Alfonso Padilla Vivanco
Típicamente, una lente convergente, por ejemplo una lupa, suele ser usada para la formación de imágenes de pequeños objetos. Además de ello, una lente convergente tiene la capacidad de concentrar la energía luminosa en un punto, el cual es llamado punto focal o foco de la lente. Normalmente, una lente convergente es un objeto radialmente simétrico, por lo que si consideramos uno de sus ejes de simetría, por ejemplo el de la vertical respecto a nosotros, vista la lente en forma transversal, este eje divide la lente en dos secciones, derecha e izquierda. La distancia de este eje de simetría al foco se conoce como distancia focal, que es clave en el proceso de formación de las imágenes, pero además en el procesado óptico de información. Esta característica de conocer la posición del foco de una lente ha permitido, además, determinar las distancias objeto e imagen, a través de la conocida ecuación de las lentes, definida por Johann Carl Friedrich Gauss (Braunschweig, 30 de abril de 1777-Gotinga, 23 de febrero de 1855). Por cierto se debe considerar que algunas de estas lupas pueden alcanzar altas concentraciones de energía y por tanto altas temperaturas, éstas deben usarse con cuidado para evitar quemaduras en la piel.
Menos conocido es el uso de una lupa como un dispositivo que puede procesar información. Las lentes convergentes tienen la capacidad de llevar a cabo operaciones matemáticas, bajo ciertas condiciones físicas, particularmente pueden realizar la transformada de Fourier de una señal óptica. Para ello, se tiene que implementar en laboratorio un sistema compuesto de un láser (preferentemente) como fuente de iluminación, un filtro espacial, el cual se compone de un objetivo de microscopio y un pinhole (microagujero), además de la lente convergente que llevará a cabo las operaciones. Para poder procesar información a partir de las imágenes de los objetos, se deberán usar un tipo de filtros espaciales, colocados justamente en la posición de mayor concentración de energía, que es el foco de la lente convergente. En este punto se realiza el análisis de las frecuencias espaciales de las que se compone el objeto de interés. Es el punto clave y el análisis de mayor trascendencia, para operar matemáticamente la información de los objetos.
El sistema óptico de procesamiento de la información debe ser alineado previamente. En realidad, un sistema básico conocido como sistema óptico 4f, puede usar dos o más lentes convergentes y éstas deben ser dispuestas a lo largo de una línea llamada eje óptico. Para lograr el objetivo de procesar la información de un objeto, por ejemplo, caracteres; se deben colocar los diferentes dispositivos en el siguiente orden: 1) láser, 2) lente objetivo de microscopio, 3) pinhole, 4) primera lente convergente o lente colimadora de luz, 5) objeto transparente (caracteres), 6) segunda lente o lente transformadora de Fourier, 7) filtros espaciales, 8) tercera lente convergente o lente que ejecuta la transformada inversa de Fourier, 9) cámara o sensor de intensidad. Este último dispositivo recupera la información procesada o filtrada. Esta es información que, normalmente, se despliega en el monitor de una computadora y que permite tener un archivo numérico que podrá más tarde, ser la entrada a otras operaciones numéricas usando algún algoritmo de interés. Un esquema típico del sistema descrito, se puede ver en las diapositivas: Tema 7. Procesado Óptico, del Profesor Juan Luis Nieves de la Universidad de Granada, en la siguiente liga: https://www.ugr.es/~jnieves/Textos/Tema7%20Procesado%20Optico.pdf
Este tipo de sistemas ópticos de información tienen diferentes aplicaciones, sobretodo en el ámbito del reconocimiento de patrones, con aplicaciones en medicina y en la industria. Muchos de estos sistemas también son la base de la holografía óptica y algunos de ellos, ya solo se implementan digitalmente mediante algoritmos por computadora. Existe además una diversidad de estos sistemas híbridos (óptico-digitales), en áreas como la tomografía de coherencia óptica para el diagnóstico de padecimientos tales como el glaucoma. El rango de aplicación de los sistemas descritos, tiene hoy día, una fuerte dependencia de tecnologías como las pantallas de cristal líquido, láseres de alta o baja potencia (dependiendo la aplicación) y gran longitud de coherencia, preferentemente se usan lentes de alta calidad óptica y condiciones de laboratorio adecuadas.
Universidad Politécnica de Tulancingo. alfonso.padilla@upt.edu.mx
