El Ojo Humano como Instrumento Óptico

La luz entra al ojo a través de una abertura variable, la pupila, y se enfoca mediante el sistema córnea-cristalino sobre la retina, que es una fina membrana que cubre la parte interior del globo ocular. La córnea tiene una curvatura pronunciada con el fin de hacer converger los rayos que entran en el ojo. El cristalino es una masa celular transparente en forma de lente biconvexa cuya distancia focal puede ser modificada gracias a los músculos ciliares.

El ojo es un sistema óptico complejo. Realizaremos una sustitución de todos sus elementos por una sola lente convergente de distancia focal variable situada a 22mm de la retina. Si el ojo tuviera una potencia fija, solo podríamos formar una imagen perfecta sobre la retina de un objeto a una distancia determinada, ya que a´ es siempre 22mm.

Para poder ver un objeto muy alejado sobre la retina necesitamos que el ojo disponga de una distancia focal mayor que para un objeto cercano. El ojo tiene la capacidad de poder modificar su potencia para poder formar imágenes de objetos alejados y cercanos gracias a los músculos ciliares; en estado relajado el cristalino tiene menor curvatura y por tanto la mayor distancia focal posible (posición más cómoda para el ojo). Por otro lado, para ver un objeto cercano los músculos se contraen y por tanto el cristalino se abomba, disminuyendo su distancia focal. Pero este proceso tiene un límite, la menor distancia a la que podemos ver un objeto recibe el nombre de punto próximo (P.P) y depende de la edad, siendo para un adulto joven de unos 25cm. Existe también una distancia máxima, punto remoto (P.R), y se sitúa en el infinito para un ojo normal.

Defectos de la Visión

Miopía:

Cristalino excesivamente convergente con lo que el foco imagen de la lente en estado relajado se encuentra delante de la retina. Esto implica que el PR está más cerca que el infinito. También el PP está más cerca. Por eso los miopes ven mal de lejos, la corrección se realiza con una lente divergente que, de un objeto creado en el infinito, genere una imagen en el PR del ojo, donde este pueda observarlo.

Hipermetropía:

En este caso el cristalino es poco convergente con lo que el foco imagen de la lente en estado relajado se encuentra detrás de la retina. Esto implica que el PP está más lejos de lo normal, por eso los hipermetropes no ven bien de cerca. Además, el PR resulta ser virtual, aunque esto no tiene ninguna limitación a la hora de ver de lejos. La corrección se realiza con una lente convergente que, de un objeto colocado a una distancia 25cm, genere una imagen donde este pueda observarlo.

Instrumentos de Visión Cercana y Lejana

Lupa

Si queremos ver un objeto a mayor tamaño utilizaremos una lente de aumento, a lo que llamaremos lupa. El propósito es que dicha lente forme una imagen derecha y mayor. Esto se consigue utilizando una lente convergente y colocando el objeto entre el foco objeto y la lente. La imagen así obtenida es mayor, derecha y virtual. De esta forma se obtendrá una imagen mayor sobre la retina.

Se define el aumento visual o potencia de aumento de la lupa r´ como el cociente de las tangentes de los ángulos bajo los cuales se ve el objeto con y sin instrumento: r´ = tga´/tga = y/f´ / y/d0

Microscopio Compuesto

Tiene como propósito producir más aumentos que una lupa manteniendo una adecuada calidad de imagen. Consta de dos sistemas de lentes, ambos convergentes, ambos sistemas compuestos: el objetivo y el ocular. El objetivo forma una imagen real, invertida y mayor del objeto. Esta imagen es el objeto para el ocular. En definitiva obtenemos una imagen mayor, virtual e invertida.

Esta imagen deberá formarse en el infinito para lo que es necesario que la imagen intermedia se forme en plano focal objeto del ocular. La distancia entre el punto focal imagen del objetivo y el punto focal objeto del ocular se denota por la letra t que recibe el nombre de distancia de acoplamiento. El enfoque perfecto para un emétrope es cuando el objeto está colocado sobre el punto focal objeto del sistema óptico como conjunto. Potencia o aumento es igual al producto del aumento lateral por el aumento visual del ocular.

Telescopio Astronómico

Se utiliza para ver aumentados objetos lejanos, consta de un objetivo y un ocular, ambos convergentes, siendo la distancia focal del objetivo f`obj mucho mayor que la del ocular f`oc. Un objeto ubicado en el infinito y cuyo tamaño angular es a; es observado a través del telescopio con un tamaño angular mayor a´ si bien la imagen final resulta invertida.

Para que el telescopio esté enfocado y que la imagen se forme en el infinito, el punto focal imagen del objetivo tiene que coincidir con el punto focal objeto del ocular ya que es en el primero donde se ubica la imagen que del objeto da el objetivo. A esta imagen intermedia la denotamos y´ y su tamaño lineal es a f´obj. Las mayores lentes que se pueden construir alcanzan diámetros de no más de un metro ya que los telescopios refractores tienen longitudes del orden de la focal del objetivo, se emplea como alternativa el telescopio reflector. En lugar de una lente convergente utiliza espejo cóncavo. El diámetro puede alcanzar valores de 10 metros.