¿Cuántos tipos de aberraciones ópticas hay en las lentes? ¿Y qué son?

Todo el mundo escucha algo sobre la aberración cromática, pero ¿existen otros tipos? ¿Qué los causa?

Consulte también ¿Qué características de calidad de imagen hacen que un objetivo sea bueno o malo? , que tiene fotografías representativas de muchos de estos.

Respuestas (4)

Existen numerosos tipos de aberraciones ópticas que puede encontrar con una lente. La aberración cromática es solo una de ellas. Algunos son más drásticos, otros son más sutiles.

Destello de lente

Probablemente la aberración más conocida es el destello de lente. Los destellos ocurren cuando la luz que no es incidente ingresa a la lente y se refleja en los diversos elementos de la lente y/o el diafragma. El efecto, cuando es lo suficientemente fuerte, puede crear manchas y rayas brillantes, y también puede tener un efecto perjudicial en el contraste donde ocurre. El destello generalmente es causado por una fuente de luz brillante cerca de la escena, como el sol, o una luz brillante que ilumina la escena.

Puede mitigar o eliminar los destellos usando un parasol. Para los teleobjetivos, un parasol redondo bloqueará toda la luz que no sea incidente. Para lentes más anchos, lo mejor es un parasol en forma de pétalo, ya que tiene en cuenta el factor de forma ancho del sensor. Los elementos de lentes multicapa ayudan a reducir los reflejos no deseados y, cuando se usan para los elementos de lentes delanteros y traseros, pero especialmente cuando se usan en todos los elementos de lentes internos, pueden reducir en gran medida los destellos. Los filtros, al ser un elemento de vidrio adicional con sus propias imperfecciones, probablemente aumentarán la posibilidad de que se ensanchen.

Imagen fantasma

Al igual que los destellos, las imágenes fantasma son el resultado de la luz que rebota en el sensor, se refleja en el elemento o elementos de la lente trasera y regresa al sensor. La imagen fantasma generalmente crea una réplica suave y descentrada de su imagen principal. Puede parecerse a lo que ve una persona con astigmatismo, una copia descentrada de la escena ligeramente borrosa o con rayas.

Los lentes de mayor calidad utilizan elementos de lente con revestimiento milti para reducir el reflejo tanto como sea posible, y pueden limitar los casos en los que es posible que se produzcan imágenes fantasma. Sin embargo, es imposible eliminar por completo el reflejo y, en los escenarios correctos, el efecto fantasma siempre es posible hasta cierto punto.

Distorsión

Otro tipo de comportamiento aberrante de la lente es la distorsión. Se presenta en dos variedades: alfiletero y barril. En la mayoría de los objetivos con zoom, la distorsión se produce en los extremos de la distancia focal. Los lentes más baratos a menudo tienen más problemas con la distorsión que los lentes de mayor calidad, sin embargo, casi todos los lentes tienen algún grado de distorsión (incluidos los lentes fijos). Muchos lentes tienen un grado de distorsión tan bajo que no es un factor, y otros son claramente notable La distorsión puede no ser un gran problema si no está fotografiando sujetos que hagan evidentes los efectos de la distorsión, como paredes de ladrillo o edificios.

Además de la distorsión de acerico y de barril, muchas lentes crearán distorsión en la perspectiva. Particularmente con lentes gran angular, se pueden ver distorsiones en la perspectiva cuando se usan distancias focales muy amplias.

Ciertos tipos de lentes, a menudo llamados lentes TS o Tilt-Shift, tienden a generar muy poca distorsión de barril o de cojín. Dichos lentes ofrecen dos controles adicionales sobre el enfoque y el zoom normales: inclinación y desplazamiento. Con estos controles adicionales, un fotógrafo puede eliminar la distorsión de la perspectiva en un grado u otro y restaurar un grado adecuado de perspectiva estrecha en sus imágenes.

Aberración esférica

La aberración esférica es otro tipo de aberración óptica que puede ocurrir en las lentes de las cámaras. Es el resultado de la diferencia en la refracción en los bordes de una lente en comparación con el centro, lo que resulta en una convergencia inadecuada de la luz en lugar de convergencia en un punto focal. La aberración esférica generalmente da como resultado un enfoque más suave, en lugar de un enfoque claro y nítido.

