Kromatik Aberasyon Nedir Ve Görüş Kalitesini Nasıl Etkiler?

Kromatik aberasyon, optik camlarda görüntü kalitesini düşüren önemli bir etkendir. Konuyu iyi anlayabilmemiz için “Kırılma İndeksi” ve “Abbe Değeri” konularını tam olarak anlamamız gerekiyor.

Bir optik meteryalin kırılma indeksi , ışığın boşluktaki (uzaydaki) hızının, materyal içerisindeki hızına bölünmesi ile elde edilen değerdir. Işığın boşluktaki hızının yaklaşık 300,000 km/sn olduğunu biliyoruz. Işığın, gözlük camı dahil diğer saydam materyellerdeki hızı 300,000 km/sn’den daha azdır. Örneğin, içerisinden geçen ışığın hızının 200,000 km/sn olan materyalin kırılma indeksi 1.500 olarak hesaplanır. (300,000/200,000= 1.500)

Kırılma indeksi genellikle “n” harfi ile ifade edilir. Havanın kırılma indeksi “1” olarak kabul edilir. Hava dışındaki birçok saydam maddenin kırılma indeksi 1’den daha büyüktür. Örneğin suyun kırılma indeksi 1.333’dür.

Abbe Değeri:

Optik ortamlardan geçen beyaz ışık renklere ayrışmaktadır. Bu ayrışmaya kromatik aberasyon denilmektedir. Bu ayrışma yüksek indeksli camlarda, düşük indeksli camlara kıyasla genellikle daha fazla olmaktadır. Kromatik aberasyonun fazla olması özellikle optik merkez dışındaki bakışlarda elde edilen görüntüde kalitenin düşmesine neden olur. 1 rakamının kromatik aberasyon değerine bölünmesi ile elde edilen rakam, Abbe Değeri’dir.

Yani Abbe Değeri’nin düşük olması, kromatik aberasyonun yüksek olması anlamına geliyor. Abbe Değeri’nin yüksek olması özellikle yanal görüşte daha kaliteli görüntü elde edilmesini sağlar. Abbe Değeri daha düşük olan yüksek indeksli camların sağ ve sol pupilla mesafelerinin dikkate alınarak optik merkezlerin hassas bir şekilde monte edilmesi, olası sorunları asgariye indirir.

İndeksin daha yüksek olmasının genellikle Abbe Değeri’nin düşmesine neden olmasına rağmen, son yıllarda yapılan çalışmalarla yüksek Abbe Değeri’ne sahip daha yüksek indeksli organik camlar üretilmektedir. Türkiye’de yaygın olarak kullanılan organik optik cam hammaddelerinin kırılma indeksleri ve Abbe Değerleri aşağıdaki gibidir:

Kromatik Aberasyon (Renk Sapması):

Optik camın değişik renklerdeki ışık için olan kırılma indeksleri, üzerine gelen ışığın dalga boyuna bağlı olarak küçük farklılıklar gösterir. Değişik renkler için olan Kırılma İndeksi’nin farklı olması neticesinde “Kromatik Aberasyon” (Renk Sapması) olarak tanımlanan bir “sapma” (aberasyon) oluşmaktadır. “Renk Sapması”, esasında beyaz ışığın, mercek, prizmalar vs. tarafından kendisini oluşturan renklere ayrışmasıdır.

Kırmızı ışık ile kıyaslandığı zaman daha yüksek kırılma indeksine sahip olan Mavi ışık, bir mercek veya prizma tarafından daha fazla kırılır. Renk sapması (veya kromatik aberasyon), daha kısa dalga boyuna sahip olan ışıkların (örneğin mavi) saydam materyel içerisinde daha uzun dalga boyuna sahip olanlardan (örneğin kırmızı) daha yavaş yol alması neticesinde oluşur. Mavi ışığın frekansı kırmızı ışığın frekansından daha yüksektir. Bu nedenle mavi renkte dispersiyon (ışığın dağılma veya saçılması) durumu ile de karşılaşırız.

