TEORI ABERASI
ABBERATION THEORY
Noprianti1, Muhammad Anggi2,
Sri Rahmasari3, Hikma Pujiati4, Mirna Julaika.A5,
Amalia Ratnasari7
Program Studi Pendidikan
Fisika FKIP Universitas Sriwijaya, Inderalaya
ABSTRACT
The lens is a tool to gather or scatter light. Be
gathered light will produce a shadow. However, there are times when shadows are
formed by the reflection and refraction of light will experience a disability,
so it will produce defective shadow anyway. If all the rays from an object
point is not focused on a single shadow point, resulting opaque shadow is
called aberration (Tippler, 2001). There are many types of aberration that can
occur, including Spherical aberration (coma, distortion, astigmatism),
chromatic aberration, monochromatic aberrations (defokus aberration, aberration
curve terrain). Aberration theory can be used to test the perfection of a lens
by lens perfection abberation. Degree of properties do not depend on the size
of the focal length, but depending on the degree of curvature of the lens
surface due to the curvature of the lens surface is used the less will further
reduce spherical aberration of lens properties.
Keywords : Aberration theory, defective lenses, the types of aberration,
applications
ABSTRAK
Lensa adalah sebuah alat untuk mengumpulkan atau menyebarkan
cahaya. Cahaya yang dikumpulkan tersebut akan menghasilkan bayangan. Namun, ada kalanya
bayangan yang terbentuk dari proses pemantulan maupun pembiasan cahaya tersebut
akan mengalami kecacatan, sehingga akan menghasilkan bayangan yang cacat pula.
Jika semua sinar dari sebuah objek titik tidak difokuskan pada sebuah titik
bayangan tunggal, bayangan buram yang dihasilkan inilah yang disebut aberasi
(Tippler, 2001). Ada banyak jenis aberasi yang bisa terjadi, diantaranya aberasi speris (koma,
distorsi, astigmatisme), aberasi kromatik, aberasi monokromatik(aberasi defokus,
aberasi kurva medan). Teori aberasi dapat dimanfaatkan untuk menguji
kesempurnaan suatu lensa berdasarkan sifat aberasinya.Tingkat kesempurnaan
lensa tidak bergantung pada besar kecilnya panjang fokusnya tetapi bergantung
pada tingkat kelengkungan permukaan lensa tersebut karena dengan kelengkungan
permukaan lensa yang digunakan semakin kecil akan semakin mengurangi sifat
aberasi sferis dari lensa.
Katakunci : Teori Aberasi, cacat lensa, jenis-jenis aberasi,
aplikasi
1 PENDAHULUAN
Lensa adalah sebuah alat untuk
mengumpulkan atau menyebarkan cahaya, biasanya terbentuk dari sepotong gelas
yang dibentuk (Giancoli, 2001). Pada proses terbentuknya bayangan pada lensa,
ada kalanya cahaya yang datang setelah dibiaskan oleh lensa, tidak berpotongan
pada satu titik. Akibatnya, bayangan yang dibentuk tidak hanya sebuah. Hal ini
dikarenakan jarak titik api lensa tergantung pada index bias lensa, sedang
index bias tersebut berbeda-beda untuk panjang gelombang yang berbeda. Sehingga
jika sinar tidak monokhromatik (polikhromatik), lensa akan membentuk sejumlah
bayangan yang berbeda-beda posisinya dan juga ukurannya, meskipun sinarnya itu
paraxial. Sinar paraxial adalah sinar datang yang membentuk sudut terkecil
dengan sumbu utama. Adanya kenyataan bahwa bayangan yang dibentuk tidak sesuai
dengan perkiraan yang didasarkan pada persamaan Gauss inilah yang disebut
Aberasi.
2 LANDASAN
TEORI
Pengertian
Aberasi
Aberasi
disebut juga kesesatan atau kecacatan lensa. Aberasi adalah kelainan bentuk
bayangan yang dihasilkan oleh lensa atau cermin. Suatu kesalahan dalam system
optis sehingga bayangan yang terjadi tidak sama dengan bendanya. Pada lensa
atau cermin, kadang-kadang terbentuk bayangan yang tidak dikehendaki. Misalnya
timbulnya jumbai-jumbai berwarna di sekitar bayangan. Hal ini terjadi jika semua sinar dari
sebuah objek titik tidak difokuskan pada sebuah titik bayangan tunggal,sehingga
muncul bayangan yang tidak hanya satu atau munculnya bayangan buram yang
dihasilkan inilah yang disebut aberasi (Tippler, 2001).
