Lente de la cámara
Una lente de cámara (también conocida como lente fotográfica u objetivo fotográfico) es una lente óptica o conjunto de lentes que se utiliza junto con un cuerpo de cámara y mecanismo para crear imágenes de objetos en película fotográfica o en otros medios capaces de almacenar una imagen química o electrónicamente.
No existe una gran diferencia en principio entre una lente utilizada para una cámara fija, una cámara de video, un telescopio, un microscopio u otro aparato, pero los detalles de diseño y construcción son diferentes. Una lente puede estar permanentemente fijada a una cámara o puede ser intercambiable con lentes de diferentes distancias focales, aperturas y otras propiedades.
Si bien, en principio, bastará con una lente convexa simple, en la práctica se requiere una lente compuesta formada por varios elementos de lente óptica para corregir (en la medida de lo posible) las muchas aberraciones ópticas que surgen. Algunas aberraciones estarán presentes en cualquier sistema de lentes. El trabajo del diseñador de lentes es equilibrarlos y producir un diseño que sea adecuado para el uso fotográfico y, posiblemente, para la producción en masa.
Teoría de funcionamiento
Las lentes rectilíneas típicas se pueden considerar como "mejoradas" "lentes" estenopeicas. Como se muestra, una "lente" es simplemente una pequeña apertura que bloquea la mayoría de los rayos de luz, idealmente seleccionando un rayo al objeto para cada punto en el sensor de imagen. Las lentes estenopeicas tienen algunas limitaciones severas:
- Una cámara de agujeros con una abertura grande es borrosa porque cada píxel es esencialmente la sombra de la parada de abertura, por lo que su tamaño no es menor que el tamaño de la abertura (tercera imagen). Aquí un píxel es el área del detector expuesto a la luz desde un punto en el objeto.
- Hacer que el agujero más pequeño mejora la resolución (hasta un límite), pero reduce la cantidad de luz capturada.
- En cierto punto, reducir el agujero no mejora la resolución debido al límite de difracción. Más allá de este límite, hacer el agujero más pequeño hace que la imagen sea más borrosa y más oscura.
Se puede pensar en lentes prácticas como una respuesta a la pregunta: "¿cómo se puede modificar una lente estenopeica para admitir más luz y dar un tamaño de punto más pequeño?". Un primer paso es colocar una lente convexa simple en el orificio con una distancia focal igual a la distancia al plano de la película (suponiendo que la cámara tomará fotografías de objetos distantes). Esto permite que el agujero de alfiler se abra significativamente (cuarta imagen) porque una lente convexa delgada desvía los rayos de luz en proporción a su distancia al eje de la lente, y los rayos inciden en el centro de la lente pasando directamente. La geometría es casi la misma que con una lente estenopeica simple, pero en lugar de estar iluminada por rayos de luz individuales, cada punto de la imagen está iluminado por un "lápiz" enfocado. de rayos de luz.
Principio de una cámara de agujeros. Los rayos de luz de un objeto pasan a través de un pequeño agujero para formar una imagen.
Con un agujero grande, el punto de imagen es grande, resultando en una imagen borrosa.
Con una pequeña luz de agujeros se reduce, pero la difusión evita que el punto de imagen se vuelva arbitrariamente pequeño.
Con una lente simple, se puede introducir mucha más luz en un enfoque agudo.
Desde el frente de la cámara, se vería el pequeño orificio (la apertura). La imagen virtual de la apertura vista desde el mundo se conoce como la pupila de entrada de la lente; idealmente, todos los rayos de luz que dejan un punto en el objeto que ingresa a la pupila de entrada se enfocarán en el mismo punto en el sensor de imagen/película (siempre que el punto del objeto esté en el campo de visión). Si uno estuviera dentro de la cámara, vería la lente actuando como un proyector. La imagen virtual de la apertura desde el interior de la cámara es la pupila de salida del objetivo. En este caso simple, la apertura, la pupila de entrada y la pupila de salida están todas en el mismo lugar porque el único elemento óptico está en el plano de la apertura, pero en general estos tres estarán en diferentes lugares. Los objetivos fotográficos prácticos incluyen más elementos de objetivo. Los elementos adicionales permiten a los diseñadores de lentes reducir varias aberraciones, pero el principio de funcionamiento sigue siendo el mismo: los lápices de rayos se recogen en la pupila de entrada y se enfocan desde la pupila de salida hacia el plano de la imagen.
Construcción
La lente de una cámara puede estar hecha de varios elementos: desde uno, como en la lente de menisco de Box Brownie, hasta más de 20 en los zooms más complejos. Estos elementos pueden comprender a su vez un grupo de lentes cementadas entre sí.
El elemento frontal es fundamental para el rendimiento de todo el conjunto. En todas las lentes modernas, la superficie está recubierta para reducir la abrasión, los destellos y la reflectancia de la superficie, y para ajustar el balance de color. Para minimizar la aberración, la curvatura generalmente se establece de modo que el ángulo de incidencia y el ángulo de refracción sean iguales. En una lente principal esto es fácil, pero en un zoom siempre hay un compromiso.
La lente generalmente se enfoca ajustando la distancia desde el ensamblaje de la lente hasta el plano de la imagen, o moviendo elementos del ensamblaje de la lente. Para mejorar el rendimiento, algunas lentes tienen un sistema de leva que ajusta la distancia entre los grupos a medida que se enfoca la lente. Los fabricantes llaman a esto cosas diferentes: Nikon lo llama CRC (corrección de corto alcance); Canon lo llama un sistema flotante; y Hasselblad y Mamiya lo llaman FLE (elemento de lente flotante).
El vidrio es el material más común utilizado para construir lentes, debido a sus buenas propiedades ópticas y resistencia al rayado. También se utilizan otros materiales, como el vidrio de cuarzo, la fluorita, plásticos como el acrílico (Plexiglás), e incluso el germanio y el vidrio meteorítico. Los plásticos permiten la fabricación de elementos de lentes fuertemente asféricos que son difíciles o imposibles de fabricar en vidrio y que simplifican o mejoran la fabricación y el rendimiento de las lentes. Los plásticos no se utilizan para los elementos más externos de todos, excepto para las lentes más baratas, ya que se rayan fácilmente. Las lentes de plástico moldeado se han utilizado durante muchos años para las cámaras desechables más baratas y han adquirido una mala reputación: los fabricantes de óptica de calidad tienden a utilizar eufemismos como "resina óptica". Sin embargo, muchos lentes modernos de alto rendimiento (y alto precio) de fabricantes populares incluyen elementos asféricos moldeados o híbridos, por lo que no es cierto que todos los lentes con elementos de plástico sean de baja calidad fotográfica.
La tabla de prueba de resolución de la USAF de 1951 es una forma de medir el poder de resolución de una lente. La calidad del material, los recubrimientos y la construcción afectan la resolución. La resolución de la lente está limitada en última instancia por la difracción, y muy pocas lentes fotográficas se acercan a esta resolución. Los que lo hacen se denominan "difracción limitada" y suelen ser extremadamente caros.
Hoy en día, la mayoría de las lentes tienen una capa múltiple para minimizar el destello de la lente y otros efectos no deseados. Algunas lentes tienen un recubrimiento UV para evitar la entrada de la luz ultravioleta que podría contaminar el color. La mayoría de los cementos ópticos modernos para unir elementos de vidrio también bloquean la luz UV, lo que elimina la necesidad de un filtro UV. Sin embargo, esto deja una vía para que los hongos de los lentes ataquen si los lentes no se cuidan adecuadamente. Los fotógrafos UV deben hacer todo lo posible para encontrar lentes sin cemento ni recubrimientos.
La mayoría de las veces, una lente tiene un mecanismo de ajuste de apertura, generalmente un diafragma de iris, para regular la cantidad de luz que pasa. En los primeros modelos de cámara, se usaba una placa giratoria o un deslizador con orificios de diferentes tamaños. Estas paradas de Waterhouse todavía se pueden encontrar en lentes modernas y especializadas. Se puede incorporar un obturador, para regular el tiempo durante el cual puede pasar la luz, dentro del conjunto de la lente (para obtener imágenes de mejor calidad), dentro de la cámara o incluso, en raras ocasiones, frente a la lente. Algunas cámaras con obturadores de hoja en la lente omiten la apertura y el obturador cumple una doble función.
Apertura y distancia focal
Los dos parámetros fundamentales de una lente óptica son la distancia focal y la apertura máxima. La lente' la distancia focal determina la ampliación de la imagen proyectada en el plano de la imagen y la apertura la intensidad de la luz de esa imagen. Para un sistema fotográfico dado, la distancia focal determina el ángulo de visión, las distancias focales cortas brindan un campo de visión más amplio que las lentes de distancia focal más larga. Una apertura más amplia, identificada por un número f más pequeño, permite usar una velocidad de obturación más rápida para la misma exposición. La ecuación de la cámara, o G#, es la relación entre la radiación que llega al sensor de la cámara y la radiación en el plano focal de la lente de la cámara.
La apertura máxima utilizable de una lente se especifica como la relación focal o el número f, definido como la distancia focal de la lente dividida por la apertura efectiva (o pupila de entrada), un número adimensional. Cuanto menor sea el número f, mayor será la intensidad de la luz en el plano focal. Las aperturas más grandes (números f más pequeños) proporcionan una profundidad de campo mucho menor que las aperturas más pequeñas, en igualdad de condiciones. Los conjuntos prácticos de lentes también pueden contener mecanismos para lidiar con la medición de la luz, aperturas secundarias para la reducción de destellos y mecanismos para mantener la apertura abierta hasta el instante de la exposición para permitir que las cámaras SLR enfoquen con una imagen más brillante con menor profundidad de campo, lo que teóricamente permite una mejor precisión de enfoque.
Las distancias focales generalmente se especifican en milímetros (mm), pero las lentes más antiguas pueden estar marcadas en centímetros (cm) o pulgadas. Para un tamaño de película o sensor dado, especificado por la longitud de la diagonal, una lente puede clasificarse como:
- Lente normal: ángulo de visión de la diagonal alrededor de 50° y una longitud focal aproximadamente igual a la imagen diagonal.
- Lente ancha: ángulo de visión más ancho que 60° y longitud focal más corta que normal.
- Lente de enfoque largo: cualquier lente con una longitud focal más larga que la medida diagonal de la película o sensor. El ángulo de vista es más estrecho. El tipo más común de lente de enfoque largo es la lente telefoto, un diseño que utiliza configuraciones ópticas especiales para hacer que la lente sea más corta que su longitud focal.
Un efecto secundario del uso de lentes de diferentes distancias focales son las diferentes distancias desde las que se puede encuadrar un sujeto, lo que da como resultado una perspectiva diferente. Se pueden tomar fotografías de una persona que extiende una mano con un gran angular, una lente normal y un teleobjetivo, que contienen exactamente el mismo tamaño de imagen cambiando la distancia desde el sujeto. Pero la perspectiva será diferente. Con el gran angular, las manos serán exageradamente grandes en relación con la cabeza. A medida que aumenta la distancia focal, disminuye el énfasis en la mano extendida. Sin embargo, si las imágenes se toman desde la misma distancia y se amplían y recortan para contener la misma vista, las imágenes tendrán una perspectiva idéntica. A menudo se recomienda un objetivo moderado de enfoque largo (teleobjetivo) para retratos porque se considera que la perspectiva correspondiente a la distancia de disparo más larga se ve más favorecedora.
Se cree que el objetivo de mayor apertura en la historia de la fotografía es el Carl Zeiss Planar 50 mm f/0.7, que fue diseñado y fabricado específicamente para el programa lunar Apolo de la NASA para capturar el lado oculto de la luna en 1966. Tres de estos Los lentes fueron comprados por el cineasta Stanley Kubrick para filmar escenas en su película Barry Lyndon, utilizando la luz de las velas como única fuente de luz.
Lente de 28 mm
Lente de 50 mm
Lente de 70 mm
Lente de 210 mm
Número de elementos
La complejidad de una lente (la cantidad de elementos y su grado de asfericidad) depende del ángulo de visión, la apertura máxima y el precio previsto, entre otras variables. Una lente gran angular extrema de gran apertura debe tener una construcción muy compleja para corregir las aberraciones ópticas, que son peores en el borde del campo y cuando se usa el borde de una lente grande para formar imágenes. Una lente de foco largo de apertura pequeña puede ser de construcción muy simple para lograr una calidad de imagen comparable: a menudo bastará con un doblete (dos elementos). Algunas cámaras más antiguas estaban equipadas con lentes convertibles (en alemán: Satzobjektiv) de focal normal. longitud. El elemento frontal podría desenroscarse, dejando una lente del doble de la distancia focal, y la mitad del ángulo de visión y la mitad de la apertura. La media lente más simple era de calidad adecuada para el ángulo de visión estrecho y la apertura relativa pequeña. Obviamente, los fuelles tenían que extenderse al doble de la longitud normal.
Los objetivos de buena calidad con una apertura máxima no superior a f/2,8 y una distancia focal normal y fija necesitan al menos tres (tripletes) o cuatro elementos (el nombre comercial "Tessar" deriva del griego tessera, que significa "cuatro"). Los zooms de rango más amplio a menudo tienen quince o más. El reflejo de la luz en cada una de las muchas interfaces entre diferentes medios ópticos (aire, vidrio, plástico) degradaba seriamente el contraste y la saturación de color de los primeros lentes, en particular los lentes con zoom, especialmente cuando el lente estaba directamente iluminado por una fuente de luz. La introducción hace muchos años de recubrimientos ópticos y los avances en la tecnología de recubrimiento a lo largo de los años han resultado en importantes mejoras, y los lentes de zoom modernos de alta calidad brindan imágenes de contraste bastante aceptable, aunque los lentes de zoom con muchos elementos transmiten menos luz que los lentes. hecho con menos elementos (todos los demás factores, como la apertura, la distancia focal y los revestimientos, son iguales).
Monturas de lentes
Muchas cámaras réflex de lente única y algunas cámaras con telémetro tienen lentes desmontables. Algunos otros tipos también lo hacen, en particular las cámaras Mamiya TLR y SLR, cámaras de formato medio (RZ67, RB67, 645-1000s) otras compañías que producen equipos de formato medio como Bronica, Hasselblad y Fuji tienen estilos de cámara similares que permiten la intercambiabilidad en las lentes también y cámaras sin espejo con lentes intercambiables. Las lentes se acoplan a la cámara mediante una montura de lente, que contiene enlaces mecánicos y, a menudo, también contactos eléctricos entre la lente y el cuerpo de la cámara.
El diseño de la montura del objetivo es un tema importante para la compatibilidad entre cámaras y objetivos. No existe un estándar universal para monturas de lentes, y cada uno de los principales fabricantes de cámaras suele utilizar su propio diseño patentado, incompatible con otros fabricantes. Algunos diseños de montura de lente de enfoque manual más antiguos, como la montura de lente Leica M39 para telémetros, la montura de lente M42 para las primeras SLR y la montura Pentax K se encuentran en varias marcas, pero esto no es común hoy en día. Algunos diseños de montura, como la montura Olympus/Kodak Four Thirds System para DSLR, también han sido licenciados a otros fabricantes. La mayoría de las cámaras de gran formato también aceptan lentes intercambiables, que generalmente se montan en una placa de lente o en el estándar frontal.
Las monturas de lentes intercambiables más comunes en el mercado actual incluyen las monturas de lentes de enfoque automático EF, EF-S y EF-M de Canon. Otros incluyen las monturas de enfoque automático y manual Nikon F, las monturas solo digitales Olympus/Kodak Four Thirds y Olympus/Panasonic Micro Four Thirds, las variantes de montura y enfoque automático Pentax K, la montura Sony Alpha (derivada de la montura Minolta) y la montura Sony Montura solo digital E.
