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Blog de diseño óptico
Telephoto
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Ocular 10x Apocromático.
Double Gauss Lens
En el siguiente artículo presento mi propia versión de una "Lente de Gauss". El diseño clásico de una lente de Gauss está conformado por dos grupos de lentes puestas de forma simétrica; en cada grupo encontramos un menisco positivo seguido de un doblete. El diafragma de apertura está situado entre los dos grupos.
Existen infinidad de variantes de lentes de Gauss, tal y como se puede comprobar en los siguientes enlaces.
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https://en.wikipedia.org/wiki/File:DoubleGauss2text.svg
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https://en.wikipedia.org/wiki/File:DoubleGauss3text.svg
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https://en.wikipedia.org/wiki/File:DoubleGauss4text.svg
Una de las formas mas fáciles para empezar a diseñar una lente de Gauss nos la explica Scott Sparrold en este enlace. La doble Gauss es una lente empleada sobre todo como objetivo fotográfico. En otra entrada ya vimos que los objetivos fotográficos cumplen ciertas condiciones, las cuales tengo en cuenta a la hora de desarrollar mi sistema.
Figura 1. Esquema clásico de una lente de Gauss.
El objetivo Gauss que presento tiene una focal de 50 mm, f/2.8, k=1.3, la BLF es casi la mitad de la EFL (en este caso es un -3% de la EFL) y la FOV es de 40º. En la FIgura 2 se muestra el informe y las características del sistema.
Figura 2. Informe del sistema de Gauss.
En el gráfico de la MTF vs Field he escogido como la línea de resolución el test de 40lpp/mm, revelando que empezamos con un 78%-79% de resolución y acabamos cerca del 70%, tanto en la línea sagital como en meridional. El mínimo lo encontramos en el plano meridional, en el campo de 17º, donde cae hasta el 53%. La línea de contraste se mantiene por encima del 94% todo el campo.
El Spot Size RMS es de 3.187, 5.90 y 10.33 micras para los campos de 0º, 14º y 20º respectivamente. El disco de Airy tiene un valor aproximado de 4.4 micras, lo que supone que el tamaño de punto para el campo de 0º y 14º está muy bien. Aunque el campo de 20º tiene un tamaño de punto, se puede esperar una buena resolución.
El sistema es acromático, tal y como podemos ver en el diagrama de la Chromatic Focal Shift, siendo el valor del rango máximo de desplazamiento focal 30.9 micras.
El gráfico del Ray Fan nos dice que las aberraciones están bien compensadas, pero indica que el sistema está afectado por el color lateral. Viendo la gráfica de "Lateral Color" vemos cómo el sistema está fuera del disco de Airy para la línea F, mientras las líneas D y C sí que están dentro.
En la OPD se observa lo mismo, siendo el campo de 0º el mejor corregido, mientras que el campo de 20º muestra que la línea D está ligeramente desviada respecto de las otras dos. Es destacable la escala de la OPD, 5 waves solamente.
La distorsión del sistema es del 1,5% en el campo de 20º y la curvatura de campo menor a 0.10 mm.
La iluminación relativa en el campo de 38º es superior al 80%. En la imagen simulada se puede comprobar cómo la iluminación es prácticamente uniforme y la resolución es buena.
Existe la posibilidad de reducir el tamaño del Spot Size RMS introduciendo un poco de viñeteo en el sistema. La diafragma de apertura necesita al menos 5.22 mm para no producir viñeteo. Dejando la apertura en 5.2 obtenemos el siguiente resultado:
Tal y como se observa en la imagen, el tamaño del punto en el campo de 38º es la mitad y la iluminación relativa es prácticamente la misma. El porcentaje de campo sin viñeteo es del 96% aproximadamente.
Si este artículo te ha resultado interesante, házmelo saber. Abajo tienes cómo contactar conmigo.
Muchas gracias y hasta otra.
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