Bir materyalin mavi ışık ve kırmızı ışık için olan kırılma indeksleri arasındaki fark ne kadar fazla ise, o materyalin oluşturduğu dispersiyon (sapma) o kadar fazla olacaktır. Ayrıca bir merceğin ışığı kırma gücü direkt olarak o materyalin kırılma indeksine bağlıdır. Neticede ışığın dispersiyonu, değişik renklerdeki ışığın prizmalar tarafından farklı oranlarda kırıldığı ve mercekler tarafından da farklı noktalarda odaklandığı anlamına gelmektedir. Bu kırılma farkı ve odaklanma pozisyonları arasındaki fark, “Renk sapması” veya “Kromatik aberasyon” olarak adlandırılmaktadır. Örneğin, mavi ışığın kırılma indeksinin kırmızı ışığınkinden daha yüksek olması nedeniyle merceğin kırdığı mavi ışığın odak uzaklığı, kırmızı ışığın odak uzaklığından daha kısa olur. Optik camlarda oluşan Kromatik aberasyonu (renk sapması) iki kategoriye ayırabiliriz:

• Aksiyel Kromatik Aberasyon. Bu sapma, optik camın diyoptrik gücü ile orantılı olarak oluşur.
• Yanal Kromatik Aberasyon. Bu sapma da optik camın oluşturduğu prizmatik güç ile orantılıdır.

Saydam materyellerin kırılma indeksi her renk ışık için farklı olduğundan, materyaller için belirli bir ışık renginin baz alınarak tek bir kırılma indeksi verilmesi düşünülmüştür. İngiliz ve Amerika’lılar 587.56 nm dalga boyundaki ışığı baz alarak ölçtükleri indeksi “nd” olarak göstermekte, Japon ve Avrupalı’lar ise 546.07 nm dalga boyundaki ışıkla ölçtükleri değeri “ne” olarak göstermektedirler. Örneğin, CR39 camların indeksinin bazı kaynaklarda 1.498 olarak gösterilirken başka kaynaklarda da 1.502 olarak gösterilmesinin nedeni budur. Aynı şekilde Trivex materyelin indeksi “nd” olarak 1.530 olarak ifade edilirken “ne” olarak da 1.533 değeri ile gösterilmektedir. Özetleyecek olursak, bir merceğin veya prizmanın gerçek gücü , baz olarak alınan dalga boyuna bağlıdır.

Aksiyel Kromatik Aberasyon:

Ideal olan, beyaz ışığı oluşturan tüm bileşen renkteki ışığın mercek tarafından tek bir noktada odaklanmasıdır. Bu, tüm renklerin mercek tarafından eşit oranda kırılması ve aynı noktada odaklanması anlamına gelir. Aksiyel Kromatik Aberasyon, görünen ışık bandının uc kısımlarındaki renklerin (mor ve kırmızı) oluşturduğu odak noktalarının arasındaki mesafe ile ölçülür. Aksiyel Kromatik Aberasyonu aşağıdaki formül ile “Diyoptri” olarak hesaplayabiliriz:

Aksiyel Kromatik Aberasyon = Diyoptrik Güç / Abbe Değeri

Aksiyel Kromatik Aberasyon neticesinde retina üzerinde odaklanmayan renkler flu olarak algılanır. Örneğin kırmızı veya mavi renkli ışıklı bir tabelanın net olarak görülememe nedeni budur. Aksiyel Kromatik Aberasyonun mevcut olduğu durumda mercekten geçen her renkteki ışık , mercekten farklı bir mesafede odaklanmakta ve dolayısı ile her rengin mercek için olan odak mesafesi farklı olmaktadır. Kırılma indeksi daha yüksek olan mavi ışık, kırmızı ışıktan daha fazla kırılmaktadır. Diğer bir ifade ile, mercekten geçen mavi ışığın kırmızı ışığa kıyasla daha kısa bir odak mesafesi ve dolayısı ile daha yüksek bir diyoptrik gücü olmaktadır.

Abbe Değeri 30 olan -8.00 gücündeki polikarbonat camı düşünelim. Bu camda oluşan Aksiyel Kromatik Aberasyon, 0.27 Diyoptri’dir. Abbe Değeri 58 olan -8.00 gücündeki CR39 camdaki Aksiyel Kromatik Aberasyon ise neredeyse bunun yarısı kadar, yani 0.14 Diyoptri’dir.

