La distorsione curvilinea

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Quando si utilizza un diaframma a iride in una fotocamera per ridurre le aberrazioni, è importante che quest’ultimo sia posizionato in modo tale che possa trasmettere il fascio di raggi che circondano il raggio primario (ovvero il raggio che passa attraverso il centro della lente). Quando si utilizza un particolare stop dell’apertura (ovvero del diaframma) per controllare delle aberrazioni quali la coma, si ottiene come contro effetto una distorsione. Se il diaframma è posizionato per esempio di fronte alla lente o dietro di essa, il fascio di raggi selezionato non passa attraverso il centro perfetto della lente (come si assume nella teoria basata sulle lenti sottili), ma attraverso una regione più periferica: se il raggio è deviato verso l’interno, avremo una distorsione barilotto; se al contrario è deviato verso l’esterno, avremo una distorsione a cuscinetto. I due nomi, come abbiamo già avuto modo di scrivere in precedenza, rappresentano le forme in cui vengono distorte le immagini finali. Questa tipologia di distorsioni, chiamata genericamente distorsione curvilinea, in pratica trasforma le linee rette in curve con la direzione di curvatura differente in funzione del diaframma. La distorsione curvilinea è differente da altre distorsioni come la distorsione geometrica e la conseguente distorsione percettiva, classica delle foto scattate con un obiettivo grandangolare da una distanza inadeguata.

Essendo una distorsione (e quindi la distorsione curvilinea) una conseguenza diretta dell’uso di un diaframma,  non può essere ridotta riducendo l’apertura. Al contrario, l’uso di un’apertura più piccola (che aumenta la nitidezza dell’immagine) incide negativamente sulla distorsione, incrementandola.

La distorsione può essere minimizzata realizzando le lenti con configurazioni simmetriche o quasi simmetriche. Esistono delle lenti che vengono chiamate fast-rectilinear: si tratta di lenti disegnate appositamente per ridurre  quasi a zero la distorsione (rettilinee) ad una ragionevole apertura (fast). Una lente che risolve del tutto la distorsione(e quindi non solo la distorsione curvilinea) viene invece chiamata ortoscopica.

Alcuni obiettivi simmetrici hanno componenti anteriori e posteriori rimovibili: il componente frontale di un sistema del genere introduce distorsione a cuscinetto, mentre la lente introduce una distorsione a barilotto. Ipotizzando che le due lenti siano perfettamente simmetriche, la componente a barilotto andrà a cancellare la componente a cuscinetto, permettendo quindi di ottenere un’immagine non distorta. L’uso di una costruzione simmetrica elimina non solo la distorsione, ma anche la coma e l’aberrazione cromatica laterale. Purtroppo, come conseguenza negativa, avremo una forte componente di aberrazione sferica che limita l’uso della massima apertura a circa f/4.

Le lenti realizzate con sistemi altamente asimmetrici, come i teleobiettivi e i grandangolari,  sono inclini a distorsioni residue: ad esempio i teleobiettivi possono mostrare la distorsione a cuscinetto mentre i grandangolari la distorsione a barilotto anche se, tecnicamente, dovrebbero esserne esenti (l’effetto è più grave nelle lenti grandangolari). Anche negli obiettivi zoom c’è una distorsione a cuscinetto e barilotto residua, rispettivamente con lunghezze focali lunghe o corte. Le lenti di uso generale di solito hanno circa l’1 per cento di distorsione, misurato come un errore di spostamento rispetto all’ideale: un valore non nullo ma sicuramente accettabile. Da notare che gli obiettivi grandangolari per fotografia di architettura hanno un valore di distorsione quasi nullo (misurabile in micrometri) per il tipo di foto che devono realizzare. Ovviamente questi obiettivi, per il tipo di lenti impiegati, hanno un costo molto elevato.