Una lente telecéntrica es una lente óptica especial (a menudo una lente de objetivo o una lente de cámara ) que tiene su pupila de entrada o salida , o ambas, en el infinito. El tamaño de las imágenes producidas por una lente telecéntrica es insensible a la distancia entre un objeto que se está fotografiando y la lente, o la distancia entre el plano de la imagen y la lente, o ambas, y dicha propiedad óptica se llama telecentricidad . Las lentes telecéntricas se utilizan para mediciones bidimensionales ópticas de precisión , reproducción (por ejemplo, fotolitografía ) y otras aplicaciones que son sensibles a la ampliación de la imagen o al ángulo de incidencia de la luz.
La forma más sencilla de hacer que una lente sea telecéntrica es colocar el diafragma en uno de los puntos focales de la lente . Esto permite que solo los rayos, incluidos los rayos principales (rayos de luz que pasan por el centro del diafragma), que serán aproximadamente paralelos al eje óptico en el otro lado de la lente, pasen por el sistema óptico para cualquier punto del objeto en el campo de visión . Las lentes telecéntricas disponibles comercialmente son a menudo lentes compuestas que incluyen múltiples elementos de lente, para un mejor rendimiento óptico. La telecentricidad no es una propiedad de las lentes dentro de la lente compuesta, sino que se establece por la ubicación del diafragma en la lente. El diafragma selecciona los rayos que pasan a través de la lente y esta selección específica es lo que hace que una lente sea telecéntrica.
Si una lente no es telecéntrica, es entocéntrica o hipercéntrica . Las lentes comunes suelen ser entocéntricas. En particular, una lente única sin un diafragma separado es entocéntrica. Para una lente de este tipo, el rayo principal que se origina en cualquier punto fuera del eje óptico nunca es paralelo al eje óptico, ni delante ni detrás de la lente. Una lente no telecéntrica exhibe un aumento variable para objetos a diferentes distancias de la lente. Una lente entocéntrica tiene un aumento menor para objetos más lejanos; los objetos del mismo tamaño parecen más pequeños cuanto más lejos están. Una lente hipercéntrica produce imágenes más grandes cuanto más lejos está el objeto.
Una lente telecéntrica puede ser telecéntrica en el espacio de objetos , telecéntrica en el espacio de imágenes o bi-telecéntrica (también doblemente telecéntrica ). En una lente telecéntrica en el espacio de objetos, el tamaño de la imagen no cambia con la distancia al objeto, y en una lente telecéntrica en el espacio de imágenes, el tamaño de la imagen no cambia con la distancia del lado de la imagen desde la lente.
Una lente telecéntrica del espacio de objetos tiene la pupila de entrada (la imagen del diafragma de la lente, formada por la óptica antes de ella) en el infinito y proporciona una proyección ortográfica en lugar de la proyección en perspectiva de una lente entocéntrica. Las lentes telecéntricas del espacio de objetos tienen una distancia de trabajo . Los objetos a esta distancia están enfocados y se representan nítidamente en el sensor de imagen a la distancia focal de brida en la cámara. Un objeto que está más cerca o más lejos está fuera de foco y puede verse borroso, pero tendrá el mismo tamaño independientemente de la distancia.
Las lentes telecéntricas tienden a ser más grandes, más pesadas y más caras que las lentes normales de longitud focal y número f similares . Esto se debe en parte a los componentes adicionales necesarios para lograr la telecentricidad, y en parte a que el primer elemento en una lente telecéntrica del espacio de objetos debe ser al menos tan grande como el objeto más grande que se va a fotografiar. El elemento frontal en una lente telecéntrica del espacio de objetos suele ser mucho más grande que la montura de la cámara. A diferencia de las lentes entocéntricas, en las que las lentes se hacen más grandes para aumentar la apertura para una mayor recolección de luz o una profundidad de campo menor , una lente telecéntrica del espacio de objetos de mayor diámetro (pero similar en todo lo demás) no es más rápida que una lente más pequeña. Debido a sus aplicaciones previstas, las lentes telecéntricas suelen tener una resolución más alta y transmiten más luz que las lentes fotográficas normales.
