Simulador del stack óptico del sensor: manual de uso

The sensor stack simulator: user manual

El simulador es la pestaña Stack del sensor y ángulo de incidencia de filtro-sensor.html; el antiguo stack-sensor.html solo redirige allí. Un único archivo HTML sin dependencias que se abre en cualquier navegador moderno. Este manual explica qué calcula, cómo se maneja y cómo interpretar cada panel.

The simulator is the Sensor stack and angle of incidence tab of filtro-sensor.html; the old stack-sensor.html merely redirects there. A single HTML file, free of dependencies, that opens in any modern browser. This manual explains what it computes, how it is driven and how to read each panel.

1. Qué problema modela 1. The problem it models 2. Vista general de la interfaz 2. Overview of the interface 3. Panel de controles 3. The control panel 4. Mancha RMS y veredictos 4. RMS spot and verdicts 5. Este objetivo, diafragma a diafragma 5. This lens, stop by stop 6. Gráfica de MTF y microlentes 6. The MTF and microlens chart 7. Simulación de la esquina 7. The corner simulation 8. Trazado en el plano tangencial 8. Ray trace in the tangential plane 9. Tabla de valores 9. Table of values 10. Mapa de objetivo y residual 10. Map of lens versus residual 11. Recetas de uso 11. Practical recipes 12. Física y algoritmos 12. Physics and algorithms 13. Límites del modelo 13. Limits of the model 14. Exportar y compartir 14. Exporting and sharing

1. Qué problema modela1. The problem it models

Delante de todo sensor digital hay un paquete de láminas de vidrio (cubierta protectora, filtro de infrarrojo y ultravioleta, y en muchos cuerpos un filtro antialiasing de cuarzo). Ese paquete se conoce como stack óptico y su grosor total va desde unos 0.8 mm en las Leica M hasta unos 4 mm en Micro 4/3. Ópticamente es una placa plano‑paralela dentro de un haz convergente, y una placa así no es inocua: desplaza el foco, introduce aberración esférica con incidencia normal, y con incidencia oblicua añade astigmatismo, coma, curvatura de campo y aberración cromática lateral, todo ello proporcional al grosor y creciente con el ángulo del rayo principal.

In front of every digital sensor sits a package of glass plates: a protective cover glass, an infrared and ultraviolet filter and, in many bodies, a quartz anti-aliasing filter. That package is known as the sensor stack, and its total thickness ranges from some 0.8 mm in the Leica M bodies to some 4 mm in Micro 4/3. Optically it is a plane-parallel plate inside a converging beam, and such a plate is not innocuous: it shifts focus, introduces spherical aberration at normal incidence and, at oblique incidence, adds astigmatism, coma, field curvature and lateral chromatic aberration, all of it proportional to the thickness and growing with the angle of the chief ray.

El ángulo con que la luz llega al stack no depende de que el objetivo sea rectilíneo o no (eso describe la distorsión), sino de dónde está su pupila de salida. Si la pupila está a una distancia L del sensor, el rayo principal que forma un punto a altura h llega con θ = atan(h / L). Un gran angular telemétrico simétrico tiene L de 25 a 40 mm y en la esquina de 24×36 llega a 30 o 40 grados; un retrofocus réflex o un diseño para mirrorless con grupo trasero grande tiene L de 90 a 150 mm y llega a menos de 15 grados. Un objetivo calculado para su propio cuerpo ya lleva el stack dentro de la receta y lo compensa. Lo que este simulador cuantifica es el residual que aparece al montar un objetivo en un cuerpo con un stack distinto del previsto, comparando dos sensores, A y B, con el mismo objetivo. Ese residual es hoy un control explícito: se declara para qué grosor se calculó el objetivo y el trazado usa siempre la diferencia, |grosor del stack − grosor de diseño|, no el stack entero.

The angle at which light reaches the stack does not depend on whether the lens is rectilinear or not (that describes distortion) but on where its exit pupil lies. If the pupil sits at a distance L from the sensor, the chief ray forming a point at image height h arrives at θ = atan(h / L). A symmetrical rangefinder wide angle has an L of 25 to 40 mm and reaches 30 or 40 degrees in the corner of 24×36; a reflex retrofocus, or a mirrorless design with a large rear group, has an L of 90 to 150 mm and stays below 15 degrees. A lens computed for its own body already carries the stack within its prescription and compensates for it. What this simulator quantifies is the residual that appears when a lens is mounted on a body whose stack differs from the one it was designed around, comparing two sensors, A and B, under the same lens. That residual is now an explicit control: you declare the thickness the lens was computed for, and the trace always uses the difference, |stack thickness − design thickness|, never the whole stack.