La aberración esférica se puede corregir de dos maneras. Se puede usar una combinación de lentes esféricas convexas y cóncavas para corregir la convergencia de la luz. Las lentes profesionales modernas de gama alta a menudo incluyen un elemento de lente asférica. Los elementos de lentes asféricas causan menos refracción en los bordes y más en el centro, lo que da como resultado una convergencia adecuada en una distancia focal determinada.

Algunas lentes, como las lentes para retratos de enfoque suave, dejan intencionalmente una cierta cantidad de aberración esférica en su lugar para producir tomas más agradables. En estos casos, la aberración esférica es un efecto deseable, uno que puede buscar explícitamente en una lente.

Coma

Relacionada con la aberración esférica, la aberración comática es un problema de refracción que ocurre en fuentes de luz puntuales fuera del eje. Debido a la diferencia de refracción cerca de los bordes de un elemento de lente esférico, las fuentes puntuales fuera del eje pueden aparecer estiradas y con un "halo" en el plano focal. Coma es generalmente una combinación de aberración esférica de una fuente de luz puntual y aberración cromática para producir un efecto que parece un cometa.

El coma generalmente se controla mediante el uso de lentes de la curvatura adecuada para minimizar la distorsión de los bordes. En las lentes de las cámaras, generalmente se requiere una combinación de elementos de lente para minimizar tales aberraciones ópticas. La aberración comática es un problema que afecta en gran medida a quienes realizan fotografía nocturna o astrofotografía, ya que las fuentes de luz puntuales son las más comunes en estos escenarios.

Difracción

También es posible un último tipo de distorsión, que prevalece en todas las cámaras. La difracción es un efecto de la luz, dada su naturaleza de forma de onda. Cuando las olas encuentran un borde o una abertura, tienen la tendencia a doblarse alrededor de él. El diafragma de una cámara permite controlar la apertura, o la abertura a través de la cual pasa la luz en su camino hacia el sensor. La apertura nos da control sobre la cantidad de luz que llega al sensor... pero como resultado, también puede causar desenfoque de difracción a través de un efecto llamado disco de aire.

En aperturas suficientemente amplias, la difracción es lo suficientemente baja como para no causar ningún problema. Sin embargo, todos los sensores tienen un límite de difracción, más allá del cual los efectos de la difracción comenzarán a afectar la calidad de la imagen. Para la mayoría de los sensores, esto es alrededor de f/8 a f/11. Cuanto más grandes sean los sitios de fotos y más eficaz sea la microlente alrededor de cada sitio de fotos en un sensor, mayor será la apertura límite. Cuando la apertura se detiene lo suficientemente por debajo del límite de difracción, el efecto de disco aireado permitirá que la luz se desvanezca más allá del píxel del sensor deseado (fotosito) y afecte a otros. Las aperturas por debajo de f/22 generalmente comenzarán a causar suficiente pérdida de nitidez para contrarrestar las ganancias al tener una apertura más estrecha.

Si bien la difracción de la luz es causada por el diafragma de una lente, debe tenerse en cuenta que el efecto resultante depende del sensor de la cámara. Los sensores grandes de fotograma completo en los cuerpos de las cámaras DSLR de gama alta presentarán menos problemas debido a la difracción que los sensores más pequeños en los cuerpos de las cámaras DSLR de nivel de entrada, que a su vez presentarán problemas significativamente menores que los sensores diminutos y densos en píxeles en la mayoría de los puntos. y disparar cámaras.

