}}} \ right) = {\ dfrac {1} {\ overline {OA '}}} (1- \ gamma)$

$\ gamma (\ lambda) = 1 - {\ dfrac {\ overline {OA '}} {f' (\ lambda)}}$

Bu, odak uzunluğunun dalga boyuyla (f ' KIRMIZI > f' MAVİ ) orantılı olduğunu ve büyütmenin dalgaboyuyla ters orantılı olduğunu gösterir (γ KIRMIZI <γ MAVİ ). Bu nedenle bu, renk sapmalarını eksenel kromatizm ve yanal kromatizm olmak üzere iki kategoriye ayırır .

Boyuna kromatizm

Enine kromatizm

Birincil ve ikincil kromatizm kavramı

Gözün özel durumu

Göz ayrıca tespit edilir kromatik sapmaları sergileyebilmektedir göz doktoru çeşitli renk filtreleri ile bir vizyon testiyle. Görme keskinliğinin düzeltildiğini doğrulamak için , hastadan yeşil veya kırmızı olarak filtrelenmiş görüntülere bakması ve en net görüneni adlandırması istenir. Düzeltme iyiyse, kornea, mercek ve reçeteli mercek, yeşil ve kırmızı dalga boylarını retinanın hemen önünde ve arkasında aynı keskinlikle odaklayacaktır. Düzeltici lens çok fazla saparsa veya yetersiz kalırsa, bir renk retinaya odaklanacak, ancak diğer renk çok daha bulanık olacaktır.

Renk sapmalarının azaltılması

Optik yollarla

In fotoğrafçılık , optik mikroskop ve astronomi , renk sapmaları farklı şekillerde indirgenir:

dar bir spektral bandın geçmesine izin veren bir filtrenin eklenmesi ;
renk sapmaları sergilemeyen (ancak küresel bir sapma veya alan sapmaları) tercihli aynaların ( teleskop ) kullanımı ;
bu kromatik dispersiyonu azaltmak için özellikle florit içeren yüksek kaliteli optik cam kullanımı ;
çift mercek düzeneğinin kullanımı olan akromat ;
farklı bileşimlerde ikiden fazla lensi birleştirerek apokromatik bir hedefin kullanılması .

Bir fotoğraf çekerken, diyaframı azaltmak boylamasına renk sapmalarını sınırlar. Öte yandan, gerekirse başka yollarla düzeltilmesi gereken yanal renk sapmaları üzerinde hiçbir etkisi yoktur.

Kromatizm ve optik tasarım

Optik tasarım açısından bakıldığında, kromatizm diyoptri sayısı artırılarak "katlanabilir". Kromatizm "örtüşme", birden çok dalga boyu için renk sapmalarının iptalini ifade eder.

Tek bir lens yalnızca bir kromatizm iptaline izin verir
Bir dublet, iki renk sapması iptaline izin verebilir. Renksiz bir ikiliden bahsediyoruz .
Üçlü, üç renk sapması iptaline izin verebilir. Apokromatik bir üçlüden bahsediyoruz .

Dijital fotoğrafçılıkta

Klasik analog (film) fotoğrafçılık çağında halihazırda mevcut olan renk sapmalarının düzeltilmesi, dijital teknolojilerin ve medyanın gelişiyle birlikte büyük bir endişe konusu olmaya devam ediyor. Bunun nedeni, çekim sırasında veya sonrasında görüntülerin hızlı bir şekilde ayrıntılı olarak incelenmesini ve düzeltilmesini mümkün kılan yeni araçların ve cihazların, donanım ve yazılımların mevcudiyetidir. Geniş ekranlar ve sadece birkaç tıklama ile büyütme imkanı, tedavi edilecek tüm hataları kolayca ortaya çıkarır.

Kameralarda yerleşik düzeltme İşlem sonrası düzeltme

Çekimden sonra, hem JPEG formatındaki resimden hem de yerel RAW formatındaki resimlerden belirli resim işleme yazılımlarıyla bu tür sapmaları azaltmak mümkündür , ancak ikincisi tercih edilir.:

Notlar ve referanslar

Referanslar

Daumas, Maurice, Onyedinci ve Onsekizinci Yüzyılların Bilimsel Aletleri ve Yapımcıları , Portman Books, Londra 1989 ( ISBN 978-0-7134-0727-3 )
(inç) Fred Watson , Stargazer: teleskopun yaşamı ve zamanları , Crows Nest, Allen ve Unwin ,2007, cep ( ISBN 978-1-74175-383-7 , OCLC 225464622 , çevrimiçi okuma ) , s. 140–55
Fred Hoyle, Astronomi; İnsanın evreni araştırmasının tarihi , Rathbone Books, 1962, LC 62-14108
(içinde) " Sphaera-Peter Dollond, Jesse Ramsden'e yanıt veriyor " ( 31 Temmuz 2009'da erişildi ) Hall, Bass, John Dollond ve diğerlerinin rollerine vurgu yaparak akromatik ikilinin icadına ilişkin olayların bir incelemesi.
(in) Terje Dokland ve Mary Mah-Lee Ng , Biyomedikal uygulamalar için mikroskopi teknikleri , New Jersey, World Scientific,2006, cep ( ISBN 978-981-256-434-4 , çevrimiçi okuyun ) , s. 23
Kidger, MJ (2002) Temel Optik Tasarım. SPIE Press, Bellingham, WA, s. 174ff
F. Ferlin, " Akromatik gözlük yarışı", Les Génies de la Science , Mayıs-Temmuz 2009, n o 39, s. 82-89
Geometrik optik: görüntülerini ve enstrümanları üzerinde Google Kitaplar
Optik Tasarım Unsurları üzerinde Google Kitaplar