21. פתרון חדש לטיפול בסטייה הכרומטית של עדשות?

בפוסט מס׳ 2 התייחסתי לשתי תופעות המאפיינות כל עצמית (להזכירכם: עצמית היא מה שנקרא בשפה יום יומית ״עדשה״ אבל בפועל מורכבת ממספר עדשות יחד במארז אחד הכולל בד״כ גם את מערכת הצמצם): נפילת אור בקצוות ועקיפה. בעקבות מאמר שהתפרסם לאחרונה במגזין Science תחת השם הארוך Multiwavelength achromatic metasurfaces by dispersive phase compensation (לקריאת תקציר המאמר http://www.sciencemag.org/content/early/recent) ובאתר אוניברסיטת הארווארד (http://tinyurl.com/q2nxapw) חשבתי לנכון לכתוב פוסט על תופעת הסטייה הכרומטית (צבעונית) והפתרונות לה.

באופן עקרוני הספקטרום (טווח) של האור הנראה לעין האנושית (400-700nm) מחולק לשלושה חלקים עיקריים: אדום כחול וירוק. עדשות זכוכית רגילות ממקדות כל צבע בנקודה אחרת כאשר הכחול ממוקד לפני הירוק והאדום אחרי הירוק. עקב כך נוצרת דמות כפולה ולפעמים אף משולשת כפי שמוסבר במצגת הבאה: Chromatic Aberration

במצגת מוצג הפתרון המקובל כיום לבעייית הסטייה הכרומטית: שימוש באלמנטים אופטיים העשויים מפלואוריט ולא מזכוכית רגילה. אלמנטים אלו נקראים ED: Extra Low Dispersion או UD: Ultra Low Dispersion. כל יצרני העצמיות המובילים משתמשים בטכנולוגיה זו ובעיקר בעצמיות מסוג Tele Photo בעלות אורכי מוקד ארוכים בהן הבעיה חמורה במיוחד. אולם גם בעצמיות מסוג זה, הנקראות עצמיות אפוכרומטיות (Apo Chromatic) או אכרומטיות (Achromatic) הבעיה לא נפתרת לחלוטין. נכון שיש כיום כלים מצויינים לפתרון הבעיה בשלב העיבוד הדיגיטלי של הצילום ב-Lightroom או ב-Photoshop, אבל אילו יכולנו לקבל דימויים נקיים מסטייה כרומטית אני מניח שלא היינו מתלוננים. בנקודה זו חשוב לציין כי לא רק לעצמיות המורכבות על המצלמות סטיות כרומטיות אלא גם לעדשות הזעירות (Micro Lenses) המורכבות על כל פיקסל שבחיישני התמונה האלקטרוניים במטרה לרכז את קרני האור לתוך הפוטודיודה (החלק הרגיש לאור) של כל פיקסל. במצגת מתואר גם פתרון חדשני שנמצא כבר בשימוש במספר עצמיות מתוצרת Nikon ו- Canon המתבסס על ניצול חיובי של תופעת העקיפה (Multi Layer Diffractive Optical Element).

לצפייה בסרטון של Canon המסביר את תופעת הסטייה הכרומטית:

http://tinyurl.com/kh5e2vt

להסבר על טכנולוגיית Phase Fresnel של Nikon:

http://tinyurl.com/p8ozgqy

טכנולוגיות אלו נמצאות כבר בשימוש ומספקות תיקון מרשים לסטייה הכרומטית ולמרות זאת הפתרון האולטימטיבי לבעייה טרם נמצא. כאן נכנסים לתמונה קבוצת המדענים מאוניברסיטת הארווארד בארה״ב שכבר בשנת 2012 היציגו הצעה לפתרון חדשני לבעיית הסטייה הכרומטית ולאחרונה, לאחר שינוי חשוב בכיוון המחקר שלהם היציגו פתרון מענין המאפשר לייצר עדשות שטוחות ונקיות מסטייה כרומטית. לרעיון זה השלכות מרובות על תעשיית האופטיקה שהתבססה עד כה על שבירה של האור באמצעות אלמנטים אופטיים קמורים וקעורים.

הרעיון מתבסס על אלמנטים דקים מאד, שטוחים לחלוטין העשויים מזכוכית ועליהם מעין ״אנטנות״ בגודל ננומטרי מסיליקון המסוגלות לרכז אור. האור העובר דרך אלמנט כזה מתכופף באופן מידי ולא בהדרגה בהתאם לקימור של אלמנט אופטי רגיל. מידת הכיפוף ניתנת לתכנון מראש באופן מדוייק ביותר באמצעות אלגוריתם כך שיתאים כמעט לכל צורך.

אם וכאשר הטכנולוגיה תבשיל, אחת ההשלכות המעשיות תהיה האפשרות לייצר עצמיות מורכבות באורכי מוקד ארוכים המורכבות מאלמנטים שטוחים, דקים וקלים, ללא סטייה כרומטית ובמחיר נמוך בהרבה מן המקובל כיום. יש למה לצפות!