Los instrumentos ópticos, y entre ellos los microscopios, tienen lentes que están lejos de ser perfectas y que producen imágenes con distorsiones (denominadas habitualmente con el término de aberraciones). Aunque en los textos de óptica, usualmente, se distinguen seis tipos diferentes de aberraciones (cromática, esférica, astigmatismo, coma, curvatura de campo y distorsión geométrica), vamos a centrarnos en los tres más importantes desde el punto de vista de la microscopía: cromática, esférica y astigmatismo. Con esto no queremos decir que los otros tipos de aberraciones no deban ser tenidos en cuenta. De hecho, cualquier microscopio actual de calidad debe estar diseñado de modo que se minimicen sus efectos. La importancia de las tres que vamos a estudiar radica en que son las que pueden producir un mayor grado de distorsión en la imagen y, por tanto, una pérdida de calidad más severa.
Las aberraciones y el modo de eliminarlas son objeto de estudio desde el siglo XVIII, desde que el fabricante John Dollond descubrió que las aberraciones cromáticas podían eliminarse fabricando las lentes con una combinación de dos tipos de vidrio diferentes. En la actualidad, las técnicas avanzadas de fabricación de lentes permiten eliminar la mayor parte de las aberraciones, aunque es necesario seguir prestándole mucha atención, sobre todo, cuando se emplean microscopios a magnificaciones elevadas.
ABERRACIÓN CROMÁTICA
Se conoce que la distancia focal de una lente depende del índice de refracción de la misma, el cual a su vez varía con la longitud de onda de la fuente de luz que la atraviesa. Si una lente convexa es iluminada con luz blanca, por tanto con radiación policromática (formada por multitud de ondas con diferentes longitudes de onda), las diferentes ondas que la componen son refractadas de acuerdo con su frecuencia. Las de mayor frecuencia (azul) producirán una imagen cercana a la lente (ver figura), mientras que las de menor frecuencia (roja) formarán la imagen a mayor distancia de la lente.
Entre estos extremos se formarán imágenes correspondientes a las refracciones del resto de las ondas visibles en que pueda descomponerse la luz empleada como fuente de iluminación. La imposibilidad de que los diferentes colores tengan el mismo foco produce una imagen con poca nitidez, al estar sus bordes rodeados de halos de colores.
Uno de los modos que actualmente se emplean para eliminar la aberración cromática consiste, como describimos anteriormente, en formar una lente mediante la unión de otras dos lentes con diferentes índices de refracción. Con ello se consigue que la imagen azul y la roja coincidan, prácticamente, en un mismo punto, aumentándose la nitidez. A este tipo de lentes se las denomina acromáticas, y son las más empleadas en los microscopios.
Las lentes acromáticas no permiten una corrección para todos los colores y, aunque son lo suficientemente buenas para el uso normal en un laboratorio metalográfico, los microscopios actuales suelen incorporar lentes que unen las imágenes correspondientes a las radiaciones verde, roja y azul en un punto (lentes apocromáticas). Para conseguirlo, estas lentes contienen fluorita en su composición.
ABERRACIÓN ESFÉRICA
Está relacionada con la geometría esferoidal de las lentes. Pese a lo indicado al inicio de este capítulo, los rayos de luz salientes de la lente no se concentran en un mismo punto; es decir, el foco de una lente no es único. La luz que pasa por la región cercana al centro de la lente, se concentra en un punto más alejado del eje óptico que aquél en el que se concentran los rayos que pasan por el perímetro de la misma.
La figura siguiente ilustra este fenómeno. La refracción de los rayos que atraviesan la lente por el perímetro es mucho mayor que la de los rayos que pasan por la zona media, y la de esto es a su vez mayor de la de los que pasan por el centro. El resultado es que se tienen tres focos diferentes en función de la zona de la lente por la que pase la luz.
Al no tener un único foco, la lente genera una imagen con muy mala definición de bordes, que resulta en una importante pérdida de resolución. Se puede reducir la aberración esférica mediante el uso de diafragmas que impiden el paso de la luz por las zonas perimetrales de las lentes. Además, las técnicas modernas de pulido, las nuevas composiciones de las lentes y el mayor control de los caminos seguidos por la luz en los microscopios, logran reducir este problema en los microscopios de calidad empleados en investigación.
ASTIGMATISMO
Es un tipo de aberración más fácil de corregir que las anteriores. Hemos visto que la refracción que una lente produce en un haz de luz depende de la zona por la que la lente es atravesada. Además de esto, la refracción es diferente según sea el ángulo de incidencia del haz de luz sobre la lente. La distorsión producida por este último fenómeno es lo que se denomina astigmatismo. Concretamente, el diferente ángulo con el que la luz incide sobre las distintas regiones de la lente da como resultado que la imagen formada sufra una elongación y un giro con respecto al objeto. Por ejemplo, en el caso de que el objeto fuese un círculo, la imagen se vería como una elipse (o como una línea, a dos distancias muy concretas de la lente).
Para reducir los efectos del astigmatismo es prioritario cuidar el alineamiento de las lentes en el microscopio y evitar asimetrías en la curvatura de las lentes producidas por una fabricación defectuosa.