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Aberración esférica

  Aberración esférica. Una lente perfecta (arriba) enfoca todos los rayos entrantes a un punto en el eje óptico. Una lente real con superficies esféricas (abajo) sufre de aberración esférica: enfoca los rayos más estrechamente si entran lejos del eje óptico que si entran más cerca del eje. Por lo tanto, no produce un punto focal perfecto. (El dibujo es exagerado.)   Agrandar Aberración esférica. Una lente perfecta (arriba) enfoca todos los rayos entrantes a un punto en el eje óptico. Una lente real con superficies esféricas (abajo) sufre de aberración esférica: enfoca los rayos más estrechamente si entran lejos del eje óptico que si entran más cerca del eje. Por lo tanto, no produce un punto focal perfecto. (El dibujo es exagerado.)  Una fuente puntual reflejada por un sistema con (arriba) negativa, (centro) cero y (abajo) aberración esférica positiva. Las imágenes de la izquierda están desenfocadas hacia el interior, las imágenes de la derecha hacia el exterior.   Agrandar Una fuente puntual reflejada por un sistema con (arriba) negativa, (centro) cero y (abajo) aberración esférica positiva. Las imágenes de la izquierda están desenfocadas hacia el interior, las imágenes de la derecha hacia el exterior.  Secciones longitudinales a través de un haz enfocado con aberración esférica negativa (superior), cero (centro) y positiva (inferior). La lente está a la izquierda.   Agrandar Secciones longitudinales a través de un haz enfocado con aberración esférica negativa (superior), cero (centro) y positiva (inferior). La lente está a la izquierda.

En óptica, aberración esférica es una imperfección de la imagen que se produce debido al aumento de la refracción de los rayos de luz que se produce cuando los rayos inciden en una lente o un reflejo de los rayos de luz que se produce cuando los rayos inciden en un espejo cerca de su borde, en comparación con los que inciden más cerca del centro. A menudo se considera que es una imperfección de telescopios y otros instrumentos que hacen que su enfoque sea menos que ideal debido a la esférico forma de lentes y espejos. Este es un efecto importante, ya que las formas esféricas son mucho más fáciles de producir que las asféricas y, por lo tanto, la mayoría de las lentes tienen formas esféricas.

El efecto es proporcional a la cuarta potencia del diámetro e inversamente proporcional a la tercera potencia de la distancia focal, por lo que es mucho más pronunciado en relaciones focales cortas, es decir, lentes 'rápidas'.

Para telescopios pequeños que usan espejos esféricos con relaciones focales más cortas que f/10, la luz de una fuente puntual distante (como un estrella ) no está todo enfocado en el mismo punto. En particular, la luz que incide en la parte interior del espejo se enfoca más lejos del espejo que la luz que incide en la parte exterior. Como resultado, la imagen no se puede enfocar con tanta nitidez como si la aberración no estuviera presente. Debido a la aberración esférica, los telescopios más cortos que f/10 generalmente se fabrican con espejos no esféricos o con lentes correctoras.

En los sistemas de lentes, el efecto se puede minimizar usando combinaciones especiales de lentes convexas y cóncavas, así como usando lentes asféricas.

Para diseños simples, a veces se pueden calcular parámetros que minimicen la aberración esférica. Por ejemplo, en un diseño que consta de una sola lente con superficies esféricas y una distancia al objeto dada o, distancia de la imagen i e índice de refracción n, se puede minimizar la aberración esférica ajustando los radios de curvatura R 1 y R 2 de las superficies delantera y trasera de la lente de manera que .