Lente é um elemento que atua por refração, introduzindo descontinuidades no meio em que a luz se propaga inicialmente, e que reconfigura a distribuição da energia transmitida, independente da frequência da luz, isto é, tanto no ultravioleta como no domínio óptico, infravermelho, micro-ondas, ondas, rádio ou mesmo ondas acústicas. A forma da lente irá depender do tipo de reformatação da onda luminosa que se deseja.
Segundo Isaac Newton, “os raios homogêneos que partem de vários pontos de qualquer objeto e incidem perpendicularmente ou quase perpendicularmente sobre qualquer plano refletor ou refrator ou superfície esférica divergem depois disso de tantos outros pontos ou são paralelos a tantas outras retas ou convergem para tantos outros pontos com precisão ou sem erro notável. E o mesmo acontece se os raios são refletidos ou refratados sucessivamente por dois ou três ou mais superfícies esféricas planas ou esféricas.
A causa da reflexão não é o choque da luz com as partes sólidas ou impenetráveis dos corpos, como se acredita. Os corpos refletem e refratam a luz em virtude de uma mesma força, exercida variadamente em variadas circunstâncias. Os estados de fácil reflexão são os retornos da tendência de qualquer raio para ser refletido; aos de sua tendência para ser transmitido, estados de fácil transmissão; e ao espaço que se sucede entre cada retorno e o retorno seguinte, intervalo de seus estados.
O motivo pelo qual as superfícies de todos os corpos espessos transparentes refletem parte da luz que sobre eles incide e refratam o restante é que alguns raios, em sua incidência, estão em estados de fácil reflexão e outros em estados de fácil transmissão. Essas superfícies dos corpos transparentes que refratam o raio mais fortemente se ele está num estado de refração, refletem-no mais facilmente se ele está num estado de reflexão.” NEWTON, Isaac, Óptica, 1ª edição
Existem 6 tipos de lentes delgadas compatíveis com essa definição: a)biconvexa; b)plano-convexa; c)côncavo-convexa; d)bicôncava; e)plano-côncava; f)convexo-côncava. center|400px|Tipos de lentes delgadas
Uma lente que faz com que os raios luminosos inicialmente paralelos ao eixo central se aproximem do eixo é chamada de lente convergente; uma lente que faz com que os raios se afastem do eixo central é chamada de lente divergente. HALLIDAY, RESNICK & WALKER, Fundamentos de Física, vol. 4, 8 edição, cap. 34
Uma lente pode produzir uma imagem de um objeto porque é capaz de desviar os raios luminosos, mas só é capaz de desviar os raios luminosos se tiver um índice de refração diferente do índice de refração do meio.
Como no caso dos espelhos planos e esféricos, para a formação de imagens pelas lentes, é necessário, pelo menos, que de cada ponto do objeto que se deseja localizar a imagem emerjam dois raios na direção da lente. HECHT, Eugene. Óptica, 2 edição
História Não se tem certeza de quando foram criadas as primeiras lentes, mas já no século VIII a.C. existia um cristal de rocha com propriedades de ampliação da imagem. No entanto, foi só no século XIII que esse cristal passou a ser conhecido e utilizado, surgindo então os primeiros óculos.
Desde a sua origem esse instrumento óptico tem sido muito utilizado. Na época, logo após sua criação, houve uma rápida popularização, de modo que muitos pesquisadores começaram a fazer combinações entre lentes para a aplicação nos chamados instrumentos ópticos, como microscópios, telescópios.
Refração em superfícies asféricas Johannes Kepler foi quem pela primeira vez sugeriu a utilização de superfícies cônicas em lentes e espelhos, mas dificilmente poderia aprofundar a sua ideia sem o auxílio da Lei de Snell. Ainda com base nessa lei e na sua própria Geometria Analítica, René Descartes pode estabelecer as bases teóricas da óptica das superfícies asféricas.
