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Una lente es un dispositivo óptico transmisor que enfoca o dispersa un haz de luz mediante refracción . Una lente simple consta de una sola pieza de material transparente , mientras que una lente compuesta consta de varias lentes ( elementos ) simples, generalmente dispuestas a lo largo de un eje común . Las lentes están hechas de materiales como vidrio o plástico y se muelen , pulen o moldean hasta darles la forma requerida. Una lente puede enfocar la luz para formar una imagen , a diferencia de un prisma , que refracta la luz sin enfocar. Los dispositivos que de manera similar enfocan o dispersan ondas y radiaciones distintas de la luz visible también se denominan "lentes", como lentes de microondas , lentes de electrones , lentes acústicas o lentes explosivas .
Las lentes se utilizan en diversos dispositivos de imágenes, como telescopios , binoculares y cámaras . También se utilizan como ayudas visuales en gafas para corregir defectos de visión como la miopía y la hipermetropía .
La palabra lente proviene de lēns , el nombre latino de la lenteja (una semilla de una planta de lenteja), porque una lente doblemente convexa tiene forma de lenteja. La lenteja también da nombre a una figura geométrica . [a]
Algunos estudiosos sostienen que la evidencia arqueológica indica que hubo un uso generalizado de lentes en la antigüedad, a lo largo de varios milenios. [1] La llamada lente de Nimrud es un artefacto de cristal de roca que data del siglo VII a. C. que puede haber sido utilizado o no como lupa o lupa. [2] [3] [4] Otros han sugerido que ciertos jeroglíficos egipcios representan "lentes meniscales de vidrio simples". [5] [ se necesita verificación ]
La referencia cierta más antigua al uso de lentes es la obra de Aristófanes Las nubes (424 a. C.), que menciona un espejo ardiendo. [6] Plinio el Viejo (siglo I) confirma que los vasos ardientes ya eran conocidos en la época romana. [7] Plinio también tiene la referencia más antigua conocida al uso de lentes correctivos cuando menciona que se decía que Nerón miraba los juegos de gladiadores usando una esmeralda (presumiblemente cóncava para corregir la miopía , aunque la referencia es vaga). [8] Tanto Plinio como Séneca el Joven (3 a. C.-65 d. C.) describieron el efecto de aumento de un globo de cristal lleno de agua.
Ptolomeo (siglo II) escribió un libro sobre Óptica , que sin embargo sobrevive sólo en la traducción latina de una traducción árabe incompleta y muy pobre. El libro, sin embargo, fue recibido por eruditos medievales del mundo islámico y comentado por Ibn Sahl (siglo X), quien a su vez fue mejorado por Alhazen ( Libro de Óptica , siglo XI). La traducción árabe de la Óptica de Ptolomeo estuvo disponible en traducción latina en el siglo XII ( Eugenio de Palermo 1154). Entre los siglos XI y XIII se inventaron las " piedras de lectura ". Se trataba de lentes plano-convexas primitivas que se fabricaban inicialmente cortando una esfera de vidrio por la mitad. Las lentes Visby de cristal de roca medievales (siglos XI o XII) pueden o no haber sido diseñadas para usarse como vasos ardientes. [9]
Las gafas se inventaron como una mejora de las "piedras de lectura" del período altomedieval en el norte de Italia en la segunda mitad del siglo XIII. [10] Este fue el comienzo de la industria óptica de esmerilado y pulido de lentes para gafas, primero en Venecia y Florencia a finales del siglo XIII, [11] y más tarde en los centros de fabricación de gafas tanto en los Países Bajos como en Alemania . [12] Los fabricantes de gafas crearon tipos mejorados de lentes para la corrección de la visión basándose más en el conocimiento empírico obtenido al observar los efectos de las lentes (probablemente sin el conocimiento de la rudimentaria teoría óptica de la época). [13] [14] El desarrollo práctico y la experimentación con lentes llevaron a la invención del microscopio óptico compuesto alrededor de 1595 y del telescopio refractor en 1608, los cuales aparecieron en los centros de fabricación de gafas de los Países Bajos . [15] [16]
Con la invención del telescopio y el microscopio, hubo una gran experimentación con las formas de las lentes en el siglo XVII y principios del XVIII por parte de quienes intentaban corregir los errores cromáticos observados en las lentes. Los ópticos intentaron construir lentes con diversas formas de curvatura, asumiendo erróneamente que los errores surgían de defectos en la figura esférica de sus superficies. [17] La teoría óptica sobre la refracción y la experimentación demostraban que ninguna lente de un solo elemento podía enfocar todos los colores. Esto llevó a la invención de la lente acromática compuesta por Chester Moore Hall en Inglaterra en 1733, una invención también reivindicada por su colega inglés John Dollond en una patente de 1758.