Tipos de lentes
"Primer plano" o macro
Un objetivo macro utilizado en macro o "primer plano" fotografía (que no debe confundirse con el término compositivo primer plano) es cualquier lente que produce una imagen en el plano focal (es decir, una película o un sensor digital) que es una cuarta parte del tamaño real (1: 4) al mismo tamaño (1:1) que el sujeto de la imagen. No existe un estándar oficial para definir una lente macro, generalmente una lente principal, pero una proporción de 1:1 generalmente se considera 'verdadera'. macro. La ampliación de tamaño natural a mayor se denomina "Micro" fotografía (2:1, 3:1, etc.). Esta configuración se utiliza generalmente para obtener imágenes de primeros planos de sujetos muy pequeños. Una lente macro puede tener cualquier distancia focal, y la distancia focal real está determinada por su uso práctico, teniendo en cuenta la ampliación, la relación requerida, el acceso al sujeto y las consideraciones de iluminación. Puede ser una lente especial corregida ópticamente para primeros planos o puede ser cualquier lente modificada (con adaptadores o espaciadores, que también se conocen como "tubos de extensión") para llevar el plano focal " adelante" para fotografía muy cercana. Según la distancia entre la cámara y el sujeto y la apertura, la profundidad de campo puede ser muy estrecha, lo que limita la profundidad lineal del área que estará enfocada. Las lentes generalmente se detienen para dar una mayor profundidad de campo.
Zoom
Algunos lentes, llamados lentes de zoom, tienen una distancia focal que varía a medida que se mueven los elementos internos, generalmente al girar el cilindro o al presionar un botón que activa un motor eléctrico. Comúnmente, la lente puede hacer zoom desde un gran angular moderado, pasando por un teleobjetivo normal hasta moderado; o de normal a teleobjetivo extremo. El rango de zoom está limitado por restricciones de fabricación; el ideal de una lente de gran apertura máxima que haga zoom desde un gran angular extremo hasta un teleobjetivo extremo no es alcanzable. Los objetivos zoom se utilizan ampliamente para cámaras de pequeño formato de todo tipo: cámaras fijas y de cine con objetivos fijos o intercambiables. El volumen y el precio limitan su uso para tamaños de película más grandes. Los lentes de zoom motorizados también pueden tener el enfoque, el iris y otras funciones motorizadas.
Propósito especial
- Los lentes Apochromat (apo) han añadido corrección para la aberración cromática.
- Los objetivos del proceso tienen una corrección extrema para las aberraciones de geometría (deformación de columna, distorsión de barril) y generalmente están destinados a utilizar a una distancia específica y a una abertura pequeña.
- Los lentes más grandes se utilizan con agrandadores fotográficos (proyectores especializados), en lugar de cámaras.
- Lentes para fotografía aérea.
- El objetivo Shift permite que el objetivo sea elevado o reducido en relación con la película del plano sensor para corregir o exagerar la distorsión de la perspectiva.
- Lentes Fisheye: lentes de gran angular extremos con un ángulo de vista de hasta 180 grados o más, con una distorsión muy notable (y destinada).
- Lentes estereocópicos, para producir pares de fotografías que dan un efecto tridimensional cuando se ve con un espectador apropiado.
- Lentes de enfoque suave que dan una imagen suave, pero no fuera de foco, y tienen un efecto de movimiento de imperfección popular entre los fotógrafos de retrato y moda.
- Lentes infrarrojos
- Lentes ultravioletas
- Los lentes giratorios giran mientras se unen a un cuerpo de cámara para dar perspectivas únicas y ángulos de cámara.
- Las lentes Shift y las lentes de inclinación/shift (objetivos de control de perspectiva colectiva) permiten un control especial de la perspectiva sobre las cámaras SLR imitando los movimientos de cámara.
Historia y desarrollo técnico
Diseños de lentes
Algunos diseños notables de lentes ópticas fotográficas son:
- Angenieux retrofocus
- Cooke triplet
- Doble gauss
- Goerz Dagor
- Leitz Elmar
- Rapid Rectilinear
- Zeiss Sonnar
- Zeiss Planar
- Zeiss Tessar
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