Aberración optica

Qué es una aberración óptica

Un sistema óptico ideal convertiría cada punto luminoso del objeto en un punto exacto de la imagen. Ninguno real lo consigue. Las superficies tienen una curvatura imperfecta, los materiales desvían la luz de forma desigual según su color y la geometría de la apertura introduce desviaciones que crecen con el diámetro. Cada una de ellas es una aberración óptica.

Aberración llegó al español por el inglés aberration, y este del latín aberratio, -ōnis («desvío», «distracción»). Óptica procede del griego ὀπτική (optikḗ), «relativa a la visión», derivado de ὄψις (ópsis), «vista». El diccionario académico define la acepción óptica como una imperfección de un sistema óptico que produce una imagen defectuosa. El nombre, por tanto, apunta a la desviación respecto de una imagen perfecta, y no a ningún órgano en particular.

Clasificación de las aberraciones ópticas

La clasificación más antigua, y todavía útil, distingue dos grandes familias según su relación con el color de la luz.

Las aberraciones cromáticas se deben a la dispersión: el índice de refracción del material cambia con la longitud de onda, y cada color converge en un punto distinto. Pueden ser longitudinales, con focos separados a lo largo del eje, o laterales, con imágenes de tamaño diferente según el color. Ambas variantes se desarrollan en la entrada sobre la aberración cromática.

Las aberraciones monocromáticas persisten aunque la luz sea de un solo color. A mediados del siglo XIX, Ludwig von Seidel las sistematizó en cinco tipos primarios que hoy llevan su nombre: la esférica, en la que los rayos periféricos y los centrales no coinciden en el foco; la coma, que da a la imagen de un punto fuera del eje forma de cometa; el astigmatismo de oblicuidad, con líneas radiales y tangenciales enfocadas a distinta profundidad; la curvatura de campo, por la que el plano focal resulta curvo; y la distorsión, que conserva el foco pero deforma la figura. El mecanismo de la primera se detalla en la entrada de la aberración esférica.

En oftalmología se emplea además una clasificación por orden matemático. Las aberraciones de bajo orden, de segundo orden en el desarrollo de Zernike, comprenden el desenfoque esférico y el cilíndrico: son las que describe la refracción convencional, es decir, la miopía, la hipermetropía y el astigmatismo regular. Las de alto orden, desde el tercer orden, incluyen la esférica, la coma, el trébol y otras, y no se describen con los parámetros de una refracción habitual.

Aberraciones ópticas del ojo

El ojo es un sistema óptico con dos elementos refractivos, la córnea y el cristalino, y una apertura variable, la pupila. Cada componente aporta aberraciones propias, y algunas se anulan en parte entre sí: la córnea genera aberración esférica positiva y el cristalino joven la contrarresta con su gradiente interno de índice. Con los años ese equilibrio se pierde y la calidad óptica del ojo desciende.

Para cuantificar todas estas aberraciones a la vez se usa el aberrómetro, un instrumento que mide cuánto se aparta el frente de onda (la superficie imaginaria que une los puntos de la luz en la misma fase) de un frente de onda esférico ideal. Esa desviación se descompone en coeficientes de Zernike, cada uno asociado a una aberración concreta. Frits Zernike, físico neerlandés y premio Nobel en 1953, ideó los polinomios ortogonales que hoy son el sistema más utilizado para describir la calidad óptica del ojo.

Preguntas frecuentes

¿De dónde viene la expresión aberración óptica?

Del latín aberratio («desvío») y del griego ὀπτική (optikḗ), «relativa a la visión». El primer término entró en español a través del inglés.

¿Tiene aberraciones un ojo sano?

Sí. Todo ojo real las tiene. En uno joven y con buena agudeza visual las de alto orden son de poca cuantía, y córnea y cristalino se compensan parcialmente. Lo que cambia de una persona a otra es la magnitud y el patrón de esas aberraciones, no su presencia.

¿Qué diferencia hay entre aberración óptica y error de refracción?

Un error de refracción (miopía, hipermetropía, astigmatismo) es, en sentido estricto, una aberración óptica de bajo orden. Pero el término aberración óptica es más amplio y abarca también las de alto orden. En el lenguaje clínico, hablar de «aberraciones» suele remitir a estas últimas.

¿Aberración cromática y aberración esférica son lo mismo?

No. La cromática nace de que el material desvía cada color de modo distinto; la esférica, de que la forma de la lente no reúne igual los rayos centrales y los periféricos. Cada una tiene su entrada: aberración cromática y aberración esférica.

Referencias

1. Universidad de Murcia, Laboratorio de Óptica. Mechanism of compensation of aberrations in the human eye. Journal of the Optical Society of America A.
2. Biblioteca Nacional de Medicina de Estados Unidos. Mathematics of Zernike polynomials: a review. Clinical and Experimental Ophthalmology. PubMed.
3. Mejía Barbosa Y. El frente de onda y su representación con polinomios de Zernike. Ciencia y Tecnología para la Salud Visual y Ocular.
4. Real Academia Española. Aberración. Diccionario de la lengua española.