Yanal Kromatik Aberasyon:

Yanal Kromatik Aberasyon, görünen ışık bandının uc kısımlarındaki renklerin (mor ve kırmızı) maruz kaldığı prizmatik sapmalar arasındaki kırılma farkı ile ölçülür. Yanal Kromatik aberasyonun olumsuz ektisi, genellikle Aksiyel Kromatik Aberasyon’dan daha fazladır. Yanal Kromatik Aberasyonu aşağıdaki förmül ile “ Prizma Diyoptrisi” olarak hesaplayabiliriz:

Yanal Kromatik Aberasyon = Prizmatik Etki / Abbe Değeri

Formüle dahil edilecek “Prizmatik Etki” ile, referans olarak alınan noktada “Prentice Formülü” ile hesaplanan prizmatik etki kastedilmektedir. Yanal Kromatik Aberasyonun mevcut olduğu durumda mercekten geçen her renkteki ışık , merceğin farklı noktalarındaki prizmatik güç dolayısı ile farklı oranlarda kırılacaktır. Kırılma indeksi daha yüksek olan mavi ışık, kırmızı ışıktan daha fazla kırılır. Diğer bir ifade ile, mercekten geçen mavi ışık kırmızı ışığa kıyasla daha yüksek bir prizmatik etkiye maruz kalacaktır.

Yeniden Abbe Değeri 30 olan -8.00 gücündeki polikarbonat camı düşünelim. Bu cam üzerinde, optik merkezden 15 mm mesafede oluşan prizmatik etki, 8 x 1.5 = 12 Prizma Diyoptrisi’dir. Bu camda oluşan Yanal Kromatik Aberasyonu da 0.40 Prizma Diyoptrisi olarak hesaplayabiliriz. Abbe Değeri 58 olan -8.00 gücündeki CR39 camdaki Yanal Kromatik Aberasyon ise neredeyse bunun yarısı kadar, yani 0.21 Prizma Diyoptrisi’dir.

Kromatik aberasyon mevcut olduğu zaman mercekten geçen her renkteki ışık, kendi görüntüsünü oluşturur. Yanal Kromatik Aberasyon nedeniyle her renk ışık farklı oranda kırıldığından, renklerin oluşturduğu görüntüler, nokta bazında üst üste gelmez; her rengin görüntüsü diğerinden az ötede oluşur. Objenin orta bölümlerinden gelen ışınların retina üzerinde üst üste gelerek oluşturdukları görüntünün rengi, objenin gerçek rengidir. Fakat objenin kenar sınırlarında renkli bandlar oluşur. Kromatik Aberasyonu yüksek (Abbe Değeri düşük) olan optik camlarda, yanal alanlardaki bakışlarda kişiyi rahatsız eden, obje çevresinde algıladığımız renkli oluşumların nedeni budur. Abbe Değeri düşük olan örneğin -5.00 Diyoptri bir camın optik merkezi dışından floresan bir ışığa baktığımız zaman lambanın bir kenarında mavi ve diğer kenarında da kırmızı olarak gördüğümüz renkli bandlar, Yanal Kromatik Aberasyonu göstermektedir.

0.12 Diyoptri altındaki Yanal Kromatik Aberasyon genellikle kişinin dikkatini çekmemekte ve sorun yaratmamaktadır. Fakat ilk kez yüksek indeksli cam kullanan bazı kişilerin 0.12 Diyoptri altındaki Yanal Kromatik Aberasyon’dan şikayet etmelerine nadiren de olsa şahit olmaktayız. Optikçinin konu hakkındaki bilgilendirmesi neticesinde kullanıcı bu küçük olumsuzluğu dikkate almadığı durumda birkaç hafta içerisinde kromatik aberasyon sorun olmaktan çıkmaktadır. Sorunun giderilemediği durumda ise tek çare, Abbe Değeri daha yüksek olan camların kullanılmasıdır.

Yanal Kromatik Aberasyonun oluşturduğu diğer olumsuzluk da “Görüş Keskinliği” nin olumsuz yönde etkilenmesidir. Yapılan deneylerde Yanal Kromatik Aberasyonun “Görüş Keskinliği”ni aşağıdaki oranlarda düşürdüğü gözlemlenmiştir. Tabii ki görüş keskinliğini etkileyen etken sadece kromatik aberasyon değildir. Optik camlarda oluşan diğer aberasyonlar ve gözün anatomik yapısı (örneğin pupilla çapı gibi) da görüş kalitesini etkilemektedir.

