Att få tekniskt bra bilder handlar mycket om att dra maximal nytta av de objektiv man har. Men då kan det vara bra att känna till lite om hur de funkar. Här går vi igenom grunder, som vilka objektiv som finns, hur de är uppbyggda, vilka fel de kan ha och varför vissa objektiv blir så stora och dyra.

Optik är ett komplext ämne. Visst, det finns fenomen inom optik som är enkla att förstå och vi nog alla accepterar utan att behöva fundera så mycket. Som att objektiv tenderar att blir längre om de skall ge en smal bildvinkel. Eller att diametern ökar om det skall kunna släppa in mer ljus. Och generellt gäller principer som att dyrare objektiv presterar bättre än billigare.

Men det finns objektiv med långa brännvidder som är korta, det finns ljussvaga objektiv som ändå behöver ha stor diameter och det finns billiga objektiv med fantastiska prestanda. Dessutom finns det specialobjektiv som är bra bara på vissa saker, men sämre på annat. För varje generalisering eller förenkling finns det ofta flera undantag.

Ta något så grundläggande som skärpa. Tvärt emot vad många tror finns det ingen enkel eller tydlig definition av vad ”bra skärpa” är. Oftast innebär det vi uppfattar som bra skärpa att du har någon kombination av hög upplösning, bra kontrast och snygg oskärpeteckning. Upplösning och kontrast kan vi mäta, men däremot inte oskärpeteckning. Till råga på allt kan förbättringar av en av de egenskaperna göra en av de andra sämre. Som att höja upplösningen i ett objektiv kan försämra oskärpeteckningen.

Det finns en massa olika optiska fel. Vissa är enkla att korrigera, andra blir dyra att fixa och leder till både stora och tunga objektiv. En del korrigeringar måste göras på lite olika sätt för olika bildvinklar vilket gör zoomobjektiv extra komplexa. Till råga på allt är det ofta så att det man gör för att korrigera ett fel kan förvärra ett annat. 

Den här artikeln ger en grundkurs i optik. Skulle vi verkligen försöka förklara allting ordentligt så skulle vi behöva skriva en rätt tjock bok. Så du som redan kan en hel del om optik kommer att se att vi gör en del förenklingar. Vi glider förbi vissa saker som är mer komplicerade än hur vi beskriver dem. Avsnittet om bländare är ett sådant, vi skulle lätt kunna skriva en rejäl artikel bara om bländare. 

Vår förhoppning är ändå att den här artikeln skall förklara en del ord och uttryck och att den skall göra en del grundproblem inom optik mer begripliga. Vi börjar med att reda ut vilka typer av objektiv vi oftast använder. 

Typer av optik

De tre mest grundläggande typerna av objektiv är vidvinklar, normalobjektiv och teleobjektiv. Vidvinklar ger som namnet säger breda eller vida bildvinklar. Teleobjektiv ger smala bildvinklar, de väljer ut en liten bit av verkligheten framför fotografen. Normalobjektiv kan sägas vara de objektiv som varken är vidvinklar eller teleobjektiv.

En mer teknisk definition är att normalobjektiv har en brännvidd som är ungefär lika med sensorns diagonal. Vilket blir 43 mm för en småbildskamera, 28 mm för en APS-C-kamera, 22 mm för en Four Thirds-kamera eller 16 mm för en kamera med entumssensor. I praktiken är normalobjektiv ofta lite längre än sensordiagonalen, som 50-55 mm för småbild, 35 mm för APS-C och så vidare. Rent praktiskt är normalobjektiv de man enklast kan bygga med både bra ljusstyrka och bra optiska prestanda utan att vare sig storlek eller pris sticker iväg. 

Fördelen med teleobjektiv. Här hjälper objektivet till att verkligen lyfta fram huvudmotivet trots en ganska rörig bakgrund och trots att vi använt en relativt liten bländare. Dels tack vare en smal bildvinkel, bilden är tagen med ett 300 mm teleobjektiv, som gör att det bara är ett litet utsnitt av bakgrunden som är med. Sedan har det här objektivet en snygg oskärpeteckning mjukar upp kontrasten mellan klippor, grönt gräs och gulnade växter bakom fågeln. Bilddata: Småbildskamera (fullformat) med Nikon AF-S 300 mm f/2,8 II vid f/8, 1/3200, ISO 640.