Gran respuesta. Selecciones de un par de liendres: en el destello de la lente, la pérdida de contraste no tiene un requisito previo de un punto brillante o una raya, como puede implicar su redacción. El revestimiento ayuda a mitigar los destellos (junto con las imágenes fantasma, como mencionaste). Además, el parasol en forma de pétalo es siempre el mejor en cualquier lente, incluidos los teleobjetivos. La mayoría de los teleobjetivos (de consumo) tienen un elemento frontal giratorio, por lo que se utiliza un parasol redondo. Muchos teleobjetivos profesionales utilizan parasoles en forma de pétalo. Algunos usan capotas redondas sin FE giratorio por costo y capacidad para colocarse en el suelo. La difracción es una aberración óptica del espaciado de píxeles, no de la lente.
@Eruditass: técnicamente hablando, la difracción es la curvatura de la luz alrededor de un obstáculo y tiene poco que ver con los píxeles. En el contexto de una cámara, la difracción se produce cuando la luz pasa a través de una apertura inferior a su ajuste máximo. La distorsión en la forma de onda de las luces crea algo llamado disco de aire. Cuando se utilizan aperturas lo suficientemente pequeñas, el efecto de disco aireado puede crecer lo suficiente como para afectar a más de un píxel a la vez, lo que da como resultado imágenes suavizadas. Cuanto más grandes sean sus píxeles, más pequeña debe ser su apertura para que se vuelva problemática, por lo que la lente está involucrada, pero no solo.
@jrista: Eso es cierto, solo quería enfatizar el punto de que la aberración es la misma para todas las lentes y sus aperturas, pero la apariencia de la aberración depende completamente del espaciado de píxeles, que no mencionaste en absoluto. Esto no tiene nada que ver con que un sensor sea "mejor".
@Karel: Por supuesto, hay tipos adicionales de aberraciones como coma, aberración esférica, etc. En términos generales, la mayoría de las lentes de las cámaras en estos días incluyen elementos de lentes asféricas que corrigen dicha aberración, y rara vez es un problema. Podría agregarlos a mi respuesta ... sin embargo, no estoy seguro de que ocurran con la frecuencia suficiente para ser un problema importante.
@Eruditass: Aclararé esa parte. Por "mejor", me refiero a píxeles más grandes con microlentes más efectivos sobre los sitios de fotos. No diría que es tanto el espaciado del fotosito, sino el tamaño y la eficacia para captar la luz incidente.
@jrista Creo que vale la pena mencionar la aberración esférica por un par de razones: primero, tiene un estatus un poco especial, ya que es una gran parte del aspecto de muchos lentes de retrato clásicos que puede que ni siquiera sea deseable corregir por completo . En segundo lugar, no todos comprarán nuevos lentes asph (también desconfío de la idea de que "la mayoría" de los lentes actuales incluyen elementos asféricos, pero no tengo evidencia de ninguna manera). De hecho, apuesto a que las personas que compran lentes más antiguas estarán mucho más interesadas en esta respuesta que las personas que compran lentes nuevas: ¡es con lo que tendrán que lidiar!
@matt: Excelente punto sobre lentes más antiguos. Agregaré información sobre aberraciones adicionales entonces, ya que ni siquiera consideré a las personas que podrían estar comprando lentes usados ​​y similares. El punto sobre el efecto deseable de la aberración esférica es otro hecho interesante. ¡Gracias!
@jrista: Gracias por la punta del sombrero retro. Me doy cuenta totalmente de que esto es muy complicado ahora, así que siéntete libre de ignorarlo: no son solo las lentes de retrato de enfoque suave las que tienen una aberración esférica subcorregida. La subcorrección leve tiende a suavizar el área desenfocada, por lo que se usa en muchos lentes "nítidos pero no clínicos" como el Nikkor 105/2.5.
@matt: Gracias por los detalles. ;) Creo que mi publicación se ha vuelto bastante técnica, lo que puede no servir a todos los que vienen buscando esta respuesta. Me encantan los detalles técnicos, pero dejaré los detalles más finos restantes a los comentarios. Si tiene más cositas útiles, publique comentarios y menciónelos, para que al menos rastreemos la información.

Estoy tratando de escribir una respuesta más orientada al fotógrafo. Entonces, los diferentes problemas relacionados con las lentes son:

