Na fotografia, existem inúmeras aberrações ópticas - ou imperfeições - causadas pela maneira como as superfícies das lentes focalizam a luz que capturam. Quando os raios de luz que passam por um sistema óptico não conseguem convergir em um único ponto, isso afeta negativamente a formação da imagem e reduz a qualidade da imagem.

Existem dois tipos de aberrações de lentes: cromáticas (a incapacidade de focalizar vários comprimentos de onda de cor no mesmo ponto); e monocromático (quando as lentes não conseguem focar uma única cor de luz). Dos cinco subtipos de monocromático, um dos mais comuns é a aberração esférica.

A lente da câmera abre com reflexo colorido

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O que é aberração esférica na fotografia?

A aberração esférica ocorre quando os raios de luz que chegam passam através das lentes com superfícies esféricas e focam em pontos diferentes no sensor de uma câmera. É um subtipo de aberração monocromática - uma imperfeição causada por uma lente focalizando uma única cor de luz.

  • É mais fácil e barato formar superfícies esféricas do que aquelas com superfícies asféricas ou características de índice de gradiente, portanto, os fabricantes geralmente produzem lentes e espelhos curvos com superfícies esféricas.
  • Os raios de luz que passam pelas superfícies esféricas próximas ao eixo horizontal (raios paraxiais) refratam menos do que os raios que passam perto da borda (raios periféricos). Como resultado, os raios de luz paralelos acabam em pontos diferentes ao longo do eixo óptico, nunca convergindo.
  • Quando uma frente de onda é aberrada esfericamente, os raios periféricos focalizam mais perto da lente do que os raios paraxiais. A diferença entre onde os dois tipos de raios enfim focam é uma forma de medir a gravidade da aberração esférica em um sistema.

O que causa aberração esférica?

Três coisas causam aberrações esféricas: design da lente, a qualidade do material de vidro da lente e a colocação de elementos dentro do compartimento da lente. Materiais de baixa qualidade e bolhas grandes podem impactar bastante a reflexão da luz.

Em uma lente perfeita, todos os raios de luz passariam por ela e convergiriam em um único ponto focal. Os fabricantes desenvolveram métodos precisos especializados ao longo dos anos para reduzir o efeito da aberração esférica.

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Qual é a diferença entre aberração esférica positiva e negativa?

A aberração esférica positiva ocorre quando os raios periféricos são muito curvados. A aberração esférica negativa ocorre quando os raios periféricos não são dobrados o suficiente. O efeito é proporcional à quarta potência do diâmetro e inversamente proporcional à terceira potência da distância focal, por isso é muito mais pronunciado em proporções focais curtas ou lentes rápidas.

  • As lentes esféricas têm pontos aplanáticos (sem aberração esférica) apenas em um raio que é igual ao raio da esfera dividido pelo índice de refração do material da lente.
  • Enquanto a aberração esférica ocorre em um espelho ou lente esférica porque eles focalizam raios paralelos ao longo de uma linha em vez de para um ponto, a curvatura do campo ou a curvatura do campo de Petzval resulta porque o plano focal não é realmente plano, mas esférico.

Qual é o impacto da aberração esférica na fotografia?

Existem várias maneiras pelas quais a aberração esférica afeta negativamente a qualidade da imagem que um sistema óptico produz.

  • Visto através de uma lente com aberração esférica, um ponto de luz terá um efeito de halo bastante uniforme no centro e nas bordas de uma imagem.
  • Quando os raios de luz paralelos não convergem no mesmo ponto, isso reduz a força focal, o que por sua vez prejudica a resolução e a clareza da imagem. Isso torna difícil para um fotógrafo obter imagens nítidas.
  • Ao usar lentes de grande abertura, os fotógrafos também podem encontrar aberração cromática, a falha de uma lente em focar todas as cores no mesmo ponto. A correção de aberração esférica inconsistente entre diferentes comprimentos de onda pode resultar em um tom magenta para áreas fora de foco no primeiro plano e um tom esverdeado na parte fora de foco do fundo, ou vice-versa.

Como você reduz a aberração esférica?

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Existem dois métodos principais para reduzir a aberração esférica. Aquele que funciona melhor para você pode se limitar ao seu orçamento.

  • Usar uma superfície de lente asférica (não esférica) especializada, que se curva para fora em um lado com o propósito de convergir os raios de luz em um único ponto focal, pode resolver a aberração esférica (bem como a aberração comática e astigmatismo). Se você pode comprar lentes asféricas, essa é uma ótima opção.
  • Embora não sejam baratas, as lentes de índice gradiente, que têm um índice de refração mais alto no centro da lente e diminui gradualmente próximo à borda da lente, também podem eliminar a aberração esférica.

Os fotógrafos também podem minimizar o efeito da aberração esférica em sistemas de lentes usando uma lente convexa e uma lente côncava em uma combinação especial.

  • Quando o diafragma da lente está totalmente aberto, na abertura máxima, a aberração esférica é mais pronunciada. As lâminas de abertura bloqueiam as bordas externas de uma lente esférica, portanto, parar a lente - mesmo por uma única parada - pode reduzir drasticamente a aberração esférica. Se você fechar a abertura, eliminando os raios de luz mais laterais, a área de melhor foco parece se afastar da lente. Se você não pode pagar uma lente asférica, esta é uma boa maneira de melhorar sua imagem.

Outra forma que os fabricantes de lentes usam para reduzir a aberração esférica é com placas de compensação ou placas corretivas. Facilmente inseridos em um sistema, esses componentes ópticos de elemento único podem diminuir o tamanho do ponto e melhorar drasticamente a qualidade da imagem sem um redesenho completo do sistema e sem a inclusão de software caro e demorado e controles ópticos adaptativos.

Para projetos simples, você pode calcular parâmetros que minimizam a aberração esférica. Se, por exemplo, você tem uma única lente com superfícies esféricas e uma determinada distância do objeto, distância da imagem e índice de refração, você pode minimizar a aberração esférica ajustando os raios de curvatura das superfícies frontal e traseira da lente.

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