Vad är sfärisk aberration?

Så påverkas skärpan i ditt objektiv av sfärisk aberration

Varför blir vissa objektiv lite mjuka vid största bländaren men betydligt skarpare när du bländar ner? Och varför kan en del objektiv ge en vacker, mjuk återgivning i porträtt trots att detaljskärpan inte är maximal? En av förklaringarna kan vara sfärisk aberration, ett optiskt fel som påverkar hur ljuset samlas inne i objektivet. Sfärisk aberration har stor betydelse för både skärpa och kontrast, men kan också påverka hur oskarpa delar av bilden återges.

Vad exakt är sfärisk aberration?

Sfärisk aberration är ett optiskt fel som uppstår när ljusstrålar som passerar genom olika delar av ett objektiv inte samlas på exakt samma avstånd. I ett idealiskt objektiv skulle alla ljusstrålar från en punkt i motivet samlas i samma fokuspunkt. Men i ett objektiv med sfärisk aberration kan ljus som passerar nära linselementets ytterkant fokuseras på ett annat avstånd än ljus som passerar närmare mitten. Resultatet blir att ljuset inte samlas i en enda perfekt punkt. Istället sprids det över ett större område, vilket kan minska både detaljskärpan och kontrasten. Sfärisk aberration är särskilt viktig vid stora bländaröppningar, eftersom ljuset då passerar genom en större del av objektivets optiska ytor.

Varför uppstår sfärisk aberration?

Många linselement har ytor som utgör delar av en sfär. Sådana ytor är relativt enkla att tillverka med hög precision. Problemet är att en sfärisk linsyta inte automatiskt bryter alla inkommande ljusstrålar så att de möts i en gemensam fokuspunkt. I ett enkelt objektiv kan strålar som passerar nära ytterkanten brytas kraftigare och mötas närmare linsen än strålar som passerar närmare mitten. Det innebär att olika delar av ljusknippet har olika fokusavstånd. Det är denna skillnad som kallas sfärisk aberration. Hur stort problemet blir beror bland annat på linsernas form, material, brytningsindex och hur de kombineras i objektivets optiska konstruktion. Ett modernt objektiv kan innehålla många linselement som tillsammans korrigerar varandras optiska fel. Det är alltså inte antalet linselement i sig som avgör kvaliteten, utan hur hela den optiska konstruktionen fungerar totalt.

Hur påverkar sfärisk aberration bilderna?

Det vanligaste resultatet är att bilden får lägre skärpa och kontrast, framför allt vid stora bländaröppningar. Men sfärisk aberration kan också påverka bildens karaktär på mer subtila sätt.

Lägre detaljskärpa

När ljuset inte samlas i samma punkt blir små detaljer mindre tydligt avgränsade. Det kan göra att ett objektiv upplevs som mjukt trots att fokuseringen är korrekt.

Lägre kontrast

Sfärisk aberration kan sprida ljus från ljusa detaljer till omgivande områden. Det kan ge bilden en mjukare återgivning och minska skillnaden mellan närliggande ljusa och mörka partier.

Ljusgloria kring högdagrar

Vid kraftigare sfärisk aberration kan ljusa motivdelar få en diffus gloria eller ett mjukt sken. Det kan exempelvis märkas vid porträttfotografering i motljus eller när starka ljuspunkter finns i bilden.

Annorlunda bakgrundsoskärpa

Sfärisk aberration påverkar också hur ljuset fördelas inne i oskärpecirklarna, alltså de ljusfläckar som uppstår i områden utanför fokus. Därmed kan den påverka objektivets bokeh.

Sfärisk aberration och bokeh – när ett optiskt fel blir en fördel

Alla objektiv behöver inte vara konstruerade för maximal teknisk skärpa i varje situation. Vid porträttfotografering kan en mjukare återgivning ibland vara önskvärd. Ett objektiv med viss underkorrigerad sfärisk aberration kan ge oskärpecirklar med mjuka kanter bakom fokusplanet. Det kan bidra till en lugn och behaglig bakgrundsoskärpa. Överkorrigerad sfärisk aberration kan däremot ge en annan ljusfördelning, med mer markerade kanter hos oskärpecirklarna bakom fokus. Det betyder inte att all sfärisk aberration automatiskt ger vacker bokeh.

Bakgrundsoskärpans karaktär påverkas även av exempelvis bländarens form, vinjettering, astigmatism och objektivets övriga optiska konstruktion. Men sfärisk aberration är en viktig del av förklaringen till varför två objektiv med samma brännvidd och bländare kan återge oskarpa bakgrunder på olika sätt. Vissa specialobjektiv har till och med konstruerats för att fotografen ska kunna påverka graden av sfärisk aberration och därmed förändra bildens mjukhet och oskärpekaraktär.

Varför blir objektivet skarpare när man bländar ner?

När du bländar ner objektivet minskar bländaröppningens diameter. Det innebär att ljusstrålarna som passerar längst ut från den optiska axeln begränsas. Eftersom dessa strålar ofta bidrar mer till sfärisk aberration kan nedbländning minska felets påverkan och ge förbättrad skärpa och kontrast. Ett objektiv som känns mjukt vid f/1,4 kan därför bli betydligt skarpare vid exempelvis f/2 eller f/2,8. Men det finns en gräns. När bländaröppningen blir mycket liten ökar ljusets diffraktion, som i sin tur kan minska detaljskärpan. Det gäller alltså att hitta en balans mellan objektivets optiska aberrationer och diffraktionen.

