ความคลาดส หร อ ความคลาดรงค chromatic aberration ค อความคลาดทางท ศนศาสตร ท เก ดจากการกระจายแสงภายในว สด เลนส เม อสร างภาพ

ความคลาดสี หรือ ความคลาดรงค์ (chromatic aberration) คือความคลาดทางทัศนศาสตร์ที่เกิดจากการกระจายแสงภายในวัสดุเลนส์เมื่อสร้างภาพด้วยเลนส์ และปรากฏเห็นเป็นสีที่ผิดเพี้ยนไปในภาพ

ความคลาดสีที่ถูกสร้างขึ้นโดยเจตนาในครึ่งล่างของภาพ จะเห็นได้ว่ามีความเพี้ยนสีที่เห็นได้ชัดเจนเกิดขึ้นที่ขอบด้านขวา

ภาพรวม

ในวัสดุที่ปล่อยให้แสงผ่านโดยมีการหักเหเกิดขึ้น (ในที่นี้ คือที่ใช้ทำเลนส์) โดยทั่วไปแล้ว ดรรชนีหักเหจะไม่คงที่โดยแปรผันตามความยาวคลื่น (ความถี่) ของแสง ในทัศนศาสตร์ ปรากฏการณ์นี้เรียกว่า การกระจายของแสง ตัวอย่างเช่น ในแก้ว BK7 ซึ่งเป็นแก้วเชิงทัศนศาสตร์ทั่วไป ดรรชนีหักเหสำหรับแสงสีแดงความยาวคลื่น 656 นาโนเมตร และแสงสีฟ้าอ่อนความยาวคลื่น 486 นาโนเมตร จะแตกต่างกันไป เป็น 1.5143 และ 1.5224 ตามลำดับ ดังนั้นจึงเกิดการกระจายขึ้น ความคลาดสีคือความคลาดที่เกิดขึ้นจากความไม่ตรงกันของสีเนื่องจากการกระจายนี้ ความคลาดสีอาจจำแนกออกเป็นความคลาดสีตามขวางที่เกิดขึ้นบริเวณขอบภาพและความคลาดสีตามแนวแกนที่เกิดขึ้นบนแกนเชิงแสง

ความคลาดสีตามแนวแกน

เป็นความคลาดที่ตำแหน่งของภาพที่ปรากฏเลื่อนไปมาขึ้นอยู่กับสีเนื่องจากความแตกต่างของดรรชนีหักเหซึ่งขึ้นอยู่กับความยาวคลื่นของสีนั้น ๆ เมื่อถ่ายภาพแหล่งกำเนิดแสงขาวที่เป็นจุด หากโฟกัสที่สีน้ำเงินจะสร้างภาพเบลอด้านหน้าสีแดงรอบ ๆ จุดสว่างสีน้ำเงิน แต่ถ้าโฟกัสด้วยสีแดงจะสร้างภาพเบลอด้านหลังสีน้ำเงินอมม่วงรอบ ๆ จุดสว่างสีแดง

ความคลาดสีตามขวาง

ความแตกต่างของดรรชนีหักเหระหว่างสีจะทำให้เกิดเป็นความแตกต่างของการขยายภาพในกรณีที่แสงตกกระทบมาในแนวเอียง ด้วยเหตุนี้ ขนาดของภาพจึงแตกต่างกันไปตามสี และจะเห็นการเพี้ยนเป็นสีแดงหรือม่วงอมน้ำเงินที่ขอบของวัตถุ สำหรับแหล่งกำเนิดแสงขาวที่เป็นจุด ภาพจะถูกกระจายออกเป็นสีรุ้งที่ขอบของหน้าจอและขยายออกไปในแนวรัศมี

ความคลาดสีตามแนวแกนสามารถระงับได้โดยการย่อรูรับแสงลง (เพิ่มค่าเอฟ) เพื่อตัดลำแสงที่ผ่านขอบเลนส์อันเป็นสาเหตุของความคลาด และจะทำให้ช่วงความชัดและลึกขึ้น ในขณะที่สำหรับความคลาดสีตามขวางนั้น เนื่องจากเกิดขึ้นได้แม้แต่ในลำแสงหลักที่ส่องผ่านจุดศูนย์กลางของเลนส์ จึงไม่สามารถยับยั้งได้ด้วยการย่อรูรับแสง

