La solución a la aberración esférica en los objetivos.

Lo hemos comentado muchas veces: en fotografía, la calidad tiene un precio. Con los objetivos, eso se traduce en lentes más luminosas y nítidas. Para conseguir este último propósito, debemos de enfrentarnos a las aberraciones cromática y esférica.

Aberración cromática.

La aberración cromática es un tipo de distorsión óptica provocada por la imposibilidad de enfocar todos los colores en un único punto de convergencia. Dado que el índice de refracción de las distintas sustancias ópticas varía con la longitud de onda, la distancia focal del objetivo es diferente para cada color. Por tanto, una lente no forma una única imagen del objeto, sino una serie de imágenes (una por cada color presente en la luz incidente). Además, como el tamaño de la imagen final depende de la propia distancia focal, cada una de estas imágenes formadas tiene su propio tamaño.

La aberración cromática longitudinal es la variación de la distancia con el índice de refracción, y la aberración cromática lateral es la variación del tamaño de la imagen.

La luz con la longitud de onda más corta (la luz azul) se curva más que la luz de longitud de onda más larga (la luz roja). De esta manera, la luz azul forma el foco en un plano más cercano a la lente que la luz roja. Para corregir este efecto se colocan dos lentes juntas en una configuración conocida como pareja, par, o doblete acromático.

Los espejos no producen aberración cromática ya que la luz se refleja sin cambiar de medio, con lo que no hay cambios en el indice de refracción.

La aberración cromática longitudinal se manifiesta en forma de unos bordes coloreados alrededor del objeto.

La aberración cromática lateral se manifiesta como una mayor proporción de blanco en la imagen.

Podemos corregir la aberración longitudinal en el procesado y la longitudinal reducirla con el uso del parasol.

Aberración esférica.

La aberración esférica se da en espejos y lentes en los que los rayos de luz inciden de manera paralela al eje óptico. Los rayos que inciden más alejados de dicho eje son llevados a un foco diferentes que los que inciden más cerca del mismo. Eso hace que los objetos pierdan nitidez según se alejan del eje óptico.

El problema.

Mientras que la aberración cromática se puede corregir a base de añadir lentes correctoras y mejorar la composición de las mismas. Hasta ahora la aberración esférica no tenía una solución óptica al problema.

En 1690, el astrónomo Christiaan Huygens, en su libro “Tratado sobre la luz”, apunta que tanto Isaac Newton (uno de los grandes científicos de todos los tiempos), Gottfried Leibniz (filosofo, matemático, lógico, teólogo, jurista, bibliotecario y político) y René Descartes (padre de la geometría analítica) no pudieron encontrar solución a dicho problema. (Aunque cabe mencionar que Newton inventó un telescopio que resolvía la aberración cromática).

En 1949 Wasswerman y Wolf formularon el problema de una manera analítica para intentar conseguir diseñar una lente sin aberración esférica. Su propuesta era unir dos superficies asféricas adyacentes para corregir las aberraciones esféricas, con una solución que consistía en dos ecuaciones diferenciales de primer orden que se resolvían numéricamente. En otras palabras, la solución era una aproximación que se obtenía mediante el análisis numérico por la fuerza bruta gracias a potentes ordenadores. No era una solución definitiva. Además, la solución implicaba elementos asféricos que son más complicados de fabricar y, por tanto, más costosos.

La solución.

En 2018, Héctor A. Chaparro-Romo, un estudiante de doctorado de la Universidad Nacional Autónoma de México, que había estado tratando de resolver este problema durante 3 años, invitó a Rafael G. González-Acuña, estudiante de doctorado de la Tecnológica de Monterrey, para que lo ayudara a resolver dicho problema.

Un día, mientras González se estaba preparando una rebanada de pan con Nutella, una idea le golpeo la cabeza. Corrió hasta el ordenador, programó la idea, y cuando ejecutó el programa, observó que la idea funcionaba. Más tarde, junto con Chaparro, ejecutaron una simulación con 500 rayos de luz y obtuvieron una satisfacción del 99,9999999999%.

La aplicación.

Con la ecuación encontrada se puede calcular la forma de la segunda superficie asférica para una primera superficie dada por el usuario así como una distancia de enfoque. Esta segunda superficie calculada es capaz de corregir la aberración que se genera en la primera superficie eliminando la aberración esférica.

Esto va a permitir conseguir mejores objetivos y abaratar los costes de producción, aunque no necesariamente se traduzca posteriormente en un abaratamiento de los precios, por lo menos a corto plazo.

Sea como sea, todo lo que suponga el que podamos obtener mejores imágenes son buenas noticias.

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