LENS / OPTICS

Cómo funciona un objetivo

Pruébalo

01 / INTERACTIVO / LENTE DELGADA

Un grupo óptico móvil enfoca la imagen en un sensor fijo

Diagrama de lente delgadaPersonaSuperior: rojo, línea continuaInferior: azul, línea discontinua
Diagrama de lente delgadaDiagrama en el que la luz roja del punto superior y la azul del punto inferior de la persona o la montaña quedan limitadas por el diafragma interno, se refractan en el grupo óptico móvil, se cruzan verticalmente y convergen en los puntos de imagen invertidos de cada sujeto, mientras el sensor fijo intercepta el haz antes de la convergencia o después del cruceMontañaPersonaFFLa luz reflejada se abreRefracción en el grupo ópticoPunto de imagen del sujetoGrupo óptico móvilSensor fijoPunto de imagenVisualización de la imagen en el sensor fijoImagen invertida donde la persona y la montaña comparten la misma línea de visión, se desenfocan según los círculos de confusión que cada una forma en el sensor fijo y la persona lleva un contorno blanco cálidoVisualización de la imagen en el sensor fijo36 × 24 mmInvertida arriba-abajoEnfoque: el grupo óptico avanza o retrocede (movimiento ampliado)
Enfocar

Este modelo de lente delgada permite compararla con la imagen estenopeica. El sensor, que actúa como plano de registro, permanece fijo mientras el grupo óptico se desplaza hacia delante o hacia atrás para ajustar la distancia de enfoque. La luz que se abre desde un punto del objeto converge en el punto de imagen de ese sujeto; si este queda delante o detrás del sensor, el haz conserva anchura sobre el sensor y forma un círculo de confusión.

Qué está ocurriendo ahoraEl círculo de confusión de Persona es 0,000 mm. El punto de imagen coincide con el sensor: enfocado.La luz roja del punto superior de la persona converge abajo y la azul del punto inferior converge arriba, formando una imagen invertida. El desplazamiento del grupo óptico, la separación del punto de imagen y el desenfoque proyectado se amplían para hacer visible la diferencia. Los valores numéricos siguen el cálculo de lente delgada.
Persona 0,000 mmMontaña 0,225 mm
El sensor permanece fijo
Fijo
Grupo óptico a sensor fijo
50,63 mm · +0,63 mm
Diámetro efectivo de abertura
17,9 mm
Círculo de confusión seleccionado
Persona · En foco · El punto de imagen coincide con el sensor: enfocado
La distancia entre la persona y la montaña está comprimida y la vista del sensor las superpone en una misma línea para mostrar esquemáticamente el primer plano y el fondo. El sensor permanece fijo; el enfoque desplaza el grupo óptico hacia delante o atrás. Los cambios de distancia focal se representan mediante la curvatura y la potencia de una lente equivalente. Una focal más larga amplía ambas imágenes, pero no cambia su relación de perspectiva si la cámara permanece en el mismo sitio. El diafragma se encuentra dentro del grupo óptico y limita el haz transmitido; f/1,4 se considera la abertura máxima. Los puntos de imagen de cada sujeto y sus círculos de confusión en el sensor fijo siguen el cálculo de lente delgada. El desenfoque en pantalla es una conversión gaussiana; no reproduce la construcción de un objetivo compuesto real, sus aberraciones ni la difracción. Tolerancia 0,03 mm Cómo funcionan las lentes: Canon Science Lab for Kids · Cómo funcionan la cámara y el enfoque: Canon Science Lab for Kids · Referencia sobre lente delgada y profundidad de campo: MIT Computational Photography

Un objetivo refracta la luz que se dispersa y la devuelve a un punto. Mientras el estenopo restringe qué direcciones pueden pasar, el objetivo desvía la luz y la reúne. Esa sola diferencia decide el brillo, el enfoque y el desenfoque. En esta página puedes mover la distancia focal, el número f y la distancia de enfoque y ver cómo cambia la imagen.

La distancia focal, el número f, la distancia de enfoque y la distancia a la persona pueden combinarse libremente. En el diagrama de rayos, los rayos rojos del borde superior de la persona y los azules del inferior atraviesan el mismo objetivo, se invierten y convergen en el punto imagen. Al desenfocar se ve el haz cruzarse delante del sensor y abrirse de nuevo, o llegar todavía cerrándose.

Cómo funciona un objetivo en 3D

4:46 · Sin audio

Sigue en 3D la refracción de la luz reflejada y la formación de la imagen. El vídeo muestra el enfoque del árbol y la montaña, la abertura, la distancia focal, el círculo de imagen y el sensor, y compara la proyección solar estenopeica.

Este vídeo no tiene audio. El texto siguiente también describe su contenido visual y sus movimientos. Leer la explicación del artículo

Leer la descripción visual del vídeo

La luz llega a un punto de la superficie del árbol y se refleja en muchas direcciones. La parte que alcanza la lente se refracta y converge. La luz de cada punto forma un pequeño punto de imagen; juntos producen un árbol invertido sobre el sensor.

Al enfocar el árbol, la luz de uno de sus puntos converge en el sensor. La luz de la montaña lejana se cruza antes del sensor y vuelve a expandirse, por lo que la montaña aparece desenfocada. El esquema distingue las posiciones de imagen del árbol y la montaña del plano del sensor.

La lente se mueve mientras el sensor permanece fijo, hasta hacer coincidir la imagen de la montaña con él. La montaña se vuelve nítida. La luz del árbol llega ahora antes de converger y cada punto forma un círculo grande. Enfocar cambia qué distancia aparece nítida.

La animación separa los rayos del árbol y de la montaña y cierra el diafragma. Un haz transmitido más estrecho produce un círculo de desenfoque menor para un punto fuera de foco. El diafragma cambia qué rayos pasan, sin desplazar la posición ideal de la imagen.

Una lente esquemática cambia de curvatura para mostrar la relación entre la desviación de la luz, la distancia focal, el tamaño de la imagen y el campo de visión. Una curvatura menos pronunciada desvía menos la luz y da una distancia focal mayor. No significa que el vidrio de un objetivo zoom real cambie de forma.

Una vista tridimensional en movimiento muestra que solo la luz dirigida hacia la abertura entra en la lente. El área circular en la que puede formarse la imagen de toda la escena es el círculo de imagen; esta no se extiende del mismo modo fuera de él. Es distinto del círculo de confusión, que representa el desenfoque de un solo punto.

Se superpone un marco rectangular de sensor al círculo de imagen y se registra únicamente su interior. Al crecer el rectángulo fuera del círculo, las esquinas se oscurecen. Las trayectorias, el movimiento de la lente, las posiciones de imagen y el desenfoque son representaciones esquemáticas facilitadas para su lectura, no las dimensiones o la construcción literal de una cámara.

La escena final vuelve de la lente al estenopo. La luz solar atraviesa en línea recta un pequeño orificio e ilumina el interior de una caja. Al cambiar la dirección del sol, cambian el lugar y la superficie iluminados. Observe la luz proyectada dentro de la caja; nunca mire directamente al sol ni a través del orificio.

02 / CONVERGENCE

El objetivo reúne la luz

De un solo punto de un objeto sale luz en todas las direcciones. De esa luz dispersa, solo la parte que llega al objetivo se refracta, cambia de dirección y vuelve a converger en un punto. Ese punto es el punto imagen.

El estenopo no desvía la luz. Una pequeña abertura forma la imagen limitando qué direcciones pueden atravesarla: restringe en lugar de reunir. Por eso el estenopo es oscuro y el objetivo, luminoso. Ambos forman una imagen, pero en condiciones radicalmente distintas.

La luz que atraviesa un objetivo converge en un punto solo cuando se cumplen ciertas condiciones. Fuera de ellas el haz no llega a cerrarse y conserva anchura allí donde incide. Esa anchura es lo que llamamos desenfoque.

03 / FOCAL LENGTH

Qué es la distancia focal

La luz procedente del infinito —rayos prácticamente paralelos— converge en un único punto detrás del objetivo. La distancia del objetivo a ese punto es la distancia focal. Con un objetivo de 50 mm, la luz paralela forma un punto 50 mm por detrás.