Bir örnek verelim: Abbe Değeri 30 olan -5.00 gücündeki polikarbonat cam üzerinde, optik merkezden 15 mm mesafede oluşan prizmatik etki 5 x 1.5 = 7.5 Prizma Diyoptrisi ve Yanal Kromatik Aberasyon da 0.25 Prizma Diyoptrisi olarak hesaplanır. Yukarıdaki tablodan da görebileceğimiz gibi, optik merkezden 15 uzaklıktaki noktadan bakışta bu kişinin elde edeceği görüş keskinliği %70-75 aralığında olur.

Kromatik aberasyonun olumsuz etkilerinin azaltılması:

Gözlük camlarında oluşan “Renk Sapması” nın (Kromatik Aberasyon) olumsuz etkilerini azaltmak mümkündür. Unutmayınız ki kromatik aberasyonun olumsuz etkileri camların diyoptrisi ile doğru orantılı ve Abbe Değeri ile de ters orantılı olarak artar. Diğer bir deyişle, sorunlar genellikle daha yüksek diyoptrili ve Abbe Değeri daha düşük olan camlarda karşımıza çıkar. Kromatik aberasyonun olumsuz etkilerini şu şekilde azaltabiliriz:

• Abbe Değeri yüksek olan optik camları tercih ediniz. Düşük Abbe değerinin sorun yaratabileceği konusunda kuşkunuz varsa bu hususa özellikle dikkat ediniz.

• Çerçevenin iyi merkezlenmiş olmasına dikkat ediniz. Tek odaklı camların montajında fazla düşük duran çervelere monte edilen camların üzerinde genellikle daha yüksek prizmatik etki ve dolayısıyle daha fazla Yanal Kromatik Aberasyon oluşmaktadır. Bu nedenle Uzak veya Yakın bakış noktasının çerçeve dikey merkezinden fazla uzakta olmaması önerilir.

• Optimum baz ve tasarımda olan camları tercih ediniz. Camların optimum bazda , asferik veya freeform tasarımda olması oblik aberasyon ve benzeri sapmaları azaltacağından , camlarda kromatik aberasyon neticesinde oluşacak olan deformasyona ek olarak görüş keskinliğini azaltıcı bir olumsuzluk ilave olmayacaktır.

• Çerçeve ayarlarına dikkat ediniz. Verteks mesafesi olabildiğince az ve pantoskopik eğim normal değerlerde olmalıdır. Bu şekilde kişi ,camların merkezi bölgelerini daha fazla ve tüm aberasyonların daha fazla olduğu yanal alanları daha az kullanacaktır.

• Camların merkezlenmesine özen gösteriniz. Özellikle yüksek indeksli ve yüksek diyoptrili camların montajında dikkatli olunuz. Camlar tek odaklı da olsalar, montajı yatayda monoküler pupilla mesafelerine göre yapınız. Dikey merkezlemeyi de çerçeve pantoskopik açısını dikkate alarak yapınız. Dikey montajın doğru olarak yapılabilmesi için camların, pantoskopik açının her derecesi için ortalama 0.5 mm aşağı yönde desantre edilmesi gerekir. Örneğin pantoskopik açı 10 derece ise, dikey yöndeki aşağı desantrasyon 5 mm olmalıdır. Aşağı yönde daha az dikey desantrasyon yapmak istediğimiz zaman da pantoskopik açısı daha düşük olan çerçeve tercih etmek zorundayız.

Yatay merkezlemenin temel kural olduğunu ve bakış noktalarında prizmatik etki oluşmaması için montajda bu kurala uyulmasının şart olduğunu zaten tüm optikçiler bilmektedir.

Dikey merkezleme kuralına riayet edildiği takdirde de kromatik aberasyon dahil tüm aberasyonların olumsuz etkileri azalacak ve ayrıca camların üst-alt kalınlıkları daha dengeli olacaktır.

Yukarıdaki hususlar dikkate alındığı takdirde yüksek diyoptrili reçetelerde daha az sorun yaşanacaktır.

Kaynak: Akay Optik arşiv