Aberasi optik adalah degradasi kinerja
suatu sistem optik dari standar pendekatan paraksialoptika
geometris.
Degradasi yang terjadi dapat disebabkan sifat-sifat optik dari cahaya maupun dari sifat-sifat
optik sistem kanta sebagai medium terakhir
yang dilalui sinar sebelum mencapai mata pengamatnya.
Jenis Aberasi
1. Aberasi
Sferis
Aberasi sferis adalah gejala
kesalahan terbentuknya bayangan yang diakibatkan pengaruh kelengkungan lensa
atau cermin. Aberasi semacam ini akan menghasilkan bayangan yang tidak memenuhi
hukum-hukum pemantulan atau pembiasan.
Pembentukan
bayangan pada lensa tipis sejauh ini adalah pembentukan bayangan oleh
sinar-sinar paraksial atau sinar-sinar yang dekat dengan sumbu utama lensa
sehingga bayangan yang terbentuk terkesan sangat jelas dan tajam. Pada
kenyataannya, bayangan yang dibentuk oleh lensa tidak selalu tajam, bahkan bisa
saja terlihat kabur (buram). Cacat bayangan seperti ini disebabkan oleh berkas
sinar yang jauh dari sumbu utama tidak dibiaskan sebagaimana yang diharapkan.
Berkas sinar sejajar yang jauh dari sumbu utama dibiaskan lensa tidak tepat di
fokus utama, tetapi cenderung untuk mendekati pusat optik (Gambar). Semakin
jauh dari sumbu utama, berkas sinar sejajar ini akan semakin mendekati pusat
optik lensa. Cacat inilah yang disebut aberasi sferis. Aberasi ini dapat
dihilangkan dengan mempergunakan diafragma yang diletakkan di depan lensa atau
dengan lensa gabungan aplanatis yang terdiri dari dua lensa yang jenis kacanya
berlainan
Ada dua jenis aberasi Sferis :
a. Aberasi
Sferis Aksial
Aberasi
sferis aksial menimbulkan ketidakpastian letak bayangan sepanjang arah sumbu
optic.
Gambar 2.1 Aberasi
sferis
b. Aberasi
Sferis Lateral
Aberasi lateral menyebabkan
kekaburan bayangan titik sumber sinar berupa bundaran kekaburan pada arah tegak
lurus sumbu optic.
c. Koma
Pada dasarnya, koma sama
dengan aberasi sferik yakni sebagai akibat dari kegagalan lensa dalam membentuk
gambar dari sinar pusat dan sinar-sinar yang melalui daerah yang lebih ke
pinggir lensa pada satu titik. Hanya saja, pada koma sebuah titik benda akan
terbentuk bayangan seperti bintang berekor, gejala koma ini tidak dapat
diperbaiki dengan diafragma.
Gambar
2.2 Koma
d. Astigmatisme
Sementara Astigmatisma itu sama dengan koma dalam hal
bahwa koma itu terbentuk akibat penyebaran gambar dari suatu titik pada suatu
bidang yang tegak lurus pada sumbu lensa sedangkan asigmatisma terbentuk
sebagai penyebaran gambar dalam suatu arah sepanjang sumbu lensa. Dalam ketiga
hal tersebut, gambarnya akan menjadi kabur. Adapun distorsi timbul akibat dari
pembesaran yang berbeda dalam arah yang menjauhi sumbu lensa; sehingga suatu
benda yang tadinya berbentuk garis lurus akan berubah bentuknya menjadi
melengkung.
Gambar
2.3 Astigmatisme
2. Aberasi
Kromatik
Aberasi kromatik adalah pembiasan cahaya
yang berbeda panjang gelombang pada titik fokus yang berbeda. Prinsip dasar
terjadinya aberasi kromatis oleh karena fokus lensa berbeda-beda untuk
tiap-tiap warna. Akibatnya bayangan yang terbentuk akan tampak berbagai jarak
dari lensa. Aberasi kromatik timbul akibat perbedaan indeks bias lensa untuk
panjang gelombang cahaya yang berbeda; cahaya yang terdiri dari berbagai
panjang gelombang akan mengalami distorsi atau penguraian warna bila melalui
lensa tersebut, dan fokus pun akan berbeda-beda menurut warna dan panjang
gelombang tersebut sehingga terbentuklah gambar sesuai dengan masing-masing
panjang gelombang itu.
