Sferische aberratie


Lensfouten.

Sferische aberratie, een term die wij wellicht vaker hebben gelezen, maar wat is het eigenlijk, hoe ontstaat het, en wat heeft het voor invloed op de beeldvorming van een lens.
Laten we de term “sferische aberratie”eens ontleden.
Sferisch staat voor bolvorm of bolvormig. Aberratie staat voor afwijking. Sferische aberratie is dus een afwijking door de bolvorm.
Sferische aberratie ontstaat zowel bij positieve als negatieve lenzen, echter voor de logische opbouw hou ik het in deze uitleg uitsluitend bij de positieve lens.
Maar voordat we verder gaan met de lensfouten ga ik eerst wat dieper in op de lens zelf.

q16904img1

In bovenstaande tekening is de positieve lens voorgesteld als een verticale streep. Waar ik het echter over wil hebben is het volgende. In de optica maken we bij constructietekeningen van lichtstralen veelal gebruik van drie bijzondere stralen:
⦁ De straal door het optisch centrum van de lens; deze lichtstraal (de middelste van de drie) doorloopt de lens door het optisch centrum en gaat ongebroken door. Ter plaatse van het optisch centrum ondervindt de lichtstraal geen breking.
⦁ De lichtstraal die evenwijdig aan de hoofdas van de lens invalt (de bovenste lichtstraal) zal na breking door de lens ter plaatse van de hoofdas door het brandpunt van de lens lopen.
⦁ De lichtstraal welke door het brandpunt vóór de lens invalt op de lens (onderste lichtstraal in de tekening) zal na breking evenwijdig aan de hoofdas zijn weg vervolgen.

In de tekening zien we dat we door gebruikmaking van deze drie lichtstralen afkomstig van het voorwerp een beeld achter de lens en alzijdig omgekeerd (boven wordt onder, links wordt rechts) kunnen construeren.
We zien bovendien in de contructietekening dat het beeld (rechts in de tekening, achter de lens) groter is dan het eigenlijke voorwerp (links in de tekening).
De middelste lichtstraal door het optisch centrum van de lens ondergaat geen breking. Deze lichtstraal doorloopt het optisch centrum van de lens.
De bovenste en onderste lichtstraal daarentegen ondervinden na het passeren van de lens wel een breking naar de hoofdas toe. Hoe verder de lichtstraal van de het optisch centrum van de lens invalt, hoe groter de breking na het passeren van de lens.

Terug naar onze sferische aberratie.

images

Bovenstaande tekening geeft de ideale stralengang van een positieve lens weer, de evenwijdig invallende lichtstralen kruisen na breking allen het brandpunt op de hoofdas. Echter dit zal zich alleen voordoen in een tekening. In de praktijk zien we echter een heel ander beeld, en wel het volgende:

Sferische_Abberatie

De lichtstralen breken niet meer na passatie van de lens in het brandpunt maar er voor en er achter. En dit verschijnsel ontstaat dus door de sferische aberratie.
De randstralen vertonen een grotere afwijking na breking dan de lichtstralen die dichterbij het optisch centrum van de lens invallen.

Het effect van deze fout op onze foto lijkt mij duidelijk. We zien een toenemende onscherpte naar de rand toe.
Een eerste en eenvoudig hulpmiddel dat wij fotografen kunnen hanteren om deze sferische aberratie te verkleinen is het verkleinen van de diafragma opening, waardoor wij de randstralen niet laten deelnemen aan de beeldvorming op de sensor.

download

Een tweede hulpmiddel wordt toegepast door de fabrikanten welke de lenzen maken door gebruik te maken van bijvoorbeeld a-sferische lenzen.

Tot zover de sferische aberratie.

logo8