Scopri cosa causa l'aberrazione sferica in fotografia e 3 modi per ridurla

In fotografia, ci sono numerose aberrazioni ottiche, o imperfezioni, causate dal modo in cui le superfici delle lenti focalizzano la luce che catturano. Quando i raggi di luce che passano attraverso un sistema ottico non riescono a convergere in un unico punto, influisce negativamente sulla formazione dell'immagine e riduce la qualità dell'immagine.

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Esistono due tipi di aberrazioni dell'obiettivo: cromatiche (l'incapacità di mettere a fuoco diverse lunghezze d'onda del colore nello stesso punto); e monocromatico (quando gli obiettivi non possono mettere a fuoco un singolo colore di luce). Dei cinque sottotipi di monocromatico, uno dei più comuni è l'aberrazione sferica.

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• Che cos'è l'aberrazione sferica nella fotografia?
• Che cosa causa l'aberrazione sferica?
• Qual è la differenza tra l'aberrazione sferica positiva e negativa?
• Qual è l'impatto dell'aberrazione sferica nella fotografia?
• Come si riduce l'aberrazione sferica?

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Che cos'è l'aberrazione sferica nella fotografia?

L'aberrazione sferica si verifica quando i raggi luminosi in ingresso passano attraverso lenti con superfici sferiche e si concentrano in punti diversi sul sensore di una fotocamera. È un sottotipo di aberrazione monocromatica, un'imperfezione causata da un obiettivo che si concentra su un singolo colore della luce.

• È più facile ed economico formare superfici sferiche rispetto a quelle con superfici asferiche o caratteristiche dell'indice di gradiente, quindi i produttori in genere producono lenti e specchi curvi con superfici sferiche.
• I raggi luminosi che passano attraverso superfici sferiche vicino all'asse orizzontale (raggi parassiali) rifrangono meno dei raggi che passano più vicino al bordo (raggi periferici). Di conseguenza, i raggi di luce paralleli finiscono in punti diversi lungo l'asse ottico, senza mai convergere.
• Quando un fronte d'onda è aberrato sfericamente, i raggi periferici si focalizzano più vicino alla lente rispetto ai raggi parassiali. La differenza tra la focalizzazione finale dei due tipi di raggi è un modo per misurare la gravità dell'aberrazione sferica in un sistema.

Che cosa causa l'aberrazione sferica?

Tre fattori causano aberrazioni sferiche: il design dell'obiettivo, la qualità del materiale in vetro dell'obiettivo e il posizionamento degli elementi all'interno dell'alloggiamento dell'obiettivo. I materiali di scarsa qualità e le bolle grandi possono influire notevolmente sulla riflessione della luce.

In una lente perfetta, tutti i raggi luminosi la attraverserebbero e convergerebbero in un unico punto focale. I produttori hanno sviluppato nel corso degli anni metodi precisi e specializzati per ridurre l'effetto dell'aberrazione sferica.

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Qual è la differenza tra l'aberrazione sferica positiva e negativa?

L'aberrazione sferica positiva si verifica quando i raggi periferici sono troppo piegati. L'aberrazione sferica negativa si verifica quando i raggi periferici non sono piegati a sufficienza. L'effetto è proporzionale alla quarta potenza del diametro e inversamente proporzionale alla terza potenza della lunghezza focale, quindi è molto più pronunciato a rapporti focali brevi, o lenti veloci.

• Le lenti sferiche hanno punti aplanatici (nessuna aberrazione sferica) solo a un raggio uguale al raggio della sfera diviso per l'indice di rifrazione del materiale della lente.
• Mentre l'aberrazione sferica si verifica in uno specchio sferico o in una lente perché focalizzano i raggi paralleli lungo una linea invece che su un punto, la curvatura del campo o la curvatura del campo Petzval, risulta perché il piano focale in realtà non è planare, ma sferico.

Qual è l'impatto dell'aberrazione sferica nella fotografia?

Esistono diversi modi in cui l'aberrazione sferica influisce negativamente sulla qualità dell'immagine prodotta da un sistema ottico.

• Visto attraverso una lente con aberrazione sferica, un punto di luce avrà un effetto alone abbastanza uniforme al centro e sui bordi di un'immagine.
• Quando i raggi di luce paralleli non convergono nello stesso punto, riduce la forza focale, che a sua volta danneggia sia la risoluzione che la chiarezza dell'immagine. Ciò rende difficile per un fotografo ottenere immagini nitide.
• Quando si utilizzano obiettivi ad ampia apertura, i fotografi possono anche riscontrare un'aberrazione cromatica, l'incapacità di un obiettivo di mettere a fuoco tutti i colori nello stesso punto. La correzione incoerente dell'aberrazione sferica tra diverse lunghezze d'onda può provocare una sfumatura magenta per le aree sfocate in primo piano e una sfumatura verdastra nella parte fuori fuoco dello sfondo, o viceversa.

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Come si riduce l'aberrazione sferica?

Pensa come un professionista

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Esistono due metodi principali per ridurre l'aberrazione sferica. Quello che funziona meglio per te potrebbe ridursi al tuo budget.

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• L'utilizzo di una superficie della lente asferica (non sferica) specializzata, che curva verso l'esterno su un lato allo scopo di far convergere i raggi luminosi in un singolo punto focale, può risolvere l'aberrazione sferica (oltre all'aberrazione comatica e all'astigmatismo). Se puoi permetterti lenti asferiche, questa è un'ottima opzione.
• Sebbene non siano economici, gli obiettivi a gradiente di indice, che hanno un indice di rifrazione che è più alto al centro dell'obiettivo e diminuisce gradualmente più vicino al bordo dell'obiettivo, possono anche eliminare l'aberrazione sferica.

I fotografi possono anche ridurre al minimo l'effetto dell'aberrazione sferica nei sistemi di lenti utilizzando una lente convessa e una lente concava in una combinazione speciale.

• Quando il diaframma dell'obiettivo è completamente aperto, alla massima apertura, l'aberrazione sferica è più pronunciata. Le lamelle dell'apertura bloccano i bordi esterni di una lente sferica, quindi l'arresto dell'obiettivo, anche di un solo stop, può ridurre drasticamente l'aberrazione sferica. Se chiudi il diaframma, eliminando i raggi di luce più laterali, l'area di migliore messa a fuoco sembra allontanarsi dall'obiettivo. Se non puoi permetterti una lente asferica, questo è un buon modo per migliorare la tua immagine.

Un altro modo in cui i produttori di lenti riducono l'aberrazione sferica è con piastre di compensazione o piastre di correzione. Facilmente inseriti in un sistema, questi componenti ottici a elemento singolo possono ridurre le dimensioni dello spot e migliorare drasticamente la qualità dell'immagine senza una riprogettazione completa del sistema e senza l'inclusione di software costosi e dispendiosi in termini di tempo e controlli ottici adattivi.

Per progetti semplici, è possibile calcolare parametri che riducono al minimo l'aberrazione sferica. Se, ad esempio, si dispone di una singola lente con superfici sferiche e una data distanza dell'oggetto, distanza dell'immagine e indice di rifrazione, è possibile ridurre al minimo l'aberrazione sferica regolando i raggi di curvatura delle superfici anteriore e posteriore dell'obiettivo.

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