As lentes mais espessas no eixo do que na borda são chamadas de lentes convexas ou convergentes (essas lentes convergem os raios luminosos incidentes se o índice de refração da lente for maior do que o do meio no qual ela está envolvida) e são responsáveis pelo aumento da convergência do feixe incidente.
As lentes mais finas no eixo do que nas bordas são chamadas de lentes côncavas ou divergentes (aqui também, essas lentes divergem os raios luminosos incidentes se o índice de refração da lente for maior do que o do meio no qual ela está envolvida) e aumentam a divergência dos raios luminosos em relação ao eixo central. Quando iluminadas por feixes colimados (de raios paralelos) dão origem a feixes divergentes.
Quando se faz incidir um feixe colimado numa lente convergente (ou divergente), o ponto para o qual o feixe converge (ou do qual ele parece divergir) é o ponto focal da imagem na lente.
Elementos ópticos, lentes ou espelhos, com dioptrias que não são planos nem esféricos, são conhecidos como asféricos. Embora seu funcionamento seja fácil de compreender e realizem muito bem certas funções, as lentes asféricas são bastante difíceis de serem produzidas com precisão. As primeiras lentes produzidas em grande quantidade com precisão foram utilizadas nas máquinas fotográficas Kodak, em 1982. Atualmente as lentes asféricas são utilizadas com frequência para corrigir erros de formação de imagem em sistemas ópticos complexos, como telescópios, projetores, sistemas de reconhecimento.
Refração em superfícies esféricas Duas peças de material com superfícies esféricas, uma côncava e outra convexa, ambas com o mesmo raio de curvatura, encaixam perfeitamente uma na outra, seja qual for a sua orientação relativa. Quando dois objetos aproximadamente esféricos com a curvatura adequada, sendo um deles um utensílio de polimento e o outro um disco de vidro, separados por um abrasivo, são friccionados um contra o outro com movimentos aleatórios, os pontos salientes desaparecem e as superfícies tornam-se cada vez mais esféricas com o desgaste.
Atualmente, a maior parte das lentes de qualidade que se utilizam possuem superfícies esféricas. Estas superfícies permitem a formação de imagens de objetos extensos com luz não necessariamente monocromática. Os erros de formação de imagens, ou aberrações, são inevitáveis e estão sempre presentes, mas a tecnologia atual permite construir sistemas de lentes esféricas de alta qualidade, com aberrações controladas ate o limite da difração.
Em 1841, Gauss construiu uma análise da formação de imagens, conhecida como óptica Gaussiana, paraxial ou de primeira ordem. A óptica Gaussiana é o instrumento teórico básico que tem permitido a síntese de sistemas ópticos. Num sistema óptico devidamente corrigido, uma onda esférica incidente emerge com uma forma aproximadamente esférica. À medida que a qualidade do sistema aumenta, cada vez mais aplicável é a teoria da primeira ordem. Os desvios relativos ao comportamento paraxial constituem uma medida conveniente da qualidade de um sistema óptico real.
Lentes delgadas As lentes podem ter uma grande variedade de formas. Uma lente é normalmente um sistema óptico constituído por dois ou mais dioptros um dos quais pelo menos é curvo. As superfícies não planas tem os respectivos centros de curvatura sobre um eixo comum. São quase sempre esféricas e frequentemente revestidas de filmes dielétricos que permitem controlar a sua transmissão.
Uma lente constituída por um só elemento (dois dioptros) é uma lente simples. Uma lente composta é constituída por vários elementos (dioptros).
As lentes podem ser classificadas de acordo com a sua espessura, sendo as convexas, convergentes ou positivas as lentes mais espessas no centro e que tendem a fazer diminuir o raio de curvatura das frentes de onda incidentes (pressupondo-se que o índice da lente é superior ao do meio em que esta se encontra). center|400px|Lente Convexa center|400px|Aumento da convergência do feixe
Por outro lado, as lentes côncavas, divergentes ou negativas são mais finas no centro, e facilitam um avanço mais rápido da frente de onda nessa zona, aumentando o raio de curvatura e fazendo-a divergir mais acentuadamente.
