¿Pueden las gafas hacer converger la luz del sol hasta el punto de quemar el globo ocular?

En condiciones de mucho sol, la pupila del ojo se encoge hasta aproximadamente 1 mm de diámetro. Si se mira directamente al Sol con la pupila en este estado al mediodía, cuando la intensidad es del orden de$1000{\rm W\,m^{-2}}$, su ojo por lo tanto se centrará en$0.7{\rm mW}$sobre la retina.

Esto es en realidad considerablemente por debajo de la cantidad de calor que la retina magníficamente densamente envasculada puede descargar de manera segura, por lo que, si no fuera por las longitudes de onda más cortas de la luz solar (que provocan quemaduras solares en la retina debido al daño fotoquímico ), el Sol sería un lugar seguro (aunque desagradable) fuente de luz para mirar fijamente. Hay excepciones a esta regla, como la degeneración macular, pero una retina sana puede soportar fácilmente tanto calor.

El peligro de ver el Sol o cualquier otro rayo con un instrumento óptico es que puede acoplar radiación de un área más grande que una pupila de 1 mm de diámetro a través de la pupila del ojo. Esta es la razón por la cual los binoculares, que pueden acoplar la luz del sol que incide en una abertura de varios centímetros de diámetro en la pupila de 1 mm de diámetro, son extremadamente peligrosos para la vista si se mira al Sol con ellos.

Los anteojos no son este tipo de instrumento, si los usa a la distancia correcta de su ojo. Están destinados a sumar o restar una pequeña cantidad de potencia óptica/aberración óptica correcta y no concentran un haz como lo hace un instrumento de aumento. En su ejemplo, el anteojo se mantuvo a su distancia focal, que generalmente es de decenas de centímetros, del papel. En esta configuración, juegan un papel óptico muy diferente a cuando los usa a unos 5 milímetros de la pupila de su ojo. Los anteojos ajustados correctamente cuando se usan como deben ser, por lo tanto, no aumentan el riesgo de daño ocular por el sol.

Comentarios de Usuarios y Respuestas

El usuario Floris escribe:

Soy reacio a estar de acuerdo en que sería seguro mirar el sol "de no ser por el componente UV". ¿Tiene alguna referencia autorizada para eso? Realmente necesita observar la densidad de potencia en la retina (tenga en cuenta el tamaño de la imagen solar en la retina) y la capacidad de conducción de calor (no es suficiente decir "densamente envasculado": cuál es la tasa de flujo volumétrico de sangre por unidad de área ?)

En realidad, la densidad de potencia en la retina no importa tanto. Una vez que el punto enfocado es más pequeño que la longitud de difusión del calor, no importa cuán pequeño sea: desde la perspectiva de la transferencia de calor, simplemente parece una fuente puntual. Entonces, si pudiera trazar la temperatura máxima dentro del tejido de la retina como una función de la NA de un objetivo de enfoque, vería que aumenta con el aumento de NA, pero se estabilizaría cuando el punto se encogiera por debajo de la longitud de difusión de calor.

La fuente de esta declaración es un oftalmólogo con el que trabajé cuando diseñé un instrumento de imágenes oculares. Es bastante conocido que el gran peligro del sol es el daño fotoquímico, no el daño térmico. Para la experimentación con animales espantosos, ver

Ham, WT, Mueller, HA, Ruffulo, JJ y Clarke, AM, "Sensibilidad de la retina al daño por radiación en función de la longitud de onda", Fotoquímica y Fotobiología, 29 1979

Esta publicación destaca claramente el peligro del daño fotoquímico frente al térmico: véase, por ejemplo, la Fig. 1, que traza el umbral de daño de la dosis de energía total en función del período de tiempo durante el cual la energía entra en los ojos del animal. El gráfico muestra líneas rectas para longitudes de onda visibles por encima de unos 550 nm, lo que significa que el ojo está soportando una entrada de potencia constante dada por la pendiente. La pendiente corresponde a entre$10^4{\rm W\,m^{-2}}$y$10^5{\rm W\,m^{-2}}$(dependiendo de la longitud de onda), es decir , entre uno y dos órdenes de magnitud mayor que la entrada de energía al ojo al mirar fijamente al Sol.