Ada
dua macam aberasi kromatik :
a.
Aberasi kromatik aksial/longitudinal
Perubahan
jarak bayangan sesuai dengan indeks bias.
b.
Aberasi kromatik lateral
Perubahan aberasi dalam
ukuran bayangan. Untuk menghilangkan
terjadinya aberasi kromatis dipakai lensa flinta dan kaca krown; lensa kembar ini
disebut “ Achromatic double lens”.
3. Aberasi
Monokromatik
Aberasi
monokromatik sering juga
disebut aberasi tingkat ketiga
adalah aberasi yang terjadi walaupun sistem optik mempunyai lensa dengan bidang
speris yang telah sempurna dan tidak terjadi dispersi cahaya.
Gambar
2.5 Aberasi Monokromatik
Muka gelombang sinar
yang datar, setelah melewati kanta
akan berinterferensi dengan muka gelombang sinar di sekitarnya dan menjadi muka
gelombang aberasi yang berbentuk speris.
Abersi monokromarik
terbagi menjadi dua :
a.
Aberasi
defocus
Aberasi defocus adalah
aberasi yang disebabkan karena titik api (en:focal point, foci) tidak terletak pada titik fokus paraksial sperisnya,
disebut juga titik santir Gauss (en:Gaussian image point). Defokus,
disebut juga wavefront
aberration, dimodelkan dengan kesalahan longitudinal gelombang cahaya
yang terjadi karena pergeseran titik api ideal pada bidang fokal
menuju titik api pengamatan pada sumbu optis, berikut beserta sperisnya (en:radius of curvature) masing-masing
yang bersinggungan pada pusat optis kanta.
Sinar yang tidak terfokus pada titik api ideal akan merambat menuju bidang
fokal secara transversal dan membentuk lingkaran gamang
yang kita kenal dengan istilah blur.
Aberasi defokus dapat
dikurangi dengan membuat sinar insiden terkolimasi (en:collimated light) dan jarak hiperfokal.
Cahaya kurang terkolimasi pada nilai bukaan kecil memperbesar interferensi
longitudinal gelombang cahaya yang membias menuju ke titik api, interferensi
tersebut akan menimbulkan gelombang cahaya resultan yang dapat jatuh di luar
titik api.
b. Aberasi
kurva medan
Aberasi kurva medan adalah
sebuah aberasi pada sistem optik yang mempunyai bidang fokal
menyerupai lingkaran/kurva.
Bayangan yang dibentuk oleh lensa pada layer letaknya tidak dalam satu bidang
datar melainkan pada bidang lengkung. Peristiwa ini disebut lengkungan medan
atau lengkungan bidang bayangan.
Gambar
2.6 Aberasi kurva medan
Penerapan
Aberasi
Contoh sifat aberasi dalam kehidupan
sehari-hari
1.
Visus Mata
Visus adalah kemampuan
seseorang untuk dapat melihat suatau objek dengan jelas tanpa akomodasi. Dengan
kata lain visus adalah suatu bilangan
yang menunjukkan ketajaman penglihatan.
Misal :
Visus A : 6/40
Artinya : si A dapat mengenal
huruf tersebut pada jarak 6 m sedangkan orang normal dapat mengenal huruf
tersebut pada jarak 40 m.
Untuk
menghasilkan detail penglihatan, sistem optik mata harus memproyeksikan
gambaran yang fokus pada fovea, sebuah daerah di dalam makula yang memiliki
densitas tertinggi akan fotoreseptor konus/kerucut sehingga memiliki resolusi
tertinggi dan penglihatan warna terbaik. Ketajaman dan penglihatan warna
sekalipun dilakukan oleh sel yang sama, memiliki fungsi fisiologis yang berbeda
dan tidak tumpang tindih kecuali dalam hal posisi. Ketajaman dan penglihatan
warna dipengaruhi secara bebas oleh masing-masing unsur.
