Una lente de zoom es un sistema de elementos de lente de cámara para los cuales se puede variar la distancia focal (y por lo tanto el ángulo de visión ), a diferencia de una lente de distancia focal fija (FFL) ( lente fija ).
Una lente con zoom verdadero o lente con zoom óptico es un tipo de lente parafocal , aquella que mantiene el enfoque cuando cambia su distancia focal. [1] La mayoría de los lentes con zoom de consumo no mantienen un enfoque perfecto, pero siguen siendo casi parafocales. La mayoría de los teléfonos con cámara que se anuncian con zoom óptico en realidad utilizan algunas cámaras de distancia focal diferente pero fija, combinadas con zoom digital para crear un sistema híbrido.
La conveniencia de una distancia focal variable tiene el costo de la complejidad y algunos compromisos en la calidad de la imagen, el peso, las dimensiones, la apertura, el rendimiento del enfoque automático y el costo. Por ejemplo, todos los objetivos con zoom sufren una pérdida al menos ligera, si no considerable, de resolución de imagen en su apertura máxima , especialmente en los extremos de su rango de distancia focal. Este efecto es evidente en las esquinas de la imagen, cuando se muestra en gran formato o alta resolución. Cuanto mayor sea el rango de distancia focal que ofrece un objetivo zoom, más exagerados deben ser estos compromisos. [2]
Las lentes con zoom a menudo se describen por la relación entre sus distancias focales más largas y más cortas. Por ejemplo, un objetivo zoom con distancias focales que oscilan entre 100 mm y 400 mm puede describirse como un zoom 4:1 o "4×". El término superzoom o hiperzoom se utiliza para describir lentes con zoom fotográfico con factores de distancia focal muy grandes, generalmente más de 5 aumentos y hasta 19 aumentos en lentes de cámaras SLR y 22 aumentos en cámaras digitales de aficionados . Esta relación puede llegar hasta 300× en lentes de cámaras de televisión profesionales. [3] A partir de 2009, los lentes con zoom fotográfico de más de 3 aumentos generalmente no pueden producir una calidad de imagen a la par con los lentes fijos . Zooms de apertura rápida constante (normalmentef /2.8 of /2.0) normalmente están restringidos a este rango de zoom. La degradación de la calidad es menos perceptible cuando se graban imágenes en movimiento a baja resolución, razón por la cual los lentes de vídeo y TV profesionales pueden ofrecer relaciones de zoom altas. Los objetivos de TV con relación de zoom alta son complejos, con docenas de elementos ópticos, que a menudo pesan más de 25 kg (55 lb). [4] La fotografía digital también puede incorporar algoritmos que compensan los defectos ópticos, tanto dentro de los procesadores de la cámara como en el software de postproducción.
Algunos lentes con zoom fotográfico son lentes de enfoque largo , con distancias focales más largas que las de un lente normal , algunos son lentes gran angular (más anchos de lo normal ) y otros cubren un rango que va desde gran angular hasta enfoque largo. Los lentes del último grupo de lentes con zoom, a veces denominados zooms "normales", [ cita necesaria ] han desplazado a los lentes de distancia focal fija como la popular selección de un solo lente en muchas cámaras contemporáneas. Las marcas de estos lentes suelen decir W y T para "Gran angular" y "Teleobjetivo". Se designa teleobjetivo porque la distancia focal más larga suministrada por la lente divergente negativa es más larga que el conjunto general de la lente (la lente divergente negativa actúa como el "grupo de teleobjetivo"). [5]
Algunas cámaras digitales permiten recortar y ampliar una imagen capturada para emular el efecto de una lente de zoom de distancia focal más larga (ángulo de visión más estrecho). Esto se conoce comúnmente como zoom digital y produce una imagen de resolución óptica más baja que el zoom óptico. Se puede obtener exactamente el mismo efecto utilizando un software de procesamiento de imágenes digitales en una computadora para recortar la imagen digital y ampliar el área recortada. Muchas cámaras digitales tienen ambos, combinándolos usando primero el zoom óptico y luego el digital.
Las lentes con zoom y superzoom se usan comúnmente con cámaras fotográficas , de video y cinematográficas , proyectores , algunos binoculares , microscopios , telescopios , miras telescópicas y otros instrumentos ópticos . Además, la parte afocal de una lente zoom se puede utilizar como telescopio de aumento variable para hacer un expansor de haz ajustable . Esto se puede utilizar, por ejemplo, para cambiar el tamaño de un rayo láser de modo que se pueda variar la irradiancia del rayo.
Las primeras formas de lentes con zoom se utilizaron en telescopios ópticos para proporcionar una variación continua del aumento de la imagen, y esto se informó por primera vez en las actas de la Royal Society en 1834. Las primeras patentes para lentes teleobjetivos también incluían elementos de lentes móviles que podían ajustarse. para cambiar la distancia focal total de la lente. Las lentes de este tipo ahora se denominan lentes varifocales , ya que cuando se cambia la distancia focal, la posición del plano focal también se mueve, lo que requiere un reenfoque de la lente después de cada cambio.
La primera lente con zoom verdadero , que mantenía un enfoque casi nítido mientras se cambiaba la distancia focal efectiva del conjunto de la lente, fue patentada en 1902 por Clile C. Allen ( patente estadounidense 696,788 ). [7] : 155 Un uso temprano del objetivo zoom en el cine se puede ver en el primer plano de la película "It" protagonizada por Clara Bow, de 1927. La primera producción industrial fue la "Varo" de Bell y Howell Cooke 40–120 Lente de mm para cámaras de cine de 35 mm introducida en 1932. [7] : 156 La lente TV Zoom más impresionante de las primeras etapas fue la VAROTAL III, de Rank Taylor Hobson del Reino Unido, construida en 1953.
El objetivo Kilfitt 36–82 mm/2,8 Zoomar introducido en 1959 fue el primer objetivo varifocal en producción regular para fotografía fija de 35 mm . [8] El primer objetivo zoom cinematográfico moderno, el Pan-Cinor, fue diseñado alrededor de 1950 por Roger Cuvillier , un ingeniero francés que trabajaba para SOM-Berthiot. Tenía un sistema de zoom de compensación óptica. En 1956, Pierre Angénieux introdujo el sistema de compensación mecánica, que permitía un enfoque preciso al hacer zoom, en su lente de 17-68 mm para 16 mm lanzada en 1958. El mismo año se presentó por primera vez un prototipo de la versión de 35 mm del zoom Angénieux 4x, el 35-140 mm. utilizado por el director de fotografía Roger Fellous para la producción de Julie La Rousse. Angénieux recibió un premio técnico en 1964 de la academia de cine por el diseño de lentes con zoom de 10 a 1, incluidos los de 12-120 mm para cámaras de película de 16 mm y los de 25-250 mm para cámaras de película de 35 mm.
Debido a su relativo volumen, no fue hasta 1986 que se diseñó un objetivo zoom con dimensiones suficientemente compactas y finalmente encontró su camino en una cámara compacta de consumo (apuntar y disparar), siendo esta la Pentax Zoom 70.
Desde entonces, los avances en el diseño de lentes ópticas , en particular el uso de computadoras para el trazado de rayos ópticos , han facilitado mucho el diseño y la construcción de lentes con zoom, y ahora se utilizan ampliamente en la fotografía profesional y amateur. [7] : 167
Hay muchos diseños posibles para lentes con zoom, los más complejos tienen más de treinta elementos de lente individuales y múltiples partes móviles. Sin embargo, la mayoría sigue el mismo diseño básico. Generalmente constan de una serie de lentes individuales que pueden estar fijas o deslizarse axialmente a lo largo del cuerpo de la lente. Mientras cambia la ampliación de una lente con zoom, es necesario compensar cualquier movimiento del plano focal para mantener la imagen enfocada nítida. Esta compensación se puede realizar por medios mecánicos (moviendo el conjunto completo de la lente mientras cambia el aumento de la lente) u ópticos (disponiendo la posición del plano focal para que varíe lo menos posible mientras la lente hace zoom).
Un esquema simple para una lente de zoom divide el conjunto en dos partes: una lente de enfoque similar a una lente fotográfica estándar de longitud focal fija, precedida por un sistema de zoom afocal , una disposición de elementos de lente fijos y móviles que no enfoca el luz, pero altera el tamaño del haz de luz que lo atraviesa y, por tanto, el aumento general del sistema de lentes.
