Focal

La distancia focal es una de las principales características de un sistema óptico . Es igual a la distancia entre uno de los planos principales y el foco correspondiente:

• la distancia focal objeto , señalado , es la distancia algebraica separar el principal objeto punto de la objeto de enfoque  ;F=HF¯{\ Displaystyle f = {\ overline {HF}}}H{\ Displaystyle H}F{\ Displaystyle F}
• la distancia focal de la imagen , indicada , es la distancia algebraica que separa el punto principal de la imagen del punto focal de la imagen .F′=H′F′¯{\ Displaystyle f \, '= {\ overline {H'F'}}}H′{\ Displaystyle H '}F′{\ displaystyle F '}

Por contracción, el término focal normalmente denota la distancia focal de la imagen.

Es una distancia algebraica cuyo signo está determinado por la convención clásica en óptica ː todas las distancias son positivas cuando están orientadas en la dirección de propagación de la luz. Por tanto, los sistemas ópticos divergentes tienen una distancia focal negativa, mientras que los sistemas ópticos convergentes tienen una distancia focal positiva. La distancia focal está vinculada a la vergencia , esta última teniendo en cuenta el índice de refracción del medio.

En fotografía , la distancia focal se refiere a la distancia focal de la imagen de la lente fotográfica utilizada. Es, junto con la apertura , una de sus principales características.

Casos particulares

Lente esférica delgada

En el caso de una lente delgada, a menudo se considera que los dos planos principales coinciden con el centro óptico de la lente ː . La fórmula para determinar la distancia focal de una lente esférica delgada, basada en sus características geométricas, se denomina “fórmula del óptico”. En notant et les rayons de courbure de chacun des dioptres sphériques qui la constitue — est le sommet et le centre de la sphère — dans le sens de parcours de la lumière, et l'indice de réfraction du matériau dans lequel la lentille est usinée, se tiene : O{\ Displaystyle O}F′=OF′¯{\ Displaystyle f \, '= {\ overline {OF'}}}R1=S1VS1¯{\ Displaystyle R_ {1} = {\ overline {S_ {1} C_ {1}}}}R2=S2VS2¯{\ Displaystyle R_ {2} = {\ overline {S_ {2} C_ {2}}}}S{\ Displaystyle S}VS{\ Displaystyle C}no{\ Displaystyle n}

1F′=(no-1)(1R1-1R2){\ Displaystyle {\ frac {1} {f \, '}} = (n-1) \ left ({\ frac {1} {R_ {1}}} - {\ frac {1} {R_ {2} }} \ derecho)}.

Cuando una cara es plana, consideramos su radio de curvatura como infinito, reduciendo uno de los a 0. 1/RI{\ Displaystyle 1 / R_ {i}}

Espejo esférico

Para un espejo esférico, los focos de la imagen y el objeto se fusionan y, por lo tanto, las distancias focales del objeto y la imagen son idénticas: dónde está la parte superior del espejo esférico y su centro. F=SVS¯2{\ Displaystyle f = {\ frac {\ overline {SC}} {2}}}S{\ Displaystyle S}VS{\ Displaystyle C}

Convergencia y divergencia

La distancia focal de un sistema permite determinar su convergencia o divergencia. La vergencia se mide en dioptrías , se indica como δ y es equivalente a la inversa del metro (m −1 ). La convergencia se calcula de la siguiente manera:

V=(-1)metrono′F′{\ Displaystyle V = {\ frac {(-1) ^ {m} n '} {f \,'}}}.

no′{\ Displaystyle n '}es el índice de refracción del medio de salida y la longitud focal de la imagen del sistema. corresponde al número de elementos catóptricos , espejos y superficies reflectantes del sistema. es por tanto negativo para un sistema divergente, positivo para un sistema convergente, cuando el eje óptico está orientado en la dirección de propagación de la luz. F′{\ Displaystyle f \, '}metro{\ Displaystyle m}V{\ Displaystyle V}

Metrología

Todos los métodos para determinar la distancia focal de los sistemas ópticos pertenecen a un campo de la metrología óptica llamado focometría .