La mayoría de las lentes son lentes esféricas : sus dos superficies son partes de las superficies de las esferas. Cada superficie puede ser convexa (sobresaliendo hacia afuera de la lente), cóncava (hundida en la lente) o plana (plana). La línea que une los centros de las esferas que forman las superficies de la lente se llama eje de la lente. Normalmente, el eje de la lente pasa por el centro físico de la lente, debido a la forma en que están fabricadas. Las lentes pueden cortarse o pulirse después de su fabricación para darles una forma o tamaño diferente. Entonces es posible que el eje de la lente no pase por el centro físico de la lente.
Las lentes tóricas o esferocilíndricas tienen superficies con dos radios de curvatura diferentes en dos planos ortogonales. Tienen diferente poder focal en diferentes meridianos. Esto forma una lente astigmática . Un ejemplo son las lentes de anteojos que se utilizan para corregir el astigmatismo en el ojo de una persona.
Las lentes se clasifican según la curvatura de las dos superficies ópticas. Una lente es biconvexa (o doblemente convexa , o simplemente convexa ) si ambas superficies son convexas. Si ambas superficies tienen el mismo radio de curvatura, la lente es equiconvexa . Una lente con dos superficies cóncavas es bicóncava (o simplemente cóncava ). Si una de las superficies es plana, la lente es planoconvexa o planocóncava dependiendo de la curvatura de la otra superficie. Una lente con un lado convexo y otro cóncavo es convexo-cóncava o menisco . Es este tipo de lentes las que más se utilizan en lentes correctoras , ya que su forma minimiza algunas aberraciones.
Si la lente es biconvexa o planoconvexa, un haz de luz colimado que pasa a través de la lente converge en un punto (un foco ) detrás de la lente. En este caso, la lente se denomina lente positiva o convergente . Para una lente delgada en el aire, la distancia desde la lente al punto es la distancia focal de la lente, que comúnmente se representa por f en diagramas y ecuaciones. Una lente hemisférica extendida es un tipo especial de lente plano-convexa, en la que la superficie curva de la lente es un hemisferio completo y la lente es mucho más gruesa que el radio de curvatura.
Otro caso extremo de lente convexa gruesa es una lente esférica , cuya forma es completamente redonda. Cuando se utiliza en fotografías novedosas, a menudo se le llama "lensball". Una lente con forma de bola tiene la ventaja de ser omnidireccional, pero en la mayoría de los tipos de vidrio óptico , su punto focal se encuentra cerca de la superficie de la bola. Debido a los extremos de la curvatura de la bola en comparación con el tamaño de la lente, la aberración óptica es mucho peor que la de las lentes delgadas, con la notable excepción de la aberración cromática .
Si la lente es bicóncava o planocóncava, un haz de luz colimado que pasa a través de la lente diverge (se extiende); por tanto, la lente se denomina lente negativa o divergente . El haz, después de pasar a través de la lente, parece emanar de un punto particular en el eje frente a la lente. Para una lente delgada en el aire, la distancia desde este punto a la lente es la distancia focal, aunque es negativa con respecto a la distancia focal de una lente convergente.
Las lentes convexo-cóncavas (meniscos) pueden ser positivas o negativas, dependiendo de las curvaturas relativas de las dos superficies. Una lente de menisco negativo tiene una superficie cóncava más pronunciada (con un radio más corto que la superficie convexa) y es más delgada en el centro que en la periferia. Por el contrario, una lente de menisco positivo tiene una superficie convexa más pronunciada (con un radio más corto que la superficie cóncava) y es más gruesa en el centro que en la periferia.
