Distanta focala

Distanțe focale

Distanța focală este o măsură absolută pentru a clasifica unele sisteme optice. Așa cum se arată în figură, distanța focală (sau distanța focală) f coincide cu spațiul măsurat între centrul optic al unui obiectiv subțire și punctul focal al razelor paralele de intrare, emise de un punct de lumină plasat la infinit.

Lentile subțiri

Pentru un obiectiv subțire scufundat în aer, distanța focală este distanța de la centrul obiectivului la punctele sale focale. Pentru un obiectiv convergent, cum ar fi un obiectiv convex, distanța focală este pozitivă și este distanța la care un fascicul de lumină colimat este focalizat pe un singur punct. Pentru un obiectiv divergent, cum ar fi un obiectiv concav, distanța focală este negativă și este distanța de la care un fascicul de lumină colimat diverg după ce trece prin obiectiv.

Când un obiectiv este utilizat pentru a obține o imagine a unui obiect, distanța u dintre obiect și obiectiv, distanța v între obiectiv și imagine și distanța focală f sunt corelate prin formula:

{\frac {1}{f}}={\frac {1}{u}}+{\frac {1}{v}}\ .

{\ displaystyle {\ frac {1} {f}} = {\ frac {1} {u}} + {\ frac {1} {v}} \.}

{\ displaystyle {\ frac {1} {f}} = {\ frac {1} {u}} + {\ frac {1} {v}} \.}

Distanța focală a unui obiectiv subțire convex poate fi ușor măsurată prin utilizarea acestuia pentru a obține o imagine a unei surse de lumină îndepărtate pe un ecran. Obiectivul trebuie mutat până când pe ecran se formează o imagine clară. În acest caz 1 / u este neglijabil și, prin urmare, distanța focală este dată de:

f\approx v\ .

{\ displaystyle f \ approx v \.}

{\ displaystyle f \ approx v \.}

Distanța focală a unui obiectiv concav este puțin mai complexă de determinat. Se consideră acel punct în care fasciculele de lumină împrăștiate s-ar întâlni înaintea obiectivului dacă acesta nu ar fi prezent. În timpul acestui test nu se formează nicio imagine, iar distanța focală trebuie determinată prin trecerea luminii (de exemplu, lumina dintr-un fascicul laser ) prin lentilă, examinând cât de multă lumină se împrăștie / se îndoaie și urmărind fasciculul de lumină înapoi la punctul focal al obiectiv.

Sisteme optice

Diagrama gros a lentilelor

Pentru un obiectiv gros , care are o grosime deloc neglijabilă, sau un sistem de imagine format din mai multe lentile sau oglinzi (de exemplu, un obiectiv fotografic sau un telescop ), distanța focală este adesea numită lungime focală efectivă sau EFL, din engleză Distanță focală eficientă , pentru a o deosebi de alți parametri frecvent utilizați:

Distanța focală frontală (FFL, de la lungimea focală frontală engleză ) sau distanța focală frontală (FFD, de la distanța focală frontală engleză ) s _F este distanța de la punctul focal frontal al sistemului F la vârful primei suprafețe optice S ₁ . ^[1] ^[2]
Distanța focală din spate (BFL, de la English Back Focal Distance) sau distanța focală din spate (BFD, de la English Back Focal Distance ) s ′ _{F ′} este distanța de la vârful ultimei suprafețe optice a sistemului S ₂ la punctul focal spate F ′. ^[1] ^[2]

Pentru un sistem optic scufundat în aer , distanța focală efectivă ( f și f ′ ) oferă distanța de la planurile principale din față și spate (H și H ′) la punctele focale corespunzătoare (F și F ′). Dacă mediul de propagare a luminii nu este aer, atunci distanța este înmulțită cu indicele de refracție al mediului ( n este indicele de refracție al materialului din care este fabricat obiectivul; n ₁ este indicele de refracție al oricărui mediu din fața obiectivul; n ₂ este cel al oricărui mediu din spatele acestuia). Unii autori denumesc aceste distanțe focale anterioare ( f ) și posterioare ( f '), diferențându-le de distanțele focale anterioare și posterioare definite anterior. ^[1]

În general, distanța focală sau EFL este valoarea care descrie capacitatea sistemului optic de a focaliza lumina și este valoarea utilizată pentru a calcula mărirea sistemului. Ceilalți parametri sunt utilizați pentru a determina unde se va forma o imagine, având în vedere locația obiectului.

În cazul unui obiectiv cu grosime d scufundat în aer ( n ₁ = n ₂ = 1 ) și cu raze de curbură a suprafețelor egale cu R ₁ și R ₂ , distanța focală efectivă f este dată de ecuația Lensmaker :

{\frac {1}{f}}=(n-1)\left({\frac {1}{R_{1}}}-{\frac {1}{R_{2}}}+{\frac {(n-1)d}{nR_{1}R_{2}}}\right),

{\ displaystyle {\ frac {1} {f}} = (n-1) \ left ({\ frac {1} {R_ {1}}} - {\ frac {1} {R_ {2}}} + {\ frac {(n-1) d} {nR_ {1} R_ {2}}} \ right),}

{\ displaystyle {\ frac {1} {f}} = (n-1) \ left ({\ frac {1} {R_ {1}}} - {\ frac {1} {R_ {2}}} + {\ frac {(n-1) d} {nR_ {1} R_ {2}}} \ right),}

unde n este indicele de refracție al materialului cu care este fabricat obiectivul. Măreția 1 / f este, de asemenea, cunoscut sub numele de puterea dioptrică sau puterea convergentă a obiectivului.

