No estoy seguro de si este es el mejor lugar para esto, tal vez la física encajaría mejor, pero estoy tratando de construir un periscopio y me encuentro con un problema.
Los periscopios de espejo tradicionales funcionan bien, pero cuando miro por un extremo del periscopio, veo la imagen reflejada en el extremo de un tubo largo. Me imagino que al usar alguna combinación de lentes, debería poder hacer que parezca que la posición de su ojo/cabeza estaba realmente en la parte superior del tubo mirando al mundo en lugar de mirar a través de un tubo.
Mi pensamiento aquí es que cuando miras a través de binoculares o un telescopio, no ves el interior del tubo, solo la imagen ampliada. Entonces, ¿no deberías poder hacer lo mismo pero sin la ampliación?
Compré algunos lentes de Amazon con distancias focales de 200 mm y -100 mm y, según algunos simuladores ópticos, asumí (aparentemente de manera incorrecta) que podía colocarlos a 10 cm de distancia y luego otro conjunto invertido en el otro lado de la siguiente manera:
`````()````````````````)(```````````)(```````````` ``()
200mm````````-100mm``-100mm```````200mm
() = lente convexa
)( = lente cóncava
El pensamiento aquí era que un conjunto condensaría la imagen hacia abajo de modo que las paredes del tubo ya no fueran visibles dentro de ese ángulo de visión, y luego el otro conjunto invertido invertiría eso y la imagen volvería a tener el tamaño normal para mi ojo. parecería como si mi ojo estuviera realmente en el extremo opuesto del tubo.
Esto no funcionó. La imagen es casi de tamaño natural, pero el tubo parece aún más largo: un tubo de un pie de largo se ha convertido en un tubo de 3 pies de largo, y el círculo a través del cual puedo ver el mundo es muy pequeño.
¿Es esto una quimera? Siento que debe ser posible si usaron el periscopio en aplicaciones militares durante años antes de que se inventaran la electrónica y los cables de fibra óptica.
¿Qué hice mal? Cualquier orientación sería muy apreciada.
Editar: algunas preguntas de seguimiento
¿Estoy atascado teniendo un pequeño campo de visión fuera del final? ¿O usar una lente de punto focal más bajo (gran angular) me permitiría ver un ángulo más amplio?
Además, ¿hay alguna forma de tener un tubo de longitud variable? Por ejemplo, si estoy mirando alrededor de una pared, ¿hay alguna forma de instalar las lentes para que el tubo pueda "extenderse" para mirar alrededor de una pared más gruesa?
¡Usted está cerca! Lo que construiste es un conjunto de telescopios galileanos adosados (con un aumento total de 1:1). La razón por la que obtiene un círculo más pequeño, pero con una imagen de tamaño real, es que los haces de luz en el medio divergen más rápido, por lo que pierde los bordes si los ensamblajes de Galileo están demasiado separados.
Los perisopios militares usan relés ópticos para obtener la imagen por el tubo sin bloquear nada de la vista. En términos simples, tienen un grupo de lentes acromáticos/apocromáticos de enfoque relativamente corto (llamado Objetivo) para enfocar la luz en una cruz, como en el visor de un rifle. A partir de ahí, la imagen es captada por otro grupo de lentes de enfoque largo llamado relé. El relé vuelve a colimar la luz (pero en ángulos bajos). La luz se enfoca y se colima varias veces a través del tubo, hasta que alcanza un plano de imagen final, que luego se observa con un ocular (como el que se tiene en un telescopio).
En general, puede pensar en un periscopio como un telescopio/monocular/riflescope con un aumento relativamente bajo con varios pares de relés en el medio. Un punto de nota, necesita un número par de planos de imagen (0, 2, etc.) para evitar tener una imagen al revés. Puedo entrar en muchos más detalles o proporcionar algunos recursos, pero creo que esto responde más directamente a su pregunta. Por favor, hágamelo saber si hay alguna otra pregunta sobre esto.
Fuente: Diseño ópticas para periscopios para aplicaciones navales.
Edite para preguntas adicionales: primero, el recurso más completo que encontré en mi búsqueda perezosa es esta página: http://taylortechassoc.com/?page_id=97 , que en realidad está escrita por un ingeniero anterior en mi empresa. Hay un montón de información allí, en su mayoría destinada a personas que ya conocen el diseño óptico, pero probablemente también pueda obtener una buena cantidad de ella.
A la pregunta en su comentario: en su diseño preliminar, las lentes positivas y negativas reciben entrada de luz colimada y emiten luz colimada. Sin embargo, dado que actúan como un telescopio con poder de aumento, el ángulo de los rayos que salen es más ancho que el ángulo que entra (por un factor igual a su aumento). El truco para un diseño de lente de relé (usado en periscopios y algunos tipos de endoscopios, así como en otras aplicaciones) es hacer que los espacios colimados sean lo suficientemente cortos para que no pierdas esa luz antes de que se extienda. O, más exactamente, que consiga que los ángulos de la luz colimada sean lo suficientemente pequeños como para que pueda extender un poco sus lentes mientras mantiene esta condición.
Con respecto al campo de visión: no estás absolutamente atrapado con un FOV pequeño. Eso depende completamente de la distancia focal de su objetivo. Una lente de distancia focal corta como objetivo le dará un campo de visión más amplio (siempre y cuando su luz no sea recortada por su espejo superior). También puede tener un objetivo que cambie la distancia focal (una lente de zoom) para cambiar su campo de visión según lo desee. Para su aplicación, una lente de cámara SLR podría funcionar bastante bien para esto.
En cuanto a la longitud del tubo: Se puede variar el espaciado en los tramos donde se colima la luz. Esto afectará la cantidad de luz que se pierde debido a que se extiende demasiado (normalmente limitado por la sección que sea más larga). El resultado será una caída en la iluminación relativa (cuán brillante se compara el borde del FOV con el centro). Este es un efecto conocido como viñeteado y se puede mitigar, pero no sin compensaciones.
esteban roberts