Cuanto mayor es la distancia focal, mayor es la imagen del mismo sujeto. Así es como un teleobjetivo agranda lo lejano. Una advertencia: cambiar la distancia focal no cambia la perspectiva en sí. Desde la misma posición de cámara, la relación entre lo cercano y lo lejano se mantiene; solo cambia el encuadre.

La distancia focal también puede leerse como la fuerza del poder refractivo del objetivo. Una focal corta desvía la luz con fuerza; una larga, suavemente.

04 / APERTURE

Número f y diafragma

El número f es la distancia focal dividida entre el diámetro efectivo de la abertura. En f/2,8 el diámetro efectivo es la 2,8ª parte de la focal. Un número menor significa una abertura mayor y más luz atravesándola.

Con el mismo número f, el brillo en el plano de la imagen se mantiene aproximadamente igual aunque cambie la focal. Precisamente por eso el número f se define como una razón: fue pensado como una cifra útil al fijar la exposición.

Cerrar el diafragma —subir el número f— estrecha el haz de luz que atraviesa el objetivo. Un haz estrecho se extiende sobre un área pequeña incluso en un plano que no coincide con el punto imagen. Ese hecho geométrico explica que cerrar parezca ampliar la zona que se ve nítida.

05 / FOCUS

Enfoque y círculo de confusión

Al cambiar la distancia del sujeto cambia también la posición del punto imagen: cuanto más cerca está el sujeto, más atrás se desplaza. El sensor o la película permanecen fijos, de modo que ambos dejan de coincidir.

Enfocar es llevar ese punto imagen sobre la superficie de registro. En una cámara corriente se hace moviendo el grupo de lentes adelante y atrás, no moviendo el sensor. El modelo al comienzo de la página funciona igual: el sensor está fijo y el grupo de lentes se desplaza.

Cuando el punto imagen no coincide con la superficie de registro, la luz que llega allí o bien no se ha cerrado todavía, o bien ya se ha cruzado y vuelve a abrirse. En ambos casos incide como una mancha circular. Esa mancha es el círculo de confusión: cuanto menor es, más nítido se ve ese sujeto.

06 / DEPTH OF FIELD

Por qué cambia la profundidad de campo

En rigor, el punto imagen coincide con la superficie de registro a una sola distancia. Pero si el círculo de confusión es lo bastante pequeño, el ojo lo lee como nítido. El intervalo en el que se sostiene ese juicio es la profundidad de campo.

La profundidad de campo depende de la abertura, la distancia focal, la distancia al sujeto y el tamaño de círculo de confusión que se acepte. Cerrar el diafragma, usar una focal más corta o alejar el sujeto amplían el intervalo; abrir, alargar la focal o acercarse lo estrechan.

La profundidad de campo no es, por tanto, una propiedad del objetivo, sino el resultado de una combinación de condiciones. Mueve los cuatro controles del modelo al comienzo de la página y el círculo de confusión del sujeto seleccionado cambiará sobre la marcha.

07 / VS PINHOLE

Diferencias con el estenopo

Una cámara estenopeica no tiene enfoque en el sentido en que lo tiene un objetivo. La luz que atraviesa la abertura viaja recta en lugar de desviarse, de modo que lo cercano y lo lejano se proyectan por igual. La idea de profundidad de campo sencillamente no hace falta.

En su lugar, es el tamaño de la abertura el que fija cuán suave resulta la imagen. Un orificio mayor permite que la luz de un punto alcance un área amplia del plano de la imagen, donde se superpone con los puntos vecinos y difumina. Uno menor la concentra, pero deja entrar menos luz y alarga la exposición; demasiado pequeño, y la difracción vuelve a suavizarla.

El objetivo evolucionó hacia reunir la luz para hacer imágenes luminosas y nítidas; el estenopo, hacia restringirla para que la imagen llegue a existir. Ninguno es superior: fijan de otro modo las condiciones de la imagen.

El aparato usado para fotografiar THE MOST BEAUTIFUL LIGHT NEXT TO THE DARK
Cámara ligera para THE MOST BEAUTIFUL LIGHT NEXT TO THE DARK, 2014

08 / REFERENCES

Referencias

Continuar leyendo