2. Vista general de la interfaz2. Overview of the interface

Vista general de la página
Página completa. A la izquierda el panel de controles; a la derecha, de arriba abajo, gráfica de mancha con los dos bloques de veredicto, tabla de diafragmas, gráfica de MTF y microlentes, simulación de esquina, trazado de rayos, tabla de valores y mapa de objetivo contra grosor residual. Todo se recalcula al instante al mover cualquier control (la simulación de esquina y el mapa se actualizan con un pequeño retardo para no frenar los deslizadores).The complete page. On the left the control panel; on the right, from top to bottom, the spot chart with its two verdict blocks, the stop-by-stop table, the MTF and microlens chart, the corner simulation, the ray trace, the table of values and the map of lens against residual thickness. Everything is recomputed at once as any control is moved (the corner simulation and the map update after a short delay so as not to slow the sliders down).

La convención gráfica es constante en toda la página: el sensor A se dibuja con trazo continuo y el B con trazo discontinuo. Los colores identifican magnitudes: naranja para lo tangencial y para la mancha, azul para lo sagital, violeta para la cromática lateral, ocre para la eficiencia de microlentes y gris para referencias (disco de Airy, píxel, límite de difracción, foco sin placa). Las dos tablas de color añaden una escala verde‑amarillo‑rojo con el mismo significado que el veredicto: verde irrelevante, amarillo visible, rojo clara.

The graphical convention holds throughout the page: sensor A is drawn with a solid line and sensor B with a dashed one. Colours identify quantities: orange for the tangential direction and for the spot, blue for the sagittal, violet for lateral chromatic aberration, ochre for microlens efficiency and grey for references (Airy disc, pixel, diffraction limit, focus without a plate). The two colour tables add a green-yellow-red scale meaning what the verdict means: green negligible, yellow visible, red marked.

Las capturas de este manual se tomaron con una disposición anterior de la página: no aparecen en ellas el control de grosor de diseño, la tabla de diafragmas, el mapa ni el segundo bloque de veredicto, y la simulación de esquina sale en gris. Las cifras siguen siendo válidas porque el grosor de diseño por defecto es 0 mm, con lo que el residual es el stack completo, que es lo que se trazaba antes.

The screenshots in this manual were taken with an earlier layout of the page: they show neither the design-thickness control, nor the stop-by-stop table, nor the map, nor the second verdict block, and the corner simulation appears in grey. The figures still hold, because the default design thickness is 0 mm, so the residual is the whole stack, which is what used to be traced.

3. Panel de controles3. The control panel

Panel de controles
Panel de controles con formato, objetivo, los dos sensores y las opciones.The control panel, with format, lens, the two sensors and the options.

Formato y objetivo

Format and lens

Formato fija la altura de imagen máxima (semidiagonal del sensor) y un paso de píxel típico; ambos se pueden retocar después a mano. Objetivo es una lista de presets con la distancia L de la pupila de salida al sensor, en valores aproximados; el deslizador L permite cualquier valor de 15 a 500 mm y al tocarlo el preset pasa a “Personalizado”. Número f define el cono de luz que llega a cada punto (semiángulo u con tan u = 1/(2N)). Altura máx. h es el punto más alejado del campo que se calcula. Píxel se usa como referencia en las gráficas y como paso de muestreo en la simulación. λ diseño entra en el disco de Airy y en la MTF de difracción; el trazado en sí siempre usa tres longitudes de onda fijas (F, d, C). MTF a es la frecuencia espacial, en pares de líneas por milímetro, para la que se calcula la MTF. Foco elige entre “mejor local”, que optimiza el enfoque en cada punto del campo y por tanto muestra solo astigmatismo, coma y cromática, y “en el centro”, que fija el foco en el eje y suma la curvatura de campo que introduce la placa. λ diseño y MTF a están dentro del desplegable Modelo: capas, vidrios y microlentes, al final del panel; el resto de controles de este párrafo están a la vista.

Format fixes the maximum image height (the semi-diagonal of the sensor) and a typical pixel pitch; both can be adjusted by hand afterwards. Lens is a list of presets giving the distance L from the exit pupil to the sensor, in approximate values; the L slider allows any value from 15 to 500 mm, and touching it turns the preset into “Custom”. f-number defines the cone of light reaching each point (half-angle u with tan u = 1/(2N)). Max. height h is the furthest point of the field that is computed. Pixel serves as a reference in the charts and as the sampling step in the simulation. Design λ enters the Airy disc and the diffraction MTF; the ray tracing itself always uses three fixed wavelengths (F, d, C). MTF at is the spatial frequency, in line pairs per millimetre, at which the MTF is evaluated. Focus selects between “best local”, which optimises focus at every point of the field and therefore shows astigmatism, coma and chromatic aberration alone, and “at the centre”, which fixes focus on axis and adds the field curvature introduced by the plate.

Sensor A y sensor B

Sensor A and sensor B

Cada sensor tiene un preset de stack que rellena hasta tres capas con grosor, índice nd y número de Abbe V. Los grosores totales de los presets son los publicados por talleres de conversión (Kolari Vision y similares) y son aproximados; el reparto en capas y los vidrios (cubierta D263, filtro IR de vidrio absorbente, cuarzo para el filtro AA) son plausibles, no datos de fábrica. Editar cualquier celda cambia el preset a “Personalizado”. Una capa con grosor 0 se ignora, así que un stack de una sola lámina se modela dejando las otras dos a cero.

Each sensor has a stack preset that fills up to three layers with a thickness, a refractive index nd and an Abbe number V. The total thicknesses of the presets are those published by conversion workshops (Kolari Vision and the like) and are approximate; the split into layers and the glasses themselves (a D263 cover glass, an absorbing-glass IR filter, quartz for the anti-aliasing filter) are plausible rather than factory data. Editing any cell turns the preset into “Custom”. A layer of zero thickness is ignored, so a single-plate stack is modelled by leaving the other two at zero.

Tabla de capas del sensor B
Tabla de capas del sensor B con el preset Micro 4/3: cubierta, filtro IR y cuarzo del filtro antialiasing.Layer table for sensor B with the Micro 4/3 preset: cover glass, IR filter and the quartz of the anti-aliasing filter.

Los dos campos de microlentes alimentan un modelo heurístico: cada píxel tiene una microlente orientada para un ángulo de rayo principal de diseño θd = atan(h / Ldiseño), y la eficiencia relativa cae de forma gaussiana con la diferencia entre el ángulo real y el de diseño, con anchura σ. Leica desplaza las microlentes hacia el centro para aceptar los ángulos de sus objetivos telemétricos, lo que se representa con una L de diseño corta (40 mm por defecto); los sensores genéricos se modelan con 80 a 100 mm. Estos números sirven para comparar tendencias, no para predecir un porcentaje de viñeteo real.

The two microlens fields feed a heuristic model: every pixel carries a microlens oriented for a design chief-ray angle θd = atan(h / Ldesign), and the relative efficiency falls off as a Gaussian in the difference between the actual angle and the design angle, of width σ. Leica shifts the microlenses towards the centre in order to accept the angles of its rangefinder lenses, which is represented here by a short design L (40 mm by default); generic sensors are modelled with 80 to 100 mm. These figures serve to compare tendencies, not to predict an actual percentage of vignetting.

Opciones

Options

La casilla superponer f/2, f/4, f/8 añade en la gráfica de mancha curvas finas de la mancha RMS a esas tres aperturas, para ver dónde el diafragma deja de compensar. Los botones Exportar CSV y Copiar enlace se explican en la sección 12.

The overlay f/2, f/4, f/8 checkbox adds thin curves of the RMS spot at those three apertures to the spot chart, so as to see where stopping down ceases to compensate. The Export CSV and Copy link buttons are explained in section 12.

4. Gráfica de mancha RMS4. The RMS spot chart

Gráfica de mancha RMS
Mancha RMS policromática (naranja) y cromática lateral F–C (violeta) frente a la altura de imagen, para Leica M (A, continuo) y un stack de 2 mm (B, discontinuo) con un gran angular telemétrico de L = 28 mm a f/5.6. Líneas punteadas grises: disco de Airy y paso de píxel. Escala superior: ángulo del rayo principal.Polychromatic RMS spot (orange) and F–C lateral chromatic aberration (violet) against image height, for a Leica M (A, solid) and a 2 mm stack (B, dashed) with a rangefinder wide angle of L = 28 mm at f/5.6. Grey dotted lines: Airy disc and pixel pitch. Upper scale: chief-ray angle.

El eje horizontal es la altura de imagen h en milímetros, desde el centro hasta el valor máximo; la escala superior traduce cada altura al ángulo θ del rayo principal para el objetivo elegido. El eje vertical está en micras. La mancha RMS se da como diámetro 2·rRMS, calculado sobre las posiciones de impacto de todos los rayos trazados (tres longitudes de onda) en el plano de foco elegido; para una distribución gaussiana ese diámetro contiene alrededor del 63 % de la energía. La cromática lateral es la separación entre los rayos principales azul (486 nm) y rojo (656 nm), es decir, el desplazamiento entre canales de color en ese punto del campo.

The horizontal axis is the image height h in millimetres, from the centre to the maximum value; the upper scale converts each height into the chief-ray angle θ for the chosen lens. The vertical axis is in micrometres. The RMS spot is given as a diameter 2·rRMS, computed from the impact positions of every ray traced (three wavelengths) at the chosen focal plane; for a Gaussian distribution that diameter contains about 63% of the energy. Lateral chromatic aberration is the separation between the blue (486 nm) and red (656 nm) chief rays, that is, the displacement between colour channels at that point of the field.

Las dos referencias grises son las que dan sentido a los números: si la mancha añadida por la placa queda por debajo de la mitad del disco de Airy y del píxel, el grosor es irrelevante para ese objetivo y esa apertura; si es comparable, la pérdida se notará en las esquinas a plena abertura; si la supera con claridad, las esquinas serán blandas con nitidez distinta en dirección radial y tangencial y aparecerán franjas de color. El veredicto bajo la gráfica aplica exactamente ese criterio a los dos sensores y da el cociente entre ambos.

The two grey references are what give the numbers meaning: if the spot added by the plate stays below half the Airy disc and half the pixel, the thickness is irrelevant for that lens at that aperture; if it is comparable, the loss will be noticed in the corners at full aperture; if it clearly exceeds them, the corners will be soft, with different sharpness in the radial and the tangential direction, and colour fringes will appear. The verdict below the chart applies exactly that criterion to the two sensors and gives the ratio between them.

Veredicto automático
Veredicto automático para la configuración de la figura anterior.Automatic verdict for the configuration of the previous figure.
Curvas de mancha a f/2, f/4 y f/8
Con la casilla de aperturas activada aparecen las curvas de mancha a f/2, f/4 y f/8 para ambos sensores. La mancha geométrica es inversamente proporcional al número f, pero el disco de Airy es proporcional a él, así que cerrar diafragma acerca ambas curvas sin llegar a anular una diferencia de grosor de 2.5×.With the aperture checkbox ticked, the spot curves at f/2, f/4 and f/8 appear for both sensors. The geometric spot is inversely proportional to the f-number, whereas the Airy disc is proportional to it, so stopping down brings the two curves together without ever cancelling a thickness ratio of 2.5×.
Mancha con un retrofocus de L = 95 mm
El mismo par de sensores con un retrofocus de L = 95 mm: el ángulo del rayo principal en la esquina baja a 13 grados y la mancha añadida por 2 mm de vidrio queda por debajo del píxel. Esta es la razón de que el grosor del stack no importe con la mayoría de objetivos réflex y sí importe con los telemétricos.The same pair of sensors with a retrofocus of L = 95 mm: the chief-ray angle in the corner drops to 13 degrees and the spot added by 2 mm of glass falls below the pixel. This is why stack thickness does not matter with most reflex lenses and does matter with rangefinder ones.

5. Gráfica de MTF y microlentes5. The MTF and microlens chart

Gráfica de MTF y microlentes
MTF a 30 pl/mm en dirección sagital (azul) y tangencial (naranja) frente a la altura de imagen, junto con la eficiencia relativa de microlentes (ocre). La línea gris punteada es la MTF de difracción a esa apertura, que sería la curva completa si no hubiera placa.MTF at 30 lp/mm in the sagittal (blue) and tangential (orange) directions against image height, together with the relative microlens efficiency (ochre). The grey dotted line is the diffraction MTF at that aperture, which would be the whole curve were there no plate.

La MTF se calcula como el producto de la MTF geométrica (módulo de la transformada de Fourier de la distribución de impactos, evaluado a la frecuencia elegida en dirección radial y en dirección tangencial) y la MTF de difracción de una pupila circular. Es la aproximación habitual en diseño óptico cuando la mancha geométrica es mayor que el disco de Airy; cuando ambas son comparables tiende a sobreestimar algo la pérdida. Sagital y tangencial se separan en el campo por el astigmatismo de la placa: en la esquina las líneas radiales y las concéntricas no pueden estar enfocadas a la vez.

The MTF is computed as the product of the geometric MTF (the modulus of the Fourier transform of the distribution of impacts, evaluated at the chosen frequency in the radial and in the tangential direction) and the diffraction MTF of a circular pupil. This is the usual approximation in optical design when the geometric spot is larger than the Airy disc; when the two are comparable it tends somewhat to overestimate the loss. Sagittal and tangential separate across the field on account of the astigmatism of the plate: in the corner the radial lines and the concentric ones cannot be in focus at the same time.

La curva ocre no es óptica de la placa sino el modelo heurístico de microlentes. Se dibuja aquí porque en la práctica es el otro efecto grande al montar objetivos de pupila cercana en cuerpos no pensados para ellos: caída de iluminación en las esquinas y deriva de color, que se suman a la pérdida de resolución de la placa.

The ochre curve is not plate optics but the heuristic microlens model. It is drawn here because in practice it is the other large effect when lenses with a close pupil are mounted on bodies not conceived for them: light falloff in the corners and colour drift, which add to the loss of resolution caused by the plate.

MTF con el retrofocus de L = 95 mm
MTF con el retrofocus de L = 95 mm: las cuatro curvas ópticas se pegan al límite de difracción y las de microlentes están cerca del 100 % en todo el campo.MTF with the retrofocus of L = 95 mm: the four optical curves hug the diffraction limit and the microlens curves stay close to 100% across the whole field.

6. Simulación de la esquina6. The corner simulation

Recortes de esquina simulados
Tres recortes de esquina a escala de píxel: sin placa (solo difracción), sensor A y sensor B. Estrella de Siemens de 36 radios y una rejilla con barras verticales arriba y horizontales a la derecha. La dirección radial del campo es la horizontal.Three corner crops at pixel scale: without a plate (diffraction only), sensor A and sensor B. A 36-spoke Siemens star and a grid with vertical bars above and horizontal bars to the right. The radial direction of the field is the horizontal one.

El patrón se muestrea al paso de píxel indicado (cada píxel del recorte es un píxel del sensor; el pie de figura indica el tamaño físico del recorte) y se convoluciona con la PSF obtenida del trazado en la esquina, es decir, con la nube real de impactos de los tres colores, y con un desenfoque gaussiano equivalente al disco de Airy. En el recorte se aprecian tres cosas: la pérdida de contraste general, la diferencia entre la nitidez de las líneas verticales (frecuencia radial) y las horizontales (frecuencia tangencial) que produce el astigmatismo, y un emborronamiento asimétrico horizontal que es la huella de la cromática lateral (el simulador es en escala de grises, en una imagen en color se vería como franjas magenta y verde en los bordes radiales).

The pattern is sampled at the stated pixel pitch (each pixel of the crop is a pixel of the sensor; the caption gives the physical size of the crop) and convolved with the point spread function obtained from the ray trace in the corner, that is, with the actual cloud of impacts of the three colours, and with a Gaussian blur equivalent to the Airy disc. Three things can be read in the crop: the general loss of contrast; the difference in sharpness between the vertical lines (radial frequency) and the horizontal ones (tangential frequency), which astigmatism produces; and an asymmetric horizontal smearing that is the signature of lateral chromatic aberration (the simulator works in greyscale; in a colour image it would show as magenta and green fringes along the radial edges).

Recortes con el foco fijado en el centro
Los mismos sensores con el foco fijado en el centro del campo: a la esquina llega además el desenfoque de la curvatura de campo, y la mancha de B pasa de 20 a 47 µm.The same sensors with focus fixed at the centre of the field: the corner now also receives the defocus of field curvature, and the spot of B grows from 20 to 47 µm.
Sensor B con el preset Micro 4/3
Sensor B con el preset Micro 4/3 (4 mm) manteniendo el mismo objetivo: caso extremo, útil para ver la escala del efecto.Sensor B with the Micro 4/3 preset (4 mm), keeping the same lens: an extreme case, useful for gauging the scale of the effect.

7. Trazado en el plano tangencial7. Ray trace in the tangential plane

Trazado de rayos en el plano tangencial
Rayo principal y rayos extremos del cono en la esquina, atravesando las capas del stack (bandas grises), para los dos sensores con la misma escala horizontal. Punto gris: foco que tendría el haz sin placa. Naranja: foco tangencial. Azul: foco sagital. La barra de 1 mm da la escala; horizontal y vertical están a la misma escala.Chief ray and the marginal rays of the cone in the corner, crossing the layers of the stack (grey bands), for the two sensors at the same horizontal scale. Grey dot: the focus the beam would have without a plate. Orange: tangential focus. Blue: sagittal focus. The 1 mm bar gives the scale; horizontal and vertical are at the same scale.

Este panel es ilustrativo y usa solo tres rayos: el principal, con ángulo θ, y los dos extremos del cono, con θ ± u. Muestra la refracción en cada capa, la traslación lateral del haz respecto al trayecto sin placa (líneas grises finas), el retraso del foco y, sobre todo, la separación entre el foco tangencial (cruce geométrico de los dos rayos extremos tras la placa) y el sagital (calculado con las ecuaciones de Coddington sumadas capa a capa). La distancia entre los puntos naranja y azul es el astigmatismo longitudinal que se rotula en la cabecera de cada fila. El stack se dibuja separado 1 mm del plano del sensor únicamente para que el dibujo sea legible; esa separación no interviene en ningún cálculo.

This panel is illustrative and uses only three rays: the chief ray, at angle θ, and the two marginal rays of the cone, at θ ± u. It shows the refraction at each layer, the lateral translation of the beam with respect to the path without a plate (thin grey lines), the delay of focus and, above all, the separation between the tangential focus (the geometric crossing of the two marginal rays after the plate) and the sagittal one (computed with the Coddington equations summed layer by layer). The distance between the orange and the blue points is the longitudinal astigmatism labelled in the header of each row. The stack is drawn 1 mm clear of the sensor plane purely so that the drawing remains legible; that separation plays no part in any calculation.

8. Tabla de valores8. Table of values

Tabla de valores
Valores en el borde del campo para los dos sensores.Values at the edge of the field for the two sensors.
FilaSignificado
RowMeaning
Grosor total del stackSuma de las capas con grosor mayor que cero.
Total stack thicknessSum of the layers of non-zero thickness.
Ángulo del rayo principal en el bordeθ = atan(hmáx / L). Depende solo del objetivo y del formato.
Chief-ray angle at the edgeθ = atan(hmax / L). It depends on the lens and the format alone.
Semiángulo del conou = atan(1 / 2N).
Half-angle of the coneu = atan(1 / 2N).
Desplazamiento del mejor focoCuánto hay que retrasar el plano de imagen respecto al nominal (sin placa) para minimizar la mancha en ese punto del campo. En el eje coincide con la fórmula clásica T·(1 − 1/n) sumada por capas; en el borde es mayor por la oblicuidad. En modo “en el centro” muestra el valor del eje.
Shift of best focusHow far the image plane must be moved back from its nominal (plate-free) position in order to minimise the spot at that point of the field. On axis it agrees with the classical expression T·(1 − 1/n) summed over the layers; at the edge it is larger, on account of the obliquity. In “at the centre” mode it shows the on-axis value.
Mancha RMS policromáticaDiámetro 2·rRMS respecto al centroide, con los tres colores ponderados 1, 2, 1.
Polychromatic RMS spotDiameter 2·rRMS about the centroid, with the three colours weighted 1, 2, 1.
Cromática lateral F–CSeparación entre los rayos principales de 486 y 656 nm en el plano de foco.
F–C lateral chromatic aberrationSeparation between the 486 and 656 nm chief rays at the focal plane.
MTF sagital y tangencialGeométrica × difracción a la frecuencia elegida.
Sagittal and tangential MTFGeometric × diffraction at the chosen frequency.
Límite de difracciónMTF de una pupila circular perfecta a esa frecuencia y apertura.
Diffraction limitMTF of a perfect circular pupil at that frequency and aperture.
Eficiencia de microlentesModelo heurístico, ver sección 3.
Microlens efficiencyHeuristic model; see section 3.
Disco de Airy y paso de píxelReferencias de escala.
Airy disc and pixel pitchReferences of scale.

9. Recetas de uso9. Practical recipes

¿Se notará este objetivo telemétrico en tal cuerpo?

Will this rangefinder lens suffer on a given body?

Elige el formato, el preset del objetivo (o mide L y ponlo a mano), la apertura a la que sueles usarlo, y como sensor A el cuerpo para el que fue diseñado (Leica M) y como B el cuerpo destino. Mira el veredicto y la MTF en la esquina. Repite con “Foco en el centro” para ver el peor caso realista, que es el habitual: uno enfoca en el centro y espera que la esquina también lo esté.

Choose the format, the lens preset (or measure L and enter it by hand) and the aperture at which you normally use it; set as sensor A the body the lens was designed for (Leica M) and as B the destination body. Look at the verdict and at the MTF in the corner. Repeat with “Focus at the centre” to see the realistic worst case, which is also the usual one: one focuses at the centre and expects the corner to be in focus as well.

¿Cuánto ayuda cerrar diafragma?

How much does stopping down help?

Activa la superposición de aperturas. Verás que la mancha geométrica baja como 1/N mientras Airy sube como N; el punto de cruce te dice a partir de qué apertura la placa deja de ser el factor dominante para ese objetivo.

Turn on the aperture overlay. You will see the geometric spot fall as 1/N while the Airy disc rises as N; the crossing point tells you from which aperture onwards the plate ceases to be the dominant factor for that lens.

¿Compensa una conversión de stack fino?

Is a thin-stack conversion worth it?

