optical aberration
La aberración óptica es la incapacidad de un de una lente simple o de un objetivo para reproducir una imagen perfecta en forma y nitidez de un sujeto correctamente enfocado. Las construcciones compuestas reducen notablemente las aberraciones, variando el grado de corrección con la calidad del objetivo.
Biografía: FPP.
Una lente perfecta mostrará la imagen de un punto como un punto y una línea recta como una linea recta. Pero en la práctica las lentes nunca son perfectas; reproducen un punto como un borrón y una linea recta como una banda más o menos curvada. Esto es originado principalmente por defectos o aberraciones inherentes a la construcción de la lente.
El diseñador controla la mayoría de las aberraciones combinando unas cuantas lentes sencillas de tal forma que las aberraciones de una de ellas tienden a compensarse por las aberraciones opuestas de las otras.
Biografía: EPF.
Las aberraciones son defectos en la restitución de las imágenes, que presentan irremediablemente todos los objetivos y elementos ópticos, en mayor o menor grado.
«Un objetivo perfecto debería reproducir cada punto luminoso como un punto bien definido sobre el plano focal, y una línea recta en forma de línea exactamente recta.» Esta sería la definición de un objetivo ideal. Pero todos sabemos que la perfección no existe. Y para los objetivos fotográficos, menos.
Biografía: FP.
La aberración óptica es toda característica de una lente o espejo que impide la formación de una imagen perfecta.
Biografía: EPF.
¿Por que se producen las aberraciones?.
Cualquier punto luminoso al atravesar la superficie que separa el aire del cristal, sufre una desviación en su recorrido. A este fenómeno se le llama refracción. Se llama ángulo de incidencia (i) al formado por el rayo y la línea N, que forma ángulo recto con la tangente trazada en el punto de la lente en el que incide el rayo.
El ángulo que forma éste después de ser refractado con la línea N se llama «ángulo de refracción» (r), y la desviación experimentada por el rayo respecto a su trayectoria original es denominada «ángulo de desviación» (d).
La inclinación de este ángulo depende del tipo de vidrio utilizado. El poder de desviación de un tipo de vidrio determinado viene dado por su índice de refracción.
Pero ocurre que el poder de desviación del cristal no es el mismo para cualquier longitud de onda. Es decir, depende también del color del rayo de luz. El azul se desvía más que el amarillo, y éste más que el rojo, como se aprecia en el gráfico. Por tanto, todo cristal tiene un índice de refracción diferente para cada color de la luz.
Cuando se da el índice de refracción de un vidrio sin especificar el color de la luz empleada, se supone que ha sido medido con luz amarilla.
Al hecho de que el cristal desvíe en grado diferente la luz de los distintos colores se le denomina dispersión.
Vamos a ver ahora cómo se aplican estos dos conceptos al estudio de la dirección de un rayo de luz cuando atraviesa una lente sencilla.
Al entrar, el rayo luminoso sufre una desviación debida a la refracción del vidrio, y al salir vuelve a desviarse por la misma razón, siendo la relación entre los ángulos, en el aire y en el cristal, la misma que al entrar.
Cuando comparamos las desviaciones de varios rayos paralelos procedentes de una misma dirección, comprobamos que no todos cortan al eje de la lente en el mismo punto. Esto hace que los rayos, después de pasar por la lente, formen un «disco luminoso» en el plano focal. Esto se complica aún más cuando los rayos no son paralelos al eje, sino que forman ángulo oblicuo con él. En este caso la mancha de luz que se produce tiene forma más complicada.
Además, debido a la diferencia de índices de refracción para cada color, cuando la luz blanca incide sobre la primera superficie, es dividida en un grupo de rayos; al atravesar la segunda superficie, aumentará la dispersión de estos rayos y cada uno cortará al eje en puntos diferentes. Las imágenes producidas por esta lente se formarán a diferentes distancias según el color que tengan: el azul lo hará más cerca de la lente, seguido del verde, el amarillo, y así hasta el rojo, que será el más lejano.