Utöver objektiv med en enda bildvinkel, det vi kallar fasta objektiv, har vi objektiv med variabel bildvinkel, zoomar. Skall man vara petig är många av de objektiv vi lite löst kallar zoomar egentligen varifokalobjektiv. Skillnaden är att i en äkta zoom förändras inte fokus alls när du ändrar bildvinkel. I en varifokal däremot förskjuts fokus. Fördelen med varifokaler är att de är enklare att bygga och objektiven i kompaktkameror är ofta varifokaler eftersom sådana går att bygga kompaktare och lättare. Man kan säga att sedan vi fick autofokus har varifokaler blivit mer acceptabla som alternativ till äkta zoomar.

Vi har även specialobjektiv av olika slag, ett av de vanligaste vi stöter på är närbildsobjektiv, eller i dagligt tal, makroobjektiv. En mer strikt definition av makroobjektiv är att det kan ge en förstoringsgrad på 1:1 eller större, något långt ifrån alla objektiv med beteckningen ”makro” klarar. Men poängen är att sådana här objektiv kan ta närbilder av motiv så att de i den färdiga bilden visas upp större än de är i verkligheten.

Ett sätt att komma riktigt nära motivet och få rejäl förstoring är att flytta ut objektivet från kameran. Den vanligaste metoden är med mellanringar som du sätter mellan objektivet och kamerahuset. Mellanringar kan ge ett vanligt objektiv närbildsegenskaper eller kan förstärka de egenskaperna hos ett närbildsobjektiv.

Förstärkt närbild. Den här bilden av en gammal processor till en dator är tagen med ett hyfsat billigt närbildsobjektiv och en mellanring. Mer avancerad utrustning än så behöver man inte för att få helt ok närbilder. Mellanringar och telezoomar är faktiskt en vanlig kombination för professionella produktfotografer. Smidigt och ger bra resultat. Bilddata: APS-C-kamera med Canon EF 50 mm f/2,5 Macro + 12 mm mellanring vid f/13, 1/250, ISO 200.

Ett annat omtyckt specialobjektiv är fisheye­objektiv. Det här är kraftiga vidvinklar där man helt låter bli att korrigera för distorsion, att linjer utåt bildens kanter kröker sig. Det ger en intressant bildeffekt. 

Bryr vi oss för mycket? Ibland blir diskussioner om optiska fel lite oproportinerliga. Även rätt små optiska fel kan orsaka mycket debatt. Men kika på den här bilden, den har uppenbart en del distorsion, se till exempel på husen ute i kanterna. Men hur mycket stör den distorsionen egentligen? Saken är att bilden är tagen med ett fisheye-objektiv, som ju har enorm distorsion. Bilddata: APS-C-kamera med Nikon AF DX 10,5 mm f/2,8G vid f/5,6, 1/1500, ISO 200.

En tredje typ av specialobjektiv är så kallade tilt-/skift-objektiv. Konkret innebär det att objektivet dels kan skiftas, alltså förskjutas i sid- eller höjdled, dels att det kan tiltas, alltså vinklas i sid- eller höjdled. Poängen med att förskjuta objektivet är att du kan påverka perspektivet, till exempel att räta fallande linjer när du fotograferar ett hus lite snett nedifrån. Poängen med att tilta objektivet är att du kan få ett skärpeplan som inte är parallellt med sensorn. Det kan vara oerhört hjälpsamt i närbildsfotografi där du ofta har problem att få skärpedjupet att räcka till. På ett mer lekfullt sätt kan det användas för att skapa så kallade miniatyrbilder där ett verkligt landskap ser ut som ett modellandskap. 

Tiltat objektiv. Nikons nya tilt-/skift-objektiv PC 19/4E ED.

Ljusstyrka - det bakvända f-värdet

Vi pratar ofta om hur ljusstarka objektiv är, det syftar på hur mycket ljus som kan passera objektivet på väg till sensorn. Det styrs i hög grad av maxbländaren, eller den största möjliga bländaröppningen hos ett objektiv. Objektiv med stor maxbländare kallas ibland för ett snabba objektiv.

Alla objektiv har en bländare, en mekanism som fungerar som en strypventil för ljuset. Ju mindre bländaröppningen är, ju mindre ljus kan passera under en exponering. Att minska bländaröppningen har dessutom intressanta sidoeffekter. Den kanske tydligaste är att skärpedjupet ökar. En annan effekt är att du begränsar effekten från optiska fel. Kort sagt, en mindre bländare ger mindre ljus, större skärpedjup och mindre optiska fel.

Hur stor bländaren är anges med ett bländarvärde. Det värdet visar relationen mellan bländaröppningens diameter och brännvidden. Så ju längre ett objektiv är, ju större måste själva bländaröppningen vara för att ge samma bländarvärde. Det är det här som gör att ett ljusstarkt teleobjektiv behöver ha så stor diameter. 

Bländarvärden skrivs som ett bråktal, till exempel f/2,8 som innebär att brännvidden är 2,8 gånger större än bländaröppningens diameter. En poäng med det här sättet att ange bländaröppningar är att ett givet bländarvärde ger samma mängd insläppt ljus, oavsett hur långt objektivet är. I praktiken innebär samma bländarvärde att öppningen är fysiskt större i ett längre objektiv, men det behöver inte du fundera över: så länge du ställer in samma bländarvärde får du samma exponering.

Det här att bländarvärdet anges som ett bråktal innebär också att en större siffra faktiskt betecknar en mindre öppning, så f/4 är en mindre öppning än f/2. Dessutom syftar ju bländarvärdet på öppningens diameter, inte dess yta. Dubblar du diametern på en rund öppning så fyrdubblas ytan. Så vill du släppa in dubbelt så mycket ljus behöver du bara öka diametern 1,4 gånger, eller roten ur två för den matematiskt sinnade. Det är det här som ger de till synes underliga bländarstegen där f/2,8 ger dubbelt så mycket ljus som f/4, och f/2 ger dubbelt så mycket som f/2,8. 

Många tror att en bländare inte kan vara större än f/1, men någon sådan definitiv gräns finns inte. Det byggs objektiv med maxbländare runt f/0,7, men sådana blir enormt stora och extremt dyra för en förhållandevis liten vinst i ljus. Rent praktiskt är det sällsynt med objektiv som har större maxbländare än f/1,4.

Oskärpa får skärpan att synas. Oskärpa både framför och bakom skärpeplanet är ett tacksamt sätt att framhäva motivet och få det att sticka ut. Bilddata: Småbildskamera (fullformat) med Nikon AF-S 300 mm f/2,8 II + TC14 vid 420 mm, f/4, 1/500, ISO 800.

Optiska konstruktioner

I det här avsnittet skrapar vi verkligen bara på ytan. Det finns en hel vetenskap kring olika linselement, hur de kan kombineras och vad det har för effekter. Vi tar bara upp några av de mer intressanta sakerna.

Vi börjar med telekonvertrar. De flesta vet att man med en sådan kan förlänga ett objektiv. Men faktum är att alla moderna teleobjektiv redan har en inbyggd telekonverter. Det är det som gör att de kan byggas så pass kompakta som de är. Ta ett typiskt 300 mm teleobjektiv. Rent tekniskt är det uppbyggt som ett objektiv med kanske 200 mm brännvidd plus en telekonverter baktill som ökar brännvidden till 300 mm utan att förlänga yttermåtten speciellt mycket. 

De flesta vidvinklar är faktiskt också byggda enligt principen att kombinera ett grundobjektiv med en konverter, fast på ett lite mer bakvänt sätt. Har ni tänkt på att vidvinkelobjektiv till Leica M-kameror är fantastiskt små? En av orsakerna att de har kunnat byggas så små är att objektivet sitter så nära sensorn. I en spegelreflexkamera däremot blir det krångligare, där måste ett vidvinkelobjektiv skicka det insamlade ljuset hyfsat rakt bakåt genom utrymmet där spegeln sitter. Hur löser man det?

