Aberrazione, nei sistemi ottici, come lenti e specchi curvi, la deviazione dei raggi luminosi attraverso le lenti, provocando la sfocatura delle immagini degli oggetti. In un sistema ideale, ogni punto sull'oggetto si focalizzerà su un punto di dimensione zero sull'immagine. Praticamente, tuttavia, ogni punto dell'immagine occupa un volume di dimensioni finite e forma asimmetrica, causando una certa sfocatura dell'intera immagine. A differenza di uno specchio piano, che produce immagini prive di aberrazioni, una lente è un produttore di immagini imperfetto, diventando ideale solo per i raggi che attraversano il suo centro parallelamente all'asse ottico (una linea attraverso il centro, perpendicolare alle superfici dell'obiettivo). Le equazioni sviluppate per le relazioni oggetto-immagine in una lente avente superfici sferiche sono solo approssimative e riguardano solo i raggi parassiali, ovvero i raggi che formano solo piccoli angoli con l'asse ottico. Quando è presente la luce di una sola lunghezza d'onda, ci sono cinque aberrazioni da considerare, chiamate aberrazione sferica, coma, astigmatismo, curvatura di campo e distorsione. Una sesta aberrazione trovata nelle lenti (ma non negli specchi) - semplicemente, aberrazione cromatica - risulta quando la luce non è monocromatica (non di una lunghezza d'onda).
ottica: aberrazioni dell'obiettivo
Se una lente fosse perfetta e l'oggetto fosse un singolo punto di luce monocromatica, allora, come notato sopra, l'onda luminosa che emerge dal
Nell'aberrazione sferica, i raggi di luce provenienti da un punto sull'asse ottico di una lente avente superfici sferiche non si incontrano tutti nello stesso punto dell'immagine. I raggi che passano attraverso l'obiettivo vicino al suo centro sono focalizzati più lontano dei raggi che attraversano una zona circolare vicino al suo bordo. Per ogni cono di raggi da un punto assiale dell'oggetto che incontra l'obiettivo, esiste un cono di raggi che converge per formare un punto dell'immagine, il cui cono è diverso in lunghezza in base al diametro della zona circolare. Ovunque un piano ad angolo retto rispetto all'asse ottico sia realizzato per intersecare un cono, i raggi formeranno una sezione trasversale circolare. L'area della sezione trasversale varia con la distanza lungo l'asse ottico, la dimensione più piccola nota come il cerchio di minore confusione. L'immagine più libera dall'aberrazione sferica si trova a questa distanza.
Il coma, così chiamato perché l'immagine di un punto è sfocata in una forma di cometa, viene prodotta quando i raggi provenienti da un punto di un oggetto fuori asse sono ripresi da diverse zone dell'obiettivo. Nell'aberrazione sferica, le immagini di un oggetto oggetto sull'asse che cadono su un piano ad angolo retto rispetto all'asse ottico sono di forma circolare, di dimensioni variabili e sovrapposte a un centro comune; in coma, le immagini di un punto di un oggetto fuori asse sono di forma circolare, di dimensioni variabili, ma spostate una rispetto all'altra. Il diagramma di accompagnamento mostra un caso esagerato di due immagini, una risultante da un cono centrale di raggi e l'altra da un cono che passa attraverso il bordo. Il solito modo per ridurre il coma è quello di impiegare un diaframma per eliminare i coni esterni di raggi.
L'astigmatismo, a differenza dell'aberrazione sferica e del coma, deriva dall'incapacità di una singola zona di una lente di focalizzare l'immagine di un punto fuori asse in un singolo punto. Come mostrato nello schema tridimensionale, i due piani ad angolo retto tra loro che passano attraverso l'asse ottico sono il piano meridiano e il piano sagittale, il piano meridiano essendo quello contenente il punto oggetto fuori asse. I raggi non nel piano meridiano, chiamati raggi obliqui, sono focalizzati più lontano dall'obiettivo rispetto a quelli che giacciono sul piano. In entrambi i casi i raggi non si incontrano in un punto focale ma come linee perpendicolari tra loro. Intermedio tra queste due posizioni le immagini sono di forma ellittica.
La curvatura del campo e la distorsione si riferiscono alla posizione dei punti dell'immagine l'uno rispetto all'altro. Anche se le prime tre aberrazioni possono essere corrette nella progettazione di una lente, queste due aberrazioni potrebbero rimanere. Nella curvatura del campo, l'immagine di un oggetto piano perpendicolare all'asse ottico si adagia su una superficie paraboloidale chiamata superficie di Petzval (dopo József Petzval, un matematico ungherese). I campi di immagini piatte sono desiderabili in fotografia per abbinare il piano del film e la proiezione quando la carta ingrandente o lo schermo di proiezione si trovano su una superficie piana. La distorsione si riferisce alla deformazione di un'immagine. Esistono due tipi di distorsione, uno dei quali può essere presente in un obiettivo: la distorsione a barilotto, in cui l'ingrandimento diminuisce con la distanza dall'asse e la distorsione a cuscinetto, in cui l'ingrandimento aumenta con la distanza dall'asse.
L'ultima aberrazione, l'aberrazione cromatica, è l'incapacità di una lente di mettere a fuoco tutti i colori sullo stesso piano. Poiché l'indice di rifrazione è almeno all'estremità rossa dello spettro, la lunghezza focale di una lente in aria sarà maggiore per il rosso e il verde rispetto per il blu e il viola. L'ingrandimento è influenzato dall'aberrazione cromatica, essendo diverso lungo l'asse ottico e perpendicolare ad esso. La prima si chiama aberrazione cromatica longitudinale e la seconda aberrazione cromatica laterale.
