Lente

Las lentes se clasifican por la curvatura de las dos superficies ópticas. Una lente es biconvexa (o doble 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 plano-convexa o plano-cóncava dependiendo de la curvatura de la otra superficie. Una lente con un lado convexo y otro cóncavo es convexo-cóncavo o menisco. Es este tipo de lente el que se usa más comúnmente en lentes correctivas.

Si la lente es biconvexa o plano-convexa, un haz de luz colimada pasa a través de la lente y 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, la distancia desde la lente al punto es la distancia focal de la lente, que comúnmente se representa mediante 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.

Biconvex lens

Si la lente es bicóncava o plano-cóncava, un rayo de luz colimado que pasa a través de la lente es divergente (dispersión); por tanto, la lente se denomina lente negativa o divergente . El rayo, 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.

Biconcave lens

Los lentes convexos-cóncavos (menisco) pueden ser positivos o negativos, dependiendo de las curvaturas relativas de las dos superficies. Un lente de menisco negativo tiene una superficie cóncava más pronunciada y es más delgado en el centro que en la periferia. Por el contrario, una lente de menisco positiva tiene una superficie convexa más pronunciada 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 grosor 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.

La distancia focal de una lente en el aire se puede calcular a partir de la ecuación del fabricante de lentes:[6][7]

${\displaystyle {\frac {1}{f}}=(n-1)\left[{\frac {1}{R_{1}}}-{\frac {1}{R_{2}}}+{\frac {(n-1)d}{nR_{1}R_{2}}}\right],}$

dónde

f es la distancia focal de la lente

${\displaystyle n}$ es el índice de refracción del material de la lente

${\displaystyle R_{1}}$ es el radio de curvatura (con signo, ver más abajo) de la superficie de la lente más cercana a la fuente de luz

${\displaystyle R_{2}}$ es el radio de curvatura de la superficie de la lente más lejos de la fuente de luz

${\displaystyle d}$ es el grosor de la lente (la distancia a lo largo del eje de la lente entre los dos vértices de la superficie

La distancia focal f es positiva para lentes convergentes y negativa para lentes divergentes. El inverso multiplicativo 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).

Las lentes tienen la misma distancia focal cuando la luz viaja de atrás hacia adelante o cuando la luz va de adelante hacia atrás. Otras propiedades de la lente, como las aberraciones, no son las mismas en ambas direcciones.

Artículo principal: Radio de curvatura (óptica)

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, pero en este artículo una R positiva indica que el centro de curvatura de una superficie está más adelante en la dirección del recorrido del rayo (derecha, en los diagramas adjuntos), mientras que una R negativa significa que los rayos alcanzan la superficie. ya han pasado el centro de curvatura. En consecuencia, para las 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 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.

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

${\displaystyle {\frac {1}{f}}\approx \left(n-1\right)\left[{\frac {1}{R_{1}}}-{\frac {1}{R_{2}}}\right].}$[8]