José Manuel
	é Coordenador Técnico da Carl Zeiss Vision Brasil E-mail: manuel@vision.zeiss.com

ABERRAÇÕES ÓPTICAS

Neste artigo, abordamos as aberrações ópticas oculares e um pouco de como elas afetam a visão humana. Mas antes, é importante relembrar algumas características referentes à propagação da luz e frentes de onda.

O que é uma frente de onda? – Em um meio óptico homogêneo, a luz se propaga uniformemente a partir de um ponto luminoso, e na mesma velocidade em todas as direções. Uma boa forma para visualizarmos isto é lembrar as ondas que se formam na superfície da água após lançarmos uma pedra nela. A posição da luz em cada determinado momento é uma esfera formada pela união de todos os pontos em uma mesma fase, tendo como centro a sua própria fonte (o ponto luminoso, ou a pedra no exemplo citado). A estas superfícies esféricas imaginárias chama-se frente de luz ou frente de onda, e todos os seus feixes de luz possuem a mesma fase e o mesmo comprimento de onda.
A tecnologia de frente de onda é utilizada em Oftalmologia para o diagnóstico de problemas difíceis de detectar através dos exames comuns. Para isso, utiliza aparelhos que projetam radiações no interior do olho, que ao retornar são lidas por um sensor, permitindo obter um “mapa” do olho capaz de mostrar os defeitos de refração comuns (miopia, hipermetropia e astigmatismo), bem como outros defeitos na córnea, as chamadas “aberrações de alta ordem”. É uma tecnologia utilizada principalmente para personalizar cirurgias refrativas.

Aberrações ópticas oculares – Aberrações ópticas podem ser definidas como características de um sistema que impedem que a imagem de um ponto seja a reprodução exata desse ponto, o que limita a visualização de detalhes mais precisos para o olho humano.
Podemos dividir as aberrações em vários tipos, mas os mais importantes – devido a seus maiores efeitos e também à maior facilidade de compreensão e menor complexidade – são as ópticas, que podemos subdividir em quatro: dispersão, difração, aberração cromática e aberração monocromática (ou geométrica).
Dentre estas quatro, podemos apontar como mais relevantes as aberrações cromáticas e as monocromáticas (ou geométricas), pois elas aparecem mesmo quando se usa uma luz com comprimento de onda único (chamada de luz monocromática).
A aberração cromática é a separação da luz branca nas cores que a compõem e está ligada ao número Abbe do material, ao índice de refração dele e suas características quanto à transmissão luminosa.
Para entendermos melhor as aberrações monocromáticas, vamos imaginar um grupo de raios de luz paralelos incidindo numa lente ideal, em que todos os pontos na mesma fase estejam perpendiculares à propagação dos raios, formando um plano perfeito de frentes de onda (figura 1). Essa lente ideal transformará as frentes de ondas planas em frentes esféricas. Logo, estas serão esferas concêntricas (como as ondas na água, no exemplo citado anteriormente), cujo centro estará no ponto focal da lente, formando uma imagem perfeita, como vemos na figura abaixo, em que todos os raios de luz convergem para o mesmo ponto.

FIGURA 1

As lentes reais (não ideais) modificam essas frentes de onda ideais de maneira que os raios centrais têm sua trajetória alterada de forma diferente em comparação aos periféricos, levando à formação de diversos pontos focais distintos, o que gera uma imagem imperfeita e com distorções, como pode ser visualizado na figura 2. Este fenômeno denomina-se aberração geométrica ou monocromática, e acontece devido ao próprio formato das lentes, posição dos objetos e como a imagem se forma.

FIGURA 2

Então, podemos afirmar que os raios luminosos que atravessam a lente têm sua trajetória alterada de forma diferente do centro para a periferia desta, devido à alteração no raio de curvatura da sua superfície, impedindo que estes raios luminosos formem um ponto focal único.

Aberrações de Baixa e Alta Ordem – Quando a superfície da frente de onda é alterada de forma regular, o sistema óptico pode ser corrigido com o uso de lentes convergentes, divergentes, cilíndricas ou uma combinação destas – portanto, lentes convencionais para correção de hipermetropia, miopia e astigmatismo.
Estas aberrações são chamadas de aberrações de baixa ordem, e são conhecidas em Oftalmologia como os componentes esférico (miopia e hipermetropia) e cilíndrico (astigmatismos regulares), corrigíveis através de óculos.
Quando a superfície da frente de onda é alterada de forma irregular, provoca aberrações de alta ordem, conhecidas como astigmatismos irregulares, que não podem ser corrigidas com lentes esferocilíndricas.
Na figura 3 vemos um diagrama que representa a correção das aberrações oculares por meio de óculos. À frente da onda real (linha preta) é colocada uma superfície geometricamente definida (linha tracejada) (a). Após a correção do sistema óptico ocular com óculos, a nova frente de onda pode ser vista como uma superfície plana (b), mas a frente de onda real mantém alterações que não podem ser corrigidas por lentes esferocilíndricas.

FIGURA 3

Resumindo, podemos então dividir as aberrações oculares conforme a tabela abaixo:

Podemos incluir vários tipos de aberrações visuais nas monocromáticas, entre elas o Coma, que pode ser definido como uma aberração (ou distorção visual) que ocorre quando os raios de luz se encontram fora do eixo óptico, provocando uma imagem semelhante a um cometa (daí o nome atribuído a esta aberração).
Na figura 4, podemos visualizar como os raios luminosos formam diferentes pontos focais, devido à forma como são desviados (refratados) ao atravessar pontos distintos da lente. Este tipo de distorção é inerente a certos desenhos ópticos ou imperfeições na superfície de refração.

FIGURA 4

Na imagem da figura 5 podemos ver aberrações geométricas esféricas, provocadas por diferentes pontos focais de um mesmo ponto ou imagem, e que são vistas desta forma pelo olho humano.
A natureza permite ao olho humano compensar parcialmente as aberrações monocromáticas, dando à córnea uma forma menos curva na periferia que no centro. A forma asférica da córnea, em conjunto com a asfericidade do próprio cristalino, contribuem para atenuar estas aberrações ópticas geométricas.
As aberrações ópticas tornam-se mais complexas com o aumento de ordem e dependem do diâmetro da pupila. Como existe forte relação entre as aberrações ópticas e o tamanho da pupila, as medidas de aberrações têm sentido somente nas pupilas maiores que 6 mm – uma vez que nas pupilas menores os raios centrais são pouco afetados.
Então, em condições normais de iluminação, durante o dia ou em ambientes bem iluminados, as aberrações de alta ordem, como o Coma, têm seus efeitos minimizados, ou até mesmo suprimidos, devido à condição natural do olho, que ao adaptar-se a esta luminosidade, faz com que a pupila apresente aberturas menores que 6 mm.

FIGURA 5

É impossível corrigir aberrações alta ordem com lentes de óculos, pois seria necessária a correspondência ponto a ponto da área pupilar com as lentes desses óculos. E como existe movimento ocular, essa correspondência seria perdida. A única forma de fazer isto seria termos lentes com exatamente a mesma abertura pupilar, ou seja, cerca de 6 mm de diâmetro – e neste caso, o campo visual estaria comprometido ao ponto de ser totalmente ineficaz.
Algumas lentes de contato atuam corrigindo ligeiramente as aberrações de alta ordem, uma vez que sua superfície acompanha o relevo da córnea. Voltaremos a este assunto em um próximo artigo, detalhando-o mais.

Um abraço e até a próxima!