Jo, med en stark förenkling kan man säga att man bygger ett kort tele som skickar ljuset ganska rakt bakåt, och så sätter man på en vidvinkelkonverter framtill. Det är det här man kallar retrofokuskonstruktion eller ett inverterat tele och det är en av förklaringarna till att vidvinkelobjektiv för spegelreflexkameror blir så stora och fysiskt långa. 

Så med spegelfria kameror borde man alltså kunna bygga riktigt kompakta vidvinklar? Nja, problemet är att med en digitalsensor är det bättre ju rakare ljuset träffar sensorn. Ljus som kommer snett blir lätt borttappat. Med film spelade den saken mindre roll. Det här har drabbat just Leica som i sina nyare M-kameror tvingats specialanpassa sensorerna så de hanterar snett infallande ljus utåt kanterna bättre. 

Man säger att objektiv som skickar allt ljus rakt bakåt mot sensorn är telecentriska. Att man redan på filmtiden anpassade objektiv för spegelreflexkameror gjorde dem hyfsat telecentriska. Det blev sedan en oavsiktlig bonus när vi började med sensorer som fungerar bättre ju mer telecentriska objektiven är.

Om vi tittar på enskilda linselement så har även de ett antal grundformer, de är konvexa, konkava, dubbelkonvexa och så vidare. De flesta linselement är vad man kallar sfäriska, alltså att böjningen på en yta är som en liten del av ett stort klot, en sfär. Men ofta skryter tillverkare om att de har asfäriska linselement. Det innebär att formen är mer komplex. Länge var sådana linselement extremt svåra att tillverka och därmed dyra. Men med moderna tillverkningstekniker börjar man använda asfäriska linselement även i billiga objektiv. Deras stora fördel är att de i ett enda linselement kan ge egenskaper som det skulle krävas flera vanliga linselement för att åstadkomma.

Störande delar i oskärpan. Här ett exempel på hur små detaljer i oskärpan kan störa en annars trevlig bild. Det mesta av oskärpan är mjuk och trevlig. Men de två högdagerblänken är tydligt och skarpt sjukantiga eftersom bländaröppningen har den formen. Bilddata: Småbildskamera (fullformat) med Nikon AF 50 mm f/1,4D vid f/3,5, 1/50, ISO 1600.

Optiska fel

Inget objektiv är perfekt, det uppstår en massa optiska fel, eller aberrationer som de ofta kallas. De flesta felen orsakas av hur ljus bryts i glas. De flesta förvärras när vi försöker göra objektiv mer extrema: vidare bildvinklar, större maxbländare eller mer zoomomfång. 

Att korrigera fel innebär ofta att lägga till linselement. Ju mer du vill korrigera, ju fler linselement får du. Här går vi igenom några av de vanligaste felen, hur de uppstår och hur de åtgärdas.

Vinjettering är att ljuset inte faller jämnt över hela sensorn, den absolut vanligaste varianten är att ljuset avtar ut mot bildens kanter och i synnerhet hörnen. Så länge vinjettering är linjär, alltså att ljuset minskar jämnt, är det enkelt att kompensera för den i efterhand. Är den däremot olinjär blir det svårt att kompensera för den utan att få fula effekter. Skall du designa bort vinjettering får du öka diametern.

Distorsion är att raka linjer i motivet blir krökta i bilden. Man skiljer på tunnformig, kuddformig och mustaschformad. Tunnformig innebär att mitten av bilden buktar utåt, kuddformig är motsatsen, att mitten buktar inåt. Mustaschformad är tunnformig i mitten och övergår sedan till kuddformig utåt kanterna. 

Tunnformig och kuddformig distorsion är relativt enkel att kompensera i efterhand. Det innebär att du tappar lite av bildvinkeln och att du tappar lite av den ursprungliga upplösningen. Med dagens högupplösta sensorer kan man ta bort distorsion och ändå ha mycket upplösning kvar. Att designa bort distorsion innebär fler linselement och därmed ett längre, tyngre och dyrare objektiv.