Las lentes telecéntricas comerciales para el espacio de objetos se caracterizan a menudo por su aumento, distancia de trabajo y tamaño máximo del círculo de imagen o del sensor de imagen. Una lente verdaderamente telecéntrica no tiene anillo de enfoque para ajustar la posición del plano focal. Sin embargo, algunas lentes telecéntricas comerciales sí cuentan con un anillo de enfoque. Este se puede utilizar para ajustar ligeramente la distancia de trabajo y el aumento, perdiendo un poco de telecentricidad. A veces, los fabricantes especifican una resolución de sensor o un tamaño de píxel para describir la calidad óptica de la lente y la resolución óptica máxima que puede alcanzar debido a las aberraciones de la lente .
Debido a que sus imágenes tienen un aumento constante y un ángulo de visión constante en todo el campo de visión, las lentes telecéntricas de espacio de objetos se utilizan para aplicaciones de metrología , donde un sistema de visión artificial debe determinar el tamaño y la forma precisos de los objetos independientemente de su distancia y posición exactas dentro del campo de visión.
Para optimizar el efecto telecéntrico cuando los objetos se iluminan desde atrás , se puede utilizar una lente telecéntrica de espacio de imagen adicional como iluminador telecéntrico (o colimado) , que produce un flujo de luz paralelo, a menudo procedente de fuentes LED .
Una lente telecéntrica del espacio de la imagen tiene la pupila de salida (la imagen del diafragma formada por la óptica después de ella) en el infinito y produce imágenes del mismo tamaño independientemente de la distancia entre la lente y la película o el sensor de imagen . Esto permite que la lente enfoque la luz de un objeto o muestra a diferentes distancias sin cambiar el tamaño de la imagen. Una lente telecéntrica del espacio de la imagen es una lente telecéntrica del espacio del objeto invertida, y viceversa.
Dado que los rayos principales (rayos de luz que pasan a través del centro del diafragma de apertura) después de una lente telecéntrica del espacio de la imagen son siempre paralelos al eje óptico, estas lentes se utilizan a menudo en aplicaciones que son sensibles al ángulo de incidencia de la luz. Los divisores de haz o filtros selectivos de color basados en interferencias , pero también los interferómetros Fabry-Pérot son dos ejemplos en los que se utiliza la telecentricidad del espacio de la imagen. Otro ejemplo es la minimización de la diafonía entre píxeles en los sensores de imagen y la maximización de la eficiencia cuántica de un sensor. El sistema Cuatro Tercios inicialmente requería lentes telecéntricas del espacio de la imagen, pero con la mejora de los sensores, el requisito del ángulo de incidencia se ha relajado. [1] Dado que cada píxel está iluminado en el mismo ángulo por una lente telecéntrica del espacio de la imagen, también se utilizan para aplicaciones de medición radiométrica y del color , donde se necesitaría que la irradiancia fuera la misma independientemente de la posición del campo.
En una lente bitelcéntrica (o doblemente telecéntrica), tanto la pupila de entrada como la de salida están en el infinito. El aumento es constante a pesar de las variaciones tanto de la distancia del objeto observado como del sensor de imagen desde la lente, lo que permite mediciones más precisas del tamaño del objeto que con una lente monotelecéntrica (es decir, las mediciones son insensibles a los errores de colocación del objeto y del sensor de imagen). Una lente bitelcéntrica es afocal (un sistema sin foco) ya que la imagen de un objeto en el infinito formada por la primera parte de la lente está colimada por la segunda parte.
Las lentes bitelcéntricas comerciales suelen estar optimizadas para lograr una distorsión de imagen y una curvatura de campo muy bajas , lo que permite realizar mediciones precisas en todo el campo de visión con una gran resolución . Estas lentes suelen estar compuestas por más de 10 elementos.
Las lentes bitelcéntricas grandes y pesadas con muchos elementos ópticos se utilizan comúnmente en la litografía óptica (que copia una plantilla de un circuito eléctrico para imprimir o fabricar en obleas semiconductoras para la producción masiva de dispositivos semiconductores) porque la pequeña distorsión de la imagen y los errores de colocación pueden ser críticos para la funcionalidad del dispositivo fabricado. [2]