Czym jest aberracja sferyczna?

Aberracja sferyczna – cecha soczewki, układu optycznego lub zwierciadła sferycznego polegająca na odmiennych długościach ogniskowania promieni świetlnych ze względu na ich położenie pomiędzy środkiem a brzegiem urządzenia optycznego – im bardziej punkt przejścia światła zbliża się ku brzegowi urządzenia (czyli oddala od jego osi optycznej), tym bardziej załamują się promienie świetlne. 

W modelu nieskończenie cienkiej soczewki pomija się jej grubość. W takim wypadku wszystkie padające na nią promienie, niezależnie od ich odległości od osi optycznej, skupiają się w jednym punkcie (w przypadku soczewki rozpraszającej – mają ognisko pozorne w jednym punkcie). Natomiast każda rzeczywista soczewka, której powierzchnie są sferami, ma skończoną grubość, dlatego występuje w niej aberracja sferyczna, zależna od rozmiarów soczewki i materiału, z którego jest wykonana.

Poniższy rysunek pokazuje aberrację sferyczną. Widać na nim wyraźnie, że promienie przechodzące daleko od osi optycznej ogniskują się bliżej soczewki a te wpadające do obiektywu blisko jego środka daleko od soczewki.

Wielkość aberracji sferycznej zależy od średnicy i ogniskowej soczewki czy zwierciadła, a także od odległości obserwowanego obiektu od centrum pola widzenia.

Efektem tego rodzaju aberracji jest spadek ostrości obrazu odwzorowywanego przez obiektyw w całym polu widzenia.

Sposoby niwelowania aberracji sferycznych

W celu niwelowania aberracji sferycznej w soczewkach stosuje się metodę podobną do niwelowania aberracji chromatycznej polagającą na konstruowaniu obiektywów składających się z dwóch lub trzech soczewek zbudowanych z różnego rodzaju szkła, lub też konstruuje się soczewki o specjalnym kształcie tzw. soczewki asferyczne. Wprowadzenie do układu optycznego soczewek asferycznych o odpowiednio dobranym kształcie zapobiega powstawaniu aberracji chromatycznej. Do początku lat dziewięćdziesiątych ubiegłego wieku produkcja takich soczewek, ze względu na ich skomplikowany kształt, była bardzo droga. Stosowano je tylko w najlepszych obiektywach, cenowo będących poza zasięgiem większości fotografów.

Obecnie w dalszym ciągu najlepsze soczewki asferyczne produkowane są metodą szlifowania szkła i są wciąż bardzo drogie. Nieco gorsze jakościowo są soczewki produkowane metodą odlewania masy szklanej pod dużym ciśnieniem w odpowiedniej matrycy. Najtańsze i najpowszechniejsze są jednak soczewki hybrydowe. Na powierzchnie zwykłej soczewki sferycznej nakłada się warstwę z żywicy akrylowej o skomplikowanym kształcie. Jedną soczewką asferyczną zastępuje się kilka elementów optycznych, co obniża koszty produkcji obiektywu. Na dużą skalę soczewki hybrydowe jako pierwsi zaczęli stosować producenci niezależni, jak Sigma czy Tamron. Pozwoliło im to na wprowadzenie na rynek wielu obiektywów w atrakcyjnej cenie.

Aberrację sferyczną w kiepskiej jakości lornetkach łatwo zauważyć spoglądając na jasną gwiazdę widoczną na ciemnym niebie. Gdy aberracja sferyczna jest duża, gwiazda wydaje się być otoczona jakby jasną mgiełką.

Aberracja sferyczna jest jedną z aberracji optycznych.