Seperti
pada lensa fotografi, ketajaman visus dipengaruhi oleh diameter pupil. Aberasi
optik pada mata yang menurunkan tajam penglihatan ada pada titik maksimal jika
ukuran pupil berada pada ukuran terbesar (sekitar 8 mm) yang terjadi pada
keadaan kurang cahaya. Jika pupil kecil (1-2 mm), ketajaman bayangan akan
terbatas pada difraksi cahaya oleh pupil. Antara kedua keadaan ekstrim,
diameter pupil yang secara umum terbaik untuk tajam penglihatan normal dan mata
yang sehat ada pada kisaran 3 atau 4 mm. Korteks penglihatan adalah bagian dari
korteks serebri yang terdapat pada bagian posterior (oksipital) dari otak yang
bertanggung-jawab dalam memproses stimuli visual. Bagian tengah 100 dari lapang
pandang (sekitar pelebaran dari makula), ditampilkan oleh sedikitnya 60% dari
korteks visual/penglihatan. Banyak dari neuron-neuron ini dipercaya terlibat
dalam pemrosesan tajam penglihatan.
2.
Kamera
yang memanfaatkan sifat aberasi
Lensa fokus
halus (soft focus lens) adalah lensa yang memanfaatkan sifat aberasi speris. Soft focus adalah sebuah
efek pada fotografi yang disebabkan oleh blur akibat aberasi speris lensa.
Sebuah lensa fokus halus didesain untuk menimbulkan efek blur tersebut namun
tetap menjaga ketajaman setiap garis dari subyeknya. Efek soft focus yang
ditimbulkan oleh lensa ini tidak sama dengan efek out of focus yang disebabkan
posisi subyek di luar bidang fokus.
Contoh lensa fokus lunak adalah Canon EF
135mm f/2,8 with Softfocus dan Pentax SMC 28mm f/2,8 FA Soft Lens. Keduanya
dilengkapi dengan sistem pengaturan aberasi speris, jika aberasi speris
tersebut dimatikan, lensa akan menghasilkan citra dengan fokus yang tajam
seperti lensa lain pada umumnya.
Gambar
2.7 Canon EF 135mm f/2,8 with Softfocus
Gambar
2.8 Pentax SMC 28mm f/2,8 FA
Soft Lens
Aplikasi
Pemanfaatan Sifat Aberasi
1. Menguji
kesempurnaan lensa berdasarkan sifat aberasi
Telah dilakukan penelitian
tentang perubahan pola frinji akibat ketidaksempurnaan lensa berdasarkan sifat
aberasi lensa dengan menggunakan metode interferometer Twyan-Green. Lensa akan
dikatakan sempurna jika tidak terjadi aberasi, hal ini diperlihatkan dengan
adanya pola frinji yang dihasilkan tidak mengalami perubahan bentuk maupun
penyimpangan posisi (Hecht, 1990).
Sumber cahaya yang digunakan adalah
sinar laser He-Ne dengan panjang gelombang = 632,8 nm dan laser dioda dengan
panjang gelombang = 645 nm. Bahan yang digunakan adalah 4 buah lensa cembung
yang masing masing mempunyai panjang fokus lensa 18 mm, 48 mm, 50 mm dan 100
mm. Tingkat kesempurnaan lensa dapat dilihat dari penyimpangan pola frinji yang
dihasilkan, penyimpangan ini bisa dalam bentuk pola frinji yang dihasilkan
maupun dari posisi pola frinji terhadap titik pusat dari berkas sinar.
Dari pengujian yang
telah dilakukan terhadap empat lensa cembung diperoleh bahwa semakin besar
panjang fokusnya, tingkat kesempurnaannya semakin bagus. Tetapi tingkat
kesempurnaan ini tidak bergantung terhadap panjang fokusnya akan tetapi
bergantung tingkat kelengkungan dari permukaan lensa karena dengan kelengkungan
permukaan lensa yang semakin kecil sifat aberasi sferis lensa semakin kecil
pula.
Cara Kerja :
Lensa yang akan diuji
diletakkan diantara beam spliter (cermin pembagi sinar) dan movable mirror
(cermin yang dapat digeser). Berdasarkan pola frinji yang dihasilkan dari
interferensi sinar yang berasal dari adjustable mirror (cermin yang dapat
diatur kedudukannya) dan movable mirror akan dapat diketahui tingkat aberasi
lensa sehingga tingkat kesempurnaan suatu lensa dapat diketahui. Penelitian ini
dibatasi hanya pada pengamatan pola frinji yang dihasilkan sebelum dan sesudah
memakai bahan (lensa cembung) menggunakan metode interferometer Twyman-Green.
