Wat zijn lensfouten en welke zijn er precies?

Het ontwerpen van objectieven is een nooit eindigend gevecht tussen afbeeldingsfouten en de mogelijkheden om de fouten te corrigeren. Een enkele lens heeft heel veel afbeeldingsfouten (lensfouten, beeldfouten). Vaak wordt echter niet van ‘afbeeldingsfouten’ maar van ‘afwijkingen’ oftewel ‘aberraties’ gesproken, want in feite gaat het er hier om dat de lichtstralen afwijken van de ideale weg. Bij het onderdrukken van afbeeldingsfouten worden lenzen gecombineerd die elkaars afbeeldingsfouten deels opheffen. De sleutel tot het corrigeren van afbeeldingsfouten is dat je de fouten van convexe en de fouten van concave lenzen van elkaar kunt aftrekken. We onderscheiden de Seidel-aberraties, chromatische aberraties en andere fouten.

Seidel

De bekendste lensfouten zijn de Seidel-aberraties: sferische aberratie, coma, astigmatisme, vertekening en beeldwelving. De eerst drie hebben vooral van doen met de beeldscherpte; de laatste twee hebben betrekking op de vervorming van het beeld. Behalve de al genoemde vijf Seidel-aberraties zijn er twee soorten kleurfouten. Wanneer je niet naar een enkele lens maar naar een kant en klaar objectief kijkt, zou je ook nog overstraling en reflecties kunnen meenemen, alhoewel dat strikt genomen geen lensfouten zijn. Vignettering is eigenlijk ook geen lensfout, maar een normaal gevolg van de optische wetten. Niettemin kan een objectiefconstructeur maatregelen treffen om de vignettering te verminderen. Aberraties, overstraling, reflecties en vignettering nemen vooral toe met een groter wordende beeldhoek en met de lichtsterkte; kleurfouten juist met een kleiner wordende beeldhoek.

Sferische aberratie

Sferische aberratie is een beeldfout met twee kanten. Sterke sferische aberratie leidt tot een soort onscherpte die een foto onaantrekkelijk of soms zelfs onbruikbaar maakt. Zwakkere sferische aberratie kan, afhankelijk van het onderwerp, storend of juist aantrekkelijk zijn. In de scherpe delen van het beeld zorgt sferische aberratie voor een licht soft-focuseffect; iets wat bij portretten vaak zelfs gewenst is. In de onscherpe delen ontstaat een zeer fraai bokeh, en dat is altijd gewenst.

Het ontstaan van deze beeldfout is gemakkelijk te begrijpen. Lenzen zijn sferisch, anders gezegd: bolvormig. Daardoor is de dikte van een convexe lens in het midden veel groter dan aan de uiteinden. Het gevolg daarvan is dat de lichthallen aan de uiteinden eerder de lens verlaten, dus eerder samenkomen, dan de lichtstralen uit het midden. Dè oplossing: het gebruik van asferische elementen.

Coma

De naam coma komt uit de astronomie en heeft betrekking op de staart van een komeet. Bij de beeldfout coma wordt een puntvormig helder onderwerp afgebeeld als een punt met een vaag wordende streep naar de rand van het beeld toe. Dit treedt vooral op bij zeer lichtsterke (groothoek)objectieven. Coma valt op bij het maken van foto’s van lichtbronnen of sterren bij nacht, met name aan de rand en in de hoeken van het beeld. Diafragmeren helpt: vaak is de fout al na één stop diafragmeren verdwenen.

Astigmatisme

Astigmatisme betekent letterlijk ‘puntloosheid’: punten of kleine cirkels worden afgebeeld als strepen. In werkelijkheid is deze fout altijd al redelijk onderdrukt, zodat het gaat om iets heel anders, namelijk om scherpte die in de ene richting groter is dan in de andere. Het is een heel lelijke beeldfout, die vooral in de onscherpe delen van het beeld voor onrust zorgt. Anders gezegd: een lelijk bokeh.

Beeldwelving

Bij beeldwelving is het beeld in de hoeken weliswaar scherp, maar dan bij een andere scherpstelling dan het centrum van het beeld. Centrum en rand en/of hoeken zijn dus nooit tegelijk scherp, tenzij er gediafragmeerd wordt. Dat is in de praktijk vaak niet zo erg, tenzij het onderwerp overal even ver verwijderd is van de camera, bijvoorbeeld bij landschappen. Beeldwelving neemt sterk toe naarmate de opnameafstand kleiner wordt.