Historia.
El conjunto de aberraciones ópticas posibles en un objetivo es de una variedad muy amplia y lo cierto es que al inicio de la historia de la fotografía, cualquier óptica sufria de todas ellas a la vez.
Los astrónomos ya habían observado estas aberraciones en sus telescopios e Isaac Newton considero que no habría solución posible y fue asi que se dedico a diseñar el telescopio reflector (utiliza espejos en lugar de lentes).
Newton había descubierto que al pasar la luz blanca a travez de un prisma, esta se descompone en los colores que la conforman y así demostro que la luz blanca era la suma de todos los colores.
Al atravesar la luz blanca una lente, cambia de medio, de aire a cristal y se produce una refracción. Esto es muy bueno, ya que nos permite concentrar la luz sobre un punto focal y cuando enfocamos, elegimos que este coincida en el plano focal… El gran problema es que los colores se han separado, como en el prisma de Newton.
Cuando los manuales nos dicen que un punto blanco, en la fotografía se vera borroso, es porque si enfocamos para el verde este estará en el plano focal, el azul por delante y el rojo por detrás. Tendremos encimados un punto nítido y dos borrosos y nuestro punto ya no estará bien definido.
Antes del daguerrotipo, en 1758, John Dollond patento el doublet. Un objetivo compuesto por dos lentes, de densidades diferentes, que lograba unir dos colores en un mismo punto.
Para 1840 Josef Max Petzval fue el pionero del diseño óptico fotográfico mediante métodos matemáticos. Pero recién en 1857 von Seidel, a veinte años de la creación del daguerrotipo, pudo descomponer las aberraciones básicas.
Fue necesario conocer el número de Abbe, el cual expresa la extensión en la cual las longitudes de ondas cortas y largas están separadas por la refracción a través de un vidrio, para que los diseñadores confinaran lentes sencillas pero con determinados valores de refracción.
En 1893 se patento el Cooke Triplet, un objetivo compuesto por tres lentes, que seria la base de diseño para enfrentar la variedad de aberraciones ópticas existentes.
La fotografía agrego un problema.
La visión del ser humano es mucho más sensible al centro de nuestro espectro visual, la zona de longitudes de onda correspondientes al color verde.
El daguerrotipo era solamente sensible a la luz ultravioleta. Los siguientes procesos fueron sensibles al UV y al azul. Costo muchísimos años de investigación para que las emulsiones fotográficas fueran sensibles al resto de los colores en las placas blanco y negro.
Si mi película solo es sensible al azul y mis ojos mas sensibles al verde, cuando mire a travez del objetivo, lograre mejores resultados que cuando imprima una placa fotográfica. Las primeras placas fotográficas tampoco tenían mucha definición y así era difícil evaluar el problema.
Biografía: PPP.
Mapa de las aberraciones.
Las aberraciones ópticas se dividen en dos grandes grupos, las aberraciones monocromáticas, mas conocidas como aberraciones geométricas y las aberraciones cromáticas.
Las aberraciones geométricas en la mayoría de los manuales coinciden con las aberraciones de Seidel. Pero en áreas más complejas de la óptica, se describen las aberraciones parasitas, dentro de las geométricas y fuera de las de Seidel.
Philipp Ludwig von Seidel describió cinco aberraciones básicas, la aberración esférica, coma, astigmatismo, curvatura de campo y distorsión óptica.
Las aberraciones cromáticas se dividen en aberración cromática axial y aberración cromática transversal.
En este blog hay una entrada para cada tipo de aberración y su descripción.
Existe un campo más complejo, por ejemplo en el ámbito de los microscopios electrónicos, si te interesa este ámbito deberías leer el articulo de la firma Jeol.
Algunos manuales incluyen dentro de las aberraciones parasitas el viñeteo y el velo óptico. Ambos términos tienen entradas en este blog, pero fuera del ámbito de las aberraciones ópticas.
Biografía: PPP.
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