Aberraciones ópticas – Física –

Cuando Johann Carl Friedrich Gauss (1777-1855) estudió los fundamentos de la óptica geométrica, definió que en la formación de la imagen, los puntos del objeto corresponden a los puntos de la imagen, las líneas corresponden a las líneas en la imagen y los planos del objeto corresponden a los planos de la imagen. Para que esto ocurra, es necesario que la apertura de los sistemas ópticos asuma valores muy pequeños. Sin embargo, el propio Gauss notó diferencias entre objetos e imágenes en sistemas ópticos experimentales, incluso considerando pequeños intervalos de apertura. Estas diferencias se conocen como aberraciones ópticas. Estas aberraciones no se producen por errores de construcción de los equipos, sino por la forma geométrica y las características de los medios que componen el sistema.

Las aberraciones ópticas se pueden clasificar en cromáticas o monocromáticas.

aberraciones monocromáticas

También conocidas como aberraciones geométricas, las aberraciones cromáticas provocan cambios relacionados con la forma de la imagen. Pueden ser esféricos, coma, astigmatismo, curvatura de campo y distorsión.

aberraciones esféricas

Considerando un haz de rayos de luz monocromáticos paralelos que atraviesan una lente convergente paralela a su eje, los rayos más cercanos al eje y los rayos más distantes serán refractados entre dos puntos A y B, como se muestra en la figura:

Como podemos ver en la figura, los rayos que emergen de la lente no pasan todos por el mismo punto, sino que se distribuyen entre los puntos A y B. Envolviendo los rayos que emergen de la lente al punto A, obtenemos la forma de un embudo, conocido como reflejo cáustico. El punto A se conoce como foco paraxial y el punto B se llama foco marginal. Si, entre estos puntos, colocamos un escudo en un plano perpendicular al eje de la lente, veremos círculos que se hacen más pequeños cuanto más nos acercamos al punto A. El punto donde la imagen aparece con mayor claridad se conoce como el punto de menor confusión.

Las lentes convergentes y divergentes tienen aberraciones en direcciones opuestas, por lo que una de las formas de corregir las aberraciones esféricas es combinar lentes convergentes y divergentes. Un sistema planetico es el nombre que se le da a un sistema óptico con aberración esférica corregida.

freaks coma

Cuando el punto de luz está fuera del eje de la lente, aparece una coma de aberración. Tiene este nombre porque si envolvemos los rayos que emergen en el tramo entre los focos paraxial y marginal, obtenemos una forma similar a la de un cometa. El coma aumenta con la apertura e inclinación de los rayos de luz, por lo que esta aberración puede aparecer en cualquier sistema óptico. La corrección se realiza mediante métodos similares a los utilizados para corregir aberraciones esféricas.

El uso de un diafragma, un dispositivo que limita la apertura del sistema óptico, también ayuda a prevenir la aparición del coma.

Astigmatismo

Si consideramos un pequeño cuadrado luminoso en un plano perpendicular al eje de la lente, las imágenes de las líneas horizontales y verticales aparecen en planos diferentes. Esto evita una visualización igualmente nítida de imágenes compuestas por líneas verticales y horizontales.

Aberraciones de curvatura de campo

El astigmatismo aumenta con la inclinación de los rayos de luz en relación con el eje de la lente. Esto aleja las imágenes de las líneas verticales y horizontales. Uniendo los puntos donde se pueden proyectar estas imágenes, formamos dos curvas tangentes entre sí. Este tipo de aberración es bastante común en las cámaras.

Distorsión

Los puntos de un objeto grande están ubicados a diferentes distancias de la lente. Debido a esto, las imágenes pueden parecer ligeramente diferentes de los objetos. La distorsión es particularmente grande para radios que son pronunciados en relación con el eje. Un sistema óptico con corrección de distorsión se denomina ortoscópico.

aberraciones cromáticas

Este tipo de aberración se debe a la diferencia de refracción de diferentes colores. Los rayos de luz de colores compuestos se dividen en varios colores (como un prisma) formando imágenes con un halo iridiscente.

La corrección se realiza colocando lentes con diferente índice de refracción. Un sistema óptico libre de aberraciones cromáticas se denomina apocromático.

Fuentes:
http://astro.if.ufrgs.br/telesc/aberracao.htm
http://www.feiradeciencias.com.br/sala09/09_OG06.asp