Vilken bländare ger bäst skärpa?

Det finns ingen bländare som är bäst för alla objektiv. Äldre objektiv kan ibland behöva bländas ner flera steg för att nå hög skärpa. Många moderna objektiv presterar däremot mycket bra redan vid största bländaren. Vilken bländare som ger bäst resultat beror på objektivets konstruktion, sensorupplösningen och vilka delar av bildytan du prioriterar.

Hur korrigerar man sfärisk aberration i objektiv?

Objektivkonstruktörer använder flera olika metoder för att kontrollera sfärisk aberration. En metod är att kombinera sfäriska linselement med olika optisk styrka och form så att deras aberrationer motverkar varandra. En annan metod är att använda asfäriska linselement.

Vad är ett asfäriskt linselement?

Ett asfäriskt linselement har minst en yta som inte följer formen hos en perfekt sfär. Genom att ge linsytan en mer avancerad form kan konstruktören styra hur ljusstrålarna bryts genom olika delar av linselementet och därmed korrigera den sfäriska aberrationen. Det gör det möjligt att minska sfärisk aberration och samtidigt påverka andra optiska egenskaper. Asfäriska linser kan dessutom bidra till att ett objektiv kan göras mindre eller innehålla färre linselement än en motsvarande konstruktion med enbart sfäriska ytor.

Varför används inte asfäriska linser överallt?

Asfäriska linselement är tekniskt mer komplicerade att tillverka än vanliga sfäriska element. Historiskt var de betydligt dyrare att framställa, särskilt när varje lins behövde slipas individuellt. Med moderna tillverkningsmetoder, exempelvis precisionsgjutning och avancerad bearbetning, har kostnaderna kunnat minskas. Det har bidragit till att asfäriska linselement blivit vanliga även i förhållandevis prisvärda objektiv. Men asfäriska linser är ingen garanti för att ett objektiv saknar optiska fel. Det är fortfarande helheten i konstruktionen som avgör slutresultatet.

Sfärisk aberration och kromatisk aberration – vad är skillnaden?

Båda är optiska aberrationer, men de uppstår på olika sätt. Sfärisk aberration handlar om att ljusstrålar som passerar på olika avstånd från den optiska axeln fokuseras på olika avstånd. Kromatisk aberration beror på att ljusets olika våglängder bryts olika mycket, vilket kan orsaka färgkanter eller fokusförskjutningar mellan färger. Ett objektiv kan ha välkorrigerad kromatisk aberration men fortfarande uppvisa sfärisk aberration, och tvärtom. Det finns även något som kallas sfärokromatism, där graden av sfärisk aberration varierar med ljusets våglängd. Det kan bland annat ge färgade kanter i områden som ligger framför eller bakom fokus.

Kan sfärisk aberration orsaka fokusförskjutning?

Ja. Vissa objektiv kan uppvisa ett fenomen som kallas focus shift. Det innebär att läget för bästa fokus förändras när du ändrar bländaren. Eftersom olika delar av ljusknippet fokuseras på olika avstånd kan den optimala fokuspositionen flyttas när ytterstrålarna begränsas av en mindre bländaröppning. Det kan framför allt märkas hos vissa ljusstarka objektiv som inte är helt korrigerade för sfärisk aberration. Exempelvis kan fokus bli något annorlunda vid f/2,8 än vid f/1,4, även om avståndet till motivet är oförändrat. Det är bra att känna till vid fotografering med kort skärpedjup och höga krav på exakt fokusering.

Går det att korrigera sfärisk aberration i Lightroom eller Photoshop?

Sfärisk aberration går inte generellt att korrigera med vanliga objektivprofiler på samma sätt som exempelvis distorsion och vinjettering. Bildredigering kan förbättra upplevd skärpa och kontrast, men den kan inte alltid återställa detaljer som gått förlorade på grund av att ljuset spridits över en större yta. Vissa avancerade bearbetningsmetoder kan minska effekterna, men den bästa lösningen är normalt att välja lämplig bländare och använda ett objektiv med den återgivning som passar motivet.

Hur testar man ett objektiv för sfärisk aberration?

Ett enkelt sätt att undersöka hur ett objektiv förändras vid nedbländning är att fotografera ett stillastående motiv med tydliga, fina detaljer. Placera kameran på ett stativ och fokusera noggrant. Ta sedan bilder med flera olika bländare, till exempel f/1,4, f/2, f/2,8, f/4 och f/5,6, om objektivet tillåter det. Jämför hur skärpa och kontrast förändras. Om objektivet blir markant skarpare efter ett eller två bländarsteg kan sfärisk aberration vara en av orsakerna. Det är dock viktigt att komma ihåg att även andra optiska aberrationer kan minska vid nedbländning. För att specifikt mäta sfärisk aberration krävs mer kontrollerade optiska tester.

Sammanfattning, därför är korrigering av sfärisk aberration viktig

Sfärisk aberration innebär att ljusstrålar som passerar genom olika delar av objektivet inte fokuseras på exakt samma avstånd. Det kan försämra skärpa och kontrast, särskilt vid stora bländaröppningar, men också påverka bildens mjukhet och bakgrundsoskärpa. Effekten kan ofta minskas genom nedbländning eller genom att objektivet konstrueras med välbalanserade linselement, exempelvis asfäriska linser. För dig som fotograf är det viktigaste att förstå hur objektivet återger motivet vid olika bländare – och att maximal teknisk skärpa inte alltid är samma sak som den vackraste bildåtergivningen.