La aberración esférica es uno de los grandes retos que ha existido en la industria fotográfica. De hecho, es uno de los grandes problemas que ha existido desde los inicios de la óptica y fué formulado hace unos 2000 años por el matemático griego Diocles. Sin embargo, en México, el físico Rafael Guillermo Acuña González y su colega Héctor Alejandro Chaparro - Romo lograron resolverlo.
Chaparro llevaba más de tres años buscando la solución al problema cuando conoció a Acuña en una maestría en el Centro de investigaciones de óptica. A pesar de que Acuña creía que los esfuerzos no darían frutos, se dió a la tarea de pensar en sistemas para solucionarlo. Mientras se preparaba el desayuno logró dar con la idea que llevará a una solución de la aberración esférica.
Volviendo al pasado
El problema de la aberración esférica se debe a que la diferencia en refracción de luz en los extremos del cristal es muy diferente a aquella del centro del mísmo. Esto resulta en rayos de luz que convergen fuera del punto de enfoque y, como resultado, produce distorsión y pérdida de calidad en los extremos de la imagen. Este es un problema que afecta a muchas industrias: telescopios, microscopios, fotografía, cine, proyectores, etc…
La complejidad del problema era tal, que incluso genios como Newton y Leibniz no pudieron resolverlo en sus épocas. Fue hasta 1949 cuando los científicos Wasserman y Wolf plantearon de nuevo el problema de manera formal; y cuyo trabajo llevó a la creación de una solución mediante la inclusión de lentes asféricos para la corrección de refracciónes.
A pesar de que las lentes asféricas pueden mejorar la nitidez de la imagen de manera considerable, vienen con varios problemas. Implica que deben agregarse más cristales al sistema, lo que aumenta los cuerpos en peso, tamaño y precio. Además, el diseño de este tipo de lentes asféricas está construido a partir de un cálculo matemático que no es tan preciso, por lo que la calibración requiere de un trabajo que aumenta incluso más el precio.
El diseño bi-asférico
En la mañana del desayuno, Acuña estaba preparando un pan con nutella cuando la idea llegó a su cabeza. Así que corrió al computador a programar el modelo físico para comenzar a hacer pruebas. El modelo creado por el físico permite crear una solución analítica que es exacta, sin importar si cambian las variables, como dice Acuña en una nota para el Tecnologo de Monterrey.
La fórmula que ven arriba permite diseñar lentes sencillos bi-asféricos con un 99.9999999999% de efectividad. Más de 500 rayos de simulación fueron experimentados para demostrar ese índice de satisfacción. El diseño irregular de estas lentes permite compensar la entrada de luz y converger en un punto definido.
El descubrimiento de Acuña y Chaparro tendrá grandes impactos sobre las industrias ópticas. Se podrán realizar sistemas ópticos con alta nitidez, reduciendo considerablemente el costo de la elaboración de estos sistemas. Esto principalmente impactará el campo científico.
En el caso de la aplicación de estos sistemas al mundo fotográfico y del cine, es muy probable que las compañías ahorren muchos costos en la elaboración de ópticas nítidas de borde a borde del objetivo. Sin embargo, hay que ser realistas en que este sueño de objetivos perfectos llegará a nosotros a un precio muy elevado; por lo menos mientras algunas compañías chinas llevan el diseño a sus objetivos de 100 euros.
La forma en que el equipo estructura su investigación es muy llamativa y explica la matemática de cómo el modelo es construido para obtener un control de refracción perfecto. El estudio fue publicado en la revista Applied Optics y, a través de Research Gate, quien quiera leer la publicación de éste puede descargar el PDF.
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