ความคลาดสียังเป็นสาเหตุที่ทำให้การถ่ายภาพอินฟราเรดหลุดโฟกัส โดยเฉพาะอย่างยิ่ง แม้ว่าการปรับแก้จะดำเนินการโดยวิธีการที่จะอธิบายในหัวข้อถัดไป ความคลาดที่เหลืออยู่จะยังมีค่ามากในรังสีอินฟราเรดที่มีความยาวคลื่นห่างกันมาก

ทางแก้ไข

ระบบแบบหักเห

สามารถใช้เลนส์ 2 อันที่ทำจากวัสดุแก้วที่มี ดรรชนีหักเห และ การกระจาย แสงที่แตกต่างกันเพื่อลดผลกระทบจากความคลาดสี เลนส์นูนที่ทำจากรวมกับเลนส์เว้าที่ทำจากซึ่งมีการกระจายแสงสูงเพื่อหักล้างความต่างของสี เป็น ซึ่งในการเลือกวัสดุที่เหมาะสมอาจพิจารณาจากเลขอับเบอของวัสดุนั้น ๆ เลนส์ถ่ายภาพชนิดเลนส์เดี่ยวเองก็มักจะทำขึ้นโดยการเชื่อมเลนส์ทั้ง 2 นี้เข้าด้วยกันเพื่อแก้ความคลาดสี แต่ก็ไม่เสมอไป โดยหลักการแล้ว การผสมเลนส์นูนและเลนส์เว้าเข้าด้วยกันในลักษณะนี้สามารถทำให้ตำแหน่งภาพที่ความยาวคลื่น 2 ช่วงของแสงภายในแสงขาวมาตรงกันได้ เลนส์ที่มีการแก้ไขความคลาดสีที่จุด 2 จุดเรียกว่าเลนส์อรงค์

แอ็นสท์ อับเบอ ได้พัฒนาเลนส์อรงค์ให้ดียิ่งขึ้นไปอีกและตั้งชื่อว่า อาโพโครมาท (เยอรมัน: Apochromat) หรืออาจแปลว่าเป็น ซึ่งสามารถทำการปรับแก้ความคลาดสีที่ความยาวคลื่น 3 ค่า และมีการปรับแก้ความคลาดทรงกลมและความคลาดแบบโคมาที่ความยาวคลื่น 2 ค่า

เพียงแค่ใช้วัสดุที่มีการกระจายน้อยไม่อาจสร้างเลนส์สำหรับใช้งานจริงได้ ตัวอย่างเช่น เลนส์ นั้นแม้ว่าจะมีการกระจายเพียงเล็กน้อย แต่ก็ยังคงมีลำดับความคลาดสีมากกว่าที่จะรับได้สำหรับเลนส์ถ่ายภาพ

นอกจากนี้ ตามที่กล่าวไว้ข้างต้น เลนส์อรงค์สามารถทำได้ค่อนข้างง่าย ในขณะที่ในการทำให้อาโพโครมาทต้องใช้เทคนิคที่ยุ่งยากกว่า

แนวคิด "อัตราส่วนการกระจายบางส่วน" ได้ถูกเสนอขึ้น อัตราส่วนการกระจายบางส่วนคืออัตราส่วนของความแตกต่างของดรรชนีหักเหของวัสดุเชิงแสงในช่วงความยาวคลื่น 2 ช่วงที่แตกต่างกัน การเขียนแผนภาพอัตราส่วนการกระจายบางส่วนและเลขอับเบอ บนแกนตั้งและแกนนอนบนแผนภูมิจะแสดงให้เห็นว่าแก้วเชิงทัศนศาสตร์แบบทั่วไปจะวางอยู่บนเส้นตรงเส้นเดียว กล่าวอีกนัยหนึ่งคือแทบจะแปรผันตามกัน ในทางตรงกันข้ามวัสดุที่มีการกระจายต่ำซึ่งมีการกระจายบางส่วนแบบผิดปกติ เช่น เลนส์ฟลูออไรต์ และ ไม่เพียงแต่มีการกระจายเพียงเล็กน้อยเท่านั้น แต่ยังเบี่ยงเบนไปจากเส้นตรงนี้อีกด้วย (อ่านเพิ่มที่ (การกระจาย (ทัศนศาสตร์)#การกระจายแบบปกติและผิดปกติ))

