aberración esférica

La aberración esférica ocurre cuando los rayos de luz que pasan a través de una lente a diferentes distancias de su eje óptico se enfocan en diferentes puntos a lo largo de ese eje. Los rayos que inciden cerca del borde de la lente convergen a una distancia diferente que los rayos que pasan por el centro, creando una imagen borrosa o difusa independientemente de dónde se coloque el plano focal. Este es uno de los defectos ópticos más comunes en los sistemas de lentes simples.

La causa principal es geométrica: una única superficie esférica curva no puede refractar todos los rayos paralelos a un solo punto. La curvatura que funciona para los rayos paraxiales (aquellos cercanos al eje óptico) sobreenfoca los rayos marginales en los bordes de la lente. El efecto es peor con grandes aperturas y distancias focales cortas, donde los ángulos de los rayos son más pronunciados. Una lente puede mostrar una aberración esférica de 0.5 a 2 dioptrías, dependiendo de su diámetro, distancia focal y diseño.

Corrección y mitigación

Los diseñadores ópticos corrigen la aberración esférica combinando elementos de lente positivos y negativos de diferentes potencias y formas, utilizando superficies asféricas (no esféricas) o cerrando la apertura para bloquear los rayos marginales. Las lentes de cámara de alta calidad, los objetivos de microscopio y la óptica de telescopios utilizan múltiples superficies asféricas o cónicas para lograr la corrección en todo el espectro visible. En aplicaciones como proyectores o lupas simples, una pequeña apertura (número f alto) suele ser la única solución práctica.

El término "esférica" se refiere a la forma de la superficie que causa el problema, no a la forma de la aberración en sí. El efecto se documentó por primera vez en el siglo XVII durante el desarrollo temprano de los telescopios y sigue siendo inevitable en las lentes de un solo elemento. El software moderno de simulación óptica predice la aberración esférica durante el diseño, lo que permite a los ingenieros equilibrarla con otros defectos como la coma, el astigmatismo y la curvatura de campo, en lugar de eliminarla por completo.

En los sistemas de imágenes, la aberración esférica residual aparece como una reducción del contraste, suavidad en los bordes de la imagen y sensibilidad a la posición del enfoque. Los probadores de lentes la miden utilizando interferometría o analizando las funciones de dispersión de puntos. En trabajos ópticos de precisión, los presupuestos de aberración esférica se calculan junto con las tolerancias para la variación de fabricación, los efectos térmicos y los errores de ensamblaje.