Lent

Lent

Una lent.

Les lents poden ser usades per a enfocar la llum.

Un o una lent (també luneta,cristal, lluna) és un dispositiu òptic transmissor que enfoca o dispersa un fes de llum per mig de la refracció. No obstant, atres dispositius com les lent de Fresnelents de Fresnel, que desvien la llum per mig del fenomen de difracció, són de gran utilitat i us pel seu baix cost constructiu i el reduït espai que ocupen. Els dispositius que enfoquen o dispersen de manera similar les ones i la radiació que no siga la llum visible, també es denominen lents, com a lents de microones, lents d'electrons, lents acústiques o lents explosives. Una lent està constituïda per un mig transparent llimitat per dos superfícies, sent curva a lo manco una d'elles. Una lent simple consistix en una sola peça de material transparent, mentres que una lent composta consta de vàries lents simples (elements), generalment dispostes a lo llarc d'un eix comú. Les lents estan fetes de materials tals com a vidre o plàstic, i es molen i polixen (o molegen) per a conseguir la forma desijada. Una lent pot enfocar la llum per a formar una image, a diferència d'un prisma, que refracta la llum sense enfocar. Les lents més comunes estan basades en el distint grau de refracció que experimenten els rajos de llum en incidir en punts diferents de la seua superfície, incloses les utilisades per a corregir els problemes de visió en ulleres, anteojos o lentillas. També s'usen lents, o combinacions de lents i espills, en telescopis i microscopis, en la funció de servir com objectius o com oculars. El primer telescopi astronòmic va ser construït per Galeo Galei usant una lent convergent (lent positiva) com a objectiu i una atra divergent (lent negativa) com a ocular. Existixen també instruments capaços de fer convergir o divergir atres tipos d'ones electromagnètiques i als que se'ls denomina també lents. Per eixemple, en els microscopis electrònics les lents són de caràcter magnètic. En astrofísica és possible observar fenomens de lents gravitatorias, quan la llum procedent d'objectes molt lluntans passa prop d'objectes massius, i es curva en la seua trayectòria.

Etimologia

La paraula lent prové dellatí lens, lentis que significa «llentilla», per lo que a les lents òptiques li les denomina aixina per la seua semblança en la forma dellegum. En el XIII varen escomençar a fabricar-se chicotets discs de vidre que podien montar-se sobre un marc. Varen ser les primeres ulleres de llibres o ulleres de llectura. La paraula lent sol ser de gènero ambigu. Normalment s'usa en femení per a referir-se al cristal òptic, mentres que en masculí i plural sol reservar-se per a referir-se a les ulleres en alguns països.

Parts d'una lent

Els distints elements que conformen una lent són els següents:

• Centres de curvatura (C, C'): són els centres de les esferes que llimiten la superfícies curves de la lent, l'incident i l'emergent.

• Eix principal o eix òptic: llínea recta imaginària que unix els centres de curvatura de les lents.
• Eixos secundaris: rajos que travessen el centre òptic sense desviar-se.
• Centre òptic (O): lloc exacte a on confluïxen l'eix principal i la lent.
• Foc principal o foc objecte (F,F'): és el punt de l'eix principal a on es tallen els rajos refractados per la lent que procedixen de rajos parals a l'eix principal.
• Pla principal: pla normal a l'eix principal que travessa el punt de contacte entre el raig i la superfície incident de la lent. Existix un segon pla principal format pel pla normal a l'eix principal i que traspassa el punt de contacte del raig i la superfície emergent de la lent.
• Distància focal (f, f'): distància entre el foc principal i el centre òptic. La seua inversa es denomina potència de la lent, expressat per mig de dioptries.

Tipos

Les lents, segons la forma que adopten poden ser convergents, divergents o de cambra:

• Les lents convergents (o positives) són més grosses per la seua banda central i més estretes en les vores. Es denominen aixina degut a que unixen (convergixen), en un punt determinat que es denomina foc d'image , tot fes de rajos parals a l'eix principal que passe per elles. Poden ser:

Tipos principals de lents.

• Biconvexas: conten en dos superfícies convexas.
• Planoconvexas: tenen una superfície convexa i una atra plana.
• Cóncau-convexas (o menisco convergent): formades per una superfície convexa i una atra llaugerament cóncava.

• Les lents divergents (o negatives) són més grosses per les vores i presenten una estrechez molt pronunciada en el centre. Es denominen aixina perque fan divergir (separen) tot fes de rajos parals a l'eix principal que passe per elles, les seues prolongacions convergixen en el foc image que està a l'esquerra, al contrari que les convergents, el foc de les quals image es troba a la dreta. Per lo tant, les lents divergents no poden formar una image real pero, per proyecció dels rajos al pla a on es troba l'objecte, poden formar imàgens virtuals. Poden ser:

• Bicóncavas: formades per dos superfícies cóncaves.
• Planocóncavas: conten en una superfície cóncava i una atra plana.
• Convexo-cóncaves (o menisco divergent): conten en una superfície cóncava i l'atra és llaugerament convexa.

Construcció de lents simples

La majoria de les lents són lents esfèriques: les seues dos superfícies són parts de les superfícies de les esferes. Cada superfície pot ser convexa (abultada cap a fòra des de la lent), cóncava (afonada en la lent) o plana (plana). La llínea que unix els centres de les esferes que formen les superfícies de la lent es diu eix de la lent. Normalment, l'eix de la lent passa a través del centre físic de la lent, per la forma en que es fabriquen. Les lents es poden tallar o esmerilar despuix de la seua fabricació per a donar-els una forma o tamany diferent. Llavors, és possible que l'eix de la lent no passe a través del centre físic de la lent. Les lents tóricas o esferocilíndricas tenen superfícies en dos radis de curvatura diferents en dos plans ortogonals. Tenen un poder focal diferent en diferents meridianos. Açò forma una lent astigmática. Un eixemple són els lents per a ulleres que s'utilisen per a corregir l'astigmatisme en l'ull d'una persona.

Tipos de lents simples

Les lents es classifiquen per la curvatura de les dos superfícies òptiques. Una lent és biconvexa (o doble convexa , o simplement convexa) si abdós superfícies són convexas. Si abdós superfícies tenen el mateix radi de curvatura, la lent és equiconvexa. Una lent en dos superfícies cóncaves és bicóncava (o simplement cóncava). Si una de les superfícies és plana, la lent és pla-convexa o pla-cóncava depenent de la curvatura de l'atra superfície. Una lent en un costat convex i un atre cóncau és convexo-cóncau o menisco. És este tipo de lent el que s'usa més comunament en lents correctives. Si la lent és biconvexa o pla-convexa, un fes de llum colimada passa a través de la lent i convergix en un punt (un foc) darrere de la lent. En este cas, la lent es denomina lent positiva o convergent. Per a una lent prima, la distància des de la lent al punt és la distància focal de la lent, que comunament es representa per mig de f en diagrames i equacions. Una lent hemisfèrica estesa és un tipo especial de lent pla-convexa, en la que la superfície curva de la lent és un hemisferi complet i la lent és molt més grossa que el radi de curvatura.

Biconvex lens

Si la lent és bicóncava o pla-cóncava, un raig de llum colimado que passa a través de la lent és divergent (dispersió); per tant, la lent es denomina lent negativa o divergent . El raig, despuix de passar a través de la lent, sembla emanar d'un punt particular en l'eix front a la lent. Per a una lent prima en l'aire, la distància des d'este punt a la lent és la distància focal, encara que és negativa sobre la distància focal d'una lent convergent.

Biconcave lens

Les lents convexos-cóncaves (menisco) poden ser positius o negatius, depenent de les curvatura relatives de les dos superfícies. Un lent de menisco negatiu té una superfície cóncava més pronunciada i és més prim en el centre que en la perifèria. Pel contrari, una lent de menisco positiva té una superfície convexa més pronunciada i és més grossa en el centre que en la perifèria. Una lent prima ideal en dos superfícies d'igual curvatura tindria potència òptica zero, lo que significa que no convergiria ni divergiria la llum. No obstant, totes les lents reals tenen una gruixa distinta de zero, lo que fa que una lent real en superfícies curves idèntiques siga llaugerament positiva. Per a obtindre una potència òptica exactament zero, una lent de menisco deu tindre curvatura llaugerament desiguals per a tindre en conte l'efecte de la gruixa de la lent.

Equació del fabricant de lents

La distància focal d'una lent en l'aire es pot calcular a partir de la equació del fabricant de lents:

$\frac{1}{f}=(n-1)[\frac{1}{R_1}-\frac{1}{R_2}+\frac{(n-1)d}{n{R}_1{R}_2}],$

dónde

• f es la distancia focal de la lente
• $n$ es l'índice de refracció del material de la lente
• $R_1$ es el radio de curvatura (con signo, ver más abajo) de la superficie de la lente más cercana a la fuente de luz
• $R_2$ es el radio de curvatura de la superficie de la lente más lejos de la fuente de luz
• $d$ es el grosor de la lente (la distancia a lo largo del eje de la lente entre els dos vértices de la superficie

La distancia focal f es positiva per a lentes convergentes y negativa per a lentes divergentes. l'inverso multiplicatiu de la distancia focal, 1 / f , es la potencia óptica de la lente. Si la distancia focal está en metros, esto da la potencia óptica en dioptrías (metros inversos). les lentes tienen la misma distancia focal cuando la luz viaja d'atrás cap a adelante o cuando la luz va d'adelante cap a atrás. atres propiedades de la lente, como les aberraciones, no són les mismas en ambas direccions.