Vertekening

Bij vertekening maakt krom wat recht is: rechte lijnen worden krom weergegeven. Je kunt onderscheid maken tussen tonvormige vertekening, kussenvormige vertekening en de combinatie van beide, ook wel ‘moustache-vertekening’ genoemd. In tijden dat er nog gefotografeerd werd op film was dit een vervelende beeldfout, maar bij digitale foto’s is vertekening met een muisklik te corrigeren. Sommige camera’s corrigeren de fout al bij het verwerken van de foto’s; bij spiegelloze camera’s en bij reflexcamera’s in de stand Liveview kan dat zelfs in de elektronische zoeker. Een nadeel van vertekening is dat het beeld na correctie kleiner wordt. Diafragmeren helpt niet tegen vertekening.

Chromatische aberratie

Lenzen breken licht van verschillende golflengten (kleuren) in verschillende mate. Alle objectieven hebben er last van, maar tele-objectieven het meest. Gelukkig is de laatste decennia glas met afwijkende kleurbreking veel goedkoper en beter beschikbaar geworden. Sommige fabrikanten noemen dit ED- of SLD-glas, andere gebruiken fluoride kristallen. Bijna alle fotobewerkingssoftware en vrij veel camera’s kunnen kleurfouten corrigeren. Toch zijn sommige kleurfouten eenvoudiger te corrigeren dan andere. Diafragmeren helpt niet altijd; zie hierna. Er zijn twee, of zo u wilt, drie soorten kleurfouten, axiale, laterale en bokeh chromatische aberratie.

Axiale (longitudinale) chromatische aberratie

Bij axiale chromatische aberratie (ook: longitudinaal, afgekort loCA) komt het blauwe beeld in focus vóór de sensor, het groene op de sensor en het rode achter de sensor. De fout komt in de praktijk voor in twee hoedanigheden: vlak bij het punt waarop scherpgesteld is als onscherpte en op de voor- en achtergrond als kleurafwijkingen (zie ook bokeh)

Laterale (transversale) chromatische aberratie

Laterale chromatische aberratie is het gevolg van het feit dat het beeld in de verschillende kleuren verschillend is qua grootte, ook al is het scherp. Daarom zien we deze fout niet in het centrum van het beeld, en wél in steeds sterkere mate naarmate we dichter bij de hoeken komen. Deze fout is bij beeldbewerking met één klik te corrigeren.

Overstraling en reflecties

Overstraling en reflecties worden meestal niet tot de lensfouten gerekend. Ze kunnen echter wel degelijk heel erg storend zijn én ze zijn het gevolg van een niet ideaal ontwerp of een niet optimale constructie van een objectief. Diafragmeren helpt deels, maar het belangrijkste hulpmiddel is een zonnekap. Nanocoating is zeer goed in staat deze fouten te voorkomen. Hierdoor zijn ook nieuwe objectiefconstructies mogelijk geworden.

Overstraling is zichtbaar als een lager contrast, doordat een deel van het licht niet beeldvormend werkt maar als het ware over het beeld heen ligt. Wanneer dit slechts een deel van het beeld betreft, is het heel erg storend. Wanneer de zon of een andere felle lichtbron direct in beeld komt, wordt die vaak gereflecteerd door de verschillende lensvlakken en krijg je reflecties, vaak gekleurd. Zelfs de duurste objectieven zijn hier niet ongevoelig voor.

Vignettering

Dat het beeld naar de hoeken toe donkerder wordt, is een normaal gevolg van optische wetten. Dit effect is bij een gemiddelde beeldhoek en bij een kleiner diafragma vrijwel afwezig, en bij een lichtsterke groothoek en f/1,4 zeer sterk. Wanneer de constructeur gebruikmaakt van een retrofocusconstructie kan hij de vignettering sterk verminderen. Diafragmeren helpt uiteraard, en ook de camera en Photoshop kunnen de hoeken van het beeld weer lichter maken. Bij sterke vignettering in combinatie met een kleine beeldsensor levert het weer lichter maken van de hoeken echter ruis op.

Retrofocus

Een ontwerp van een objectief waarbij de afstand tussen optische midden en het beeld groter is dan de brandpuntsafstand. Vooral handig bij spiegelreflexcamera’s, waar de spiegel tussen de lensvatting en de sensor in zit. Een retrofocusconstructie is echter ook handig om vignetering te beperken en om de correctie van het objectief op te voeren. Dit laatste is in sterke mate toegepast bij het ontwerp van de Zeiss Otus 55mm f/1.4.