Fundamentos de Óptica: Dioptrios, Lentes, Espejos y Defectos Visuales

Introducción a los Dioptrios

Se denomina dioptrio al conjunto formado por dos medios transparentes, homogéneos e isótropos con índices distintos, separados por una superficie. Pueden ser planos, esféricos o curvos, según la superficie de separación.

Dioptrio Esférico y Rayos Paraxiales

Consideramos rayos paraxiales aquellos que forman con el eje óptico pequeños ángulos (menores de 10°).

Distancias Focales

Si el punto objeto se encuentra a una distancia infinita, el haz de rayos que llega al dioptrio es paralelo al eje óptico y la imagen se forma en el punto F' (foco imagen). Si los rayos que parten de un punto F (foco objeto) emergen paralelos tras atravesar el dioptrio, la distancia al vértice del dioptrio es la distancia focal objeto.

Dioptrio Plano

Es un dioptrio esférico con el radio infinito. El tamaño de la imagen es igual que el del objeto.

Espejos Esféricos

Los espejos cóncavos pueden producir imágenes reales e invertidas o virtuales y derechas, según la posición del objeto respecto del foco. Los espejos convexos proporcionan siempre imágenes virtuales, derechas y de menor tamaño que el objeto.

Lentes Ópticas

Las lentes están formadas por dos dioptrios.

Tipos de Lentes

• Lentes Convergentes: Más gruesas en el centro que en los bordes.
• Lentes Divergentes: Más gruesas en los bordes que en la parte media.

La Dioptría como Unidad de Potencia

Una dioptría es la unidad de potencia de una lente con una distancia focal igual a 1 metro. Las lentes convergentes tienen potencias positivas, mientras que las divergentes tienen potencias negativas.

Aberraciones Ópticas

El tratamiento paraxial realizado sobre lentes solo se cumple para lentes delgadas, rayos paraxiales y luz monocromática. Si estas condiciones no se cumplen, aparecen efectos indeseados en las imágenes, conocidos como aberraciones. Las más comunes son:

• Aberración Esférica: Se produce porque no todos los rayos que inciden paralelos se cortan en un mismo punto, transformando la imagen de un punto en un disco.
• Aberración Cromática: Se debe a que el índice de refracción de la lente varía con la longitud de onda de la luz, lo que provoca que las luces de distintos colores no focalicen en el mismo punto.

El Ojo Humano: Estructura y Funcionamiento

La luz entra al ojo a través de la córnea. El iris regula la cantidad de luz que pasa, y el cristalino enfoca la luz sobre la retina, que está formada por bastones y conos. El ojo es similar a una lente convergente.

Puntos de Enfoque del Ojo

• El punto más cercano que el cristalino puede enfocar, conocido como punto próximo, se encuentra a unos 25 cm.
• El punto más lejano, denominado punto remoto, se sitúa en el infinito.

Defectos Visuales Comunes y su Corrección

• Miopía: Se caracteriza por un exceso de convergencia del ojo, lo que provoca que las imágenes de puntos lejanos se formen delante de la retina. A menudo, se debe a una curvatura excesiva de la córnea. La persona ve mal de lejos y se corrige con lentes divergentes.
• Hipermetropía: Es una falta de convergencia del ojo. Un objeto próximo se enfoca detrás de la retina. La persona ve mal de cerca y se corrige con lentes convergentes.
• Presbicia (Vista Cansada): Consiste en la disminución del poder de acomodación del ojo debido a la pérdida de flexibilidad del cristalino. Se ve mal de cerca y se corrige con lentes convergentes.
• Astigmatismo: Se produce cuando la córnea no es perfectamente esférica, lo que impide que el ojo enfoque correctamente las líneas verticales y horizontales simultáneamente. Se corrige con lentes cilíndricas.
• Cataratas: El cristalino pierde su transparencia, lo que causa una visión borrosa. Se corrige sustituyendo el cristalino afectado por una lente artificial.