Una lente delgada ideal con dos superficies de igual curvatura tendría potencia óptica cero , lo que significa que no convergería ni divergiría la luz. Sin embargo, todas las lentes reales tienen un espesor distinto de cero, lo que hace que una lente real con superficies curvas idénticas sea ligeramente positiva. Para obtener una potencia óptica exactamente cero, una lente de menisco debe tener curvaturas ligeramente desiguales para tener en cuenta el efecto del grosor de la lente.
Para una refracción única para un límite circular, la relación entre el objeto y la imagen viene dada por [18] [19]
donde R es el radio de la superficie esférica, n 2 es el índice de refracción de la superficie y n 1 es el índice de refracción del medio.
Aplicar esto en las dos superficies esféricas de una lente delgada conduce a la fórmula del fabricante de lentes.
Aplicando la ley de Snell a la superficie esférica,
También en el diagrama,
Usando aproximación de ángulo pequeño y eliminando i , r y θ ,
La distancia focal de una lente en el aire se puede calcular a partir de la ecuación del fabricante de lentes : [20]
La distancia focal f es con respecto a los planos principales de la lente, y las ubicaciones de los planos y con respecto a los respectivos vértices de la lente están dadas por las siguientes fórmulas, donde es un valor positivo si está justo al vértice respectivo. . [21]
f es positiva para lentes convergentes y negativa para lentes divergentes. El recíproco de la distancia focal, f −1 , es la potencia óptica de la lente. Si la distancia focal está en metros, la potencia óptica está en dioptrías (metros inversos).
Las lentes tienen la misma distancia focal cuando la luz viaja de atrás hacia adelante que cuando la luz va de adelante hacia atrás. Otras propiedades de la lente, como las aberraciones, no son iguales en ambas direcciones.
Los signos de los radios de curvatura de la lente indican si las superficies correspondientes son convexas o cóncavas. La convención de signos utilizada para representar esto varía [ cita necesaria ] , pero en este artículo una R positiva indica que el centro de curvatura de una superficie está más adelante en la dirección del viaje del rayo (derecha, en los diagramas adjuntos), mientras que una R negativa significa que Los rayos que llegan a la superficie ya han pasado el centro de curvatura. En consecuencia, para superficies de lentes externas como se muestra en el diagrama anterior, R 1 > 0 y R 2 < 0 indican superficies convexas (utilizadas para hacer converger la luz en una lente positiva), mientras que R 1 < 0 y R s > 0 indican superficies cóncavas . El recíproco del radio de curvatura se llama curvatura . Una superficie plana tiene curvatura cero y su radio de curvatura es infinito .
Si d es pequeño en comparación con R 1 y R 2 , entonces se puede realizar la aproximación de lente delgada . Para una lente en el aire, f viene dada por [22]
Como se mencionó anteriormente, una lente positiva o convergente en el aire enfoca un haz colimado que viaja a lo largo del eje de la lente hasta un punto (conocido como punto focal ) a una distancia f de la lente. Por el contrario, la lente convierte una fuente puntual de luz colocada en el punto focal en un haz colimado. Estos dos casos son ejemplos de formación de imágenes en lentes. En el primer caso, un objeto situado a una distancia infinita (representado por un haz de ondas colimado) se enfoca en una imagen en el punto focal de la lente. En este último, un objeto situado a una distancia focal de la lente se visualiza en el infinito. El plano perpendicular al eje de la lente situado a una distancia f de la lente se llama plano focal .
Si las distancias del objeto a la lente y de la lente a la imagen son S 1 y S 2 respectivamente, para una lente de espesor insignificante ( lente delgada ), en el aire, las distancias están relacionadas mediante la fórmula de lente delgada : [23 ] [24] [25]
Esto también se puede expresar en la forma "newtoniana": [26]
dónde y
Las ecuaciones anteriores también son válidas para una lente gruesa si , y son con respecto a los planos principales de la lente ( como la distancia focal efectiva en este caso). [21] Por lo tanto, si un objeto se coloca a una distancia S 1 > f de una lente positiva de distancia focal f , encontraremos una imagen a una distancia S 2 según esta fórmula. Si se coloca una pantalla a una distancia S 2 en el lado opuesto de la lente, se forma una imagen en ella. Este tipo de imagen, que puede proyectarse en una pantalla o sensor de imagen , se conoce como imagen real . Este es el principio de la cámara , y también del ojo humano , en el que la retina sirve como sensor de imagen.
