optical aberrations

 

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 aberraciones geométricas de las lentes, reproducen un punto como un borrón y una linea recta como una banda más o menos curvada. Esto es originado principalmente por defectos 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.

Bibliografía: EFF.

NdelE: Dentro del campo de las aberraciones ópticas, las aberraciones geométricas, también son conocidas como aberraciones básicas, incluyen las aberraciones de Seidel o aberraciones monocromáticas.

 

Las aberraciones geométricas impiden que los rayos de la luz de un mismo origen en el objeto lleguen a un punto común o plano focal de la imagen a causa de que los rayos luminosos, que pasan por diferentes porciones o zonas de la lente, no son refractados en el mismo grado.

Las aberraciones geométricas son: aberración esférica, coma, astigmatismo, curvatura de campo y distorsión óptica.

 

La aparición de aberraciones individuales puede observarse poniendo a prueba el objetivo en un banco óptico o bajo condiciones controladas parecidas.

 

Las aberraciones son características propias de los objetivos y en general resultan graves en las lentes simples. Los efectos de algunas aberraciones pueden reducirse cerrando la abertura del diafragma. Sin embargo, los objetivos compuestos modernos están bien corregidos en diseño y en manufactura.

Las aberraciones geométricas se corrigen controlando las formas de los distintos componentes del objetivo y combinando elementos realizados con cristales u otros materiales, con cualidades refractantes distintas.

Los objetivos bien corregidos pueden constar desde 3 a unos 20 elementos que reducen esas aberraciones.

Bibliografía: EPF.

 

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.

Cuando la publicidad nos dice que «están corregidas todas las aberraciones», debemos saber que lo que quiere decir es que «algunas aberraciones se han reducido a unos límites razonables y que otras se han equilibrado ingeniosamente, acercándose lo más posible al objetivo perfecto».

 

De lo que se trata, en definitiva, es de lograr una imagen lo más nítida posible.

 

Primero insistiremos en un par de conceptos básicos como son la refracción y la dispersión que sufre un rayo luminoso cuando pasa de un medio físico a otro diferente (aire-cristal).

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.

 

 

Por todo esto vemos que un punto dará una imagen en forma de mancha luminosa más o menos irregular. Es decir, en una lente así, la «definición» es penosa.

 

Ahora bien, si «diafragmamos (cerramos el diafragma) mucho, hacemos que la luz sea monocolor mediante el empleo de filtros y no tratamos de cubrir un campo demasiado grande, la definición mejorará considerablemente. Pero sí nos apartamos de estos valores de abertura, escala de color y campo, que se consideran prácticos para que se acerque lo más posible a un objetivo perfecto, surgen las aberraciones. Es decir, todos aquellos factores que hacen que un punto no se reproduzca como un punto, ni una recta como tal. Al ser elevadas las necesidades de precisión, las correcciones a efectuar son complicadas, y la «calidad» de un objetivo vendrá dada por la eficacia de estas correcciones.

Esto, además de complicados cálculos, exige minuciosos y múltiples controles, lo que encarece considerablemente su construcción. La calidad cuesta y hay que pagarla. Por esto, la precisión de un objetivo barato nunca podrá ser la misma que la de uno más caro. Desgraciadamente.

Las aberraciones se reducen y equilibran fundamentalmente mediante lentes que compensan o equilibran a otras de efectos contrarios. Combinando lentes de diferentes grosores, curvaturas e indices de refracción se pueden corregir las aberraciones hasta límites razonables.

Evidentemente, el poder de resolución y la definición de un objetivo dependen estrechamente de cómo y en qué medida se hayan solucionado las aberraciones debidas a la difracción y dispersión de los rayos luminosos al atravesar una lente.

Bibliografía: FP.

 

Existen cinco aberraciones geométricas primarias, que se dividen en dos subgrupos.

 

 

Primer subgrupo: Aberraciones geométricas que deterioran la imagen.

I. Aberración esférica: diferencia de convergencia de los rayos de luz dependiendo de la distancia al eje óptico.

II. Coma: modificación de la imagen que se produce por la diferencia de ángulo de incidencia de un rayo respecto al eje óptico.

III. Astigmatismo: impide que un punto objeto se enfoque en un punto imagen. La imagen tendrá forma ovalada o se compondrá de un par de líneas llamadas líneas focales.

 

Segundo subgrupo: Aberraciones geométricas que deforman la imagen.

 

IV. Curvatura del campo de Petzval, mas conocida como curvatura de campo: debida a la curvatura de una lente cuando se debe enfocar en una superficie plana.

V. Distorsión óptica: modificación de la forma de la imagen.

 

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 geometricas a las aberraciones parasitas, como 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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