¿Cuál es el punto de referencia desde el que se calcula la distancia focal de una lente?

Entiendo la idea de una distancia focal para una sola lente, es decir, la distancia desde la lente hasta el punto en el que convergen los rayos de luz paralelos. Sin embargo, en el caso de una lente fotográfica con múltiples elementos de lente, ¿desde dónde se mide exactamente la distancia focal de la lente en su conjunto?

Comencemos con el caso simple, un solo elemento:

Desde arriba: lente positiva / convexa, lente negativa / cóncava, espejo cóncavo, espejo convexo.

Los rayos paralelos que ingresan a la lente se enfocarán en algún punto (F), y la distancia focal (f) viene dada por la distancia entre el centro de la lente (el centro óptico ) y el punto de enfoque.

Entonces, el punto de referencia es el centro óptico de un solo elemento.

Bien, pero ¿qué pasa con las lentes multielemento?

Para lentes de elementos múltiples no hay un punto de referencia que pueda encontrar fácilmente . Como dice David, el punto de referencia es el centro de un elemento único hipotético con la misma distancia focal.

Este punto de referencia puede estar en cualquier lugar: delante del primer elemento, dentro de la lente o detrás del último elemento.

¿Cómo se puede desplazar el centro óptico fuera de la lente?

Grupo de teleobjetivo: más comúnmente usando lo que se llama un grupo de teleobjetivo:

En este diagrama hay dos grupos de elementos. El primer grupo (a la izquierda) actúa como una lente "normal" (convexa o positiva), haciendo que los rayos (líneas azules) converjan. El segundo grupo (a la derecha) es el grupo de teleobjetivo, que actúa como una lente negativa que difunde los rayos.

El efecto neto es que el punto de enfoque "verá" el equivalente de un único elemento positivo mucho más lejos (indicado por líneas punteadas rojas). El centro óptico de este hipotético "elemento único equivalente" (H ') es el punto de referencia para medir la distancia focal (f').

Teleobjetivo invertido: puede intercambiar los grupos para poner el grupo de telefoto al frente. Luego obtienes una lente (gran angular) donde la distancia entre el último elemento y el punto de enfoque puede ser mayor que la distancia focal. Esta construcción se llama lente de retrofocus .

Espejos: también puedes usar espejos. Las lentes de espejo "reutilizan" su longitud física haciendo rebotar los rayos de un lado a otro. Nuevamente, el punto de enfoque "verá" el equivalente de un solo elemento mucho más lejos.

Lente espejo, aquí combinada con grupo de telefoto

¿Por qué querrías hacer eso?

Para teleobjetivos largos , se debe a que un diseño estándar daría un lente que es físicamente demasiado largo para ser conveniente:

Teleobjetivo de 500 mm sin grupo de telefoto. Un 500 mm tendría que tener al menos 50 cm (20 ") de largo.

Para lentes gran angular , es para dar más espacio entre la lente y el sensor de imagen. Como ejemplo, hay lentes de 10 mm para DSLR, pero 10 mm entre el sensor y la lente no dejarían suficiente espacio para el espejo. Por lo tanto, las lentes ultra anchas generalmente están diseñadas como lentes de retrofocus.

Ojo de pez de 7,5 mm sin retrofocus. Tenga en cuenta que el tubo sobresale del soporte de la lente para acercar los elementos a la película. El montaje de la lente requería el bloqueo del espejo, y no podía usar el visor o la medición incorporada mientras la lente estaba montada. (Imagen de B&H )

Entonces, ¿cómo puedo verificar la distancia focal de mi lente?

Ver medición de la distancia focal .

En breve:

• tomar una foto de dos puntos distantes
• medir el ángulo entre los puntos
• Mida la distancia entre los puntos del sensor de imagen (cuente los píxeles entre los puntos de la foto y deduzca la distancia del sensor a partir de la resolución y el tamaño del sensor)
• longitud focal = distancia-en-sensor-en-mm / ángulo-en-grados * (180 / pi)

Fuentes:

• http://en.wikipedia.org/wiki/Telephoto_lens
• http://en.wikipedia.org/wiki/Optical_centre
• http://en.wikipedia.org/wiki/Focal_length
• http://en.wikipedia.org/wiki/Ang%C3%A9nieux_retrofocus
• http://www.bobatkins.com/photography/technical/measuring_focal_length.html

Imágenes: lente ojo de pez de B&H, otras imágenes cortesía de Wikipedia.

Wikipedia da la respuesta ...

"Cuando una lente fotográfica se establece en" infinito ", su punto nodal trasero está separado del sensor o película, en el plano focal, por la distancia focal de la lente".

Lo que lleva a la pregunta ... ¿Qué es un punto nodal? También respondido por Wikipedia como:

"Los puntos nodales delantero y trasero tienen la propiedad de que un rayo dirigido a uno de ellos será refractado por la lente de tal manera que parezca provenir del otro y con el mismo ángulo con respecto al eje óptico".

Con una estructura compleja que es una lente de cámara moderna, el punto nodal trasero no siempre estará en el mismo lugar, por lo que la cuestión de la exactitud dependerá de la lente.

Para ampliar en el punto Nodal:

Definición simple: está en el centro de la lente de menisco de elemento único equivalente que tiene la misma distancia focal y apertura que la lente compuesta bajo prueba.

El aspecto más práctico del Punto Nodal de una lente es que es el punto alrededor del cual se puede girar la lente sin producir ningún movimiento en la imagen. Para una lente simple de un elemento, el nodo está en el centro de la lente; para un sistema óptico plegado como un telescopio Schmidt-Cassegrain, el nodo está muy por delante de la lente.

Es un poco complicado configurar una prueba física para encontrar el punto nodal de una lente. Trataré de explicarlo sin ayudas visuales:

Considere un soporte para trípode. El eje vertical de rotación de la cabeza del trípode será el lugar donde colocaremos el nodo de la lente. Para hacer esto, la lente debe montarse en una placa que permita variar su distancia desde el eje del trípode. Además, la imagen debe proyectarse en una pantalla que no esté unida al objetivo (¡para que no se pueda usar el cuerpo de la cámara!). Buscamos la combinación de la posición de la pantalla y la configuración del control deslizante donde el cabezal del trípode se puede girar y el único efecto en la imagen es el viñeteado a medida que el eje óptico de la lente se mueve hacia adentro / afuera de la línea.

Una implicación práctica real entra en juego cuando tomas fotos panorámicas. Para que haya la menor distorsión entre las imágenes, y por lo tanto una mejor costura o seguimiento, la cámara debe girarse alrededor de su punto nodal. Por lo tanto, colocar su cámara de bolsillo, o incluso su elegante DSLR profesional, en el trípode directamente, utilizando el punto de montaje de su cuerpo, significará que está rotando en algún lugar entre el punto nodal y el plano de la imagen, excepto posiblemente con algunas lentes gran angular.

En términos generales, para una lente fov aparente 1: 1 (50 mm en un generador de imágenes de tamaño completo, o en un cuerpo de película de 35 mm), el nodo estará en algún lugar cerca del centro de la lente. Para una lente de zoom con zoom completo, es probable que esté afuera, y para un gran ángulo estará en algún lugar detrás del centro de la lente. Independientemente de lo que esté utilizando, el nodo estará a la distancia focal indicada frente al generador de imágenes de la cámara.

(este fue el tema de uno de mis laboratorios de física más intensos en el pasado, así que incluso aunque obtuve una A por ello, hay un intervalo de memoria de 45 años entre dos veces de vez en cuando, pero creo que todavía tengo los detalles generales) .