Εκτροπή, σε οπτικά συστήματα, όπως φακοί και καμπύλοι καθρέπτες, η απόκλιση των ακτίνων φωτός μέσω των φακών, προκαλώντας θολή εικόνα των αντικειμένων. Σε ένα ιδανικό σύστημα, κάθε σημείο στο αντικείμενο εστιάζει σε ένα σημείο μηδενικού μεγέθους στην εικόνα. Πρακτικά, ωστόσο, κάθε σημείο εικόνας καταλαμβάνει όγκο πεπερασμένου μεγέθους και ασύμμετρη μορφή, προκαλώντας θόλωση ολόκληρης της εικόνας. Σε αντίθεση με έναν επίπεδο κάτοπτρο, ο οποίος αποδίδει εικόνες χωρίς παρεκκλίσεις, ένας φακός είναι ένας ατελής παραγωγός εικόνας, καθιστώντας ιδανικός μόνο για τις ακτίνες που διέρχονται από το κέντρο του παράλληλα με τον οπτικό άξονα (μια γραμμή μέσω του κέντρου, κάθετη προς τις επιφάνειες του φακού). Οι εξισώσεις που αναπτύχθηκαν για σχέσεις αντικειμένου-εικόνας σε έναν φακό με σφαιρικές επιφάνειες είναι μόνο κατά προσέγγιση και ασχολούνται μόνο με παραξιακές ακτίνες - δηλαδή, ακτίνες που κάνουν μόνο μικρές γωνίες με τον οπτικό άξονα. Όταν υπάρχει φως με ένα μόνο μήκος κύματος, υπάρχουν πέντε εκτροπές που πρέπει να ληφθούν υπόψη, που ονομάζονται σφαιρική εκτροπή, κώμα, αστιγματισμός, καμπυλότητα πεδίου και παραμόρφωση. Μια έκτη εκτροπή που βρίσκεται στους φακούς (αλλά όχι στους καθρέφτες) - δηλαδή, χρωματική εκτροπή - προκύπτει όταν το φως δεν είναι μονοχρωματικό (όχι ενός μήκους κύματος).
οπτική: Εκτροπές φακού
Εάν ένας φακός ήταν τέλειος και το αντικείμενο ήταν ένα μοναδικό σημείο μονοχρωματικού φωτός, τότε, όπως σημειώθηκε παραπάνω, το κύμα φωτός που αναδύεται από το
Σε σφαιρική εκτροπή, οι ακτίνες φωτός από ένα σημείο στον οπτικό άξονα ενός φακού που έχει σφαιρικές επιφάνειες δεν συναντώνται όλοι στο ίδιο σημείο εικόνας. Οι ακτίνες που διέρχονται από το φακό κοντά στο κέντρο του στρέφονται πιο μακριά από τις ακτίνες που διέρχονται από μια κυκλική ζώνη κοντά στο χείλος του. Για κάθε κώνο ακτίνων από ένα αξονικό αντικείμενο που συναντά το φακό, υπάρχει ένας κώνος ακτίνων που συγκλίνει για να σχηματίσει ένα σημείο εικόνας, με τον κώνο να έχει διαφορετικό μήκος ανάλογα με τη διάμετρο της κυκλικής ζώνης. Όπου ένα επίπεδο σε ορθή γωνία προς τον οπτικό άξονα κατασκευάζεται για να τέμνει έναν κώνο, οι ακτίνες σχηματίζουν μια κυκλική διατομή. Το εμβαδόν της διατομής ποικίλλει ανάλογα με την απόσταση κατά μήκος του οπτικού άξονα, το μικρότερο μέγεθος γνωστό ως κύκλος με λιγότερη σύγχυση. Η πιο απαλλαγμένη από σφαιρική εικόνα εικόνα βρίσκεται σε αυτήν την απόσταση.
Το κώμα, που ονομάζεται επειδή μια εικόνα σημείου θολώνεται σε σχήμα κομήτη, παράγεται όταν οι ακτίνες από ένα σημείο αντικειμένου εκτός άξονα απεικονίζονται από διαφορετικές ζώνες του φακού. Σε σφαιρική εκτροπή, οι εικόνες ενός σημείου αντικειμένου στον άξονα που πέφτουν σε επίπεδο σε ορθή γωνία ως προς τον οπτικό άξονα έχουν κυκλικό σχήμα, ποικίλου μεγέθους και τοποθετούνται γύρω από ένα κοινό κέντρο. σε κώμα, οι εικόνες ενός σημείου αντικειμένου εκτός άξονα έχουν κυκλικό σχήμα, ποικίλου μεγέθους, αλλά μετατοπίζονται μεταξύ τους. Το συνοδευτικό διάγραμμα δείχνει μια υπερβολική περίπτωση δύο εικόνων, η μία που προκύπτει από έναν κεντρικό κώνο ακτίνων και η άλλη από έναν κώνο που διέρχεται από το χείλος. Ο συνηθισμένος τρόπος για τη μείωση του κώματος είναι η χρήση διαφράγματος για την εξάλειψη των εξωτερικών κώνων των ακτίνων.
Ο αστιγματισμός, σε αντίθεση με τη σφαιρική εκτροπή και κώμα, προκύπτει από την αποτυχία μιας μόνο ζώνης ενός φακού να εστιάσει την εικόνα ενός σημείου εκτός άξονα σε ένα μόνο σημείο. Όπως φαίνεται στο τρισδιάστατο σχήμα, τα δύο επίπεδα σε ορθή γωνία το ένα με το άλλο που διέρχονται μέσω του οπτικού άξονα είναι το μεσημβρινό επίπεδο και το οβελιαίο επίπεδο, με το μεσημβρινό επίπεδο να είναι αυτό που περιέχει το σημείο αντικειμένου εκτός άξονα. Οι ακτίνες που δεν βρίσκονται στο μεσημβρινό επίπεδο, που ονομάζονται λοξές ακτίνες, εστιάζονται πιο μακριά από το φακό από αυτές που βρίσκονται στο αεροπλάνο. Και στις δύο περιπτώσεις οι ακτίνες δεν συναντώνται σε ένα σημείο εστίασης αλλά ως γραμμές κάθετες μεταξύ τους. Ενδιάμεσα μεταξύ αυτών των δύο θέσεων οι εικόνες έχουν ελλειπτικό σχήμα.
Η καμπυλότητα του πεδίου και η παραμόρφωση αναφέρονται στη θέση των σημείων εικόνας σε σχέση μεταξύ τους. Παρόλο που οι προηγούμενες τρεις εκτροπές ενδέχεται να διορθωθούν για το σχεδιασμό ενός φακού, αυτές οι δύο εκτροπές θα μπορούσαν να παραμείνουν. Σε καμπυλότητα πεδίου, η εικόνα ενός επιπέδου αντικειμένου κάθετα στον οπτικό άξονα θα βρίσκεται σε μια παραβολική επιφάνεια που ονομάζεται επιφάνεια Petzval (μετά τον József Petzval, έναν ουγγρικό μαθηματικό). Τα επίπεδα πεδία εικόνας είναι επιθυμητά στη φωτογραφία, ώστε να ταιριάζουν με το επίπεδο του φιλμ και την προβολή όταν το χαρτί μεγέθυνσης ή η οθόνη προβολής βρίσκονται σε επίπεδη επιφάνεια. Η παραμόρφωση αναφέρεται σε παραμόρφωση μιας εικόνας. Υπάρχουν δύο είδη παραμόρφωσης, ένα από τα οποία μπορεί να υπάρχει σε έναν φακό: παραμόρφωση βαρελιών, στην οποία η μεγέθυνση μειώνεται με την απόσταση από τον άξονα, και παραμόρφωση πινέλου, στην οποία η μεγέθυνση αυξάνεται με την απόσταση από τον άξονα.
Η τελευταία εκτροπή, η χρωματική παρέκκλιση, είναι η αποτυχία ενός φακού να εστιάσει όλα τα χρώματα στο ίδιο επίπεδο. Επειδή ο δείκτης διάθλασης είναι τουλάχιστον στο κόκκινο άκρο του φάσματος, το εστιακό μήκος ενός φακού στον αέρα θα είναι μεγαλύτερο για το κόκκινο και το πράσινο από ό, τι για το μπλε και το ιώδες. Η μεγέθυνση επηρεάζεται από χρωματική παρέκκλιση, η οποία είναι διαφορετική κατά μήκος του οπτικού άξονα και κάθετη σε αυτόν. Το πρώτο ονομάζεται διαμήκης χρωματική εκτροπή και το δεύτερο, πλευρική χρωματική εκτροπή.