CA, kromatisk aberration beror på att ljus i olika färger bryts lite olika i linselementen. CA finns i två varianter: Axiell/longitudiell där färger förskjuts i djupled, alltså att olika färger hamnar i olika skärpeplan och transversell/lateral där olika färger förskjuts i sidled, de hamnar bredvid varandra i bilden. Axiell CA förekommer över hela bildytan och kan dämpas genom att blända ned så skärpedjupet ökar. Lateral CA förekommer bara utåt kanterna i bilden

CA åtgärdas ofta genom att skapa så kallade apokromatiska grupper av linselement där färgfelen så att säga tar ut varandra så totalresultatet blir nära noll. Ett annat sätt att dämpa CA är att använda speciella och väldigt dyra glastyper i viktiga linselement, så kallade low dispersion, LD-glas. Vissa typer av CA kan ganska effektivt tas bort i efterbearbetningen om programmet känner till vilken typ av CA objektivet ger upphov till.

SA, sfärisk aberration innebär att ljus som passerar längre utåt kanterna av objektivet bryts lite annorlunda än det ljus som passerar närmare objektivets centrum. Det här är en effekt av att använda sfäriska linselement. Du kan dämpa SA genom att låta ljuset passera kombinationer av linselement eller genom att använda asfäriska linselement. Asfäriska element är en dyr lösning, men med moderna tillverkningstekniker börjar det bli vanligare. SA uppstår lättare i objektiv med stora maxbländare. 

Överstrålning/flare/spökbilder handlar om att delar av ljuset reflekteras och så att säga studsar runt i objektivet och stör bilden. Det här får två typer av effekt i bilden, dels att kontrasten sjunker, du får en ”blaskig” bild och dels som artefakter eller spökbilder, i form av färgade cirklar eller fläckar. Bländaröppningens form kan påverka både formen på spökbilder och hur många det blir. 

Överstrålning dämpas med hjälp antireflexbehandling av linsytor och med att objektivets insida målas med svart absorberande färg. Dessutom hjälper motljusskydd och att hålla objektivet rent från damm och annat.   

En speciell och numera ovanlig form av överstrålning uppstår på grund av reflektioner från sensorn som träffar det bakersta linselementet och kan ge underliga regnbågseffekter i ljusa delar av bilden.

Koma innebär att ljusa punkter återges lite förvrängda. Istället för en punkt blir de utdragna, som en komet med en kort svans. Koma sänker skärpan i synnerhet i kanterna på bilden och är extra märkbar och störande när du tar nattbilder där punktformiga ljuskällor som stjärnor eller lampor blir förvrängda. Koma åtgärdas på ungefär samma sätt som sfärisk aberration och kan ofta dämpas helt enkelt genom att blända ned.

Krökt skärpeplan. Sensorn är plan, men det är inte alltid bilden som projiceras av objektivet är riktigt lika plan. Vilket förstås innebär att skärpan blir sämre ju längre ut mot kanterna i bilden du tittar. Enklaste åtgärden är att blända ned vilket dämpar eller helt tar bort problemet. Skall man designa bort sådana problem slutar det ofta med att man måste öka diametern på objektivet.

Snett skärpeplan eller decentrering handlar om att ett objektiv är felmonterat eller skadat. Ett eller flera linselement lutar eller sitter inte riktigt i mitten. Ljusstarka vidvinkel- eller normalzoomar är uppbyggda av många rörliga linselement och därmed extra känsliga för smällar eller stötar.

Reflektion från sensorn. Ett tack och lov sällsynt optiskt fel som beror på en kombination av formen på det  bakersta linselementet och dess avstånd från sensorn. Färgfenomenen är faktiskt reflektion från färgfiltret i sensorn, du kan se gröna, röda och några blå fält.

Snygg sol. Det är trevligt med objektiv som hanterar starka ljuskällor i bilden på ett snyggt sätt. Den här bilden är faktiskt tagen med en ganska billig och enkel vidvinkelzoom. Långt ifrån världens skarpaste objektiv, men det ger en ganska snygg stjärnformig överstrålning från solen. 