El ajuste de enfoque de una cámara ajusta S 2 , ya que usar una distancia de imagen diferente a la requerida por esta fórmula produce una imagen desenfocada (difusa) para un objeto a una distancia de S 1 de la cámara. Dicho de otra manera, modificar S 2 hace que los objetos con un S 1 diferente queden perfectamente enfocados.
En algunos casos, S 2 es negativo, lo que indica que la imagen se forma en el lado opuesto de la lente desde donde se consideran esos rayos. Dado que los rayos de luz divergentes que emanan de la lente nunca se enfocan y esos rayos no están físicamente presentes en el punto donde parecen formar una imagen, esto se llama imagen virtual . A diferencia de las imágenes reales, una imagen virtual no se puede proyectar en una pantalla, sino que aparece ante un observador que mira a través de la lente como si fuera un objeto real en la ubicación de esa imagen virtual. Del mismo modo, a una lente posterior le aparece como si fuera un objeto en esa ubicación, de modo que la segunda lente podría enfocar nuevamente esa luz en una imagen real, midiéndose entonces S1 desde la ubicación de la imagen virtual detrás de la primera lente hasta la segunda lente. . Esto es exactamente lo que hace el ojo cuando mira a través de una lupa . La lupa crea una imagen virtual (ampliada) detrás de la lupa, pero luego la lente del ojo vuelve a representar esos rayos para crear una imagen real en la retina .
Usando una lente positiva de distancia focal f , se obtiene una imagen virtual cuando S 1 < f , usándose así la lente como lupa (en lugar de si S 1 ≫ f como para una cámara). Usar una lente negativa ( f < 0 ) con un objeto real ( S 1 > 0 ) solo puede producir una imagen virtual ( S 2 < 0 ), de acuerdo con la fórmula anterior. También es posible que la distancia al objeto S 1 sea negativa, en cuyo caso la lente ve el llamado objeto virtual . Esto sucede cuando la lente se inserta en un haz convergente (enfocado por una lente anterior) antes de la ubicación de su imagen real. En ese caso, incluso una lente negativa puede proyectar una imagen real, como lo hace una lente de Barlow .
Para una lente delgada , las distancias S1 y S2 se miden desde el objeto y la imagen hasta la posición de la lente, como se describió anteriormente . Cuando el espesor de la lente no es mucho menor que S 1 y S 2 o hay múltiples elementos de lente (una lente compuesta ), se debe medir desde el objeto y la imagen hasta los planos principales de la lente. Si las distancias S 1 o S 2 pasan a través de un medio distinto del aire o el vacío, se requiere un análisis más complicado.
El aumento lineal de un sistema de imágenes que utiliza una sola lente viene dado por
donde M es el factor de ampliación definido como la relación entre el tamaño de una imagen y el tamaño del objeto. La convención de signos aquí dicta que si M es negativo, como lo es para las imágenes reales, la imagen está al revés con respecto al objeto. Para imágenes virtuales M es positiva, por lo que la imagen es vertical.
Esta fórmula de aumento proporciona dos formas sencillas de distinguir lentes convergentes ( f > 0 ) y divergentes ( f < 0 ): Para un objeto muy cerca de la lente ( 0 < S 1 < | f | ), una lente convergente formaría una lente ampliada. imagen virtual (más grande), mientras que una lente divergente formaría una imagen desmagnificada (más pequeña); Para un objeto muy lejos de la lente ( S 1 > | f | > 0 ), una lente convergente formaría una imagen invertida, mientras que una lente divergente formaría una imagen vertical.
El aumento lineal M no siempre es la medida más útil del poder de aumento. Por ejemplo, al caracterizar un telescopio visual o binoculares que producen sólo una imagen virtual, uno estaría más preocupado por el aumento angular , que expresa cuánto más grande aparece un objeto distante a través del telescopio en comparación con el ojo desnudo. En el caso de una cámara, se citaría la escala de placa , que compara el tamaño aparente (angular) de un objeto distante con el tamaño de la imagen real producida en el foco. La escala de placa es el recíproco de la distancia focal de la lente de la cámara; Las lentes se clasifican en lentes de enfoque largo o lentes gran angular según sus distancias focales.
