¿Cómo se controla la respiración de enfoque en el diseño de lentes?

pies mojados

¿Cómo se controla la respiración de enfoque en el diseño de lentes?

Las respuestas aquí señalan que minimizar la respiración de enfoque es especialmente deseable para lentes de cine, y que es una de las características comunes de esas lentes de gama alta. ¿Cómo se logra?

También cabe destacar que esta característica nunca aparece en las especificaciones de las lentes ni en los anuncios. ¿Hay incluso un término para ello? Por ejemplo, tenemos "parafocal" para lentes que mantienen el enfoque cuando se cambia la distancia focal. ¿Hay un buen término para una lente que mantiene la distancia focal cuando se cambia el enfoque? (Si no, ¡puntos para las mejores sugerencias!)

JDługosz

Sí, si el movimiento del grupo de lentes es totalmente "por cable" en lugar de cámaras mecánicas, debería ser solo un problema de calibración.

matt grum

@JDługosz No es un problema de calibración: la mayoría de las lentes logran diferentes distancias de enfoque mediante una combinación de mover la lente y cambiar su distancia focal, ya que esto permite que la lente sea más compacta. Se informa que la macro original de Canon de 100 mm, por ejemplo, tiene solo 70 mm en su enfoque más cercano.

JDługosz

Entonces, si cambia el zoom y cambia el punto focal para compensar, ¿por qué no cambiaría el enfoque correctamente?

brandon dube

Una lente que es realmente telecéntrica en el espacio de la imagen necesariamente no tiene respiración de enfoque. Es decir, el rayo principal es paralelo al eje óptico entre el elemento posterior y el plano de la imagen. Aquí hay una imagen de thorlabs:

Disposición de la lente de una lente doblemente tenecéntrica

Para ubicar el rayo principal, busque el haz de rayos que comienza desde el punto o ángulo del objeto más alejado del eje óptico. El rayo central del haz se conoce como rayo principal y define el campo de visión de la lente. El rayo principal debe cruzar el centro de la apertura, aunque esto se viola en algunos sistemas ópticos que tienen aberraciones pupilares significativas.

Debido a que el rayo principal es paralelo al eje óptico cuando se acerca al plano de la imagen, el aumento longitudinal es cero, es decir, a cualquier distancia de enfoque, el aumento es el mismo. El requisito para que una lente sea telecéntrica es que la lente detrás del tope de apertura esté separada 1 distancia focal del tope. En una lente real con muchos elementos, la "distancia focal total" de lo que está detrás del tope debe ser igual a la distancia del tope al primer punto principal del primer elemento. Un punto principal es simplemente donde la luz parece doblarse en una lente.

Ser telecéntrico es muy deseable para las lentes de cine, ya que el sensor, la película, etc., se conocen menos fácilmente en comparación con cuando uno diseña algo como una montura Canon EF. Un diseño telecéntrico evita cambios de color, viñetas y otros problemas en el borde de la imagen relacionados con el ángulo de aceptación máximo de sensores particulares. Una gran cantidad de lentes de cámara 'telecéntricas' son en su mayoría telecéntricas, con un ángulo de rayo principal de aproximadamente 3 grados o menos. Esto es suficiente y proporciona un poco de espacio para respirar en el diseño.

El método alternativo es diseñar movimientos iguales en ambos lados del tope de apertura. Por ejemplo, puede tener una lente con un miembro frontal de 100 mm (un "miembro" es la suma de todas las lentes antes o después del tope) y un miembro posterior de 50 mm. En un diseño de enfoque trasero donde se mueve el miembro trasero, la distancia focal puede cambiar a 40 mm debido a un cambio en el espacio aéreo central. El impacto de -20 % en la distancia focal se puede compensar con una ganancia de +20 % en la distancia focal con un segundo grupo de enfoque en la parte frontal de la lente. El cambio neto es precisamente la misma distancia focal efectiva para el sistema, por lo que no respira.

Sin embargo, los movimientos de enfoque deben optimizarse con muchos puntos para garantizar que no haya mínimos ni máximos locales en la distancia focal.

pies mojados

Gracias. Creo que casi lo consigo. Pero no sigo lo que llamas el "rayo principal": debajo de la imagen dices que el rayo central del paquete rojo es horizontal, pero no lo es. ¿Quieres decir que los rayos son paralelos ? ¿O que el rayo central de un trazado de rayos se cruza con el eje óptico en la apertura? Tengo entendido que el eje óptico en el diagrama no está representado y sería una línea con una pendiente descendente de izquierda a derecha.

brandon dube

@feetwet El eje óptico aquí se representa en un sentido indirecto: el rayo azul central es un rayo paraxial y cubre el eje óptico aquí. El rayo principal es paralelo desde la última lente al plano de la imagen, al igual que el rayo principal zonal (centro verde), aunque ese rayo es difícil de ver. El rayo principal pasa por el centro del eje óptico en la parada.

brandon dube

@feetwet He cambiado y agregado al comienzo de la respuesta. Por favor, dime si esto ayuda.

pies mojados

¡Sí! Creo que casi lo tengo. ¿Puede aclarar si las siguientes afirmaciones son correctas? (1) ¿Una lente no enfoca-respira si y solo si es "telecéntrica en el espacio de la imagen"? (2) ¿Una lente es telecéntrica en el espacio de la imagen si y solo si todos los rayos principales son paralelos al eje óptico entre el elemento posterior y el plano de la imagen? Finalmente, ¿bajo qué condiciones es cierto que "el rayo principal debe cruzar el centro de la apertura?" Por ejemplo, ¿es esa solo la definición de una lente enfocada en una imagen? ¿O solo es cierto para las lentes telecéntricas que están enfocadas?

brandon dube

@feetwet 1: si es telecéntrico en el espacio de la imagen, no respirará. El sistema de enfoque de grupo dual compensado que describí al final es un segundo método para eliminar la respiración de enfoque. 2 - cierto. 2.2 - el rayo principal cruzará el centro de la apertura a menos que haya distorsión de la pupila. Las aberraciones de los alumnos son muy complicadas y, por lo general, minúsculas y se ignoran con seguridad. Una lente telecéntrica de espacio de imagen tendrá aberraciones pupilares muy pequeñas o tendrá una calidad de imagen muy pobre. Los objetivos de las cámaras "cotidianas" deberían tener aberraciones pupilares insignificantes, pero no todas las tienen.

brandon dube

@feetwet el requisito de que el rayo principal pase por el centro de la apertura es un resultado o componente de la condición del seno abbe .