Aberrazione cromatica assiale

L’indice di rifrazione dei material trasparenti varia con la lunghezza d’onda della luce che passa attraverso il materiale stesso: lunghezze d’onda più corte sono rifratte molto più delle lunghezze d’onda più lunghe, dando vita ad una dispersione spettrale ed una dispersione di potenza. Il fuoco principale di una lente varia quindi con la lunghezza d’onda trasmessa, cioè la lunghezza focale varia con il colore della luce. Questa differenziazione di focalizzazione lungo l’asse ottico di una lente positiva è mostrato nella figura di sotto: la messa a fuoco per la luce blu è più vicina alla lente rispetto al punto di messa a fuoco per la luce rossa.

Aberrazione cromatica assiale 00

In pratica, l’immagine soffre di aberrazione cromatica assiale. Le prime lenti fotografiche presentavano un disegno molto semplice e la non coincidenza del fuoco visivo (tradizionalmente colori giallo-verde) con il fuoco “chimico” (blu) dei materiali sensibili al blu (materiali ordinari) era uno dei problemi più grandi. Per risolvere il problema era necessario permettere lo spostamento del focus alterando l’impostazione del fuoco o utilizzando un’apertura molto piccola al fine di aumentare la profondità di fuoco. Quest’ultimo metodo è quello spesso utilizzato delle fotocamere economiche in quanto permette, semplicemente giocando con l’apertura, di usare lenti semplici (e quindi economiche). Il risultato che ne deriva, anche con pellicole a colori, era  consente alle lenti semplici da utilizzare nelle fotocamere economiche, con risultati ragionevoli, anche con pellicola a colori.

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Nel 1757 Dollond ha dimostrato che che se un obiettivo è costituito da due elementi di vetro ottico differente, le aberrazioni cromatiche generate dal primo possono essere corrette dal secondo vetro. Per ottenere questo risultato viene generalmente utilizzata una combinazione di un vetro ottico positivo a “corona” e uno negativo a “selce”. L’elemento convergente a “corona” ha un indice di rifrazione basso ed un  basso (piccolo) potere dispersivo, mentre l’elemento divergente a “selce” ha un indice di rifrazione più elevato e più potere dispersivo. Inoltre, l’elemento a corona ha un maggiore potere rifrattivo rispetto all’elemento a selce: combinando le due lenti insieme in un obiettivo, si ottiene un sistema globalmente positivo, ma con le dispersioni positive e negative uguali, quindi che si annullano a vicenda. I due elementi possono essere separati oppure incollati. Una lente a doppietto acromatica con gli elementi incollati è mostrata nella figura qui di seguito.

Aberrazione cromatica assiale 01
I primi due schemi rappresentano la lente positiva e quella negativa, con le rispettive aberrazioni. In basso le due lenti incollate con la corrispondente aberrazione “nulla”

Altri errori quali l’aberrazione sferica e il coma possono essere simultaneamente corretti con questa configurazione, dando risultati soddisfacenti su un campo ristretto ad una piccola apertura.

La resa cromatica di un obiettivo è di solito indicata tramite un grafico riportante la lunghezza d’onda contro lunghezza focale, come mostrato nella Figura seguente.

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Aberrazione cromatica assiale
Nel grafico sono riportati differenti tipi di correzioni (lenti) per l’aberrazione cromatica assiale). le lettere sull’asse verticale rappresentano le lunghezze d’onda delle linee spettrali di Fraunhofer. L’aberrazione residua è riportata come una percentuale (asse orizzontale) della lunghezza focale.

Nel disegno si vedono differenti tipi di correzione dell’aberrazione cromatica assiale. Quando si ha un obiettivo non corretto, la variazione di messa a fuoco al variare della lunghezza d’onda, è una linea retta. Per una lente acromatica è più o meno una parabola: la curva indica la presenza di uno spettro secondario residuo non corretto, mentre i due punti in cui la parabola interseca lo 0 (ovvero no aberrazione) corrispondono di solito al blu ed al rosso dello spettro.

Per alcune applicazioni, come quando si lavora sui singoli colori, una lente può essere corretta per azzerare l’aberrazione in tre punti corrispondenti al rosso, al verde ed al blu. Una lente in possesso di questo elevato grado di correzione si dice che sia apocromatica. È anche possibile ottenere un elevato grado di correzione e ottenere ben quattro passaggi per lo zero. Si tratta, in questo caso, di lenti super-acromatiche (che intersecano lo zero in corrispondenza del blu, verde, rosso e infrarossi, in modo da rendere non necessaria un’ulteriore correzione tramite sistemi attivi tra in 400 e i 1000 nm).

Per la correzione cromatica, in generale sono necessari materiali differenti dal semplice vetro. Le materie plastiche (polimeri) sono utilizzate negli obiettivi fotografici sia come singoli elementi o come combinazioni ibride vetro-plastica per la realizzazione di lenti asferiche. È possibile progettare una combinazione acromatica (al fine di correggere l’aberrazione cromatica assiale) utilizzando anche solamente materie plastiche, grazie alla grande quantità di soluzioni di qualità. L’uso di superfici riflettenti che non disperdono la luce (sotto forma di “lenti a specchio“) offrono un’altra soluzione percorribile anche se, spesso, si tratta di soluzioni che funzionano solo per lenti con messa a fuoco molto lunga. Un esempio di soluzioni che usano queste lenti sono gli obiettivi catadiottrici. Il problema di queste soluzioni è che lenti del genere richiedono un’ulteriore correzione del colore.

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Fondatore di Fotografare in Digitale, ho sempre amato il mondo della fotografia e la possibilità di catturare un momento, un attimo, una sensazione tramite un semplice scatto. Nato come fotografo per caso quando misi le mani sulla mia prima Nikon D1, ho ampliato le mie conoscenze ed esperienze fotografiche, decidendo quindi di condividerle con chiunque fosse interessato alla fotografia. Sono un fotografo amatoriale di buon livello e continuo imperterrito a girare per le città con la fedele Nikon (ora una D800) appesa al collo.