เทคนิคในการแก้ไขความคลาดสีที่ความยาวคลื่น 3 ค่าภายใต้การประมาณเลนส์บางคือการรวมวัสดุ 2 ชนิดที่มีการกระจายต่างกันแต่อัตราส่วนการกระจายบางส่วนเท่ากัน อย่างไรก็ตาม เนื่องจากแก้วเชิงทัศนศาสตร์ทั่วไปมีความสัมพันธ์เชิงเส้นอย่างมากตามที่อธิบายไว้ข้างต้น จึงจำเป็นต้องใช้วัสดุที่มีการกระจายบางส่วนแบบผิดปกติเพื่อให้ใช้วิธีนี้ได้

ระบบแบบสะท้อนแสง

ระบบเชิงแสงที่ประกอบด้วยกระจกเงาสำหรับสะท้อนแสงเท่านั้นโดยทฤษฎีแล้วไม่มีความคลาดสี ไอแซก นิวตัน ผู้ซึ่งคิดว่าเลนส์หักเหไม่สามารถหลีกเลี่ยงความคลาดสีได้ ได้ทำการวิจัยเกี่ยวกับ กล้องโทรทรรศน์สะท้อนแสง และประดิษฐ์ กล้องโทรทรรศน์แบบนิวตันขึ้นมา

ในความเป็นจริง กล้องโทรทรรศน์ทางดาราศาสตร์ จำนวนมากใช้ระบบแสงแบบสะท้อนแสง โดยเฉพาะอย่างยิ่งกล้องโทรทรรศน์ทางดาราศาสตร์ที่มีรูรับแสงกว้างเป็นพิเศษ โดยส่วนใหญ่จะเป็นกล้องโทรทรรศน์สะท้อนแสง หรือไม่ก็ กล้องโทรทรรศน์แบบผสม ซึ่งมีการเพิ่มแผ่นปรับแก้ความคลาดบาง ๆ ลงในกล้องโทรทรรศน์แบบสะท้อนแสง ในระดับพอที่ความคลาดสีจะไม่ใช่ปัญหา

ระบบแบบผสม

แม้ว่าจะเกิดความคลาดสีขึ้นบ้างในระบบเชิงแสงที่รวมเลนส์และกระจกเข้าด้วยกัน แต่ก็เป็นไปได้ที่จะลดระดับความคลาดสีเมื่อเทียบกับระบบเชิงแสงที่ประกอบด้วยเลนส์ล้วน ๆ

นอกจากความคลาดสีแล้ว เนื่องจากเส้นทางเชิงแสงถูกหักเลี้ยว ทำให้ความยาวโดยรวมของเลนส์ระยะไกลสั้นลง สามารถลดน้ำหนักของเลนส์และต้นทุนการผลิตลงได้ อย่างไรก็ตาม เนื่องจากกระจกทุตยภูมิวางอยู่ตรงกลางภาพ ภาพโบเก้ จึงกลายเป็นรูปวงแหวน และตามหลักการแล้ว ไม่สามารถทำให้ความสว่างคงที่โดยบีบรูรับแสง จึงไม่เหมาะกับการใช้เป็นเลนส์ถ่ายภาพสำหรับในกล้องสะท้อนภาพเลนส์เดี่ยวแบบใช้ฟิล์ม

อ้างอิง

鶴田 (1997). 第4・光の鉛筆. .
JIS Z 8120:2001
鶴田 (1990). 応用光学I. ISBN .
光ガラス株式会社. (PDF). คลังข้อมูลเก่าเก็บจากแหล่งเดิม (PDF)เมื่อ 2015-12-22. สืบค้นเมื่อ 2008-04-07.

[tsuruta1997-1] 鶴田 (1997). 第4・光の鉛筆. .

[2] JIS Z 8120:2001

[tsuruta1990-3] 鶴田 (1990). 応用光学I. ISBN .

[4] 光ガラス株式会社. (PDF). คลังข้อมูลเก่าเก็บจากแหล่งเดิม (PDF)เมื่อ 2015-12-22. สืบค้นเมื่อ 2008-04-07.