Dioptro plano O conjunto constituído por dois meios transparentes e a interface entre eles recebem o nome de dioptro. A forma da superfície de separação entre os meios, superfície dióptrica, caracteriza o tipo de dioptro: plano, esférico, cilíndrico.
Tomando como base os meios ar-água de um lago em repouso, por exemplo. Inicialmente o objeto encontra-se submerso na água (meio mais refringente) e o observador encontra-se fora dela, no ar (meio menos refringente). Sabemos que do objeto submerso partem raios de luz em todas as direções; sabemos também que esses raios sofrem refração na superfície da água e chegam aos olhos do observador.
A imagem do objeto é definida como virtual por ser formada pela intersecção dos prolongamentos dos raios refratados. A imagem é formada no mesmo meio em que o objeto está. Tanto a imagem quanto o objeto estão sobre a mesma reta perpendicular em relação a superfície dióptrica, portanto a imagem forma-se mais próxima da superfície da água.
thumb|300px|left|Sem o estigma de dioptria: não há imagem thumb|300px|right|Condição para o estigma abordado
Equação das lentes delgadas
Fórmula de Gauss para lentes delgadas
A distância a qual se forma a imagem é aproximadamente igual a f. Quando a lente se aproxima de so,si deve ser ajustado de modo a manter sempre a nitidez da imagem e si vai, portanto, aumentar. Quando so se aproxima de f a imagem do filamento só se obtém com afastamento significativo do alvo. Para so < f não se consegue obter mais que uma mancha, seja qual for a distância a que se intersecta o feixe de raios divergentes – a imagem é agora virtual.
Construção de imagens Aqui três coisas são importantes: objetos, lentes, imagens. As lentes podem fazer com que os objetos tenham algumas características diferentes dos objetos que a geraram.
Para entender quais as características de uma imagem gerada por uma lente, deve-se conhecer o comportamento de alguns raios de luz, que serão chamados de principais.
Raios principais para lentes convergentes Um raio de luz que se propaga paralelamente ao eixo principal da lente, sofre refração passando pelo foco da imagem.
Um raio de luz que se propaga pelo foco objeto da lente, sofre refração saindo paralelamente ao eixo principal da lente.
Um raio de luz que incide sobre seu próprio centro óptico, irá refratar sem sofrer desvio algum.
Raios principais para lentes divergentes Um raio de luz que se propaga paralelamente ao eixo principal da lente sofre refração, e o prolongamento do raio refratado vai passar sempre pelo foco da imagem.
Um raio de luz que se propaga de tal forma que o seu prolongamento passe pelo Fo, irá refratar paralelamente ao eixo principal da lente.
Um raio de luz que incide sobre o seu centro óptico, irá refratar sem sofrer desvio algum.
Ao apresentar as características das lentes foi considerado o princípio de construção da imagem de um ponto luminoso no foco da lente. Raios incidem sobre a lente na esquerda, passam para trás pelo foco, refletindo no lado direito - através do ponto focal da frente. center|frame|150px A construção das imagens de lentes de objetos com um certo tamanho e forma, é obtido como se segue: digamos a linha AB é o objeto localizado a alguma distância da lente, muito acima da sua distância focal. A partir de cada ponto do objeto através da lente sairão inúmeros raios, dos quais, por motivos de clareza, a figura mostra, esquematicamente, o curso de apenas três raios.
Três raios que emanam de um ponto A, irão passar através da lente e se cruzarão no ponto de fuga formando uma imagem. A imagem resultante será real e invertida.
Neste caso, a imagem obtida no foco conjugado num plano focal FF, mais afastada do plano focal principal F'F ', que se estende paralelamente a um foco principal.
A seguir estão os diversos casos de formação de imagem de um objeto colocado em diferentes distâncias da lente.