Una lente de cámara (también conocida como lente fotográfica u objetivo fotográfico ) es una lente óptica o un conjunto de lentes que se utiliza junto con un cuerpo y un mecanismo de cámara para crear imágenes de objetos, ya sea en película fotográfica o en otros medios capaces de almacenar una imagen química o electrónicamente .
En principio, no hay una diferencia importante entre una lente utilizada para una cámara de fotos , una cámara de vídeo , un telescopio , un microscopio u otro aparato, pero los detalles de diseño y construcción son diferentes. Una lente puede estar fijada de forma permanente 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 lentes ópticas para corregir (en la medida de lo posible) las numerosas aberraciones ópticas que surgen. Algunas aberraciones estarán presentes en cualquier sistema de lentes. Es tarea del diseñador de lentes equilibrarlas y producir un diseño que sea adecuado para el uso fotográfico y, posiblemente, para la producción en masa.
Las lentes rectilíneas típicas pueden considerarse como " lentes" estenopeicas "mejoradas" . Como se muestra, una "lente" estenopeica es simplemente una pequeña abertura que bloquea la mayoría de los rayos de luz, seleccionando idealmente un rayo hacia el objeto para cada punto del sensor de imagen. Las lentes estenopeicas tienen algunas limitaciones importantes:
Las lentes prácticas pueden considerarse 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 agujero estenopeico con una distancia focal igual a la distancia al plano de la película (suponiendo que la cámara tomará fotografías de objetos distantes [1] ). Esto permite que el agujero estenopeico se abra significativamente (cuarta imagen) porque una lente convexa delgada dobla los rayos de luz en proporción a su distancia al eje de la lente, y los rayos que inciden en el centro de la lente pasan directamente a través de ella. 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 .
Desde la parte frontal de la cámara, se vería el pequeño orificio (la abertura). La imagen virtual de la abertura tal como se ve desde el mundo se conoce como la pupila de entrada de la lente ; idealmente, todos los rayos de luz que salen de un punto en el objeto que ingresan 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 abertura desde el interior de la cámara es la pupila de salida de la lente . En este caso simple, la abertura, 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 abertura, pero en general estos tres estarán en lugares diferentes. Las lentes fotográficas prácticas incluyen más elementos de lente. Los elementos adicionales permiten a los diseñadores de lentes reducir varias aberraciones, pero el principio de funcionamiento sigue siendo el mismo: los rayos se recogen en la pupila de entrada y se enfocan hacia abajo desde la pupila de salida hacia el plano de la imagen.
Una lente de cámara puede estar formada por varios elementos: desde uno, como en el caso de la lente menisco de la Box Brownie , hasta más de 20 en los zooms más complejos. Estos elementos pueden, a su vez, formar un grupo de lentes unidas entre sí.
El elemento frontal es fundamental para el rendimiento de todo el conjunto. En todos los objetivos modernos, la superficie está recubierta para reducir la abrasión, los reflejos y la reflectancia de la superficie , y para ajustar el equilibrio de color. Para minimizar la aberración, la curvatura suele configurarse de forma que el ángulo de incidencia y el ángulo de refracción sean iguales. En un objetivo fijo esto es fácil, pero en un zoom siempre hay un compromiso.
El objetivo se enfoca normalmente ajustando la distancia entre el conjunto del objetivo y el plano de la imagen, o moviendo elementos del conjunto del objetivo. Para mejorar el rendimiento, algunos objetivos tienen un sistema de levas que ajusta la distancia entre los grupos a medida que se enfoca el objetivo. Los fabricantes lo denominan de distintas formas: Nikon lo llama CRC (corrección de rango cercano); Canon lo llama sistema flotante; y Hasselblad y Mamiya lo llaman FLE (elemento de objetivo flotante). [2]
El vidrio es el material más común utilizado para construir elementos de lentes, debido a sus buenas propiedades ópticas y resistencia al rayado. También se utilizan otros materiales, como el vidrio de cuarzo , la fluorita , [3] [4] [5] [6] plásticos como el acrílico (plexiglás), e incluso germanio y vidrio meteorítico . [ cita requerida ] 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. [ cita requerida ] Los plásticos no se utilizan para los elementos más externos de todos, excepto los lentes más baratos, ya que se rayan fácilmente. Los lentes de plástico moldeado se han utilizado para las cámaras desechables más baratas durante muchos años, y han adquirido una mala reputación: los fabricantes de ópticas de calidad tienden a usar 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. [ cita requerida ]
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 revestimientos 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. Las que lo hacen se denominan "limitadas por difracción" y suelen ser extremadamente caras. [7]
En la actualidad, la mayoría de las lentes tienen múltiples capas para minimizar los destellos y otros efectos no deseados. Algunas lentes tienen un revestimiento UV para evitar la entrada de la luz ultravioleta que podría afectar el color. La mayoría de los adhesivos ópticos modernos para unir elementos de vidrio también bloquean la luz ultravioleta, lo que elimina la necesidad de un filtro UV. Sin embargo, esto deja una vía para que los hongos ataquen las lentes si no se cuidan adecuadamente. Los fotógrafos UV deben hacer un gran esfuerzo para encontrar lentes sin cemento ni revestimiento.
