Aberrazione, nei sistemi ottici, come lenti e specchi curvi, la deviazione dei raggi di luce attraverso le lenti, causando immagini di oggetti da offuscare. In un sistema ideale, ogni punto dell’oggetto si concentrerà 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 passano attraverso il suo centro parallelo all’asse ottico (una linea attraverso il centro, perpendicolare alle superfici della lente). Le equazioni sviluppate per le relazioni oggetto-immagine in una lente con superfici sferiche sono solo approssimative e riguardano solo i raggi parassiali, cioè i raggi che fanno solo piccoli angoli con l’asse ottico. Quando la luce di una sola lunghezza d’onda è presente, ci sono cinque aberrazioni da considerare, chiamate aberrazione sferica, coma, astigmatismo, curvatura del campo e distorsione. Una sesta aberrazione trovata nelle lenti (ma non negli specchi)—vale a dire, l’aberrazione cromatica—risulta quando la luce non è monocromatica (non di una lunghezza d’onda).
Nell’aberrazione sferica, i raggi di luce provenienti da un punto sull’asse ottico di una lente con superfici sferiche non si incontrano tutti nello stesso punto dell’immagine. I raggi che passano attraverso la lente vicino al suo centro sono focalizzati più lontano dei raggi che passano attraverso una zona circolare vicino al suo bordo. Per ogni cono di raggi da un punto oggetto assiale che incontra la lente, c’è un cono di raggi che converge per formare un punto immagine, il cono è diverso in lunghezza a seconda del diametro della zona circolare. Ovunque un piano ad angolo retto rispetto all’asse ottico sia fatto 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 minima confusione. L’immagine più priva di aberrazione sferica si trova a questa distanza.
Il coma, così chiamato perché un’immagine puntiforme è sfocata in una forma di cometa, viene prodotto quando i raggi di un punto oggetto fuori asse vengono immaginati da diverse zone della lente. In aberrazione sferica, le immagini di un asse oggetto punto che rientrano in un piano perpendicolare all’asse ottico, sono di forma circolare, di dimensioni varie, e sovrapposto su un comune centro; in coma, le immagini di un off-axis oggetto punto sono di forma circolare, di dimensioni variabili, ma spostate l’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 impiegare un diaframma per eliminare i coni esterni dei raggi.
L’astigmatismo, a differenza dell’aberrazione sferica e del coma, deriva dal fallimento di una singola zona di una lente per mettere a fuoco 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 è quello che contiene il punto dell’oggetto fuori asse. I raggi non nel piano meridiano, chiamati raggi obliqui, sono focalizzati più lontano dalla lente rispetto a quelli che si trovano nel piano. In entrambi i casi i raggi non si incontrano in un punto di messa a fuoco, ma come linee perpendicolari tra loro. Intermedio tra queste due posizioni le immagini sono di forma ellittica.
Curvatura del campo e 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. In curvatura di campo, l’immagine di un oggetto piano perpendicolare all’asse ottico si trova su una superficie paraboloidale chiamata superficie di Petzval (da József Petzval, un matematico ungherese). I campi di immagine piatti sono desiderabili nella fotografia per abbinare il piano e la proiezione del film quando la carta ingrandente o lo schermo di proiezione si trovano su una superficie piana. Distorsione si riferisce alla deformazione di un’immagine. Esistono due tipi di distorsione, che possono essere presenti in una lente: distorsione a barilotto, in cui l’ingrandimento diminuisce con la distanza dall’asse, e distorsione a puntaspilli, in cui l’ingrandimento aumenta con la distanza dall’asse.
L’ultima aberrazione, l’aberrazione cromatica, è il fallimento 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 che per il blu e il viola. L’ingrandimento è influenzato dall’aberrazione cromatica, essendo diverso lungo l’asse ottico e perpendicolare ad esso. The first is called longitudinal chromatic aberration, and the second, lateral chromatic aberration.
