Aberrazione Sferica

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Un altro problema che affligge le lenti fotografiche è l’aberrazione sferica. La deviazione o la quantità di rifrazione di un raggio di luce dipende dagli gli angoli di incidenza con le superfici delle lenti che incontra sul suo percorso e dall’indice di rifrazione degli elementi. Le superfici delle  lenti sono quasi sempre sferiche in quanto, tale forma facile da produrre. Tuttavia, una lente singola con una o due superfici sferiche non permette a tutti i raggi parassiali di focalizzare nello stesso punto. Il punto esatto di messa a fuoco dipende dalla zona (una zona è una regione anulare della lente centrata sull’asse ottico) della superficie della lente in esame. I raggi di luce che passano attraverso le zone esterne (quelle marginali della lente, per intenderci) giungono in un punto di focalizzazione più vicino alla lente rispetto ai raggi che passano in una zona centrale della lente stessa.

aberrazione sferica
L’aberrazione sferica si traduce nei differenti punti di messa a fuoco per i raggi che attraversano la lente in differenti zone.

Di conseguenza, una soggetto puntiforme non produce, come immagine finale un punto, bensì una linea. Questo problema è chiamato aberrazione sferica. In una lente semplice, l’aberrazione sferica può essere ridotta utilizzando un’apertura limitata (piccola) fermando-down a una piccola apertura (questo perché si va a ridurre il piano di messa a fuoco, rendendo di fatto la “linea” risultate molto corta. Inoltre, l’aberrazione sferica viene anche ridotta in fase di realizzazione della lente effettuando un un’opportuna scelta dei raggi di curvatura delle due superfici della lente

La correzione dell’aberrazione sferica si può ottenere scegliendo un’opportuna combinazione di elementi positivi e negativi: se per esempio prendiamo due lenti che hanno la stessa aberrazione sferica e li contrapponiamo, il risultante è l’annullamento dell’aberrazione stessa. Questa correzione può essere combinata con quella necessaria per ridurre l’aberrazione cromatica e il coma: in questi casi, la lente risultante è definita aplanatica. Va comunque detto che è difficile fornire una correzione completa per il fenomeno dell’aberrazione sferica, ed il motivo è legato al fatto che, come per l’aberrazione cromatica, anche l’aberrazione sferica ha sia una componente assiale che una laterale. Questo fatto limita l’apertura massima utile per  alcuni disegni di lenti semplici (per esempio f / 5.6). Disegni elaborati come quelli derivati dalla configurazione a doppio Gauss (con sei o più elementi) consentono aperture di f / 2 e superiori, fornendo al contempo una correzione adeguata: ovviamente soluzioni del genere hanno un costo molto maggiore.

L’utilizzo di una lente con superficie asferica può permettere l’uso di un’apertura utile maggiore o anche consentire la realizzazione di una lente (per una data apertura massima) con meno elementi. Un ulteriore vantaggio delle superfici asferiche è che l’attuale tecnologia permette di realizzarle con costi tutto sommato contenuti, utilizzabili quindi in obiettivi anche di medio o basso costo.

Un’altra alternativa per la riduzione dell’aberrazione sferica è quella di utilizzare vetri ottici ad altissimo indice di rifrazione: questi vetri necessitano di curvature inferiori, con conseguente riduzione del fenomeno dell’aberrazione sferica. Ovviamente, in questi casi, il costo non è indifferente.

L’aberrazione sferica, inoltre, non è una costante ma varia con la distanza messa a fuoco. Un obiettivo che è stato realizzato per fornire una piena correzione dell’aberrazione sferica all’infinito, potrebbe comportarsi molto male (dal punto di vista dell’aberrazione sferica) quando viene focalizzato ad una distanza più corta. Questo problema si risolve nella stragrande maggioranza degli obiettivi introducendo un gruppo di lenti che si sposta assialmente al modificare della distanza di focalizzazione. Il gruppo di lenti permette quindi una correzione “fluida” dell’aberrazione sferica (praticamente tutti gli obiettivi zoom ma soprattutto i macro incorporano questo gruppo di lenti mobili, spesso mosse dal motore di messa a fuoco, e quindi trasparenti al fotografo).

Da notare, infine, che alcuni obiettivi sono stati progettati per avere una quantità controllabile di aberrazione sferica residua al fine di ottenere un effetto “soft-focus“, particolarmente utile per la ritrattistica.

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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.