Oskärpeteckning - bokeh

En lite orättvis men halvsann generalisering är att nybörjare ofta är fixerade vid bra skärpa medan erfarna fotografer är mer intresserade av hur oskärpan ser ut. Hur oskärpan ser ut i bak- och förgrund påverkar ofta hur skarpt vi uppfattar att huvudmotivet är. Ett enkelt sätt att få till exempel ett porträtt att se skarpare ut är att helt enkelt se till så bakgrunden befinner sig långt bakom personen. Då blir skillnaden mellan det som är i fokus och det som inte är det tydligare och bilden ser skarpare ut utan att egentligen behöva vara speciellt skarp rent tekniskt sett.

Så hur oskärpan ser ut är viktigt. Problemet är att det inte finns något enhetligt sätt att mäta eller bedöma oskärpa. Det finns en del saker många håller med om, som att punktformiga ljuskällor i oskärpa skall återges som cirklar, inte ovaler eller sexhörningar. Och att de cirklarna skall vara jämna, inte vara ljusare i kanterna än i mitten. Det skall inte finnas tvära kontrastövergångar i oskärpan. Man brukar ibland tala om ”lugn” oskärpa, vilket handlar om att den känns mjuk och inte har tydliga kontraster som drar blicken till sig.

Ett problem är att många av de saker man gör för att få bra prestanda i skärpeplanet, de delar av bilden som skall vara skarpa, har en negativ effekt på oskärpan. Det har ofta varit svårt att kombinera hög upplösning, i synnerhet i zoomar, med snygg oskärpa. Många av de korrigeringar man gör för att dämpa fel som till exempel sfärisk aberration kan påverka oskärpan negativt.

Dessutom kan ett objektiv ge snygg oskärpa för vissa typer av bakgrunder, men inte för andra. Eller när bakgrunden är på vissa avstånd från skärpeplanet, men inte på andra. Bländarens form spelar roll, tydligast i hur den påverkar punktformiga ljuskällor i oskärpan. Bländaröppningen påverkar skärpedjupet och därmed också oskärpeteckningen. En större bländare ger alltid mer oskärpa och ofta, men inte alltid, snyggare oskärpa. 

Till råga på allt är oskärpa lite av en smaksak. Olika fotografer gillar olika typer av oskärpa. Vårt råd är att du ägnar lite tid åt att utforska oskärpeteckningen hos dina objektiv. Hur ändras den med olika bländare? Hur blir den med lövträd i bakgrunden? Med högt gräs? Med punktformiga ljuskällor?

Överstrålning kan vara snyggt. Normalt försöker man ju undvika överstrålning i bilder eftersom det sänker kontrasten. Men här är ett exempel på hur den sänkta kontrasten faktiskt hjälper till att göra bilden mjukare och mer stämningsfylld.

Avrundning - vad är det som gör vissa objektiv så dyra?

Vi fotografer ställer hela tiden allt högre krav på våra objektiv. Kraven leder till avancerade och dyra lösningar med fler linselement, specialglas, asfäriska element, ytbehandlingar, komplexa mekaniska konstruktioner där element rör sig olika mycket och i olika riktningar. Högre krav innebär ofta större diameter. Allt det här gör objektiv dyrare. 

Det gäller alla typer av objektiv: Långa objektiv är optiskt okomplicerade, men skall de vara ljusstarka blir linselementen framför bländarmekanismen enorma. Korta objektiv är ofta optiskt komplexa på grund av retrofokuskonstruktioner och att ljuset skall böjas så mycket. 

För varje linselement som uträttar en sak måste du ibland ha ett eller två till som kompenserar för problem som det första elementet orsakade. Ju mer ett linselement uträttar, till exempel vinklar ljuset mer, ju större kompensationer behövs sedan. Vill man dessutom ha zoom så kombinerar man flera optiska problem i samma objektiv vilket förstås gör konstruktionerna enormt mycket mer komplexa.

Det är helt enkelt så att kvalitet kostar. Vill vi ha bra prestanda blir objektiven också större och dyrare.

Av Martin Agfors

Publicerad 2017-10-30.

Läs mer

Fotoskola

Fotoskola: Effektiv användning av Lightroom på resa

Fotoskola

Lär dig Capture One Pro Del 2: Framkalla och bildbehandla

Tutorials & Fotoskola

Fotoskola: Tagga personer i bilder snabbt med Photo Mechanic