En marcado contraste, las curvas para las longitudes de onda más cortas por debajo de 550nm, pero particularmente en UV, se obtiene un efecto de "umbral" en el que se alcanza un umbral de energía de luz total y luego ocurre el daño, es decir , es un poco como el envenenamiento por radiación en la medida en que solo puede soportar un cierto número de transiciones químicas inducidas por fotones antes de que se rompan suficientes enlaces.

El contraste es aún más marcado e impresionante si se tiene en cuenta que el cristalino del ojo bloquea la mayor parte de los rayos UV. Los niveles peligrosos de UV en la retina son verdaderamente insignificantes y de un poder minúsculo en comparación con lo que se necesitaría para el daño por sobrecarga térmica solamente.

Así como se tiende a sobreestimar el peligro de mirar fijamente al Sol (aunque no se recomienda) durante períodos breves, también se tiende a sobrestimar el peligro de una exposición crónica a los rayos UV de bajo nivel debido al deslumbramiento, en latitudes bajas, en entornos marinos y con nieve. subestimado y particularmente para los niños pequeños. El cristalino del ojo bloquea una gran cantidad de rayos UV dañinos cuando alguien llega a los veinte años de edad, pero el cristalino de los ojos muy jóvenes deja pasar longitudes de onda mucho más cortas.

Tenga en cuenta que el tamaño y la intensidad de la mancha enfocada, aunque no es un factor importante para el daño térmico por las razones expuestas anteriormente, sin duda es un factor para el daño fotoquímico. Cada fotón tiene una cierta probabilidad de romper un enlace. Una región pequeña, una región intensa significa una alta tasa de daño.

También está asumiendo un ojo adaptado a la luz para empezar

Tienes toda la razón en que asumo un ojo adaptado a la luz. Esto es completamente normal cuando uno está al aire libre. Tu comentario toca parte de la razón por la que mirar un eclipse (especialmente el total) puede ser peligroso para la vista: la fase del anillo de diamantes en particular puede ser dañina porque la pupila ha aumentado de tamaño a unos 7 mm de diámetro debido a la luz crepuscular. Esto representa un aumento de cincuenta veces en la potencia de la luz que ingresa al ojo en comparación con una pupila completamente encogida. Puede copiar fácilmente una entrada de energía de 20 mW a 50 mW en el ojo en la fase de anillo de diamante debido a un ojo incompletamente adaptado a la luz.

En primer lugar, eso es un tropo de película. Sólo las lentes positivas, usadas por personas hipermétropes, forman un punto enfocado. El rango general de distancias focales de tales anteojos es considerablemente mayor que la distancia desde la lente a cualquier parte del globo ocular humano, por lo que el aumento relativo de la densidad de potencia (sobre ningún anteojo) es bastante pequeño.

Sin embargo, dos puntos importantes.

1) NUNCA mires directamente al sol (que se incluyen en la categoría general de "no seas estúpido")

2) Sí, las lentes positivas en anteojos o en cualquier otro lugar pueden potencialmente enfocar la luz solar a una densidad que conduce a la combustión. Hay casos documentados de un jarrón o pecera provocando un pequeño incendio de esta forma. No, no va a suceder simplemente dejando los anteojos de lectura típicos en su escritorio cerca de una ventana.

EDITAR: agregar un ejemplo. Un análisis rápido de las ventas de lentes de contacto en línea sugiere que la potencia estándar máxima para hipermetropía es de +8 dioptrías, por lo que elegiré +5 dioptrías como un "caso normal". Una dioptría es un metro inverso, por lo que 5 dioptrías significan una distancia focal de 20 cm. La distancia de los anteojos a la retina es del orden de 20 mm . Si luego miramos un cono de enfoque puramente geométrico, la retina está a una décima parte del camino para enfocar. El diámetro relativo del punto es, por lo tanto, el 90% del diámetro de la 'fuente', por lo que la densidad de potencia ha aumentado en$(\frac{1}{0.9})^2$, o un factor de 1,23 : 1 . Teniendo en cuenta que el rango de posibles niveles de luz (sol directo, día brumoso, lámpara interior, etc.) es más como 50:1, la lente no está haciendo mucho.