¿Por qué las aberraciones de las lentes son un dolor de cabeza? (IV)

El porqué las aberraciones de las lentes nos pueden dar más de un dolor de cabeza parece más que obvio. Al ser una aberración es inevitable que se está produciendo un problema con la luz y la reproducción de las imágenes.

¿Cómo se produce este efecto? Pues esto se debe, a que los rayos paraxiales (los que están más cercanos al eje óptico) son los que reproducen más fielmente la imagen del objeto, por lo que cuanto más se desvíen los rayos de la aproximación paraxial, mayor será la deformación que sufrirá la imagen.

Dicho de otra forma, son defectos de un sistema óptico que empobrecen la imagen, o sea, se produce una aberración óptica, cuando al formarse una imagen de un objeto, éste no produce una imagen fiel a la que se capta.

Para que una imagen se forme al pasar por una lente exactamente igual al objeto, es necesario que se den las siguientes condiciones:

1º· Que las lentes sean delgadas.

2º· Que la luz sea monocromática.

3º· Que los rayos sean paraxiales ( se definen así a los rayos que inciden

   muy próximos al eje óptico de la lente).

Cuando no se cumplen estas condiciones se forman defectos en las imágenes que es lo que hemos denominado como aberraciones.

Las aberraciones más comunes son: Aberración monocromática y aberración cromática. Dentro de la monocromática se dividen en:

Aberraciones de punto. En este tipo de aberración, la imagen del punto debe estar en la posición que se supone que tendría que estar por la óptica paraxial pero, en vez de este punto, hay una mancha.

En este tipo de aberraciones nos encontramos con:

– Aberración esférica.

– Coma.

Astigmatismo.

Aberraciones de forma. La imagen del punto una vez pasa por la óptica, sigue siendo un punto, pero no está ubicado en la posición que se establece en la aproximación paraxial.

En este tipo de aberraciones podemos distinguir las siguientes:

Distorsión.

Curvatura de campo.

Aberración esférica

Se producen en los espejos y lentes esféricos. Esta aberración se produce porque los rayos más alejados del eje óptico no hacen foco en el mismo punto que los rayos más cercanos al eje. Los rayos que están más cerca de la mitad de la lente (paraxiales) forman la imagen más lejos de la lente que los rayos que vienen de los bordes.

Figura37                                                                             Imagen©tilanotv.es 

 Se deduce que en una lente hay más de una longitud focal, en medio de estas diferentes longitudes focales se encuentra el círculo de confusión mínima. Es la mejor imagen que podemos obtener y lo que aparece es que la imagen se vea rodeada de un halo.

En la figura siguiente, se aprecia la imagen que se deriva de este efecto; a la izquierda se muestra un objeto en forma de cuadrícula. En el centro se muestra la misma figura en la que se ha abierto mucho el diafragma. En ella se aprecia un mejor enfoque en la zona central (que es donde se encuentran los rayos paraxiales) y desenfoque alrededor.

Figura38                                                                                             Imagen©tilanotv.es 

En la figura de la derecha se sitúa el diafragma en una posición intermedia, apreciándose un enfoque en el área de un anillo, con desenfoque en el centro de la imagen y en las esquinas, en la aberración esférica lo que apreciamos en la imagen es una pérdida de nitidez.

La aberración esférica se evita bastante con un diafragma con apertura numérica pequeña(el diafragma es un disco opaco centrado en el eje con un orificio central) que eliminará los rayos alejados del eje óptico.

Para entender mejor esta corrección podemos observar la figura 20 a, en donde se aprecia lo que se explicaba anteriormente sobre la situación del diafragma delante de la lente y el efecto que produce en la imagen.

 Figura39

                                                                                    Imagen©tilanotv.es 

 Coma.

Esta aberración es no simétrica y se produce para puntos que no están en el eje óptico, o sea, están situados alrededor del eje óptico del sistema de lentes y se produce por un ligero descentramiento de un punto con respecto al eje óptico.

Se llama aberración de coma porque la imagen que se forma es de un punto que se parece a un cometa.

El cometa será mayor cuanto más alejado del eje está el punto origen.

Figura40Figura41Imagen©tilanotv.es  

Los rayos que entran en la cara anterior de la lente a distinta altura, hacen foco en distintos puntos del plano imagen de manera que se forman un círculo con cada uno de ellos de diámetros diferentes y a distintas distancias del eje.

Astigmatismo.

Este efecto se produce cuando a un sistema óptico lo atraviesa un cono de rayos asimétrico, lo que hace que se produzca esta aberración.

Normalmente en este efecto ocurre que el objeto que queremos captar no está exactamente en el eje óptico, sino que se puede encontrar a una distancia considerable de éste (objeto puntual), por lo que el cono de rayos que procede del objeto al proyectarse sobre la lente y atravesar ésta será asimétrico.

Figura42

                                                                                                          Imagen©tilanotv.es 

Pues bien, observando la figura anterior, podemos definir el astigmatismo como la distancia que existe entre el foco sagital y el foco meridional que además depende del ángulo de los rayos, la distancia al eje y de la focal de la lente.

Cuando tomamos el foco sagital, la imagen que se vería será como la que sigue en la figura.

La siguiente figura, se refiere al punto que se da en la figura X y que se llama círculo de mínima confusión.

 Figura43

                  Imagen©tilanotv.es 

Por último la figura que continua se refiere a la imagen que se verá en el foco tangencial.

Cuando se produce el astigmatismo, no se ven las imágenes alargadas o ensanchadas sino que el problema es que no se pueden enfocar a la vez las líneas horizontales y verticales.

Es curioso la cantidad de problemas que se nos pueden presentar cuando la luz pasa por la óptica de una cámara.

¿Te ha ocurrido o has visto en alguna ocasión este tipo de problemas? Puedes comentarlo más abajo…..

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