Usar una medida inapropiada de aumento puede ser formalmente correcto pero dar como resultado un número sin significado. Por ejemplo, utilizando una lupa deDistancia focal de 5 cm , sostenido20 cm del ojo yA 5 cm del objeto, se produce una imagen virtual en el infinito de tamaño lineal infinito: M = ∞ . Pero el aumento angular es 5, lo que significa que el objeto parece 5 veces más grande al ojo que sin la lente. Al tomar una fotografía de la luna usando una cámara conLente de 50 mm , no nos preocupa el aumento lineal M ≈−50mm /380 000 kilómetros =−1,3 × 10 −10 . Más bien, la escala de placa de la cámara es aproximadamente1°/mm , de lo cual se puede concluir que elLa imagen de 0,5 mm de la película corresponde a un tamaño angular de la Luna vista desde la Tierra de aproximadamente 0,5°.
En el caso extremo en el que un objeto está a una distancia infinita, S 1 = ∞ , S 2 = f y M = − f /∞ = 0 , lo que indica que el objeto sería fotografiado en un solo punto en el plano focal. De hecho, el diámetro del punto proyectado no es realmente cero, ya que la difracción impone un límite inferior al tamaño de la función de dispersión del punto . Esto se llama límite de difracción .
Las lentes no forman imágenes perfectas y una lente siempre introduce algún grado de distorsión o aberración que hace que la imagen sea una réplica imperfecta del objeto. El diseño cuidadoso del sistema de lentes para una aplicación particular minimiza la aberración. Varios tipos de aberración afectan la calidad de la imagen, incluida la aberración esférica, el coma y la aberración cromática.
La aberración esférica se produce porque las superficies esféricas no tienen la forma ideal para una lente, pero son, con mucho, la forma más simple para obtener un vidrio que se puede esmerilar y pulir , y por eso se utilizan con frecuencia. La aberración esférica hace que los haces paralelos pero distantes del eje de la lente se enfoquen en un lugar ligeramente diferente que los haces cercanos al eje. Esto se manifiesta como una imagen borrosa. La aberración esférica se puede minimizar con formas de lentes normales eligiendo cuidadosamente las curvaturas de la superficie para una aplicación particular. Por ejemplo, una lente planoconvexa, que se utiliza para enfocar un haz colimado, produce un punto focal más nítido cuando se utiliza con el lado convexo hacia la fuente del haz.
El coma , o aberración comática , debe su nombre a la apariencia de cometa de la imagen aberrada. El coma ocurre cuando se toma una imagen de un objeto fuera del eje óptico de la lente, donde los rayos pasan a través de la lente en un ángulo con respecto al eje θ . Los rayos que pasan por el centro de una lente de distancia focal f se enfocan en un punto situado a una distancia f tan θ del eje. Los rayos que pasan a través de los márgenes exteriores del cristalino se enfocan en diferentes puntos, ya sea más lejos del eje (coma positivo) o más cerca del eje (coma negativo). En general, un haz de rayos paralelos que pasan a través de la lente a una distancia fija del centro de la lente se enfocan en una imagen en forma de anillo en el plano focal, conocida como círculo comático . La suma de todos estos círculos da como resultado una llamarada en forma de V o parecida a un cometa. Al igual que con la aberración esférica, el coma se puede minimizar (y en algunos casos eliminar) eligiendo la curvatura de las dos superficies de la lente para que coincida con la aplicación. Las lentes en las que se minimizan tanto la aberración esférica como el coma se denominan lentes bestform .
La aberración cromática es causada por la dispersión del material de la lente: la variación de su índice de refracción , n , con la longitud de onda de la luz. Dado que, de las fórmulas anteriores, f depende de n , se deduce que la luz de diferentes longitudes de onda se enfoca en diferentes posiciones. La aberración cromática de una lente se ve como franjas de color alrededor de la imagen. Se puede minimizar utilizando un doblete acromático (o acromático ) en el que dos materiales con diferente dispersión se unen para formar una sola lente. Esto reduce la cantidad de aberración cromática en un cierto rango de longitudes de onda, aunque no produce una corrección perfecta. El uso de acromáticos fue un paso importante en el desarrollo del microscopio óptico. Un apocromático es una lente o sistema de lentes con una corrección de la aberración cromática aún mejor, combinada con una corrección de la aberración esférica mejorada. Los apocromáticos son mucho más caros que los acromáticos.
