Fuoco (ottica)

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Il fuoco in ottica è il punto in cui viene concentrata la luce incidente, con direzione parallela all'asse ottico, su una lente od uno specchio. Con la parola focalizzare si intende concentrare la luce (e quindi ogni singola frequenza, in questo caso colore) nello stesso punto.

Indice 1 Il fuoco di una lente sottile 2 La messa a fuoco di un'immagine 2.1 Nell'occhio 2.2 Nella fotografia 2.3 Nei telescopi

[modifica] Il fuoco di una lente sottile

Partendo dalla legge di Snell, si può ricavare il valore della distanza focale valido per fasci di raggi luminosi parassiali e lenti sferiche sottili:

dove:

• n è l'indice di rifrazione del materiale con cui è costituita la lente,
• n' è l'indice di rifrazione dell'ambiente in cui la lente è immersa,
• R₁ e R₂ sono i raggi della lente definiti positivi per lenti convesse.

Questa legge vale nell'approssimazione di lente sottile, cioè quando lo spessore della lente è trascurabile rispetto al suo diametro (o, equivalentemente, quando il raggio di curvatura della lente è molto grande) e nella condizione di considerare raggi parassiali. In caso contrario la luce non si concentra esattamente tutta in un solo punto, ma mostra una certa dispersione chiamata ripettivamente aberrazione cromatica e aberrazione sferica.

[modifica] La messa a fuoco di un'immagine

L'occhio e diversi strumenti (macchine fotografiche, cannocchiali, binocoli, telescopi) utilizzano una o più lenti o specchi per concentrare la luce, in modo da ottenere un'immagine più chiara. Perché l'immagine sia nitida, però, occorre che l'occhio o la lastra fotografica si trovino nel punto esatto in cui i raggi luminosi concentrati dalla lente convergono. Si dice in tal caso che l'immagine è a fuoco; in caso contrario si dice fuori fuoco o sfuocata.

[modifica] Nell'occhio

In base alla legge fisica esposta sopra, il punto esatto in cui i raggi luminosi convergono dipende dalla distanza della sorgente. L'occhio è in grado di mettere a fuoco sulla retina un'immagine proveniente da qualunque distanza (fatta eccezione per le distanze inferiori a circa 10 cm) modificando lo spessore e la curvatura del cristallino.

[modifica] Nella fotografia

Nelle macchine fotografiche, la messa a fuoco viene operata allontanando o avvicinando opportunamente l'obiettivo alla pellicola. La regolazione può essere manuale o automatica, nel secondo caso viene messo a fuoco l'oggetto al centro dell'immagine.

[modifica] Nei telescopi

Per i telescopi non esiste il problema di mettere a fuoco oggetti posti a diversa distanza, dato che la distanza degli oggetti stellari è sempre tanto grande da poter essere di fatto considerata infinita.

La messa a fuoco costituisce però ugualmente un problema a causa dell'elevatissimo ingrandimento, che richiede un'altissima precisione: anche una lievissima irregolarità nella curvatura della lente o dello specchio basta a provocare un'imperfetta messa a fuoco. Non è solo un problema di fabbricazione ma anche di condizioni operative: ad esempio le variazioni di temperatura possono causare la dilatazione termica dello specchio e quindi alterarne la curvatura.

Nei telescopi rifrattori si aggiunge il problema del diverso indice di rifrazione per i vari colori, per il quale ogni colore ha un diverso fuoco. Solo sfruttando come espediente varie lenti convesse è possibile focalizzare colore per colore (lunghezza d'onda per lunghezza d'onda) nel punto desiderato, che si trova per comodità lungo l'asse ottico del tubo.

Per questa ragione, con le attuali tecnologie, è praticamente impossibile costruire telescopi rifrattori con lenti dal diametro maggiore di 1 metro circa. Si riesce invece a costruire telescopi riflettori con specchi fino a 5-6 metri. Anche in questi tuttavia far convergere la luce verso lo specchietto secondario che a sua volta la rifletterà verso l'oculare puo' essere problematico.

Dimensioni ancora maggiori, fino a circa 10 metri, si sono ottenute utilizzando specchi composti da più elementi, che vengono mantenuti nella corretta posizione da un sistema di controllo computerizzato.