Distanța focală frontală corespunzătoare este: ^[3]

{\mbox{FFL}}=f\left(1+{\frac {(n-1)d}{nR_{2}}}\right),

{\ displaystyle {\ mbox {FFL}} = f \ left (1 + {\ frac {(n-1) d} {nR_ {2}}} \ right),}

{\ displaystyle {\ mbox {FFL}} = f \ left (1 + {\ frac {(n-1) d} {nR_ {2}}} \ right),}

și distanța focală din spate:

{\mbox{BFL}}=f\left(1-{\frac {(n-1)d}{nR_{1}}}\right).

{\ displaystyle {\ mbox {BFL}} = f \ left (1 - {\ frac {(n-1) d} {nR_ {1}}} \ right).}

{\ displaystyle {\ mbox {BFL}} = f \ left (1 - {\ frac {(n-1) d} {nR_ {1}}} \ right).}

Cu convenția semnelor folosită aici, valoarea lui R ₁ va fi pozitivă dacă prima suprafață a lentilei este convexă și negativă dacă este concavă. Valoarea lui R _2, pe de altă parte, este negativă dacă a doua suprafață este convexă și pozitivă dacă este concavă. Convenția semnelor poate varia între diferiți autori, ceea ce duce la diferite forme ale acestor ecuații, în funcție de convenția utilizată.

Pentru o oglindă sferică în aer, distanța focală este egală cu raza de curbură a oglinzii împărțită la două. Distanța focală este pozitivă pentru o oglindă concavă și negativă pentru o oglindă convexă. În convenția semnelor folosită pentru proiectarea optică, o oglindă concavă are o rază de curbură negativă, deci:

f=-{R \over 2},

{\ displaystyle f = - {R \ peste 2},}

{\ displaystyle f = - {R \ peste 2},}

unde R este raza de curbură a suprafeței oglinzii.

Fotografie

În fotografie reprezintă distanța dintre centrul optic al obiectivului și planul de focalizare (senzor, film etc.) măsurându-l în general în milimetri (este rar exprimat în centimetri sau inci). Distanța focală este, de asemenea, inversa puterii dioptrice , măsurată în metri (focală = 1 / dioptrii) și este legată de mărirea liniară . Deoarece datele distanței focale sunt măsurate în mod convențional cu focalizarea la infinit, în timpul diferitelor ajustări între infinit și distanța minimă de focalizare, valoarea reală a distanței focale crește proporțional: pentru a focaliza pe un obiect apropiat de obiectiv, acesta va avea pentru a vă îndepărta de cameră, mărind distanța focală. Centrul optic nu coincide întotdeauna cu centrul obiectivului, care este compus din mai multe lentile, dar poate fi comparat cu un singur obiectiv, a cărui distanță focală poate fi considerabil diferită de lungimea fizică. Multe obiective cu distanțe focale mai mari decât „normale” sunt proiectate cu anumite modele optice pentru a economisi spațiu, de exemplu, teleobiectivele . În mod normal, un obiectiv a cărui distanță focală este egală cu diagonala formatului (pe film sau senzor fotografic ) ar trebui considerat „normal”. Obiectivele cu aruncare scurtă ( unghi larg ) vor fi proiectate pentru a avea o lungime efectivă mai mare, utilizând schema tipică de teleobiectare inversată.

Astronomia observațională

Același concept este aplicat lentilelor telescoapelor, a căror lungime determină efecte importante în viziunea obiectelor astronomice. În general, de fapt, o distanță focală mai mare determină o mărire mai mare a imaginii, pentru același ocular utilizat. Cu toate acestea, o distanță focală mai mare, cu același diametru al obiectivului, vine în detrimentul luminozității imaginii. Distanța focală este utilizată pentru a calcula raportul focal al instrumentului.

Notă

^ ^a ^b ^c John E. Greivenkamp, Field Guide to Geometrical Optics , SPIE Press , 2004, pp. 6-9, ISBN 978-0-8194-5294-8 .
^ ^a ^b Eugene Hecht, Optics , 4th, Addison Wesley , 2002, p. 168 , ISBN 978-0-8053-8566-3 .
^ Eugene Hecht, Optics , 4th, Addison Wesley , 2002, pp. 244 -245, ISBN 978-0-8053-8566-3 .

Elemente conexe

Alte proiecte

Wikimedia Commons conține imagini sau alte fișiere cu distanță focală

linkuri externe

( EN ) Distanța focală , în Encyclopedia Britannica , Encyclopædia Britannica, Inc.

Controlul autorității	GND ( DE ) 4344267-5

Portalul fotografiei : accesați intrările Wikipedia care se ocupă de fotografie

[Greivenkamp-1] John E. Greivenkamp, Field Guide to Geometrical Optics , SPIE Press , 2004, pp. 6-9, ISBN 978-0-8194-5294-8 .

[Hecht1-2] Eugene Hecht, Optics , 4th, Addison Wesley , 2002, p. 168 , ISBN 978-0-8053-8566-3 .

[Hecht2-3] Eugene Hecht, Optics , 4th, Addison Wesley , 2002, pp. 244 -245, ISBN 978-0-8053-8566-3 .

[1]

[2]

[3]