Focus (optică)

Focusul afectează adâncimea câmpului încadrat

Focalizare îndepărtată

Focalizare apropiată

Termenul de focalizare în optică indică punctul în care razele unice care formează un fascicul de radiații electromagnetice distincte se întâlnesc și, prin urmare, se concentrează, în urma unei aplicații a fenomenului de refracție , aplicat de exemplu într-o lentilă sau fenomenului de reflexie . într-o oglindă concavă . Este rezultatul unui fenomen de convergență a razelor într-un punct.

În realitate, focalizarea nu este întotdeauna indicată ca un set de puncte și doar prin teoretizare, în contextul opticii geometrice vorbim despre un singur punct focal.

Termenul derivă probabil din jocul care poate fi jucat cu o lupă sau un alt refractor pozitiv (adică care face ca razele să convergă) în zilele însorite sau cu alte surse de lumină decât Soarele, dar totuși relativ foarte puternic: adică să se concentreze razele dintr-o pată de pe o bucată de hârtie sau alt combustibil și o văd înnegrindu-se și apoi aprindându-se.

Focusul unui obiectiv subțire

Termenul de focalizare sau focală în optică indică planul sau punctul în care se întâlnesc și se concentrează raze fotonice unice care formează un fascicul de radiații electromagnetice distincte care vin dintr-un punct în infinit și apoi se concentrează (de exemplu: în urma aplicării fenomenului de refracție într-un lentilă sau fenomenul de reflexie al unei oglinzi concavă ). Distanța dintre centrul optic al obiectivului și planul focal indică distanța focală ca valoare absolută a obiectivului (de exemplu: 50 mm); folosit pentru a cataloga și obiectivele fotografice, distanța focală a unui obiectiv este întotdeauna menționată la maf la infinit. Ca urmare a fenomenului de convergență a razelor într-un punct, în realitate focalizarea nu este întotdeauna indicată ca un set de puncte, de fapt, teorizând în contextul opticii geometrice , vorbim despre un singur punct focal (a se vedea: Aberație ).

Pornind de la legea lui Snell , se poate obține valoarea distanței focale valabilă pentru fasciculele de lumină paraxială și lentilele sferice subțiri (relația este numită și legea producătorilor de lentile):

{\frac {1}{f}}=\left({\frac {n}{n'}}-1\right)\left[{\frac {1}{R_{1}}}-{\frac {1}{R_{2}}}\right].

{\ displaystyle {\ frac {1} {f}} = \ left ({\ frac {n} {n '}} - 1 \ right) \ left [{\ frac {1} {R_ {1}}} - {\ frac {1} {R_ {2}}} \ right].}

{\ displaystyle {\ frac {1} {f}} = \ left ({\ frac {n} {n '}} - 1 \ right) \ left [{\ frac {1} {R_ {1}}} - {\ frac {1} {R_ {2}}} \ right].}

unde este:

n este indicele de refracție al materialului din care este fabricat obiectivul,
n ' este indicele de refracție al mediului în care este scufundat obiectivul,
$R_{1}$ ${\ displaystyle R_ {1}}$ $R_ {1}$ Și $R_{2}$ ${\ displaystyle R_ {2}}$ $R_ {2}$ sunt razele lentilei definite ca pozitive pentru lentilele convexe.

Această lege este valabilă doar în aproximarea lentilelor subțiri, adică atunci când grosimea lentilei este neglijabilă în comparație cu diametrul său sau când raza de curbură este mult mai mare decât diametrul și numai în condiția utilizării razelor paraxiale în calcule . Altfel sau în cazuri reale, lumina albă nu concentrează niciodată exact „toate” într-un singur punct, dar prezintă diverse dispersii rezultate din defecte optice precum aberația cromatică și aberația sferică . Lentilele oftalmice (cu prescripție medicală) cu putere dioptrică redusă pot fi considerate lentile subțiri, în timp ce optica fotografică trebuie proiectată urmând scheme precise cu grupuri de lentile (în straturi de aer și sticlă), pentru a limita pe cât posibil numeroasele distorsiuni și aberații induse de fasciculele de lumină care trec prin ele.

Focusul unei imagini

Aproape toate instrumentele optice create de om ( camere , lunete de observare , binoclu , telescoape etc.) folosesc lentile sau oglinzi pentru a focaliza lumina imaginii captate direct pe planul focal. Când reglajul dă un rezultat clar, imaginea se spune că este focalizată, altfel se spune că este nefocalizată sau nefocalizată.

Strâns legat de claritate, focalizare sau MAF, este direct legat de cercurile de confuzie și aberații optice .