Convención de signos per a radios de curvatura R ₁ y R ₂

Artícul principal → Radio de curvatura (óptica).

els signos dels radios de curvatura de la lente indican si les superficies correspondientes són convexas o cóncavas. la convención de signos utilizada per a representar esto varía, pero en este artículo una R positiva indica que el centro de curvatura d'una superficie está más adelante en la direcció del recorrido del rayo (derecha, en els diagramas adjuntos), mientras que una R negativa significa que els rayos alcançen la superficie. ya han pasado el centro de curvatura. En consecuencia, per a les superficies de lentes externas como se muestra en el diagrama anterior, R ₁ > 0 y R ₂ <0 indican superficies convexas (utilisades per a hacer converger la luz en una lente positiva), mientras que R ₁ <0 y R ₂ > 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.

Aproximación de lente fina

Si d es pequeño en comparación con R ₁ y R ₂ , entonces se puede hacer la aproximación de lente delgada . per a una lente en el aire, f viene dada por

$\frac{1}{f}\approx (n-1)[\frac{1}{R_1}-\frac{1}{R_2}].$

Formació de l'image

Per a la construcció d'una image, primer es traça un raig continu i paral a l'eix principal, que es refracta en la lent i creua l'eix òptic. Un segon raig travessa el centre òptic de la lent sense sofrir cap desviació fins que es creua en el raig anterior. L'últim raig creua pel foc principal i traspassa la lent, de manera que es refracta en l'interior d'esta, que es creuarà en els dos rajos anteriors en l'eix òptic.

En abdós tipos de lents, convergents i divergents, existixen dos maneres de localisar l'espill: o be més llunt de la lent que el foc principal (image real) o entre estos dos (image virtual). En el cas de les lents divergents, existixen estes dos opcions de posicionar l'espill, pero en abdós les imàgens formades per este tipo de lents són imàgens virtuals, dretes i de menor tamany que els objectes reals. En canvi, les lents convergents davant d'objectes alluntats en l'espai, proyectaran imàgens reals, invertides i més chicotetes que els objectes reals. Pel contrari, si s'observa un objecte propenc per mig d'esta lent, es formarà una image dreta i més gran que l'objecte real, de manera que per a una distància propenca formaran imàgens virtuals, dretes i de dimensions més grans. Les lents o objectius utilisats en la fotografia es corrigen per a oferir una acceptable calitat d'image i cobertura sobre una superfície determinada. D'esta manera, es produïx una regulació del àngul visual per mig de la distància focal en relació a la diagonal del negatiu. Quan es produïx un canvi de distància focal també té lloc una alteració del tamany de l'image i per tant de l'àngul visual. Durant este procés en el comportament d'adaptació dels objectius, pot produir-se lo que es denominen defectes òptics geomètrics o les aberracions, que poden afectar a la calitat de l'image. Quan es referix a la precisió i calitat d'un objectiu es parla de la capacitat de correcció de dits defectes, de manera que permeta equilibrar les aberracions majors en tal de reduir-les al mínim, encara que no permeta la seua completa eliminació. La calitat d'un objectiu es determinarà en funció del grau de correcció que aplique sobre sèt principals aberracions: dos centrals, l'esfèrica i la cromàtica, i atres cinc no axials, el menge, l'astigmatisme, la curvatura de camp, distorsió curvilínea i la cromàtica lateral.

Lents artificials

Instruments per a la preparació de lents convexas i cóncaves.

Se sol denominar lents artificials a les construïdes en materials artificials no homogéneus, de modo que el seu comportament exhibix índexs de refracció menors que l'unitat (convé recordar que la velocitat de fase sí pot ser major que la velocitat de la llum en el buit), en lo que, per eixemple, es tenen lents biconvexas divergents. Novament este tipo de lents és útil en microones i solament últimament s'han descrit materials en esta propietat a freqüències òptiques.

Vore també

• Unilens de Baden-Powell
• Lent fotogràfica
• Lent acromàtica
• Lent apocromática
• Lent superacromática
• Lent asférica
• Ulleres
• Espill parabòlic
• Equació de Falca-Romo

Enllaços externs

Commons

• Wikimedia Commons alberga contingut multimèdia sobre lents.
• Lents
• Etimologia
• Animació de propagació d'ones electromagnètiques a través de lents convexas (en i fòra d'eix) en YouTube
• artícul "Short-focus laser lenses (Фокусирующая линза)" en elloc web de productes per a la macro-òptica (Centre d'Investigació i Producció Makrooptika)