Un objetivo suele tener un mecanismo de ajuste de apertura, normalmente un diafragma de iris , para regular la cantidad de luz que pasa. En los primeros modelos de cámaras se utilizaba una placa giratoria o deslizador con orificios de diferentes tamaños. Estos diafragmas Waterhouse todavía se pueden encontrar en objetivos especializados modernos. Un obturador , para regular el tiempo durante el cual puede pasar la luz, puede estar incorporado dentro del conjunto del objetivo (para obtener imágenes de mejor calidad), dentro de la cámara o incluso, en raras ocasiones, delante del objetivo. Algunas cámaras con obturadores de láminas en el objetivo omiten la apertura, y el obturador cumple una doble función.
Los dos parámetros fundamentales de una lente óptica son la distancia focal y la apertura máxima . La distancia focal de la lente determina la ampliación de la imagen proyectada sobre 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 dan 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 utilizar una velocidad de obturación más rápida para la misma exposición. La ecuación de la cámara , o G#, es la relación entre la radiancia que llega al sensor de la cámara y la irradiancia en el plano focal de la lente de la cámara. [8]
La apertura máxima utilizable de una lente se especifica como la relación focal o número f , definido como la longitud 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, siendo otras condiciones iguales. Los conjuntos de lentes prácticos también pueden contener mecanismos para lidiar con la medición de la luz, aperturas secundarias para la reducción de destellos, [9] y mecanismos para mantener la apertura abierta hasta el instante de exposición para permitir que las cámaras SLR enfoquen con una imagen más brillante con una profundidad de campo menor, lo que teóricamente permite una mejor precisión de enfoque.
Las distancias focales suelen especificarse en milímetros (mm), pero las lentes más antiguas pueden estar marcadas en centímetros (cm) o pulgadas. Para un tamaño de película o sensor determinado, especificado por la longitud de la diagonal, una lente puede clasificarse como:
Un efecto secundario de utilizar lentes de diferentes distancias focales es la diferencia de 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, un objetivo normal y un telefoto, que contienen exactamente el mismo tamaño de imagen al cambiar 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, el énfasis en la mano extendida disminuye. Sin embargo, si las fotografías 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 de enfoque largo moderado (telefoto) 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 , [11] 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 objetivos fueron adquiridos por el cineasta Stanley Kubrick para filmar escenas de su película Barry Lyndon de 1975 , utilizando la luz de las velas como única fuente de luz. [12] [13] [14]
La complejidad de una lente (el número de elementos y su grado de asfericidad) depende del ángulo de visión, la apertura máxima y el precio al que se la pretende vender, 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 utiliza el borde de una lente grande para la formación de imágenes. Una lente de enfoque largo de pequeña apertura puede tener una construcción muy simple para lograr una calidad de imagen comparable: un doblete (dos elementos) suele ser suficiente. Algunas cámaras antiguas estaban equipadas con lentes convertibles (en alemán: Satzobjektiv ) de longitud focal normal. El elemento frontal se podía desenroscar, dejando una lente del doble de la longitud focal, la mitad del ángulo de visión y la mitad de la apertura. La media lente más simple tenía una calidad adecuada para el ángulo de visión estrecho y la pequeña apertura relativa. Esto requeriría que el fuelle se extendiera al doble de la longitud normal.
