Diafragmas y pupilas

El diafragma de apertura de un sistema óptico determina la cantidad de luz que puede cruzarlo. En la figura inferior se muestra un ejemplo sencillo. Salvo el diámetro de la primera lente que se ha reducido en el segundo caso, los dos sistemas estan formados por lentes iguales.

En el sistema de la Fig. 1a, la lente L2 limita la entrada de la luz ya que los dos rayos superiores y los dos rayos inferiores que cruzan L1 alcanzan la posición de L2 fuera de su diámetro (estos rayos sólo se dibujan hasta la segunda cara de L1). La montura de L2 es el diafragma de apertura; su imagen por la lente izquierda es la pupila de entrada y, como no hay lentes a la derecha de L2, su misma montura es la pupila de salida.

En el sistema de la Fig. 1b, el diámetro de L1 se ha reducido en más de una cuarta parte; como resultado, todos los rayos que cruzan esta lente también atraviesan L2. La montura de L1 es ahora el diafragma de apertura y actua como pupila de entrada; la pupila de salida es la imagen de esta montura por L2.

En principio, una de las dos lentes se podría hacer algo más pequeña en cada caso; sin embargo, hay que tener en cuenta la iluminación de la imagen del campo de visión. En la Fig. 2 se muestra un esquema simple de un telescopio astronómico formado por dos lentes convergentes. Lo podeis simular con el programa SOC con las dos instrucciones:
<lenteC(50,15)
X=70 <lenteC(20,12)

Como ilustra el caso 2a, la montura de la lente objetivo es la que limita la entrada de luz y es por tanto el diafragma de apertura. En el caso 2b, los rayos llegan formando un ángulo de cuatro grados con el eje óptico y los inferiores no cruzan el sistema porque llegarían a la posición del ocular por encima de su montura. Esto significa que la intensidad de la imagen de un punto cuatro grados fuera del eje en el infinito es menor que la de un punto en el eje óptico. Si en el programa SOC tomais alfa igual a 1y 2 grados, vereis que todos los rayos cruzan el ocular, de manera que todos los puntos que envían rayos con estos ángulos tendrán una intensidad prácticamente igual a la del punto en el eje óptico; sin embargo, al tomar alfa igual a 2.2, 2.3, 2.8, 3.4,... cada vez hay menos rayos que crucen el sistema; en consecuencia, las imágenes de los puntos a esas distancias angulares del eje óptico van perdiendo intensidad, siendo el resultado final que la imagen es más oscura hacia los bordes.

Para no ver esta degradación de la imagen, se suele colocar un diafragma en el sistema, llamado diafragma de campo, que impide el paso de los rayos cuando la intensidad se ha reducido a la mitad de la máxima. El diafragma corta la imagen para que la pérdida de intensidad no se note en la imagen.