Lentes

La palabra lente proviene del latín lens, lentis que significa «lenteja»​, por lo que a las lentes ópticas se las denomina así por su parecido con la forma de la legumbre. Durante el siglo XIII se comenzo a fabricar pequeños discos de vidrio que podían montarse sobre un marco, estos fueron las primeros anteojos.

Una lente simple consiste en una sola pieza de material transparente, mientras que una lente compuesta consta de varias lentes simples (elementos), generalmente dispuestas a lo largo de un eje común. 

Partes de una lente

Los distintos elementos que conforman una lente son los siguientes: 

• Centros de curvatura (C, C'): es el radio que establece la superficie curva de la lente, la incidente y la emergente.
• Eje principal o eje óptico: línea recta imaginaria que une los centros de curvatura de las lentes.
• Ejes secundarios: rayos que atraviesan el centro óptico sin desviarse.
• Centro óptico (O): lugar exacto donde confluyen el eje principal y la lente.
• Foco principal o foco objeto (F,F'): es el lugar del eje central por donde traspasan los rayos refractados en la lente que proceden de rayos paralelos al eje central.
• Plano principal: plano normal al eje principal que atraviesa el punto de contacto entre el rayo y la superficie incidente de la lente. Existe un segundo plano principal formado por el plano normal al eje principal y que traspasa el punto de contacto del rayo y la superficie emergente de la lente.
• Distancia focal (f, f'): distancia entre el foco principal y el centro óptico. Su inversa se denomina potencia de la lente, expresado mediante dioptrías.

Tipos de lentes

Las lentes, según la forma que adopten pueden ser convergentes, divergentes o de cámara:

• Lentes convergentes (o positivas) son más gruesas por su parte central y más estrechas en los bordes. Se denominan así debido a que unen (convergen), en un punto determinado que se denomina foco de imagen , todo haz de rayos paralelos al eje principal que pase por ellas. Pueden ser:
  • Biconvexas: cuentan con dos superficies convexas.
  • Planoconvexas: tienen una superficie convexa y otra plana.
  • Cóncavo-convexas : formadas por una superficie convexa y otra ligeramente cóncava.
• Lentes divergentes (o negativas) son más gruesas por los bordes y presentan una estrechez muy pronunciada en el centro. Se denominan así porque hacen divergir (separan) todo haz de rayos paralelos al eje principal que pase por ellas, sus prolongaciones convergen en el foco imagen que está a la izquierda, al contrario que las convergentes, cuyo foco imagen se encuentra a la derecha. Por lo tanto, las lentes divergentes no pueden formar una imagen real pero, por proyección de los rayos al plano donde se encuentra el objeto, pueden formar imágenes virtuales. Pueden ser:
• Bicóncavas: formadas por dos superficies cóncavas.
• Planocóncavas: cuentan con una superficie cóncava y otra plana.
• Convexo-cóncavas (o menisco divergente): cuentan con una superficie cóncava y la otra es ligeramente convexa.

Tipos de lentes simples

Una lente óptica tiene la capacidad de refractar la luz y formar una imagen. La luz que incide perpendicularmente sobre una lente se refracta hacia el plano focal, en el caso de las lentes convergentes, o desde el plano focal, en el caso de las divergentes.

La mayoría de las lentes son lentes esféricas: sus dos superficies son partes de las superficies de las esferas. Cada superficie puede ser convexa (abultada hacia afuera desde 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 a través del centro físico de la lente, debido a la forma en que se fabrican. Las lentes se pueden cortar o esmerilar después de su fabricación para darles una forma o tamaño diferente. Entonces, es posible que el eje de la lente no pase a través del centro físico de la lente.

Sus propiedades y elementos

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.

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.

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:

donde

Convención de signos para radios de curvatura R₁ y R₂

El concepto de radio de curvatura (RDC) posee un significado concreto y un convenio de signos propio cuando se utiliza en diseño óptico. Una lente esférica o superficie de espejo tienen un centro de curvatura localizado en un punto cualquiera del sistema de coordenadas (x, y, z), bien a lo largo del eje óptico del sistema local o bien descentrado. El vértice de la superficie de la lente está localizado en el eje óptico local. La distancia del vértice al centro de curvatura es el radio de curvatura de la superficie. El convenio de signos para el radio óptico de curvatura tiene la forma siguiente:

• Si el vértice se localiza a la izquierda del centro de curvatura, el radio de curvatura es positivo.
• Si el vértice se localiza a la derecha del centro de curvatura, el radio de curvatura es negativo.

Así, cuando se representa verticalmente y de lado una lente biconvexa, el radio de la superficie de curvatura izquierda es positivo, y la superficie derecha tiene un radio de curvatura negativo.

Debe hacerse notar sin embargo que en áreas de la óptica distintas del diseño, son utilizados en ocasiones otros convenios de signos.2​ En particular, muchos libros de texto de física utilizan un convenio de signos en el que las superficies convexas de las lentes son siempre positivas. En consecuencia, debe tenerse un especial cuidado cuando se utilizan fórmulas tomadas de fuentes diferentes.