También se pueden usar diferentes materiales de lentes para minimizar la aberración cromática, como recubrimientos especializados o lentes hechas de cristal de fluorita . Esta sustancia natural tiene el número de Abbe más alto conocido , lo que indica que el material tiene baja dispersión.
Otros tipos de aberración incluyen la curvatura de campo , la distorsión en barril y en cojín y el astigmatismo .
Incluso si una lente está diseñada para minimizar o eliminar las aberraciones descritas anteriormente, la calidad de la imagen aún está limitada por la difracción de la luz que pasa a través de la apertura finita de la lente . Una lente con difracción limitada es aquella en la que las aberraciones se han reducido hasta el punto en que la calidad de la imagen está limitada principalmente por la difracción en las condiciones de diseño.
Las lentes simples están sujetas a las aberraciones ópticas comentadas anteriormente. En muchos casos estas aberraciones pueden compensarse en gran medida utilizando una combinación de lentes simples con aberraciones complementarias. Una lente compuesta es un conjunto de lentes simples de diferentes formas y fabricadas con materiales de diferentes índices de refracción, dispuestas una tras otra con un eje común.
El caso más simple es cuando las lentes se colocan en contacto: si las lentes de distancias focales f 1 y f 2 son " delgadas ", la distancia focal combinada f de las lentes viene dada por
Como 1/ f es la potencia de una lente, se puede ver que las potencias de lentes delgadas en contacto son aditivas.
Si dos lentes delgadas están separadas en el aire por una distancia d , la distancia focal para el sistema combinado está dada por
La distancia desde el punto focal frontal de las lentes combinadas hasta la primera lente se llama distancia focal frontal (FFL): [28]
De manera similar, la distancia desde la segunda lente hasta el punto focal trasero del sistema combinado es la distancia focal trasera (BFL):
Como d tiende a cero, las distancias focales tienden al valor de f dado para lentes delgadas en contacto.
Si la distancia de separación es igual a la suma de las distancias focales ( d = f 1 + f 2 ), FFL y BFL son infinitos. Esto corresponde a un par de lentes que transforman un haz paralelo (colimado) en otro haz colimado. Este tipo de sistema se denomina sistema afocal , ya que no produce ninguna convergencia o divergencia neta del haz. Dos lentes con esta separación forman el tipo más simple de telescopio óptico . Aunque el sistema no altera la divergencia de un haz colimado, sí altera el ancho del haz. El aumento de dicho telescopio está dado por
que es la relación entre el ancho del haz de salida y el ancho del haz de entrada. Tenga en cuenta la convención de signos: un telescopio con dos lentes convexas ( f 1 > 0 , f 2 > 0 ) produce un aumento negativo, lo que indica una imagen invertida. Una lente convexa más una cóncava ( f 1 > 0 > f 2 ) produce un aumento positivo y la imagen es vertical. Para obtener más información sobre telescopios ópticos simples, consulte Telescopio refractor § Diseños de telescopios refractores .
Las lentes cilíndricas tienen curvatura a lo largo de un solo eje. Se utilizan para enfocar la luz en una línea o para convertir la luz elíptica de un diodo láser en un haz redondo. También se utilizan en lentes anamórficos para películas cinematográficas .
Las lentes asféricas tienen al menos una superficie que no es ni esférica ni cilíndrica. Las formas más complicadas permiten que dichas lentes formen imágenes con menos aberración que las lentes simples estándar, pero son más difíciles y costosas de producir. Antiguamente eran complejos de fabricar y a menudo extremadamente caros, pero los avances tecnológicos han reducido considerablemente el coste de fabricación de este tipo de lentes.
Una lente Fresnel tiene su superficie óptica dividida en anillos estrechos, lo que permite que la lente sea mucho más delgada y liviana que las lentes convencionales. Las lentes Fresnel duraderas se pueden moldear a partir de plástico y son económicas.
Las lentes lenticulares son conjuntos de microlentes que se utilizan en la impresión lenticular para crear imágenes que tienen una ilusión de profundidad o que cambian cuando se ven desde diferentes ángulos.
La lente bifocal tiene dos o más distancias focales, o graduadas, integradas en la lente.
Una lente de índice degradado tiene superficies ópticas planas, pero tiene una variación radial o axial en el índice de refracción que hace que la luz que pasa a través de la lente se enfoque.
Un axicon tiene una superficie óptica cónica . Representa una fuente puntual en una línea a lo largo del eje óptico o transforma un rayo láser en un anillo. [29]
Los elementos ópticos difractivos pueden funcionar como lentes.
Las superlentes están hechas de metamateriales de índice negativo y afirman producir imágenes con resoluciones espaciales que exceden el límite de difracción . [30] Las primeras superlentes se fabricaron en 2004 utilizando un metamaterial para microondas. [30] Otros investigadores han realizado versiones mejoradas. [31] [32] A partir de 2014, [actualizar]la superlente aún no se ha demostrado en longitudes de onda visibles o infrarrojas cercanas . [33]
Se ha desarrollado un prototipo de lente plana ultrafina, sin curvatura. [34]
Una lente convexa única montada en un marco con un mango o soporte es una lupa .
Las lentes se utilizan como prótesis para la corrección de errores refractivos como la miopía , la hipermetropía , la presbicia y el astigmatismo . (Ver lentes correctivos , lentes de contacto , anteojos , lentes intraoculares ). La mayoría de los lentes utilizados para otros fines tienen una simetría axial estricta ; Las lentes de las gafas son sólo aproximadamente simétricas. Por lo general, tienen una forma que encaja en un marco aproximadamente ovalado, no circular; los centros ópticos se sitúan sobre los globos oculares ; su curvatura puede no ser axialmente simétrica para corregir el astigmatismo . Las lentes de las gafas de sol están diseñadas para atenuar la luz; Los lentes para gafas de sol que también corrigen las discapacidades visuales se pueden fabricar a medida.
Otros usos son en sistemas de imágenes como monoculares , binoculares , telescopios , microscopios , cámaras y proyectores . Algunos de estos instrumentos producen una imagen virtual cuando se aplican al ojo humano; otros producen una imagen real que puede capturarse en una película fotográfica o en un sensor óptico , o puede verse en una pantalla. En estos dispositivos, las lentes a veces se combinan con espejos curvos para formar un sistema catadióptrico donde la aberración esférica de la lente corrige la aberración opuesta en el espejo (como los correctores de Schmidt y de menisco ).
Las lentes convexas producen una imagen de un objeto en el infinito en su foco; Si se toma una imagen del sol , gran parte de la luz visible e infrarroja que incide sobre la lente se concentra en la imagen pequeña. Una lente grande crea suficiente intensidad para quemar un objeto inflamable en el punto focal. Dado que la ignición se puede lograr incluso con lentes de mala calidad, las lentes se han utilizado como lentes de combustión durante al menos 2400 años. [6] Una aplicación moderna es el uso de lentes relativamente grandes para concentrar la energía solar en células fotovoltaicas relativamente pequeñas , recolectando más energía sin la necesidad de utilizar células más grandes y costosas.
Los sistemas de radioastronomía y radar suelen utilizar lentes dieléctricas , comúnmente llamadas antena de lente, para refractar la radiación electromagnética en una antena colectora.
Las lentes pueden rayarse y desgastarse. Hay disponibles revestimientos resistentes a la abrasión para ayudar a controlar esto. [35]
![{\displaystyle {\frac {1}{\ f\ }}=(n-1)\left[{\frac {1}{\ R_{1}\ }}-{\frac {1}{\ R_{ 2}\ }}+{\frac {\ (n-1)\ d\ }{n\ R_{1}R_{2}}}\right]\ ,}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/8b0e6ff8a2db86e343f9d0a8d03775c8863b3fba)
![{\displaystyle {\frac {1}{\ f\ }}\approx \left(n-1\right)\left[{\frac {1}{\ R_{1}\ }}-{\frac {1 }{\ R_{2}\ }}\right]\,.}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/d3c7ff36ab7e96322ae6ec501b754db5c0c26421)