Pon en A el stack de fábrica del cuerpo y en B el grosor que ofrece el taller (edita la capa 1 y deja las otras a cero). El cociente de manchas es esencialmente el cociente de grosores, y la simulación de esquina te enseña qué significa eso en píxeles. Recuerda que un stack más fino cambia también el enfoque nominal y, si el cuerpo tiene objetivos nativos, degradará ligeramente esos, que sí contaban con el grosor original.

Put the body's factory stack in A and the thickness the workshop offers in B (edit layer 1 and leave the other two at zero). The ratio of spots is essentially the ratio of thicknesses, and the corner simulation shows what that amounts to in pixels. Bear in mind that a thinner stack also changes the nominal focus and, if the body has native lenses, will slightly degrade those, which did count on the original thickness.

¿Qué parte es óptica de la placa y qué parte es el sensor?

Which part is plate optics and which part is the sensor?

Compara la MTF óptica (azul y naranja) con la curva ocre de microlentes. Si la ocre cae y las ópticas no, el problema es viñeteo y color de esquina, que se corrige razonablemente por software; si caen las ópticas, es pérdida de resolución, que no se recupera.

Compare the optical MTF (blue and orange) with the ochre microlens curve. If the ochre one falls and the optical ones do not, the trouble is vignetting and corner colour, which software corrects reasonably well; if the optical ones fall, it is a loss of resolution, and that is not recovered.

10. Física y algoritmos10. Physics and algorithms

Trazado de rayos

Ray tracing

El objetivo se sustituye por su pupila de salida: un disco de radio R = L / (2N) situado a distancia L del plano nominal del sensor. Para cada altura de imagen h se lanzan rayos desde 127 puntos de la pupila (centro más siete anillos hexapolares) hacia el punto imagen ideal (h, 0, 0), en tres longitudes de onda, 486.1, 587.6 y 656.3 nm, con pesos 1, 2 y 1. Cada rayo se refracta vectorialmente en cada cara plana; como las láminas son paralelas, la dirección dentro de la capa i depende solo de la dirección en aire y de ni, y a la salida el rayo recupera su dirección original desplazado lateralmente. El índice de cada capa a cada longitud de onda se obtiene con una ecuación de Cauchy de dos términos ajustada a nd y V:

The lens is replaced by its exit pupil: a disc of radius R = L / (2N) placed at a distance L from the nominal sensor plane. For each image height h, rays are launched from 127 points of the pupil (the centre plus seven hexapolar rings) towards the ideal image point (h, 0, 0), at three wavelengths, 486.1, 587.6 and 656.3 nm, with weights 1, 2 and 1. Each ray is refracted vectorially at every plane face; since the plates are parallel, the direction inside layer i depends only on the direction in air and on ni, and on emerging the ray recovers its original direction, displaced laterally. The refractive index of each layer at each wavelength follows from a two-term Cauchy equation fitted to nd and V:

n(λ) = A + B/λ², B = (n_d − 1) / [V·(1/λ_F² − 1/λ_C²)], A = n_d − B/λ_d²

Mejor foco

Best focus

Tras la placa cada rayo es una recta x(u) = xe + u·a, y(u) = ye + u·b, con u el desenfoque respecto al plano nominal. La varianza ponderada de los impactos respecto a su centroide es una función cuadrática de u, así que el desenfoque óptimo se obtiene en cerrado:

After the plate each ray is a straight line x(u) = xe + u·a, y(u) = ye + u·b, with u the defocus with respect to the nominal plane. The weighted variance of the impacts about their centroid is a quadratic function of u, so the optimum defocus follows in closed form:

u* = − [cov(x_e, a) + cov(y_e, b)] / [var(a) + var(b)]

En modo “en el centro” se usa el u* calculado en h = 0 para todo el campo, lo que incorpora la curvatura de campo de la placa.

In “at the centre” mode the u* computed at h = 0 is used across the whole field, which brings in the field curvature of the plate.

Mancha, MTF y cromática

Spot, MTF and chromatic aberration

En el plano de foco elegido se calculan el radio RMS respecto al centroide y la MTF geométrica en dirección x (radial) e y (tangencial) como |Σ w·exp(2πi·f·x)| / Σ w. Se multiplica por la MTF de difracción de una pupila circular incoherente,

At the chosen focal plane the RMS radius about the centroid is computed, along with the geometric MTF in the x (radial) and y (tangential) directions as |Σ w·exp(2πi·f·x)| / Σ w. This is multiplied by the diffraction MTF of an incoherent circular pupil,

MTF_dif(ν) = (2/π)·[acos ν − ν·√(1 − ν²)], ν = f·λ·N

La cromática lateral es la distancia entre los impactos de los rayos principales F y C. Como comprobación, en el límite de haz fino los desplazamientos de foco reproducen las expresiones de Coddington para una placa inclinada, que son las que usa el panel de trazado:

Lateral chromatic aberration is the distance between the impacts of the F and C chief rays. As a check, in the thin-beam limit the focus shifts reproduce the Coddington expressions for a tilted plate, which are those used by the ray-trace panel:

Δz_s = t·[1 − cosθ / √(n² − sin²θ)], Δz_t = t·[1 − n²·cos³θ / (n² − sin²θ)^{3/2}]

Simulación de esquina

Corner simulation

El patrón de prueba se genera con supermuestreo 3×3 al paso de píxel, se convoluciona con la nube de impactos (cada rayo es un desplazamiento fraccionario repartido bilinealmente entre cuatro píxeles, con su peso espectral) y se aplica un desenfoque gaussiano separable de σ = 0.42·λ·N, que aproxima el disco de Airy.

The test pattern is generated with 3×3 supersampling at the pixel pitch, convolved with the cloud of impacts (each ray being a fractional displacement distributed bilinearly among four pixels, with its spectral weight), and then given a separable Gaussian blur of σ = 0.42·λ·N, which approximates the Airy disc.

Microlentes

Microlenses

eficiencia(h) = exp[ −(θ − θ_d)² / (2σ²) ], θ_d = atan(h / L_diseño)
efficiency(h) = exp[ −(θ − θ_d)² / (2σ²) ], θ_d = atan(h / L_design)

11. Límites del modelo11. Limits of the model

El objetivo se supone perfecto y con pupila de salida plana y circular a distancia fija; los objetivos reales tienen pupila que se desplaza y se deforma con el campo, aberraciones propias y, si son nativos, la placa ya compensada. El resultado es el efecto aislado de la placa, no la calidad absoluta del conjunto.

The lens is assumed perfect, with a flat, circular exit pupil at a fixed distance; real lenses have a pupil that shifts and deforms across the field, aberrations of their own and, if they are native, the plate already compensated for. The result is the isolated effect of the plate, not the absolute quality of the whole.

La MTF es geométrica multiplicada por difracción, no una MTF por difracción calculada desde la fase de la pupila. Cuando la mancha geométrica es del orden del disco de Airy la degradación queda algo sobreestimada.

The MTF is geometric multiplied by diffraction, not a diffraction MTF computed from the phase across the pupil. When the geometric spot is of the order of the Airy disc, the degradation is somewhat overestimated.

Los grosores de los presets son aproximados y el reparto en capas y los vidrios son suposiciones razonables. Un error del 20 % en el grosor produce un error del 20 % en todas las aberraciones, que son lineales en t.

The thicknesses of the presets are approximate, and the split into layers and the glasses are reasonable assumptions. A 20% error in the thickness produces a 20% error in every aberration, since all of them are linear in t.

El modelo de microlentes es una gaussiana heurística; no distingue tamaño de píxel, geometría de la microlente ni la respuesta por canal de color, y no debe leerse como una predicción de viñeteo.

The microlens model is a heuristic Gaussian; it distinguishes neither pixel size nor microlens geometry nor the response of each colour channel, and it must not be read as a prediction of vignetting.

No se incluyen reflexiones entre caras, absorción del filtro IR ni el interfaz aire‑vidrio del sensor propiamente dicho.

Reflections between faces, absorption in the IR filter and the air-glass interface of the sensor itself are not included.

12. Exportar y compartir12. Exporting and sharing

Exportar CSV descarga un archivo con 37 filas (una por altura de imagen) y las columnas h, θ, mancha RMS de A y B, cromática lateral de A y B, MTF sagital y tangencial de A y B, y eficiencia de microlentes de A y B, con punto y coma como separador. Copiar enlace con este estado copia al portapapeles la URL de la página con todos los controles codificados tras la almohadilla; al abrir ese enlace se restaura la configuración exacta, lo que sirve para guardar comparaciones o enviarlas. El estado se actualiza en la barra de direcciones cada vez que se cambia algo, así que también basta con marcar la página como favorita.

Export CSV downloads a file of 37 rows (one per image height) with the columns h, θ, RMS spot of A and B, lateral chromatic aberration of A and B, sagittal and tangential MTF of A and B, and microlens efficiency of A and B, using the semicolon as separator. Copy link with this state copies to the clipboard the URL of the page with every control encoded after the hash; opening that link restores the exact configuration, which serves to keep comparisons or to send them on. The state is refreshed in the address bar whenever anything changes, so bookmarking the page answers just as well.

Manual generado para la versión 2 del simulador. Ambos archivos son autónomos y funcionan sin conexión.

Manual written for version 2 of the simulator. Both files are self-contained and work offline.