Bahan atau lensa cembung yang digunakan dalam penelitian ini diasumsikan
sebagai lensa tipis.
Pengujian
pada Lensa Cembung dengan Panjang Fokus 18 mm
(a) (b) (c)
Gambar 2.9 Pola
frinji pada lensa cembung dengan f = 18m
Lensa pertama yang diuji
adalah lensa cembung dengan panjang fokus sebesar 18 mm dan diameter 20 mm. Pola
frinji yang terbentuk adalah sama seperti pada saat kalibrasi yakni berbentuk
cincin, hanya ukurannya lebih kecil dan pola frinjinya tampak seperti sebuah
sorotan lampu diatas berkas sinar dan jika dilihat dari posisinya maka ia
mengalami penyimpangan kearah kanan atas yang dilihat dari titik fokus berkas
sinar, hal ini dapat dilihat pada gambar 2.9(a). Penyimpangan ini terjadi
karena lensa mengalami aberasi yang jika dilihat dari gambar yang dihasilkan
terjadi pengkaburan dari setiap pola cincin yang ada, aberasi yang terjadi
dalam hal ini adalah aberasi sferis (Spherical aberation) yaitu aberasi yang
terjadi karena permukaan yang dilalui sinar berbentuk sferis.
Gambar 2.9(c) menunjukkan
ukuran lebar cincin dari pola frinji yang dihasilkan. Jika pada saat kalibrasi
menggunakan laser He-Ne menghasilkan pola frinji yang mempunyai lebar cincin
untuk terang pertama sekitar 2,7 cm dan gelap pertama sekitar 0,3 cm maka kali
ini menghasilkan pola frinji yang mempunyai lebar cincin terang pertama sekitar
0,3 cm dan cincin gelap pertama sekitar 0,1 cm dan diameter keseluruhan pola
frinji yang teramati sekitar 1,0 cm. Jadi jika dibandingkan dengan pola frinji
pada saat kalibrasi pola frinji ini sangatlah kecil sekali, padahal keduanya
diambil pada jarak layar yang sama yaitu 80 cm.
(a) (b) (c)
Gambar 2.10 Pola frinji yang dihasilkan dari pengujian pada lensa cembung
dengan f = 18m
menggunakan laser dioda
Gambar 2.10 menunjukkan
bentuk pola frinji yang dihasilkan dari pengujian yang dilakukan terhadap lensa
cembung dengan panjang fokus sebesar 18 mm menggunakan laser dioda. Pola frinji
yang dihasilkan tidak jauh beda dengan pengujian menggunakan laser He-Ne yaitu
berbentuk cincin kecil yang timbul diatas berkas sinar terlihat pada gambar 2.10(a).
Dari gambar tersebut terlihat pula terjadi penyimpangan posisi pola frinji yang
timbul, jika pengujian sebelumnya penyimpangan terjadi pada bagian kanan atas
berkas maka pada pengujian kali ini terdapat pada bagian kanan dari berkas. Hal
ini karena aberasi sferis (penyimpangan sinar akibat permukaan melengkung) yang
terjadi berbeda untuk sinar yang berbeda, aberasi ini juga tampak terjadi jika
dilihat dari gambar 2.10(b) yaitu pola frinji yang terjadi mengalami pengikisan
pada setiap pola cincin yang dihasilkan.
Pengujian lensa menggunakan laser dioda
maupun laser He-Ne, ternyata jika dilihat dari ukuran besar kecilnya pola
frinji yang dihasilkan akan menghasilkan pola dengan ukuran yang sama yaitu terang
pertama mempunyai diameter cincin sebesar 0,3 cm dan lebar cincin gelap pertama
sekitar 0,1 cm, akan tetapi keseluruhan pola frinji yang teramati dengan
menggunakan laser dioda mempunyai lebar diameter yang lebih pengamatan
dilakukan pada jarak yang sama.
DAFTAR
PUSTAKA
[1] Sarojo,
Ganijanti Aby.2011.Gelombang dan Optika.Jakarta
: Salemba Teknika.
[3] (http://www.the-digital-picture.com/Reviews/Canon-EF-135mm-f-2.8-with-Softfocus-Lens-Review.aspx).
0 komentar:
Posting Komentar