Óptica

Qué es Óptica

Es la ciencia perteneciente a la física que estudia las leyes, comportamiento, composición y expresiones de la luz. Dicha palabra viene del latín, que significa “relativo a la visión”. Por lo general, se estudia la luz visible, las radiaciones infrarrojas y ultravioleta, ya que es un tipo de radiación electromagnética.

Debido a que estudia la luz, su captación, interpretación y sus distintos fenómenos, de esta ciencia se valen muchas otras. Gracias a ella, se pudieron desarrollar dispositivos como lentes, que sirvieron para la invención de aparatos con fines científicos como microscopios, telescopios, sistemas de fibra óptica, espejos, favoreciendo así a los campos de la medicina, ingeniería, astronomía, biología y la fotografía.

También cuando se habla sobre qué es la óptica, el término se refiere a la práctica profesional sobre aplicación de la corrección en la visión humana, la cual incluye a la oftalmología y la optometría, para que, luego de distintos estudios a la visión humana, puedan ofrecer la mejoría de la misma a través de unos dispositivos ópticos transmisores denominados lentes, y así las carencias en la forma de percibir la luz en los ojos, sea complementada y mejorada con los ajustes necesarios.

La óptica involucra a la fotografía, pues la cámara fotográfica es un dispositivo que registra y procesa la luz a través de un complejo sistema de elementos que trabaja como el ojo humano, órgano encargado de percibir la luz y el color, para finalmente interpretarlo en el cerebro. Las cámaras producirían así, lo que en el cerebro humano se plasmaría cada vez que se ve algo a través de los ojos.

El término, usualmente también es referido a un punto de vista u opinión sobre algún aspecto o situación. Se le denomina “óptica”, porque dicho punto de vista será de acuerdo a la “visión” o con el “ojo que se le mire”.

La óptica y la visión humana

La óptica, cuyo objeto de estudio es la luz, está relacionada a la visión humana. El ojo es el órgano fotorreceptor perfecto, pues su complejidad permite que la luz pase a través de ellos, ajustando la captura de la misma y dando forma, color, matices, profundidad y texturas a los objetos, lugares o personas que se encuentran frente a él.

Este complejo sistema no sólo está conformado por el ojo, pues también involucra al cerebro, que es el encargado de procesar las imágenes captadas por dicho órgano visual.

El ojo está principalmente compuesto por:

• La córnea:

  Es la parte que está en contacto con el exterior y su composición transparente recubre el cristalino y el iris.

• Iris:

  Es un músculo dilatador que aumenta y disminuye el tamaño de la pupila. En él se define el color de los ojos.

• Pupila:

  Es el orificio que existe en el centro del iris que regula el paso de la luz.

• Cristalino:

  Se encuentra detrás del iris y es el “lente” y realiza los enfoques de la visión. Su curvatura y espesor variarán mientras realiza dichos enfoques de acuerdo a la distancia de lo que esté observando.

• Humor acuoso:

  Es un líquido que se encuentra entre el cristalino y la córnea, alimentando a ambas partes, permitiendo que la presión ocular sea constante.

• Esclerótica:

  Es lo que recubre y protege el globo ocular, que le otorga su color blanco. La parte anterior está unida a la córnea, y la posterior al nervio óptico.

• Conjuntiva:

  Es una membrana que recubre a la esclerótica, permitiendo la desinfección y lubricación del ojo.

• Coroides:

  Es la parte donde se encuentran los vasos sanguíneos y el tejido conectivo, lo cual mantiene oxigenado, nutrido y con una temperatura constante al ojo.

• Humor vítreo:

  Es un líquido de consistencia gelatinosa que está presente en todo el globo ocular, dándole firmeza, para amortiguar impactos, fijar la retina y mantener la presión intraocular.

• Retina:

  Es la estructura más importante, ya que es el órgano receptor de la visión en sí. En ella se encuentra la presencia de bastones o bastoncillos (célula foto receptora sensible a la luz y no percibe colores) y conos (células foto receptoras encargadas de percibir el color).

• Nervio óptico:

  Es uno de los doce pares craneales, y es un conjunto de fibras que transmite al quiasma óptico cerebral (donde se entrecruzan las fibras de ambos ojos), donde la información visual captada es enviada al cerebro en forma de señales eléctricas.

La óptica de la fotografía

En el campo de la fotografía es una de las áreas que se ha visto beneficiada por lo que estudia la óptica, pues es el concepto básico y por excelencia.

La cámara fotográfica es un dispositivo que permite capturar imágenes a través de sus componentes presentes en el cuerpo de cámara. Esta invención se dio lugar emulando a la visión orgánica (el ojo), logrando obtener de forma permanente un momento único e irrepetible.

En comparación con el ojo, la cámara tiene elementos símiles y su funcionalidad es la misma. Para poder capturar una buena fotografía, se deben conocer algunos conceptos básicos a tomar en cuenta:

• Velocidad de obturación

Es la rapidez con la que la cámara fotográfica deja entrar la luz hacia su sensor. Lo hace a través del obturador (disparador), en el que se regulará el tiempo que el mismo permanecerá abierto. A este proceso se le conoce como exposición.

• Profundidad de campo

Es el contraste entre aquellas áreas a fotografiar que se encuentran nítidas respecto a las que no se encuentran bien enfocadas. Acá se maneja el punto focal, que es aquél que tendrá el punto de nitidez, pudiendo tener distancia por delante y por detrás del mismo, apareciendo desenfocado.