• Auto animación es un método experimental para la determinación de las longitudes focales de los sistemas convergentes. Se coloca una fuente frente al sistema y un espejo en la parte posterior del sistema. El método consiste en ajustar la distancia desde la fuente, hasta que su imagen por el conjunto sistema-espejo se superpone a la fuente.

• Método de Silbermann  : cuando la lente se coloca de tal manera que la imagen en una pantalla (imagen real) tiene el mismo tamaño que el objeto, la distancia entre la imagen y el objeto es cuatro veces la distancia focal.

• El método Badal mide las lentes focales divergentes.
• El método Bessel es adecuado para lentes convergentes.

Fotografía

Longitudes focales típicas de tipos de lentes fotográficos

Tipo de objetivo	Distancia focal en milímetro
Telefotográfico	100, 135, 200 y +
Distancia focal normal	40 - 55
Gran Angulo	35, 28 y -

En fotografía , la distancia focal es una de las principales características de los objetivos .

Hay lentes de distancia focal fija y lentes de zoom cuya distancia focal es variable dependiendo de la configuración de la lente.

• La distancia focal normal permite reproducir la misma impresión de perspectiva y profundidad que el ojo colocado en el mismo lugar que la cámara. Es aproximadamente igual a la diagonal de la superficie sensible. Para una superficie de 24 × 36 (43  mm en diagonal), la distancia focal normal más común es 50  mm . Esto se conoce como objetivo estándar.
• Una distancia focal corta, o gran angular , ofrece un gran ángulo de visión . De esta forma, permite un punto de vista más cercano que se traduce en una perspectiva exagerada.
• Una distancia focal larga solo permite un ángulo de visión bajo, la imagen del sujeto es más grande. También permite un punto de vista lejano, de ahí el nombre de teleobjetivo que a menudo se le asigna, lo que da como resultado una perspectiva aplastada.

• Varias distancias focales en formato 24 × 36 desde un mismo punto de vista: influencia en el tamaño de la imagen

• 28  mm  :
  distancia focal corta,
  tamaño de imagen pequeño.

• 50  mm  :
  distancia focal normal.

• 70  mm

• 210  mm  :
  longitud focal larga,
  imagen grande.

• Cambio de distancia focal y punto de vista: influencia en la perspectiva

• 24  mm  :
  punto de vista cercano ,
  perspectiva exagerada.

• 50  mm  :
  perspectiva “normal”.

• 100  mm

• 200  mm  :
  punto de vista lejano,
  perspectiva aplastada.

Apéndices

Artículos relacionados

• Enfoque (óptico)

• Punto principal
• Calado mecánico
• Distancia focal equivalente a 35 mm

Bibliografía

• Bernard Balland , Óptica geométrica: imágenes e instrumentos , Lausana, Imprentas politécnicas y universitarias Romandes,2007, 860  p. ( ISBN  978-2-88074-689-6 , leer en línea )

• Richard Taillet , Pascal Febvre y Loïc Villain , Diccionario de Física , De Boeck , coll.  "De Boeck Supérieur",Noviembre de 2013, 3 e  ed. , 899  p. ( leer en línea )

Notas

1. Para una superficie sensible en formato 24 × 36.
2. Película de 35 mm o sensor de fotograma completo .

Referencias

1. Taillet y Febvre Villain , p.  207.
2. Balland 2007 , p.  301.
3. Taillet y Febvre Villain , p.  294.
4. Balland 2007 , p.  217.
5. Taillet y Febvre Villain , p.  144.
6. Taillet y Febvre Villain , p.  52.
7. Taillet y Febvre Villain , p.  350.
8. Taillet y Febvre Villain , p.  349.
9. Balland 2007 , p.  682.