Aberração esférica
A aberração esférica é a principal responsável pelo “foco suave” na foto acima. Quando a Wollensak Optical Co, Rochester N.Y. USA, lançou a lente Verito, no início do século XX, estava em moda o movimento pictorialista e imagens diáfanas como esta eram muito apreciadas. Por isso o desenho óptico da lente deixou propositadamente uma boa parte da aberração esférica não corrigida especificamente para produzir este efeito.
Note que, apesar de usarmos a expressão “foco suave”, ou soft focus, no inglês, não se trata de uma imagem desfocada. Não seria possível se produzir o mesmo efeito com uma lente fotográfica comum, com a aberração esférica bem corrigida, apenas se desfocando o assunto. Isso fica claro se observarmos que dá para se ver um fio de cabelo no lado direito da foto. Ele ficaria completamente borrado e não apareceria se fosse apenas por foco mais próximo ou mais distante.
O que acontece é que temos como que duas imagens sobrepostas. Uma nítida, com círculos de confusão relativamente pequenos e outra difusa, com círculos de confusão grandes, que criam um halo pairando sobre a imagem nítida.
A origem da aberração esférica
Quem, em um dia de sol, já brincou com uma lente convergente, deve ter formulado um modelo mental para a trajetória da luz que seria algo assim:
As linhas vermelhas representam os raios solares chegando paralelos entre si e ao eixo da lente e convergindo para um ponto bem definido em um plano p.
Quem, em vez de ficar brincando, realmente observou o que estava acontecendo viu que o ponto no plano p não é bem um ponto. Um dos motivos é a aberração esférica, pois o que acontece na realidade é algo assim:
Os raios que passam mais próximos ao centro da lente, digamos A, B e C, convergem a uma distância maior que os que passam mais pela periferia da lente como é o caso de D, E e F. Isso é consequência da esfericidade das lentes e por isso a aberração recebe o nome de “esférica”. Mas não há nada errado nisso. Aplicando-se as leis que regem o comportamento da luz o resultado prático coincide plenamente com o teórico. Não é uma questão de erro de precisão ou qualidade de fabricação das lentes.
Pela concentração maior de raios cortando o plano da imagem bem próximos ao eixo da lente e pelo fato de que eles vão se dispersando nos pontos mais distantes, pode-se imaginar que este ponto será bem luminoso no centro e irá suavemente perdendo intensidade.
Seria algo mais ou menos como a ilustração acima. Na prática haveriam franjas pois ocorreria um outro fenômeno chamado de interferência. Mas não vamos entrar nesse ponto aqui.
Remédios para reduzir a aberração esférica
Primeiro é importante dizer que ela não pode nunca ser plenamente corrigida. Mas é possível reduzi-la bastante, ou melhor, o suficiente, na maioria dos casos. Suficiente no sentido de que todo sensor/filme possui uma resolução máxima, a partir da qual detalhes na imagem não são mais percebidos. Também os nossos olhos têm uma resolução máxima e não consegue observar detalhes a partir de um certo ponto. Se isso lhe é estranho, leia o artigo resolução em fotografia.
Dessa forma, se o crescimento do círculo de confusão mínimo, devido à aberração esférica, for mantido dentro de certos parâmetros determinados pela resolução da imagem no sensor/filme, depois pela resolução na impressão em papel ou tela e ainda pelas condições de observação com nossos olhos, a imagem será satisfatória e parecerá nítida como se fosse um cena real.
Uso do diafragma
Uma medida bem óbvia, pelo que já foi mostrado, é usar, tanto quando possível, apenas a parte mais central da lente.
Se são os raios que passam pela periferia que focam a distâncias mais curtas que os que passam pelo centro, o uso de uma iris ou outro diafragma qualquer irá aproveitar a uma parte da lente que é mais coerente.
O retrato acima foi feito com a mesma Wollensak Verito 9″ que fez o retrato que abriu este artigo. A única diferença é que no primeiro, o “soft focus” foi produzido graças à iris toda aberta em f/4 e no segundo foi utilizada abertura mais fechada, em f/8 que praticamente o eliminou.
Importante dizer que embora também influenciado pela abertura, esse efeito da aberração esférica não tem relação com profundidade de campo. A profundidade de campo afeta objetos a distâncias mais próximas ou distantes do plano focal e a perda de nitidez é agravada pelas grandes aberturas. Na aberração esférica o efeito é sentido no campo todo, incluindo os objetos sobre o plano focal.
Mas o problema em se controlar a aberração esférica pela abertura é que quanto mais fechamos a lente, mais a imagem fica escura, porém, muitas vezes queremos as duas coisas: imagem clara e nitidez com ausência de aberração esférica. Para este caso a lente precisa ser desenhada especificamente para corrigir essa aberração.
Correção da aberração esférica
O desenho acima é do Traité élémentaire de l’objectif photographique de Étienne Wallon de 1891. Ele mostra uma objetiva convergente à esquerda e uma divergente à direita. Nele podemos ver que os raios mais próximos da borda da lente fazem o foco mais próximos da lente enquanto que na divergente acontece o contrário como vemos pelas linhas pontilhadas. O primeiro caso é chamado de aberração esférica positiva e o segundo negativa.
Bem, essa inversão é utilizada para atenuar o efeito através da adição de uma segunda lente divergente que alivia a aberração esférica mas mantém o sistema todo ainda convergente para que haja imagem.
Agora o desenho é do Traité d’optique photographique, de Désiré Monckhoven de 1866. Nele vemos duas lentes coladas. A da esquerda é convergente indicada por L, a segunda é divergente marcada por M. Esse é o arranjo clássico para atenuar a aberração esférica.
Para entender qualitativamente o que acontece, podemos imaginar que um raio paralelo e próximo ao eixo, representado por B, sofrerá um desvio divergente relativamente pequeno. Se sem a lente corretora M ele chegava em f ‘, com um pequeno desvio irá para F. Já o raio no alto da lente que seria desviado para f, com a lente corretora sofre um desvio divergente maior pois os ângulos de incidência são mais agudos e ele irá também para F reduzindo bastante o efeito da aberração esférica pois ambos os raios convergem para um mesmo ponto.
Uma conveniência a mais para esse arranjo de lentes coladas é que ele é, ao mesmo tempo, o mais utilizado para correção de outra aberração que é a cromática, devido ao fato de que a rigor, cada cor foca a uma distância diferente. Mas existem também ópticas geralmente chamadas de dialyt (no inglês) que usam dubletos separados e não colados. O que os lens designers fazem é ajustar as curvas e vidros empregados de forma a corrigir de forma balanceada cada uma das duas aberrações.
O âmbito destas considerações
Pode não parecer mas esses casos que examinamos são extremamente simples. Só estamos considerando raios paralelos entre si e paralelos ao eixo da lente, que simulam objetos muito distantes e sobre o eixo da lente. Em uma situação real, obviamente, muitos objetos enviam luz à lente atingindo-a obliquamente e produzem imagens fora do eixo da lente. Nas lentes grande angulares essas distâncias podem significar desvios muito dramáticos e por isso elas são as mais difíceis de se desenhar e fabricar.
Outro ponto importante: só estamos considerando luz monocromática para evitar introduzir o efeito da aberração cromática mencionada logo acima.
Quando essas situações mais genéricas são consideradas, os princípios continuam valendo, mas os resultados variam para pior em termos de qualidade da imagem. O centro da imagem é sempre a melhor condição e sua periferia, assim como a periferia da lente é quando todos os problemas se tornam mais complexos e difíceis de contornar.
