Aberración optica

Qué es una aberración óptica

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

Aberración viene del latín aberratio, -ōnis ("desviación, extravío"), formado por ab- ("lejos de") y errāre ("vagar"). La RAE recoge la acepción óptica desde mediados del siglo XIX: "imperfección que presentan algunas imágenes producidas por sistemas ópticos defectuosos". Óptica procede del griego ὀπτική (optikḗ), "relativa a la visión", derivado de ὄψις (ópsis), "vista". La combinación designa, pues, las desviaciones de la visión idealmente perfecta que introduce el propio instrumento encargado de formarla.

Clasificación de las aberraciones ópticas

El criterio de clasificación más antiguo 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 varía con la longitud de onda, de modo que cada color converge en un punto diferente. Pueden ser longitudinales (distinto foco a lo largo del eje) o laterales (distinto tamaño de imagen según el color). Su mecanismo y sus variantes se desarrollan en la entrada aberración cromática.

Las aberraciones monocromáticas aparecen incluso con luz de un solo color. En 1856, Ludwig von Seidel las sistematizó en cinco tipos de tercer orden que hoy llevan su nombre: esférica (los rayos periféricos y centrales no coinciden en el foco), coma (la imagen de un punto fuera del eje adquiere forma de cometa), astigmatismo de oblicuidad (las líneas radiales y tangenciales se enfocan a distinta profundidad), curvatura de campo (el plano focal no es plano sino curvo) y distorsión (la imagen conserva el foco pero cambia de forma). De todas ellas, la esférica es la que más repercusión tiene en la calidad óptica del ojo; su mecanismo se detalla en la entrada aberración esférica.

En la clínica oftalmológica se utiliza además una clasificación por orden matemático. Las aberraciones de bajo orden (segundo orden de Zernike) incluyen el desenfoque esférico y el cilíndrico, que corresponden a la miopía, la hipermetropía y el astigmatismo convencional; se corrigen con lentes esféricas o cilíndricas. Las de alto orden (tercer orden en adelante) —esférica, coma, trefoil y otras— son más complejas y no se compensan con una lente convencional. Según los estudios poblacionales, las de bajo orden representan aproximadamente el 90 % de la aberración total del ojo; el 10 % restante se reparte, de forma desigual, entre la esférica y la coma como contribuciones dominantes.

Aberraciones ópticas del ojo

El ojo es un sistema óptico con dos elementos refractivos —córnea y cristalino— y una apertura variable, la pupila. Cada uno de esos componentes introduce sus propias aberraciones y, en parte, las de uno compensan las del otro. La córnea, por ejemplo, genera aberración esférica positiva que el cristalino joven contrarresta con su gradiente interno de índice de refracción. Ese equilibrio se deteriora con la edad, lo que explica por qué la calidad óptica del ojo desciende de forma progresiva a lo largo de la vida.

La herramienta que permite cuantificar todas estas aberraciones de manera integrada es el aberrómetro, un dispositivo que mide la desviación del frente de onda —la superficie imaginaria que une todos los puntos de la luz en la misma fase— con respecto a un frente de onda esférico ideal. Esa desviación se descompone en coeficientes de Zernike, y cada coeficiente corresponde a una aberración concreta. Frits Zernike, físico neerlandés y premio Nobel en 1953, desarrolló este sistema de polinomios ortogonales que hoy constituye el lenguaje estándar para describir la calidad óptica del ojo.

Preguntas frecuentes

¿De dónde viene la expresión aberración óptica?

Del latín aberratio ("desviación") y el griego ὀπτική (optikḗ), "relativa a la visión". La RAE la recoge como "imperfección que presentan algunas imágenes producidas por sistemas ópticos". El concepto se formalizó en el siglo XIX con los trabajos de Seidel (1856), que clasificó las cinco aberraciones monocromáticas primarias.

¿Tiene aberraciones un ojo sano?

Sí. Todo ojo las tiene, sin excepción. Un ojo joven con buena agudeza visual presenta aberraciones de alto orden —esférica, coma— en cuantía pequeña y, además, la córnea y el cristalino se compensan parcialmente entre sí. Lo que varía 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: incluye también las de alto orden (esférica, coma, trefoil…), que no se corrigen con una lente convencional. Cuando un oftalmólogo habla de "aberraciones", suele referirse a estas últimas.

¿Aberración cromática y aberración esférica son lo mismo?

No. La cromática depende del color de la luz (dispersión del material) y la esférica depende de la geometría de la lente (posición del rayo respecto al eje). Cada una tiene su propia entrada en este diccionario: aberración cromática y aberración esférica.

Referencias

1. Instituto Nacional del Ojo (NEI/NIH). Errores de refracción. Información sobre la salud ocular.
2. Biblioteca Nacional de Medicina de Estados Unidos. Errores de refracción. MedlinePlus en español.
3. Manual MSD, versión para público general. Introducción a los trastornos de refracción.
4. Real Academia Española. Aberración. Diccionario de la lengua española.