En este sencillo objetivo zoom con compensación óptica, el sistema afocal consta de dos lentes positivas (convergentes) de igual distancia focal (lentes L 1 y L 3 ) con una lente negativa (divergente) ( L 2 ) entre ellas, con una distancia focal absoluta. menos de la mitad que las lentes positivas. La lente L 3 está fija, pero las lentes L 1 y L 2 se pueden mover axialmente en una relación no lineal particular. Este movimiento generalmente se realiza mediante una disposición compleja de engranajes y levas en la carcasa de la lente, aunque algunas lentes con zoom modernas utilizan servos controlados por computadora para realizar este posicionamiento.
Mientras la lente negativa L 2 se mueve desde el frente hacia la parte posterior de la lente, la lente L 1 se mueve hacia adelante y luego hacia atrás en un arco parabólico. Al hacerlo, el aumento angular general del sistema varía, cambiando la distancia focal efectiva de toda la lente de zoom. En cada uno de los tres puntos mostrados, el sistema de tres lentes es afocal (ni diverge ni converge la luz) y, por lo tanto, no altera la posición del plano focal de la lente. Entre estos puntos, el sistema no es exactamente afocal, pero la variación en la posición del plano focal puede ser lo suficientemente pequeña (aproximadamente ±0,01 mm en una lente bien diseñada) como para no producir un cambio significativo en la nitidez de la imagen.
Una cuestión importante en el diseño de lentes con zoom es la corrección de las aberraciones ópticas (como la aberración cromática y, en particular, la curvatura de campo ) en todo el rango operativo de la lente; Esto es considerablemente más difícil en un objetivo con zoom que en un objetivo fijo, que sólo necesita corregir las aberraciones para una distancia focal. Este problema fue una de las principales razones de la lenta adopción de las lentes con zoom, ya que los primeros diseños eran considerablemente inferiores a las lentes fijas contemporáneas y solo se podían usar con un rango estrecho de números f . Las técnicas modernas de diseño óptico han permitido la construcción de lentes de zoom con buena corrección de aberración en distancias focales y aperturas muy variables.
Mientras que las lentes utilizadas en aplicaciones de cinematografía y vídeo deben mantener el enfoque mientras se cambia la distancia focal, no existe tal requisito para la fotografía fija ni para las lentes con zoom utilizadas como lentes de proyección. Dado que es más difícil construir una lente que no cambie el enfoque con la misma calidad de imagen que una que sí lo haga, estas últimas aplicaciones a menudo usan lentes que requieren reenfoque una vez que la distancia focal ha cambiado (y, por lo tanto, estrictamente hablando, son lentes varifocales , no lentes con zoom). ). Como la mayoría de las cámaras fotográficas modernas tienen enfoque automático , esto no es un problema.
Los diseñadores de lentes con zoom con grandes relaciones de zoom a menudo cambian una o más aberraciones por una mayor nitidez de la imagen. Por ejemplo, se tolera un mayor grado de distorsión de barril y acerico en lentes que abarcan el rango de distancia focal desde gran angular hasta teleobjetivo con una relación focal de 10× o más de lo que sería aceptable en una lente de distancia focal fija o una lente de zoom con una proporción más baja. Aunque los métodos de diseño modernos han ido reduciendo continuamente este problema, la distorsión de barril superior al uno por ciento es común en estos lentes de gran relación. Otro precio que se paga es que en la configuración extrema de teleobjetivo del objetivo, la distancia focal efectiva cambia significativamente mientras el objetivo se enfoca en objetos más cercanos. La distancia focal aparente puede reducirse a más de la mitad mientras la lente está enfocada desde el infinito hasta un primer plano medio. En menor grado, este efecto también se observa en lentes de distancia focal fija que mueven elementos internos de la lente, en lugar de toda la lente, para efectuar cambios en el aumento.
Muchos de los llamados lentes "zoom", particularmente en el caso de las cámaras de lentes fijos, son en realidad lentes varifocales , lo que brinda a los diseñadores de lentes más flexibilidad en las compensaciones del diseño óptico (rango de distancia focal, apertura máxima, tamaño, peso, costo). que el verdadero zoom parafocal, y que es práctico debido al enfoque automático y porque el procesador de la cámara puede mover la lente para compensar el cambio en la posición del plano focal mientras cambia la ampliación ("zoom"), haciendo que la operación sea esencialmente la misma que una verdadero zoom parafocal. [ cita necesaria ]
