En óptica , la pupila de salida es una apertura virtual en un sistema óptico. Sólo los rayos que pasan a través de esta apertura virtual pueden salir del sistema. La pupila de salida es la imagen del tope de apertura en las ópticas que la siguen. En un telescopio o microscopio compuesto , esta imagen es la imagen del elemento objetivo producida por el ocular . El tamaño y la forma de este disco son cruciales para el rendimiento del instrumento, porque el ojo del observador puede ver la luz sólo si pasa a través de la abertura. El término pupila de salida también se utiliza a veces para referirse al diámetro de la apertura virtual. La literatura más antigua sobre óptica a veces se refiere a la pupila de salida como disco de Ramsden , que lleva el nombre del fabricante de instrumentos inglés Jesse Ramsden .
Para utilizar un instrumento óptico, la pupila de entrada del ojo del espectador debe estar alineada y ser de tamaño similar a la pupila de salida del instrumento. Esto acopla adecuadamente el sistema óptico al ojo y evita el viñeteado . (La pupila de entrada del ojo es la imagen de la pupila anatómica vista a través de la córnea ). Por tanto, la ubicación de la pupila de salida determina el relieve ocular de un ocular. Los buenos diseños de oculares producen una pupila de salida de un diámetro aproximado al diámetro aparente de la pupila del ojo y situada a unos 20 mm de distancia de la última superficie del ocular para comodidad del observador. Si el disco es más grande que la pupila del ojo, la luz se perderá en lugar de entrar al ojo. Si el disco está demasiado cerca de la última superficie del ocular, el ojo tendrá que estar incómodamente cerca para poder observar; si está demasiado lejos, el observador tendrá dificultades para mantener la alineación del ojo con el disco porque no existe ayuda instrumental para mantener físicamente la posición del ojo.
Dado que el diámetro de la pupila del ojo varía según las condiciones de visualización, el diámetro ideal de la pupila de salida depende de la aplicación. [1] Un telescopio astronómico requiere una pupila de salida grande porque está diseñado para usarse para observar objetos oscuros durante la noche, mientras que un microscopio requerirá una pupila de salida mucho más pequeña ya que el objeto que se observa estará intensamente iluminado. Un par de binoculares de 7×50 tiene una pupila de salida de poco más de 7,14 mm, lo que corresponde al tamaño promedio de pupila de un ojo humano joven adaptado a la oscuridad en circunstancias sin luz extraña. La luz que emerge en el ocular llena la pupila del ojo, lo que significa que no se pierde brillo durante la noche debido al uso de estos binoculares (suponiendo que la transmisión sea perfecta ). Durante el día, cuando la pupila del ojo tiene sólo 4 mm de diámetro, más de la mitad de la luz será bloqueada por el iris y no llegará a la retina . Sin embargo, la pérdida de luz durante el día generalmente no es una preocupación ya que, para empezar, hay mucha luz. Por el contrario, los prismáticos 8×30, que a menudo se venden destacando su tamaño compacto, tienen una pupila de salida de sólo 3,75 mm. Esto es suficiente para llenar una pupila típica durante el día, lo que hace que estos binoculares sean más adecuados para el uso diurno que nocturno. El tamaño máximo de la pupila de un ojo humano suele ser de 5 a 9 mm para personas menores de 25 años y disminuye lentamente con la edad, como se muestra como guía aproximada en la siguiente tabla. [2] [3] [4] [5]
La distancia óptima de alivio ocular también varía según la aplicación. Por ejemplo, la mira telescópica de un rifle necesita una distancia ocular muy larga para evitar que el retroceso golpee al observador. [1]
La pupila de salida se puede visualizar enfocando el instrumento en un campo brillante y anodino y sosteniendo una tarjeta blanca cerca del ocular. Esto proyecta un disco de luz sobre la tarjeta. Al acercar o alejar la tarjeta del ocular, el disco de luz se minimizará cuando la tarjeta esté en la pupila de salida, y el disco brillante mostrará el diámetro de la pupila. Se puede utilizar un vial transparente de líquido lechoso para dispersar los rayos de luz que salen del ocular, haciendo visibles sus trayectorias. Estos rayos aparecen como una forma de reloj de arena que converge y diverge a medida que salen del ocular, y la sección transversal más pequeña (la cintura de la forma de reloj de arena) representa la pupila de salida.
Para un telescopio, el diámetro de la pupila de salida se puede calcular dividiendo la distancia focal del ocular por la relación focal (número f) del telescopio. En todos los telescopios, excepto en los más baratos, los oculares son intercambiables y, por esta razón, el aumento no está escrito en el visor, ya que cambiará con diferentes oculares. En cambio, en el visor suele estar escrito el número f f = L / D del telescopio, así como el diámetro del objetivo D y la distancia focal L. Los oculares individuales también tienen escritas sus longitudes focales.
Sin embargo, en el caso de los binoculares, los dos oculares suelen estar fijados permanentemente y el aumento y el diámetro del objetivo (en mm) normalmente se escriben en los binoculares en la forma, por ejemplo, 7×50. En ese caso, la pupila de salida se puede calcular fácilmente como el diámetro de la lente del objetivo dividido por el aumento . Por supuesto, las dos fórmulas son equivalentes y es simplemente una cuestión de con qué información se comienza para determinar qué fórmula utilizar.
La distancia de la pupila de salida al plano del sensor determina el rango de ángulos de incidencia que formará la luz con el sensor. Los sensores de imagen digital suelen tener un rango limitado de ángulos sobre los cuales aceptan luz de manera eficiente, especialmente aquellos que usan microlentes para aumentar su sensibilidad. [6] Cuanto más cerca esté la pupila de salida del plano focal, mayores serán los ángulos de incidencia en los bordes extremos del campo. Esto puede provocar un viñeteado de píxeles . Por esta razón, muchas cámaras digitales pequeñas (como las que se encuentran en los teléfonos móviles) son telecéntricas en el espacio de imagen , de modo que los rayos principales inciden en el sensor de imagen con una incidencia normal. [ cita necesaria ]