• Sensibilidad ISO

Es un elemento importante dentro del triángulo de exposición (del que también forman parte la velocidad de obturación y la apertura del diafragma). Este define la cantidad de luz que una cámara requiere para hacer la fotografía.

• Balance de blancos

Este proceso es en el que se contrarrestan los niveles de color en las fotos. Se logra a través del ajuste correcto de los tres colores básicos en la luz (rojo, verde y azul).

Conociendo estos aspectos, se logrará escoger más acertadamente una cámara fotográfica de acuerdo a la finalidad con la que se adquiera. Las partes más importantes de la misma son:

Qué es la óptica clásica

Es la que está conformada por la óptica física y la óptica geométrica, en donde ambas describen la luz como fenómenos diferentes, pues una establece que ésta es ondulatoria, mientras que la otra es un impulso que viaja en línea recta. Para comprender qué es la óptica clásica, es necesario conocer ambos modelos:

Óptica geométrica

La óptica geométrica explica que la luz tiene una velocidad constante y se propaga como rayos que viajan en línea recta, los cuales serán desviados al conseguirse con una superficie o se reflejarán, por lo que se rige bajo las leyes de la reflexión y refracción de la luz, sin tomar en cuenta otros fenómenos.

Este modelo permite obtener las fórmulas de espejos y lentes a través de la geometría, y el estudio de fenómenos como el arcoíris, los prismas y la propagación de la luz.

Óptica física

En la óptica física, la propagación de la luz es ondulatoria, que cumple las características de una onda electromagnética. De ello que tome en cuenta fenómenos como la interferencia, difracción, reflectividad y transmitencia.

Este tipo de óptica sirve para predecir cómo será el comportamiento de un sistema óptico sin saber en qué medio las ondas están siendo agitadas. Son consideradas ondas electromagnéticas porque también viajan a la velocidad de las mismas, por lo que así se le consideran en la actualidad, a excepción del modelo cuántico (la luz es partícula y es onda), con el que se complementaría el conocimiento sobre qué es la óptica clásica.

Elementos de la óptica

Existen varios elementos en este campo que se deben conocer para definir qué es óptica. A saber, los siguientes:

• Ondas electromagnéticas

Son aquellas ondas que no requieren de ningún medio físico para su propagación.

• Frecuencia

Es la cantidad de veces por segundo que la onda se repite. La frecuencia de estas ondas determinará un color, ya que cada uno vibra a una distinta.

• Rayos y haces de luz

Los rayos de luz provienen del modelo geométrico en el que estos vendrían siendo la línea imaginaria del recorrido de los mismos. Los haces de luz son el conjunto de rayos o partículas (método cuántico) de un mismo origen propagados sin dispersarse.

• Longitud de onda y color

Es la distancia que ha recorrido la luz al realizar una vibración completa. De acuerdo a la longitud de la onda, se miden los colores.

• El espectro

Es un concepto importante dentro de los elementos de la óptica, pues es el conjunto de todas las frecuencias vibratorias de las ondas electromagnéticas, en este caso, de la luz.

• Reflexión

Existen dos tipos: la imagen especular y la reflexión difusa. La primera describe el brillo en espejos, cuyo reflejo es simple y predecible, lo cual permite imágenes reflejadas aproximadas a la realidad. La segunda, se refiere a la que se genera sobre superficies no brillantes, cuyo reflejo solamente puede describirse estadísticamente.

• Dispersión

Es cuando distintas frecuencias de luz tienen velocidades diferentes, ya que la luz es la combinación de todos los colores (frecuencias). Un ejemplo en la naturaleza es el arcoíris.

Qué son ilusiones ópticas

Es la percepción errónea sobre las características de un objeto, conjunto, persona o cualquier imagen que se esté viendo, es decir, que distan de la realidad objetiva. Para conocer qué son ilusiones ópticas, es necesario tomar en cuenta que en este proceso, los factores psicológicos y fisiológicos toman un papel importante.

El psicológico, porque en estos casos el cerebro interpreta de manera equivocada la información visual que es captada, y fisiológico, porque dependerá de si el objeto está siendo visualizado de manera intensa, lo cual afecta los receptores de la retina.

Qué es la fibra óptica

Es un hilo súper fino transparente, de plástico o vidrio, por donde se envían pulsos de luz. Es un medio de transmisión utilizado generalmente en redes de datos. Su grosor es semejante al de un cabello humano. Estos impulsos de luz transmiten grandes cantidades de información, señal de televisión, Internet, comunicación telefónica, etcétera.

Características de la fibra óptica

• Para su uso no es necesaria la electricidad.
• Está compuesto por un núcleo, manto, tensores, recubrimiento y chaqueta.
• Su núcleo es plástico o de germanio y óxido de silicio.
• En su núcleo se presenta una mayor refracción que en su cubierta.
• Es utilizada en el área de telecomunicaciones.
• Su velocidad de transmisión supera a las de los cables corrientes.
• Son inmunes a las interferencias electromagnéticas.
• Se utilizan con LAN para poder transmitir a largo alcance.
• Su grosor es de 0.1 milímetros de espesor y transparente.
• Se compone de una fuente de luz (LED o láser); un medio transmisor (fibra óptica); y el detector de luz (fotodiodo).

Aplicaciones de la fibra óptica

Las fibras ópticas pueden usarse como alambres convencionales, tanto en ambientes de sistemas de procesamiento de datos en ambientes autónomos. Por ejemplo, en los aviones, en redes geográficas o los sistemas de extensas líneas urbanas sostenidos por compañías telefónicas.