spherical aberration
La aberración esférica origina una pérdida general de nitidez en la imagen. A veces puede introducirse intencionadamente, como se hace en las lentes difusoras.
NdelE: Las lentes difusoras se instalan delante de un objetivo en la rosca porta filtro y su fin es hacer difusa la imagen, suavizando las líneas duras. Son utilizadas en retratos clásicos. El fin de estas lentes es aumentar la aberración esférica y reducir la nitidez de la imagen formada en el plano focal.
Los rayos procedentes de un objeto sobre el eje y que atraviesan el centro de la lente forman el foco en un cierto punto sobre el eje de la lente. Los rayos procedentes de un objeto axial que atraviesa la lente cerca de los bordes deben formar el foco en el mismo punto, pero en la práctica debido a la aberración esférica tienden a reunirse en un punto diferente.
NdelE: La aberración esférica es una de las aberraciones básicas descompuestas por Ludwig Seidel, conocidas como aberraciones geométricas, aberraciones monocromáticas o aberraciones de Seidel, en su honor. Corresponde al primer grupo, por ser aberraciones que deterioran la imagen.
La diferencia entre estos puntos focales es la aberración esférica de la lente.
Con una sencilla lente convergente los rayos que están más alejados del eje convergen más fuertemente y forman el foco más cerca de la lente que los rayos centrales, próximos al eje. La imagen no llega a ser nítida.
Cuando la lente es de una construcción más complicada es posible corregir esta aberración haciendo atravesar los rayos por una zona anular seleccionada de la lente, dejando los rayos que la atraviesan por otras zonas cruzar el eje en posiciones ligeramente diferentes de aquella en que los rayos corregidos y el haz central estrecho de rayos forman el foco.
Los pequeños errores residuales reciben el nombre de aberración esférica zonal y en el caso de lentes corregidas el rendimiento en el centro del plano focal dependerá de su magnitud.
Con una lente sencilla divergente los rayos marginales parecen venir de puntos más próximos a la lente.
La aberración esférica aumenta con la abertura de la lente.
La aberracion esférica y la aberración cromática afectan el total del campo cubierto por la lente pero hay otras que afectan solamente las partes alejadas del eje. Las aberraciones de este tipo son: coma, astigmatismo, curvatura de campo y distorsión.
NdelE: La aberración esférica es una de las cinco aberraciones geométricas, también conocidas como básicas de un sistema óptico, pertenecen al grupo uno de las aberraciones de Seidel. Estas se encuentran en el área de las aberraciones monocromáticas.
Biografía: EFF.
La aberración esférica proyecta un punto difuso, cuando debería ser nítido.
Los rayos luminosos paralelos al eje de la lente y que pasan por las partes exteriores de la misma, son conducidos al foco en un punto más cercano a la lente que los rayos que pasan por las zonas centrales. La imagen de un punto aparece rodeada por un halo de definición creciente.
1, imagen ideal del punto objeto en el plano focal; 2, imagen real en el plano focal con aberración esférica.
Biografía: EPF.
Suponemos que cualquier objetivo debe proyectar en el centro del plano focal una imagen nítida y bien enfocada. Esto depende en realidad de la aberración esférica que tenga el objetivo.
Si nos fijamos en las figuras vemos que los rayos de luz que pasan por los bordes de la lente convergen o divergen hacia puntos más próximos de la lente que los rayos que pasan por la parte central.
Lente convergente.
Los rayos paralelos de luz monocromática convergen más lejos de la lente, conforme inciden más cerca del eje óptico, debido a que la superficie curva de la lente les presenta diferentes ángulos de incidencia.
Lente divergente.
En ambos casos los rayos marginales se desvían más fuertemente que los centrales. A este fenómeno que se da en todos los objetivos, de que los rayos de luz, de un color determinado, paralelos al eje de la lente, sean desviados por ésta de manera que los rayos de los bordes corten al eje en puntos diferentes de los rayos interiores, es a lo que se llama «aberración esférica» del objetivo.
Esta aberración se corrige combinando una lente convergente con otra divergente de menor potencia, de manera que la combinación resulte convergente y eligiendo adecuadamente la forma de la lente divergente para equilibrar la excesiva convergencia y divergencia de las dos.
Biografía: FP.
La aberración esférica es un desviación de los rayos que inciden paralelamente al eje óptico, aunque a cierta distancia de este, son llevados a un foco diferente que los rayos próximos al mismo.
Esto se debe a que no se cumple la aproximación paraxial, y no por defecto de la lente. La aberración esférica es una aberración monocromática de tercer orden que afecta de manera diferente a cada longitud de onda.
Este efecto es proporcional a la cuarta potencia del diámetro de la lente o espejo e inversamente proporcional al cubo de la longitud focal siendo mucho más pronunciado en sistemas ópticos de corta focal, como en las lentes de un microscopio.
En los telescopios ópticos antiguos se utilizaban instrumentos de larga focal para reducir el efecto de la aberración esférica.
Biografía: WKP.
Síntesis.
- La aberración esférica es la única que afecta a puntos situados en el eje óptico.
- Los rayos provenientes de un punto del eje que entran en la lente con ángulos grandes (fuera de la aproximación paraxial) no van al foco, sino cerca de él. Los rayos que inciden más hacia los bordes convergen más cerca (o más lejos) de la lente que los que entran por el eje.
- La focal de los rayos periféricos (no paraxiales) depende de su altura
Para una lente convergente, la aberración esférica es positiva (focal anterior a la focal paraxial). Para una lente divergente, es negativa (focal posterior a la paraxial)
- Las imágenes de los rayos forman una línea sobre el eje cuya longitud se denomina aberración esférica lateral: AEL. También se define como la diferencia entre el foco del rayo marginal y el foco gaussiano.
- El tamaño de la imagen en el foco paraxial se denomina aberración esférica transversal: AET. También se define como la distancia al eje del punto de incidencia del rayo marginal en el plano focal.
- Moviendo un plano perpendicular al eje óptico a lo largo de la línea de aberración esférica lateral, no encontraremos nunca un punto, sino manchas circulares de tamaño finito.
- Círculo de mínima confusión: se obtiene en la intersección de la cáustica (curva envolvente de los rayos refractados) con los rayos marginales. Es la mejor imagen, una mancha circular de determinado diámetro, que produce un efecto similar al desenfoque, (ver Cáustica de una lente).
- La mejor forma de minimizar la aberración esférica es utilizar aberturas numéricas pequeñas para evitar rayos con ángulos altos.
- Aunque se puede compensar (objetivos de fotografía asféricos), a veces es deseable que exista en cierto grado para suavizar las imágenes (objetivos ‘flou’).
Biografía: Seminario de Ingeniería óptica, Óptica Geométrica, Universidad Veracruzana,
Profesor Antonio Herrera Escudero.
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