Aberration, dans les systèmes optiques, tels que les lentilles et les miroirs incurvés, la déviation des rayons lumineux à travers les lentilles, provoquant le flou des images d’objets. Dans un système idéal, chaque point de l’objet se concentrera sur un point de taille nulle sur l’image. Pratiquement, cependant, chaque point d’image occupe un volume de taille finie et de forme dissymétrique, provoquant un certain flou de l’image entière. Contrairement à un miroir plan, qui produit des images exemptes d’aberrations, une lentille est un producteur d’images imparfait, ne devenant idéale que pour les rayons passant par son centre parallèlement à l’axe optique (une ligne passant par le centre, perpendiculaire aux surfaces de la lentille). Les équations développées pour les relations objet-image dans une lentille à surfaces sphériques ne sont qu’approximatives et ne traitent que des rayons paraxiaux, c’est—à-dire des rayons ne faisant que de petits angles avec l’axe optique. Lorsque la lumière d’une seule longueur d’onde est présente, il y a cinq aberrations à considérer, appelées aberration sphérique, coma, astigmatisme, courbure de champ et distorsion. Une sixième aberration trouvée dans les lentilles (mais pas les miroirs) — à savoir l’aberration chromatique – se produit lorsque la lumière n’est pas monochromatique (pas d’une longueur d’onde).
En aberration sphérique, les rayons de lumière provenant d’un point de l’axe optique d’une lentille ayant des surfaces sphériques ne se rencontrent pas tous au même point d’image. Les rayons traversant la lentille près de son centre sont focalisés plus loin que les rayons traversant une zone circulaire près de son rebord. Pour chaque cône de rayons provenant d’un point objet axial rencontrant la lentille, il existe un cône de rayons qui converge pour former un point image, le cône étant de longueur différente selon le diamètre de la zone circulaire. Partout où un plan perpendiculaire à l’axe optique est conçu pour couper un cône, les rayons formeront une section transversale circulaire. L’aire de la section transversale varie avec la distance le long de l’axe optique, la plus petite taille connue sous le nom de cercle de la moindre confusion. L’image la plus exempte d’aberration sphérique se trouve à cette distance.
Le coma, ainsi appelé parce qu’une image ponctuelle est floue en forme de comète, est produit lorsque les rayons d’un point objet hors axe sont imagés par différentes zones de la lentille. En aberration sphérique, les images d’un point objet sur l’axe qui tombent sur un plan perpendiculaire à l’axe optique sont de forme circulaire, de taille variable, et superposées autour d’un centre commun ; en coma, les images d’un point objet hors axe sont de forme circulaire, de taille variable, mais déplacées les unes par rapport aux autres. Le diagramme ci-joint montre un cas exagéré de deux images, l’une résultant d’un cône central de rayons et l’autre d’un cône traversant le rebord. La façon habituelle de réduire le coma consiste à utiliser un diaphragme pour éliminer les cônes externes des rayons.
L’astigmatisme, contrairement à l’aberration sphérique et au coma, résulte de l’incapacité d’une seule zone d’une lentille à focaliser l’image d’un point hors axe en un seul point. Comme le montre le schéma tridimensionnel, les deux plans perpendiculaires l’un à l’autre passant par l’axe optique sont le plan méridien et le plan sagittal, le plan méridien étant celui contenant le point objet hors axe. Les rayons qui ne se trouvent pas dans le plan méridien, appelés rayons asymétriques, sont focalisés plus loin de la lentille que ceux qui se trouvent dans le plan. Dans les deux cas, les rayons ne se rencontrent pas en foyer ponctuel mais en lignes perpendiculaires les unes aux autres. Intermédiaires entre ces deux positions, les images sont de forme elliptique.
La courbure du champ et la distorsion font référence à l’emplacement des points d’image les uns par rapport aux autres. Même si les trois premières aberrations peuvent être corrigées dans la conception d’une lentille, ces deux aberrations pourraient rester. En courbure de champ, l’image d’un objet plan perpendiculaire à l’axe optique reposera sur une surface paraboloïdale appelée surface de Petzval (d’après József Petzval, un mathématicien hongrois). Des champs d’image plats sont souhaitables en photographie afin de correspondre au plan du film et à la projection lorsque le papier d’agrandissement ou l’écran de projection se trouvent sur une surface plane. La distorsion fait référence à la déformation d’une image. Il existe deux types de distorsion, l’une ou l’autre pouvant être présente dans un objectif: la distorsion en barillet, dans laquelle le grossissement diminue avec la distance par rapport à l’axe, et la distorsion en coussinet, dans laquelle le grossissement augmente avec la distance par rapport à l’axe.
La dernière aberration, l’aberration chromatique, est l’incapacité d’une lentille à focaliser toutes les couleurs dans le même plan. Parce que l’indice de réfraction est le moins à l’extrémité rouge du spectre, la distance focale d’une lentille dans l’air sera plus grande pour le rouge et le vert que pour le bleu et le violet. Le grossissement est affecté par l’aberration chromatique, étant différent le long de l’axe optique et perpendiculaire à celui-ci. The first is called longitudinal chromatic aberration, and the second, lateral chromatic aberration.
