En óptica , la pupila de salida es una abertura virtual en un sistema óptico. Solo los rayos que pasan a través de esta abertura virtual pueden salir del sistema. La pupila de salida es la imagen del diafragma en la óptica que lo sigue. En un telescopio o microscopio compuesto , esta imagen es la imagen del elemento o elementos objetivos tal como los produce 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 solo si pasa a través de la abertura. El término pupila de salida también se usa a veces para referirse al diámetro de la abertura virtual. La literatura más antigua sobre óptica a veces se refiere a la pupila de salida como el disco de Ramsden , llamado así por el fabricante de instrumentos inglés Jesse Ramsden .
Para utilizar un instrumento óptico, la pupila de entrada del ojo del observador (la imagen de la pupila anatómica vista a través de la córnea ) debe estar alineada con la pupila de salida del instrumento y ser de un tamaño similar a la misma. Esta configuración acopla correctamente el sistema óptico al ojo y evita el viñeteado porque el ojo captura todos los rayos que salen del instrumento. La ubicación de la pupila de salida determina así el relieve ocular de un ocular. Los buenos diseños de oculares producen una pupila de salida de un diámetro que se aproxima al diámetro aparente de la pupila del ojo y se ubica a unos 20 mm de la última superficie del ocular para la comodidad del observador. Si el disco es más grande que la pupila del ojo, entonces la luz se perderá en lugar de entrar en el ojo. Si el disco está demasiado cerca de la última superficie del ocular, entonces el ojo tendrá que estar incómodamente cerca para poder ver; si está demasiado lejos, entonces el observador tendrá dificultades para mantener la alineación del ojo con el disco porque no hay ayuda instrumental para mantener físicamente la posición del ojo.
Dado que la pupila del ojo varía en diámetro con las condiciones de observación, 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 ser utilizado para observar objetos tenues por la noche, mientras que un microscopio requerirá una pupila de salida mucho más pequeña, ya que un objeto que se observa estará muy iluminado. Un par de binoculares 7x50 tiene una pupila de salida de poco más de 7,14 mm, que corresponde al tamaño promedio de la pupila de un ojo humano joven adaptado a la oscuridad en circunstancias sin luz externa. La luz emergente en el ocular llena entonces la pupila del ojo, lo que significa que no hay pérdida de brillo por la noche debido al uso de dichos binoculares (suponiendo una transmisión perfecta ). A la luz del día, cuando la pupila del ojo tiene solo 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 hay mucha luz para empezar. En cambio, los binoculares 8x30, que suelen venderse haciendo hincapié en su compacidad, tienen una pupila de salida de solo 3,75 mm. Esto es suficiente para llenar la pupila de un ojo típico durante el día, lo que hace que estos binoculares sean más adecuados para el uso diurno que para el nocturno. El tamaño máximo de la pupila de un ojo humano es normalmente 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 tabla que se incluye aquí. [2] [3] [4] [5]
La distancia óptima de alivio ocular también varía según la aplicación. Por ejemplo, una mira telescópica necesita un alivio ocular muy grande para evitar que el retroceso provoque que 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 frente al ocular. Esto proyecta un disco de luz sobre la tarjeta. Al mover la tarjeta más cerca o más lejos del ocular, el disco de luz se minimizará cuando la tarjeta esté en la pupila de salida y el disco brillante mostrará entonces el diámetro de la pupila. Se puede utilizar un frasco transparente con 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.
En el caso de 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, salvo en los más económicos, los oculares son intercambiables y, por este motivo, el aumento no está escrito en el telescopio, ya que cambiará con diferentes oculares. En su lugar, normalmente se escribe en el telescopio 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 distancias focales.
En el caso de los binoculares, sin embargo, los dos oculares suelen estar fijados de forma permanente y el aumento y el diámetro del objetivo (en mm) suelen estar escritos en los binoculares en la forma, por ejemplo, 7x50. En ese caso, la pupila de salida se puede calcular fácilmente como el diámetro del objetivo dividido por el aumento . Las dos fórmulas son, por supuesto, equivalentes y es simplemente una cuestión de qué información se tiene al principio para decidir qué fórmula utilizar.
La distancia de la pupila de salida al plano del sensor determina el rango de ángulos de incidencia que la luz formará con el sensor. Los sensores de imagen digital a menudo tienen un rango limitado de ángulos en los que aceptarán 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 viñeteado de píxeles . Por esta razón, muchas cámaras digitales pequeñas (como las que se encuentran en los teléfonos celulares) son telecéntricas en el espacio de la imagen , de modo que los rayos principales inciden en el sensor de imagen con una incidencia normal. [ cita requerida ]