Fresnel
03 Dec, 2012
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PDFLenses
PRESENTATION: The process of image formation in a lens either converging or diverging is fundamentally influenced by the curvature of its spherical surfaces. The radii of the curvatures of the lenses can be kept separating them in circular rings eliminating the superfluous thickness to form a Fresnel lens.
- Fresnel’s Lighthouse Lenses, Thomas B. Greenslade Jr., Phys. Teach. 45, 550 (2007)
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Las lentes de Fresnel tienen aplicación, desde hace casi 2 siglos, en los faros marítimos, debido a que permiten ampliar la luz sin la necesidad de usar enormes y costosas lentes normales. Si deseáis saber información de en qué consisten podéis leer esta información.
Además de utilizarse en los faros como dijo Andrés, y como concentradores de luz solar, como se muestra en el vídeo, las lentes de Fresnel tienen una gran cantidad de aplicaciones: sensores de movimiento, potenciadores de visión trasera y para superar puntos muertos en automóviles, sistemas de aterrizaje óptico de portaviones y también forman parte de las cámaras de identificación de retina y de las luces de pasajeros de los aviones.
La historia de las lentes es extensa y presenta aportaciones de varios científicos desde los tiempos de los faraones egipcios, pasando por los matemáticos griegos y así hasta la actualidad. Augustin Fresnel inventó la lente que lleva su nombre, la cual es capaz de concentrar la luz hasta cuatro veces más que un reflector ordinario. Este invento se utilizó por primera vez en los faros marítimos, donde se sigue empleando actualmente. También tuvo su aplicación en el mundo del cine y la televisión. Sin embargo, la idea de reducir el grosor de la lente sin influir en el radio de curvatura fue de Georges Louis Leclrerc, que sugirió una estructura dividida en anillos concéntricos para reducir el espesor sobrante y reducir considerablemente el peso de las mismas.
En el siguiente vídeo muestra el proceso de diseño y fabricación de las reproducciones históricas de las lentes de Fresnel usadas para iluminar el faro a mediados de los 1800.
Las lentes de Fresnel han mejorado en los últimos años. Como explica este artículo, hoy en día se pueden fabricar lentes que Fresnel modificables empleando cristales líquidos.
Al igual que explican en el vídeo, nosotros para enfocar con claridad los objetos situados a distancias variables, el cristalino necesita cambiar de forma. Se adelgaza para enfocar objetos lejanos, y se engrosa para enfocar los más cercanos. Los niños pequeños pueden ver objetos situados a muy poca distancia; mucha gente mayor de 45 años tiene que alejar los objetos cada vez más para verlos con claridad. Esto se debe a que el cristalino pierde elasticidad con la edad. En el enlace dejo información más detallada sobre el funcionamiento del ojo.
Frecuentemente las placas fotovoltaicas comunes aprovechan únicamente un 19% de la energía que obtienen. Sin embargo, las lentes de Fresnel utilizadas en los paneles más modenos como son los paneles de alta concentración (HCPV), son capaces de aumentar esa cifra hasta un 40%. La gran apertura de estas lentes y su corta distancia focal sobre una fina capa de cristal, permite concentrar la luz incidente y aumentar la eficiencia de los paneles.
En este blog se explica y se muestra como las placas solares basadas en lentes de Fresnel para suministrar electricidad y calefacción a toda una casa.
Respecto a las lentes de Fresnel que se utilizan en el experimento, su perfil más pequeño y delgado permite que se utilice en aplicaciones más justas de espacio que muchas lentes convencionales, pero pudiendo enfocar la luz de la misma manera que una lente óptica convencional tradicional. Además, en varias aplicaciones proporcionan un mejor enfoque y calidad de imagen.
Con relación a más aplicaciones de las lentes de Fresnel, buscando algo relativo a mi campo (Biomédica) he descubierto que se pueden utilizar como sensores de infrarrojos, concretamente para detección de temperatura del cuerpo humano. En esta URL hay más información al respecto, por si alguien pudiera estar interesado en enfocar también este tema desde el punto de vista médico.
Como se ha comentado anteriormente este tipo de óptica permitió aumentar de forma considerable el alcance de los faros, lo que probablemente ha ayudado a muchos barcos sufrir un naufragio y por tanto salvando vidas. En Galicia el faro con un mayor alcance es el de cabo Vilán (Camariñas) con un alcance de 55km.
Curiosamente, el primer faro en el que se instaló un sistema de lentes Fresnel es el faro en activo más antiguo de Francia. Este está en funcionamiento desde 1611 y se encuentra a 95 km de la ciudad de Burdeos. El sistema se montó en 1823 por petición expresa del propio Fresnel, quien por aquel entonces era el director del Servicio Nacional de Faros y Balizas.
Teniendo en cuenta que los rayos de luz provenientes de un objeto distante deberían converger exactamente sobre la retina para formar una imagen nítida, podemos entender que el ojo miope es un ojo con un poder óptico demasiado alto, es un ojo muy potente (al contrario de lo que se suele pensar). Debido a que el poder óptico del ojo miope es demasiado fuerte, los rayos de luz se “concentran” antes de llegar a la retina (p. ej en el humor vítreo) lo que genera una imagen borrosa. Para corregir la miopía, se utiliza una lente divergente (cóncava), que dispersa los rayos de luz …de esta manera, los rayos de luz se divergen un poco antes de entrar al ojo, lo que reduce la convergencia; al hacerlo la imagen formada por los rayos de luz se traslada hacia la retina.