afocal

Un sistema óptico afocal es aquel en el que los rayos de luz paralelos que entran en el sistema emergen como rayos paralelos, con el punto focal efectivo desplazado al infinito. Esto ocurre cuando la potencia óptica del sistema (el recíproco de la distancia focal) es igual a cero. A diferencia de una lente o un espejo convencionales, un sistema afocal no converge ni diverge la luz; en su lugar, la redirige mientras conserva la estructura del haz colimado. El ejemplo práctico más común es un telescopio en ajuste normal, donde una lente objetivo de gran distancia focal y un ocular de corta distancia focal están espaciados de tal manera que sus puntos focales coinciden.

Los sistemas afocales se construyen a partir de combinaciones de lentes o espejos cuyas potencias individuales se anulan. Un simple magnificador afocal consiste en dos lentes positivas separadas por la suma de sus distancias focales. Cuando se espacian de esta manera, un haz paralelo de entrada produce un haz paralelo de salida, pero el diámetro del haz de salida difiere del de entrada, creando una magnificación angular sin acción de enfoque. Los binoculares y las miras telescópicas utilizan diseños afocales por esta razón: magnifican el tamaño angular de objetos distantes mientras mantienen la pupila de salida a una distancia fija del ojo.

La ventaja clave de un sistema afocal es que puede magnificar o redirigir la luz sin formar una imagen intermedia. Esto es importante cuando se necesita transmitir un haz colimado a través de una distancia, o cuando se desea magnificación sin la demanda de acomodación ocular que impondría un punto focal real. En sistemas láser y proyección de haces, los telescopios afocales se utilizan para expandir o contraer el diámetro del haz mientras se mantiene el haz paralelo, lo cual es esencial para controlar la divergencia y el tamaño del punto a distancia.

La restricción de diseño es estricta: la distancia de separación entre los elementos ópticos debe ser exacta. Un pequeño error en el espaciado o la alineación romperá la condición afocal e introducirá un enfoque o una aberración no deseados. La temperatura y la vibración mecánica pueden desplazar el espaciado lo suficiente como para degradar el rendimiento. Los instrumentos afocales de calidad utilizan tubos mecánicos de precisión y, a veces, mecanismos de ajuste activo para mantener la condición en uso en el campo.

El término proviene del prefijo griego a- (sin) y del latín focalis (relativo a un hogar o punto central). Se contrasta con los sistemas focales, que forman imágenes reales a distancias finitas. En los documentos de diseño óptico y el software de trazado de rayos, los sistemas afocales se identifican por tener una distancia focal efectiva y una distancia focal posterior cero o casi cero que se extienden hasta el infinito.