Focal

O comprimento focal é uma das principais características de um sistema óptico . É igual à distância entre um dos planos principais e o foco correspondente:

• a distância focal objecto , notou , é a distância algébrica separando o principal objeto ponto a partir do objecto de foco  ;f=HF¯{\ displaystyle f = {\ overline {HF}}}H{\ displaystyle H}F{\ displaystyle F}
• a distância focal da imagem , observada , é a distância algébrica que separa o ponto principal da imagem do ponto focal da imagem .f′=H′F′¯{\ displaystyle f \, '= {\ overline {H'F'}}}H′{\ displaystyle H '}F′{\ displaystyle F '}

Por contração, o termo focal comumente denota o comprimento focal da imagem.

Trata-se de uma distância algébrica cujo sinal é determinado pela convenção clássica em óptica ː todas as distâncias são positivas quando estão orientadas no sentido de propagação da luz. Assim, os sistemas ópticos divergentes têm uma distância focal negativa, enquanto os sistemas ópticos convergentes têm uma distância focal positiva. A distância focal está ligada à vergência , esta última levando em consideração o índice de refração do meio.

Na fotografia , a distância focal designa a distância focal da imagem da lente fotográfica usada. É, junto com a abertura , uma de suas principais características.

Casos especiais

Lente esférica fina

No caso de uma lente fina, costuma-se considerar que os dois planos principais coincidem com o centro óptico da lente ː . A fórmula para determinar a distância focal de uma lente esférica fina, com base em suas características geométricas, é chamada de “fórmula do óptico”. Observando e os raios de curvatura de cada uma das dioptrias esféricas que a constituem - é o vértice e o centro da esfera - no sentido do curso luz, e o índice de refração do material no qual a lente é usinado, temos : 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}não{\ displaystyle n}

1f′=(não-1)(1R1-1R2){\ displaystyle {\ frac {1} {f \, '}} = (n-1) \ left ({\ frac {1} {R_ {1}}} - {\ frac {1} {R_ {2} }} \ direito)}.

Quando uma face é plana, seu raio de curvatura é considerado infinito, levando um de a 0. 1/Reu{\ displaystyle 1 / R_ {i}}

Espelho esférico

Para um espelho esférico, os focos da imagem e do objeto são mesclados e, portanto, as distâncias focais do objeto e da imagem são idênticas: onde está o topo do espelho esférico e seu centro. f=SVS¯2{\ displaystyle f = {\ frac {\ overline {SC}} {2}}}S{\ displaystyle S}VS{\ displaystyle C}

Convergência e divergência

O comprimento focal de um sistema permite determinar sua convergência ou divergência. A vergência é medida em dioptrias , observada δ, e equivalente ao inverso do metro (m -1 ). A convergência é calculada da seguinte forma:

V=(-1)mnão′f′{\ displaystyle V = {\ frac {(-1) ^ {m} n '} {f \,'}}}.

não′{\ displaystyle n '}é o índice de refração do meio de saída e a distância focal da imagem do sistema. corresponde ao número de elementos catóptricos , espelhos e superfícies reflexivas do sistema. é, portanto, negativo para um sistema divergente, positivo para um sistema convergente, quando o eixo óptico está orientado na direção de propagação da luz. f′{\ displaystyle f \, '}m{\ displaystyle m}V{\ displaystyle V}

Metrologia

Todos os métodos de determinação do comprimento focal de sistemas ópticos pertencem a um campo da metrologia óptica denominado focometria .

• Auto- animação é um método experimental para determinar as distâncias focais de sistemas convergentes. Uma fonte é colocada na frente do sistema e um espelho na parte traseira do sistema. O método consiste em ajustar a distância da fonte, até que sua imagem pelo conjunto sistema-espelho seja sobreposta na fonte.

• Método de Silbermann  : quando a lente é posicionada de forma que a imagem na tela (imagem real) tenha o mesmo tamanho do objeto, então a distância entre a imagem e o objeto é quatro vezes o comprimento focal.

• O método Badal mede as lentes divergentes focais.
• O método de Bessel é adequado para lentes convergentes.

Fotografia

Comprimentos focais típicos de tipos de lentes fotográficas

Tipo objetivo	Comprimento focal em milímetros
Telefoto	100, 135, 200 e +
Comprimento focal normal	40 - 55
Grande ângulo	35, 28 e -

Na fotografia , a distância focal é uma das principais características das lentes .

Existem lentes de comprimento focal fixo e lentes de zoom cuja distância focal é variável dependendo da configuração da lente.

• O comprimento focal normal torna possível reproduzir a mesma impressão de perspectiva e profundidade do olho colocado no mesmo lugar da câmera. É aproximadamente igual à diagonal da superfície sensível. Para uma superfície de 24 × 36 (43  mm na diagonal), a distância focal normal mais comum é de 50  mm . Isso é conhecido como um objetivo padrão.
• Uma distância focal curta ou grande angular oferece um grande ângulo de visão . Assim, permite um ponto de vista mais próximo que resulta em uma perspectiva exagerada.
• Uma distância focal longa permite apenas um ângulo de visão baixo, a imagem do assunto é maior. Também permite um ponto de vista distante, daí o nome de telefoto que muitas vezes lhe é atribuído, o que resulta em uma perspectiva esmagada.

• Várias distâncias focais no formato 24 × 36 do mesmo ponto de vista: influência no tamanho da imagem

• 28  mm  :
  distância focal curta,
  tamanho de imagem pequeno.

• 50  mm  :
  comprimento focal normal.

• 70  mm

• 210  mm  :
  lente longa,
  imagem grande.

• Mudança de distância focal e ponto de vista: influência na perspectiva

• 24  mm  :
  ponto de vista próximo ,
  perspectiva exagerada.

• 50  mm  :
  perspectiva “normal”.

• 100  mm

• 200  mm  :
  ponto de vista distante,
  perspectiva esmagada.

Apêndices

Artigos relacionados

• Focando (ótico)

• Ponto principal
• Calado mecânico
• Comprimento focal equivalente a 35 mm

Bibliografia

• Bernard Balland , Óptica geométrica: imagens e instrumentos , Lausanne, editoras politécnicas e universitárias Romandes,2007, 860  p. ( ISBN  978-2-88074-689-6 , leia online )

• Richard Taillet , Pascal Febvre e Loïc Villain , Dicionário de Física , De Boeck , col.  "De Boeck Supérieur",novembro de 2013, 3 e  ed. , 899  p. ( leia online )

Notas

1. Para uma superfície sensível no formato 24 × 36.
2. Filme de 35 mm ou sensor full-frame .

Referências

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