Los objetivos de buena calidad con una apertura máxima no mayor de f/2,8 y una distancia focal fija y normal necesitan al menos tres (tripletes) o cuatro elementos (el nombre comercial " Tessar " deriva del griego tessera , que significa "cuatro"). Los zooms de mayor alcance suelen tener quince o más. El reflejo de la luz en cada una de las muchas interfaces entre diferentes medios ópticos (aire, vidrio, plástico) degradó gravemente el contraste y la saturación del color de los primeros objetivos, en particular los objetivos zoom, especialmente cuando el objetivo estaba iluminado directamente por una fuente de luz. La introducción hace muchos años de los revestimientos ópticos y los avances en la tecnología de revestimiento a lo largo de los años han dado lugar a importantes mejoras, y los objetivos zoom modernos de alta calidad dan imágenes de un contraste bastante aceptable, aunque los objetivos zoom con muchos elementos transmitirán menos luz que los objetivos fabricados con menos elementos (siendo iguales todos los demás factores, como la apertura, la distancia focal y los revestimientos). [15]
Muchas cámaras réflex de un solo objetivo y algunas cámaras con telémetro tienen objetivos desmontables. Algunos otros tipos también lo tienen, en particular las cámaras TLR y SLR Mamiya, las cámaras de formato medio ( RZ67 , RB67 , 645-1000s), otras empresas que producen equipos de formato medio como Bronica, Hasselblad y Fuji tienen estilos de cámara similares que también permiten la intercambiabilidad de los objetivos, y las cámaras sin espejo con objetivos intercambiables . Los objetivos se fijan a la cámara mediante una montura de objetivo , que contiene enlaces mecánicos y, a menudo, también contactos eléctricos entre el objetivo 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 las monturas de los objetivos, y cada fabricante de cámaras importante suele utilizar su propio diseño patentado, incompatible con otros fabricantes. [16] Algunos diseños de monturas de objetivos con enfoque manual más antiguos, como la montura de objetivos Leica M39 para telémetros, la montura de objetivos 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 monturas, como la montura del sistema Cuatro Tercios de Olympus/Kodak para DSLR, también han sido licenciados a otros fabricantes. [17] La mayoría de las cámaras de gran formato también aceptan objetivos intercambiables, que suelen montarse en una placa de objetivos o en el soporte frontal.
Las monturas de lentes intercambiables más comunes en el mercado hoy en día incluyen las monturas de lentes con enfoque automático Canon EF , EF-S y EF-M . Otras incluyen las monturas de enfoque automático y manual Nikon F , las monturas solo digitales Olympus / Kodak Four Thirds y Olympus / Panasonic Micro Four Thirds , la montura Pentax K y las variantes de enfoque automático, la montura Sony Alpha (derivada de la montura Minolta ) y la montura solo digital Sony E.
Un objetivo macro utilizado en fotografía macro o de "primer plano" (que no debe confundirse con el término compositivo primer plano ) es cualquier objetivo que produce una imagen en el plano focal (es decir, película o sensor digital) que es un cuarto del tamaño natural (1:4) al mismo tamaño (1:1) que el sujeto que se está fotografiando. No existe un estándar oficial para definir un objetivo macro, normalmente un objetivo fijo , pero una relación de 1:1 se considera, normalmente, macro "verdadera". La ampliación del tamaño natural a un tamaño 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. Un objetivo macro puede tener cualquier longitud focal, y la longitud focal real se determina por su uso práctico, teniendo en cuenta la ampliación, la relación requerida, el acceso al sujeto y consideraciones de iluminación. Puede ser una lente especial corregida ópticamente para trabajos de cerca o puede ser cualquier lente modificada (con adaptadores o espaciadores, que también se conocen como "tubos de extensión") para llevar el plano focal "hacia adelante" para fotografías muy cercanas. Dependiendo de la distancia de la cámara al sujeto y la apertura, la profundidad de campo puede ser muy estrecha, lo que limita la profundidad lineal del área que estará enfocada. Por lo general, las lentes se cierran para brindar una mayor profundidad de campo.
Algunas lentes, llamadas lentes zoom , tienen una distancia focal que varía a medida que se mueven los elementos internos, generalmente girando el cilindro o presionando un botón que activa un motor eléctrico . Comúnmente, la lente puede hacer zoom desde un gran angular moderado, pasando por normal, hasta un telefoto moderado; o desde normal hasta un telefoto 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 telefoto extremo no es alcanzable. Las lentes zoom se usan ampliamente para cámaras de formato pequeño de todo tipo: cámaras fotográficas y de cine con lentes fijas o intercambiables. El volumen y el precio limitan su uso para tamaños de película más grandes. Las lentes zoom motorizadas también pueden tener el enfoque, el iris y otras funciones motorizadas.
Algunos diseños de lentes ópticas fotográficas notables son:
