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 de cámara y un mecanismo para crear imágenes de objetos, ya sea en película fotográfica o en otros medios capaces de almacenar una imagen químicamente o electrónicamente .
En principio, no existe una diferencia importante entre una lente utilizada para una cámara fotográfica , una cámara de video , un telescopio , un microscopio u otro aparato, pero los detalles de diseño y construcción son diferentes. Una lente puede estar fijada permanentemente a una cámara o puede ser intercambiable con lentes de diferentes longitudes focales , aperturas y otras propiedades.
Si bien en principio una lente convexa simple será suficiente, en la práctica se requiere una lente compuesta formada por varios elementos de lente óptica para corregir (tanto como sea posible) las numerosas aberraciones ópticas que surgen. Algunas aberraciones estarán presentes en cualquier sistema de lentes. Es trabajo del diseñador de lentes equilibrarlos y producir un diseño que sea adecuado para uso fotográfico y posiblemente para producción en masa.
Las lentes rectilíneas típicas pueden considerarse como " lentes" estenopeicas "mejoradas" . Como se muestra, una "lente" estenopeica es simplemente una pequeña apertura que bloquea la mayoría de los rayos de luz, idealmente seleccionando un rayo para el objeto para cada punto del sensor de imagen. Las lentes estenopeicas tienen algunas limitaciones graves:
Las lentes prácticas pueden considerarse como una respuesta a la pregunta: "¿Cómo se puede modificar una lente estenopeica para admitir más luz y proporcionar 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 [1] ). Esto permite que el orificio 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 que inciden en el centro de la lente pasan directamente a través. La geometría es casi la misma que con una simple lente estenopeica, pero en lugar de ser iluminado por rayos de luz individuales, cada punto de la imagen está iluminado por un "lápiz" enfocado de rayos de luz .
Desde el frente de la cámara se vería el pequeño agujero (la apertura). La imagen virtual de la apertura vista desde el mundo se conoce como pupila de entrada de la lente ; Idealmente, todos los rayos de luz que salen de un punto en el objeto y entran por 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 de la lente . 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 lugares diferentes. Las lentes fotográficas prácticas incluyen más elementos de lente. Los elementos adicionales permiten a los diseñadores de lentes reducir diversas aberraciones, pero el principio de funcionamiento sigue siendo el mismo: se recogen lápices de rayos en la pupila de entrada y se enfocan desde la pupila de salida hacia el plano de la imagen.
La lente de una cámara se puede fabricar a partir de varios elementos: desde uno, como en la lente de menisco del 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 equilibrio del color. Para minimizar la aberración, la curvatura generalmente se establece de manera que el ángulo de incidencia y el ángulo de refracción sean iguales. En un objetivo fijo esto es fácil, pero en un objetivo zoom siempre hay un compromiso.
La lente normalmente se enfoca ajustando la distancia desde el conjunto de lentes al plano de la imagen, o moviendo elementos del conjunto de lentes. Para mejorar el rendimiento, algunos lentes tienen un sistema de cámara que ajusta la distancia entre los grupos a medida que se enfoca el lente. Los fabricantes llaman a esto de diferentes maneras: Nikon lo llama CRC (corrección de rango cercano); Canon lo llama sistema flotante; y Hasselblad y Mamiya lo llaman FLE (elemento de lente 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 vidrio de cuarzo , fluorita , [3] [4] [5] [6] plásticos como el acrílico (plexiglás), e incluso germanio y vidrio meteorítico . [ cita necesaria ] 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 necesaria ] 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 utilizan desde hace muchos años para las cámaras desechables más baratas y han adquirido mala reputación: los fabricantes de ópticas de calidad tienden a utilizar eufemismos como "resina óptica". Sin embargo, muchos lentes modernos, de alto rendimiento (y de 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 necesaria ]
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, en última instancia, limitada por la difracción , y muy pocas lentes fotográficas se aproximan a esta resolución. Los que sí lo hacen se denominan "limitados por difracción" y suelen ser extremadamente caros. [7]
Hoy en día, la mayoría de las lentes tienen revestimiento múltiple para minimizar los destellos y otros efectos no deseados. Algunas lentes tienen una capa UV para evitar la luz ultravioleta que podría manchar el color. La mayoría de los cementos ópticos modernos para unir elementos de vidrio también bloquean la luz ultravioleta, eliminando la necesidad de un filtro UV. Sin embargo, esto deja una vía para que los hongos en las lentes ataquen si las lentes no se cuidan adecuadamente. Los fotógrafos ultravioleta deben hacer todo lo posible para encontrar lentes sin cemento ni recubrimientos.
Una lente suele tener un mecanismo de ajuste de apertura, generalmente un diafragma de iris , para regular la cantidad de luz que pasa. En los primeros modelos de cámaras se utilizaba una placa giratoria o un control deslizante 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 hojas en la lente 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 el aumento 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 determinado, 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 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 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 de lentes prácticos también pueden contener mecanismos para medir la luz, aperturas secundarias para reducir los destellos [9] 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. 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 determinado de película o sensor, especificado por la longitud de la diagonal, una lente puede clasificarse como:
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 extendiendo una mano con un gran angular, un objetivo normal y un teleobjetivo, que contienen exactamente el mismo tamaño de imagen cambiando la distancia al sujeto. Pero la perspectiva será diferente. Con el gran angular, las manos quedarán 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 fotografías se toman desde la misma distancia, se amplían y se recortan para contener la misma vista, las fotografías tendrán una perspectiva idéntica. A menudo se recomienda un objetivo de enfoque largo moderado (teleobjetivo) para retratos porque se considera que la perspectiva correspondiente a la distancia de disparo más larga parece 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 la cara oculta de la Luna en 1966. Tres de estos El cineasta Stanley Kubrick compró lentes 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 (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 ser de 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 formar imágenes. Una lente de enfoque largo y apertura pequeña puede ser de construcción muy sencilla para lograr una calidad de imagen comparable: un doblete (dos elementos) suele ser suficiente. Algunas cámaras más antiguas estaban equipadas con lentes convertibles (en alemán: Satzobjektiv ) de distancia focal normal. El elemento frontal se podría desenroscar, quedando una lente de dos veces la distancia focal, y la mitad del ángulo de visión y la mitad de la apertura. La media lente más simple tenía la calidad adecuada para el ángulo de visión estrecho y la pequeña apertura relativa. Esto requeriría que el fuelle tuviera que ampliarse al doble de su longitud normal.
Los objetivos de buena calidad con una apertura máxima no superior a f/2,8 y una distancia focal fija y normal necesitan al menos tres (triplete) 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) degradaba seriamente el contraste y la saturación de color de las primeras lentes, particularmente las lentes con zoom, especialmente cuando la lente estaba iluminada directamente 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 dado como resultado mejoras importantes, y las lentes de zoom modernas de alta calidad brindan imágenes con un contraste bastante aceptable, aunque las lentes de zoom con muchos elementos transmitirán menos luz que las lentes. hecho con menos elementos (todos los demás factores, como la apertura, la distancia focal y los recubrimientos, son iguales). [15]
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 empresas que producen equipos de formato medio como Bronica, Hasselblad y Fuji tienen estilos de cámaras similares que permiten la intercambiabilidad en las lentes también, y cámaras sin espejo con lentes intercambiables . Las lentes se fijan a la cámara mediante una montura de lente , que contiene conexiones mecánicas y, a menudo, también contactos eléctricos entre la lente y el cuerpo de la cámara.
El diseño de la montura del objetivo es una cuestión importante para la compatibilidad entre cámaras y objetivos. No existe un estándar universal para las monturas de lentes y cada fabricante importante de cámaras suele utilizar su propio diseño, incompatible con otros fabricantes. [16] Algunos diseños de monturas de lentes de enfoque manual más antiguos, como la montura de lentes Leica M39 para telémetros, la montura de lentes 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 del sistema Olympus/Kodak Four Thirds para DSLR, también han sido licenciados a otros fabricantes. [17] La mayoría de las cámaras de gran formato también admiten lentes intercambiables, que generalmente se montan en un tablero de lentes o en el frente estándar.
Las monturas de lentes intercambiables más comunes en el mercado hoy en día incluyen las monturas de lentes de enfoque automático Canon EF , EF-S y EF-M . Otros incluyen las monturas de enfoque automático y manual Nikon F , las monturas digitales Olympus / Kodak Four Thirds y Olympus/Panasonic Micro Four Thirds , la montura Pentax K y variantes de enfoque automático, la montura Sony Alpha (derivada de la montura Minolta ) y la montura Sony. E montura solo digital.
Una lente macro utilizada en fotografía macro o de "primeros planos" (que no debe confundirse con el término compositivo de primeros planos ) es cualquier lente que produce una imagen en el plano focal (es decir, una película o un sensor digital) que es un cuarto de tamaño natural (1:4) al mismo tamaño (1:1) que el sujeto que se está fotografiando. No existe un estándar oficial para definir una lente macro, generalmente una lente fija , pero una relación de 1:1 generalmente se considera macro "verdadera". La ampliación desde tamaño natural a mayor se denomina fotografía "micro" (2:1, 3:1, etc.). Esta configuración se utiliza generalmente para fotografiar en primer plano sujetos muy pequeños. Una lente macro puede tener cualquier distancia focal, siendo la longitud de enfoque real determinada por su uso práctico, considerando el aumento, la relación requerida, el acceso al sujeto y consideraciones de iluminación. Puede ser una lente especial corregida ópticamente para trabajos de 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 "hacia adelante" para fotografías muy cercanas. Dependiendo de la distancia y la apertura de la cámara al sujeto, la profundidad de campo puede ser muy estrecha, lo que limita la profundidad lineal del área que estará enfocada. Las lentes generalmente están rebajadas para brindar una mayor profundidad de campo.
Algunas lentes, llamadas lentes con zoom , tienen una distancia focal que varía a medida que se mueven los elementos internos, generalmente al girar el cilindro o presionar un botón que activa un motor eléctrico . Por lo general, la lente puede hacer zoom desde un gran angular moderado, pasando por el normal, hasta un teleobjetivo moderado; o desde teleobjetivo normal a extremo. El rango de zoom está limitado por limitaciones de fabricación; el ideal de una lente de gran apertura máxima que pueda hacer zoom desde un gran angular extremo hasta un teleobjetivo extremo no es alcanzable. Los objetivos con zoom se utilizan ampliamente para cámaras de pequeño formato de todo tipo: cámaras fotográficas y de cine con objetivos fijos o intercambiables. El volumen y el precio limitan su uso para películas de mayor tamaño. Las lentes con zoom motorizado también pueden tener motorizados el enfoque, el iris y otras funciones.
Algunos diseños de lentes ópticos fotográficos notables son:
