Aberraciones ópticas en lentes simples y objetivos: causas, tipos y corrección

Aberraciones ópticas en lentes y objetivos

1. Aberración esférica

Explica detalladamente en relación a las aberraciones esféricas: las superficies de las lentes son casi siempre esféricas y un elemento formado por una sola lente, con una o dos superficies esféricas, no dirige todos los rayos axiales a un foco común. Así, un punto del sujeto no produce un punto de imagen verdadero. La consecuente falta de nitidez se denomina aberración esférica.

2. Aberración cromática axial y lateral

La aberración cromática axial varía según la longitud de onda de la luz que la atraviesa, siendo mayor la refracción cuanto menor es la longitud de onda. Esto provoca una dispersión espectral y un poder de dispersión.

El foco principal de la lente simple varía, por lo tanto, según la longitud de onda transmitida; la longitud focal varía según el color de la luz. Esta separación de focos a lo largo del eje óptico provoca que el foco para el azul esté más cercano a la lente que el foco para el rojo, lo que genera dispersión espectral.

La aberración cromática lateral es un error de solución especialmente complicada que provoca la aparición de flecos de color dispersos en los bordes de la imagen. Es una aberración no axial, cuyo efecto es nulo en el centro óptico del plano focal, pero aumenta a medida que se incrementa el ángulo de campo.

3. Coma

Los efectos empeoran a medida que aumenta la distancia focal y no se reducen disminuyendo la abertura del diafragma. Con mayor distancia focal, empeora. La zona central forma una imagen puntual en la posición geométrica correcta, mientras que las zonas sucesivas forman círculos cada vez más amplios y cada vez más desplazados, en una disposición conjunta que forma un área en forma de V conocida como zona de coma, debido a su parecido con la coma. Las lentes que sufren este fenómeno sufren de coma, en forma de V.

4. Curvatura de campo

Es imposible obtener la imagen nítida en toda la superficie de la imagen: cuando conseguimos dar nitidez al centro, los bordes se vuelven borrosos y viceversa. Dado que los puntos del plano del objeto alejados del eje óptico están más lejos del centro del objetivo que aquellos puntos cercanos al eje óptico, forman, en consecuencia, puntos de imagen más cercanos que aquellos que se encuentran cerca del eje. Por ello, es imposible la nitidez total en toda la imagen: cuando enfocas el centro, los bordes no; cuando enfocas los bordes, el centro no.

5. Astigmatismo

Se generan dos nuevas superficies curvadas próximas al punto de foco ideal. Existen dos tipos:

• Astigmatismo radial: todas las imágenes de puntos no axiales aparecen como pequeñas líneas que irradian desde el eje óptico.
• Astigmatismo tangencial: todas las imágenes de puntos no axiales aparecen como líneas tangenciales.

6. Distorsión curvilínea

Se produce cuando se usa una barrera para corregir o controlar aberraciones como la coma. Si esta barrera se sitúa, por ejemplo, delante o detrás del objetivo, el haz de rayos no atraviesa el centro del objetivo, sino que pasa a través de una región mucho más periférica, sufriendo por tanto distorsión.

• Distorsión de barril: hacia dentro, si la barrera se sitúa entre el objetivo y la película.
• Distorsión en cojín: hacia fuera, para aquellas barreras situadas del lado más cercano al objeto.

10. ¿Cómo conseguimos corregir las aberraciones producidas en lentes simples?

Las aberraciones son propias de los objetivos y en general resultan graves en las lentes simples. Pueden reducirse cerrando la abertura del diafragma o mediante filtraje selectivo. Sin embargo, los objetivos compuestos suelen estar bien corregidos en diseño y en fabricación; pueden constar desde 3 hasta 20 elementos que palian estas aberraciones.

• Aberraciones geométricas: se corrigen controlando las formas de los distintos componentes del objetivo y cambiando elementos realizados con cristales u otros materiales con cualidades refractantes distintas.
• Aberraciones cromáticas: se corrigen combinando elementos de materiales que permiten diferentes características de dispersión.
• Para las demás aberraciones hay que elegir adecuadamente el cristal, la curvatura, el grosor del elemento y el espacio de aire.

Incluso en los objetivos mejor corregidos se encuentran indicios de todas las aberraciones: sus efectos se combinan en una influencia total sobre la calidad de la imagen.