În ochi

Prin analogie, ochiul uman funcționează la fel ca o cameră foto, în care partea din față ( corneea și cristalina ) este similară cu un obiectiv echipat cu mecanisme de reglare a focalizării: util pentru distanțe de la 7 cm la infinit (pentru ochi emmetropici , 7 cm până la 10 ani) de vârstă, apoi în medie în jur de 25 cm și mai mult, cu îmbătrânire și presbiopie ). În spate se află retina și nervul optic , care funcționează ca un senzor fotografic capabil să ofere, la o distanță de 25 cm, o rezoluție maximă sau acuitate vizuală monoculară (20/10) de 280 dpi, egală cu aproximativ 11 linii pentru mm

Viziunea binoculară umană se concentrează pe obiecte folosind două sisteme în același timp: telemetria de divizare a imaginii, bazată pe distanța dintre cele două axe optice (paralaxă) și acomodarea focală a planurilor proiectate pe retină, cu mărirea normală a cercurilor de confuzie. Cu alte cuvinte, într-o cameră, obiectivul se mișcă în raport cu senzorul / planul filmului pentru a focaliza, în timp ce în ochi mușchii schimbă forma obiectivului pentru a focaliza pe subiect.

O diferență importantă între harta oculară și cea fotografică este emisfericitatea retinei în raport cu planeitatea senzorului , care favorizează construcția lentilelor oftalmice și care, în schimb, necesită corecții optice considerabile în lentilele fotografice, sporind complexitatea acestora.

În fotografie

Fotografie cu prim-planul focalizat și fundalul desenat

Focalizarea se realizează prin îndepărtarea corespunzătoare sau apropierea obiectivelor obiective de-a lungul axei optice, folosind inelul manual, sistemul de focalizare automată sau deplasarea întregului grup optic. În acest fel este posibil să se concentreze pe orice plan de imagine luat între distanța minimă și infinit, proiectându-l clar pe planul focal al senzorului (placă, film etc.). Îndepărtarea obiectivului de la senzor determină ca obiectele să se apropie din ce în ce mai mult de cameră: tuburile de extensie și burdufurile plasate între corpul camerei și obiectiv sunt utilizate, în macro fotografie , tocmai pentru a mări subiecții prin reducerea minimului distanța de maf ( stivuirea focalizării este o tehnică de maf utilizată în special în fotografia macro "foarte profundă", aproape de microfotografie ).

Obiectivul orificial (din greacă: gaură mică) funcționează fără lentile optice și fără ajutorul reglajelor maf, producând o imagine total focalizată (sau aproape). Exact, cu cât diametrul găurii este mai mic, cu atât cercurile de confuzie ale punctelor imaginii vor fi mai mici, făcând fotografia mai clară sau mai focalizată.

Focalizarea corectă pe un anumit plan al adâncimii de câmp încadrat se poate face numai cu ajutorul unui vizor pentru un control precis al focalizării. Astăzi, echipamentul digital cu vizualizare live oferă o simplificare a maf-ului prin focalizarea maximă și zoom digital (4x, 8x, 10x, etc) ale vizoarelor electronice. Alte metode de control precis al focalizării, cu obiective optice, au fost „obiectivele” pentru a mări o mică parte a ecranului mat sau a stigmometrelor și a oricăror microprisme din jurul lor (înlocuite astăzi cu ecrane de focalizare automată ).

În telescoape

Pentru telescoape, problema focalizării asupra obiectelor plasate la distanțe diferite nu există, deoarece distanța de la Pământ a obiectelor stelare este întotdeauna atât de mare încât poate fi considerată de fapt infinită.

Cu toate acestea, focalizarea este la fel de problemă datorită măririi foarte mari, care necesită o precizie foarte mare: chiar și o neregularitate foarte ușoară în curbura obiectivului sau a oglinzii este suficientă pentru a provoca focalizarea imperfectă. Nu este doar o problemă de fabricație, ci și o problemă a condițiilor de funcționare: de exemplu, variațiile de temperatură pot provoca expansiunea termică a oglinzii și, prin urmare, pot modifica curbura acesteia.

În telescoapele refractor se adaugă problema indicelui de refracție diferit pentru diferitele culori, pentru care fiecare culoare are un focus diferit. Doar folosind ca lentile diferite lentile convexe este posibil să focalizați culoarea după culoare ( lungime de undă cu lungime de undă) în punctul dorit, care este situat convenabil de-a lungul axei optice a tubului.

Din acest motiv, cu tehnologiile actuale, este practic imposibil să construim telescoape refractare cu lentile cu un diametru mai mare de aproximativ 1 metru. În schimb, este posibil să se construiască telescoape reflectorizante cu oglinzi care depășesc 8 metri în diametru ( LBT , VLT ). Cu toate acestea, chiar și în acestea, transformarea luminii înspre oglinda secundară, care la rândul său o va reflecta către ocular, poate fi problematică.

Dimensiuni mai mari se obțin prin utilizarea de oglinzi compuse din mai multe elemente, care sunt menținute în poziția corectă de un sistem de control computerizat.

Bibliografie

( EN ) RA Herman Un tratat de optică geometrică (Cambridge University Press, 1900)
( EN ) ET Whittaker Teoria instrumentelor optice (Cambridge University Press, 1907)
( EN ) JL Synge Geometrical Optics: An Introduction To Hamilton's Method (Cambridge University Press, 1937)
( RO ) Bruno Rossi , Optică , Reading, SUA și Londra, Anglia, Addison-Wesley, 1957.