aberration

Une aberration est l'incapacité d'une lentille, d'un miroir ou d'un système optique à faire converger tous les rayons lumineux d'un même point vers un seul foyer. Au lieu de converger vers un point net unique, les rayons se dispersent sur une plage de distances ou de positions focales, dégradant la qualité de l'image. C'est une conséquence physique de la façon dont la lumière se réfracte à travers le verre courbé ou se réfléchit sur des surfaces courbes ; une mise au point parfaite sur toutes les longueurs d'onde et tous les angles de rayon est impossible sans correction délibérée.

Différents types d'aberrations proviennent de différentes causes. L'aberration sphérique se produit lorsque les rayons entrant près du bord d'une lentille se focalisent à une distance différente de celle des rayons traversant le centre, un résultat direct de l'utilisation de surfaces sphériques. L'aberration chromatique se produit parce que différentes longueurs d'onde de lumière se réfractent à des angles légèrement différents en traversant le verre, provoquant des franges de couleur sur les bords. La coma, l'astigmatisme, la distorsion et la courbure de champ sont d'autres variantes qui deviennent plus prononcées vers les bords du champ de vision d'une lentille ou dans des systèmes avec de grandes ouvertures et de courtes distances focales.

Pourquoi cela est important en pratique

Dans les travaux d'imagerie de précision, les aberrations limitent directement la résolution et le contraste. Un objectif d'appareil photo avec une aberration sphérique non corrigée produit des images douces et floues même lorsqu'il est correctement mis au point mécaniquement. En microscopie, l'aberration résiduelle fixe une limite stricte à la finesse des détails pouvant être distingués. Dans les télescopes, les aberrations volent des photons au cœur d'une image stellaire et les dispersent en un halo, réduisant la détectabilité des objets faibles. C'est pourquoi les optiques haut de gamme emploient plusieurs éléments de lentille avec des courbures et des types de verre soigneusement choisis, parfois six éléments ou plus, pour annuler mutuellement leurs aberrations.

Les fabricants corrigent l'aberration en combinant des surfaces de lentilles de différentes puissances et matériaux. Les surfaces de lentilles asphériques, qui s'écartent d'une sphère parfaite, peuvent être façonnées pour annuler l'aberration sphérique. La fluorine et le verre spécial à faible dispersion réduisent l'aberration chromatique. Dans les systèmes de miroirs utilisés dans les télescopes et les microscopes, les formes de miroirs paraboliques ou hyperboliques au lieu de sphériques éliminent ou réduisent considérablement l'aberration sphérique. Le coût et la complexité de la correction augmentent fortement avec la performance requise : une simple loupe tolère une aberration significative ; un objectif de microscope ou un objectif d'appareil photo de précision exige une correction étendue.

Le terme vient du latin aberrare, s'éloigner. Les premiers astronomes ont remarqué que les télescopes produisaient des images floues ou déformées et ont supposé que la lumière se comportait mal ; nous comprenons maintenant cela comme une propriété optique prévisible. La théorie moderne de l'aberration, développée au cours du XIXe siècle, permet aux ingénieurs de calculer exactement comment chaque surface et chaque matériau d'un système contribueront au budget total d'aberration, et de concevoir des systèmes qui ramènent les aberrations en dessous du seuil où elles limitent les performances pour l'application prévue.