  • Viñetas : las esquinas del marco son más oscuras que el centro
    • perceptible en el visor/en la pantalla
    • para evitar: detenga su apertura, los filtros solo lo empeoran, por lo que es posible que desee probar sin
    • posprocesamiento - relativamente fácil de corregir
    • atención especial necesaria en tomas panorámicas
    • el viñeteado no debe confundirse con pérdida de detalle ni pérdida de contraste en los bordes
  • Destello de lente : manchas solares o áreas de bajo contraste en el marco
    • generalmente se nota en el visor/en la pantalla
    • para evitar: use el parasol del objetivo, cambie su posición para mantener los puntos brillantes fuera de la imagen si es posible, los filtros solo empeoran las cosas, por lo que es posible que desee probar sin
    • posprocesamiento: difícil de corregir en áreas con muchos detalles
  • Difracción : su imagen comienza a ser suave por todas partes si se detiene demasiado (más de f8-f16 dependiendo de la densidad del elemento del sensor)
    • notable en la pantalla si se hace zoom
    • para evitar: conozca su límite de difracción y no se detenga por eso, la alternativa costosa es usar lentes de inclinación en inclinación y cambio
    • posprocesamiento - no se puede corregir
    • la difracción no debe confundirse con los errores de enfoque mucho más comunes y el movimiento de la cámara (este último es el desenfoque direccional)
  • Aberración cromática : brillo verde/magenta en los bordes de las luces, generalmente llamado "flecos púrpuras"
    • notable en la pantalla si se hace zoom
    • para evitar: conozca los puntos clave de sus lentes, deténgase
    • posprocesamiento - fácil de corregir
  • Distorsión : las líneas verticales y horizontales están curvadas en los bordes del marco (distorsión de barril: curvas hacia afuera, distorsión de cojín: curvas hacia adentro, distorsión compleja: curvas onduladas)
    • fácilmente perceptible en el visor/en la pantalla
    • para evitar - no puede a menos que tenga una mejor lente disponible
    • posprocesamiento: relativamente fácil de corregir (excepto la distorsión compleja)
    • atención especial necesaria en tomas panorámicas

No están realmente en la misma categoría, pero también es un aspecto muy importante de las lentes la resolución , o en realidad generalmente nos preocupamos por la pérdida de resolución hacia los bordes debido a otras aberraciones como coma, astigmatismo, curvatura de campo, etc. Por lo general, puede mejorar las cosas. cuando se detiene y debe intentarlo, porque no puede corregirlo en el procesamiento posterior.

Se debe tener en cuenta que no existe una lente perfecta y que cada lente tiene cierto grado de aberraciones debido a los compromisos realizados durante el diseño óptico.

Las aberraciones estrictamente "ópticas" (es decir, frente de onda) son:

  1. Desenfoque (curvatura de campo)
  2. Aberración esférica
  3. Coma
  4. Astigmatismo
  5. curvatura de campo
  6. Distorsión de imagen

Pero los que más probablemente afecten a tus fotografías son:

Aberración cromática: diferentes colores se enfocan en diferentes posiciones en la imagen, lo que genera arcoíris alrededor de objetos brillantes, especialmente en el cielo.

Destello/fantasma: la luz se dispersa dentro de la lente, ya sea desde el vidrio o desde el cuerpo de metal. Esto crea la fila de círculos de colores que van hacia el sol que a veces ves en las películas y reduce el contraste de la imagen.

  1. Aberración esférica: los rayos provenientes de cerca del eje de la lente llegan al plano focal y forman un vértice a una distancia específica aguas abajo. Los rayos de los márgenes de la lente forman un vértice a una distancia diferente.

  2. Coma: relacionado con la aberración esférica, pero difiere en que el parche producido en el foco no es un disco, sino que su forma se asemeja a la de un cometa.

  3. Astigmatismo: El parche que produce es un óvalo.

  4. Curvatura de campo: el foco de la lente debe formarse en una superficie plana como la superficie plana del sensor digital. En cambio, la superficie del sensor debe estar curvada como el interior de un recipiente.

  5. Distorsión: un sujeto rectangular debe verse como un rectángulo con todos los lados cuadrados. En cambio, las imágenes del rectángulo tienen los lados abultados hacia afuera (barril) y/o hacia adentro (alfiletero).

  6. Aberración cromática transversal: la luz azul y la roja se enfocan a la misma distancia de la lente, sin embargo, ambas tienen distancias focales ligeramente diferentes.

  7. Aberración cromática longitudinal: la ubicación real de la imagen es una función de la longitud de onda. El plano de la imagen roja se forma más lejos de la lente. El plano de la imagen violeta se forma primero. Los otros colores se forman en el medio. Cada imagen en color es ligeramente diferente en tamaño.