Objetivos (lentes) – Introducción
¿Qué son los objetivos y por qué son necesarios para el funcionamiento de una cámara? Lo veremos en este capítulo.
El objetivo está formado normalmente por un conjunto de lentes ópticas.
Esas lentes del interior del objetivo suelen formar grupos que realizan una determinada función dentro del conjunto.
En América, a los objetivos se les suele llamar lentes. Y en inglés también reciben el nombre de lenses (lens = lente)
Tiene su lógica, porque como veremos, un objetivo se puede ver en su conjunto como si fuera una única lente ideal (matemática).
Pero a mí me gusta más la palabra objetivo, porque me transmite esa idea de un dispositivo compuesto por lentes y por más cosas.
¿Por qué hace falta un objetivo?
Vamos a intentar construir una cámara gigante.
Imagina que tenemos una habitación con una única ventana que da a la calle.
La pared blanca que está frente a la ventana actúa en cierta forma como una pantalla en la que se proyecta la luz de la escena: edificios, coches, campo…
El problema es el siguiente…
Si nos fijamos en un punto pequeño de la escena, por ejemplo un punto de una chimenea de la casa de enfrente, veríamos que los rayos de luz que parten de ese punto de la chimenea siguen un montón de trayectorias diferentes.
Y una gran parte de esas trayectorias llegan a la pared, a la pantalla de proyección.
La información de ese punto de la chimenea estará distribuida por toda la superficie de nuestra pantalla.
Lo mismo ocurre con cualquier otro punto de la chimenea y de la escena (todo lo que haya frente a la ventana cuyos rayos consigan llegar a la pared).
Todos los elementos de la escena original aparecen mezclados y distribuidos de una forma más o menos homogénea.
El resultado es una imagen que conserva el color medio de la escena y la luminosidad media, pero poco más.
En esa imagen no podemos reconocer ningún elemento.
Y si entra mucha luz por la ventana simplemente veremos la pared blanca, sin ningún tipo de detalle.
Si hacemos el hueco de la ventana bastante más pequeño dejaremos pasar sólo los rayos que siguen ciertas trayectorias.
Ahora cada punto de la escena tiene una correspondencia ‘uno a varios’ con respecto a los puntos de la pantalla (en el caso de la ventana abierta era una correspondencia uno a muchísimos).
Todavía habrá cierta dispersión, pero es posible que comencemos a reconocer en la imagen ciertas estructuras de la escena real.
Es decir, cuanto más cerramos la entrada, más restringimos las trayectorias válidas de los rayos de luz y más nitidez conseguiremos en la imagen proyectada.
Este sería el principio de la cámara oscura.
Cuando el hueco es suficientemente pequeño, un simple agujero que se conoce como pinhole en inglés y estenopo en castellano, los rayos que parten de un punto de la escena sólo tienen una trayectoria posible (o un conjunto de trayectorias tan próximas entre sí que a efectos prácticos equivalen a una única).
Hay una correspondencia directa (uno a uno) entre cada punto de la escena y cada punto de la imagen.
En la pantalla se forma una imagen real (fotones que inciden sobre la pared) e invertida: arriba-abajo, izquierda-derecha.
El problema de la cámara oscura es que para conseguir nitidez necesitamos un agujero lo más pequeño posible y eso implica que perdemos por el camino muchísima luz.
Sólo funciona bien cuando la escena está muy iluminada.
Y además, a medida que hacemos el agujero más pequeño empieza a afectar más el fenómeno de la difracción.
Este fenómeno físico hace que la luz se disperse un poco al pasar por el agujero (como cualquier otra onda), y eso se traduce en pérdida de nitidez en la imagen proyectada.
Así que la difracción impone un límite a la nitidez máxima que pueden conseguir este tipo de cámaras.
Características de una cámara estenopeica (pinhole camera):
- Mayor nitidez cuanto más pequeño sea el agujero…
- …hasta que llega a un diámetro mínimo a partir del cual comienza a predominar el efecto de la difracción
- Deja pasar muy poca luz
Se necesita una escena con mucha luz - Toda la escena está enfocada
Todos los objetos de la escena aparecen enfocados, desde los más cercanos a los más lejanos
Podemos conseguir un efecto similar si colocamos en el hueco una lente convergente (la típica lente de una lupa por ejemplo).
La estructura de la lente convergente hace que los rayos que llegan de un punto de la escena real converjan hacia un punto de la pantalla de proyección.
Una lente convergente forma también una imagen real (fotones que llegan a la pantalla) e invertida: arriba-abajo, izquierda-derecha.
El problema de las lentes es que sólo hay una correspondencia directa uno a uno para los puntos que están situados a una cierta distancia (plano de enfoque).
A diferencia de la cámara oscura basada en un agujero (pinhole), que reproduce toda la escena con nitidez, con la lente convergente sólo hay un ‘plano’ de la escena que aparece perfectamente enfocado en la imagen.
Todos los puntos de la escena que están por delante de ese plano (más cerca con respecto a la lente) y todos los que están por detrás (más lejos con respecto a la lente) convergen a planos que no coinciden con la pantalla de proyección. Esos puntos se verían un poco más borrosos.
Es lo que se conoce como enfoque.
Las zonas de la escena que están fuera del plano de enfoque aparecen en la imagen como menos nítidas o totalmente desenfocadas (una mancha borrosa en la que sólo se puede identificar el color medio y la luminosidad media)
Sin embargo, ya veremos que no necesitamos una nitidez perfecta porque la visión humana tiene una capacidad limitada para resolver detalles pequeños.
En la práctica se puede conseguir mostrar gran parte de la escena ‘enfocada’ si así lo queremos.
La gran ventaja de las lentes con respecto al agujero pequeño es que no perdemos tanta luz.
Podemos usar lentes del tamaño que queramos (hasta cierto punto), de tal forma que podríamos recoger mucha luz de la escena y no tendríamos efectos de difracción apreciables.
Características de una cámara oscura basada en una lente convergente:
- Se consigue proyectar una imagen nítida
- Dejan pasar mucha más luz que un estenopo
- No hay problemas de difracción
- Sólo una parte de la escena estará enfocada
Esta zona enfocada / nítida se conoce como profundidad de campo. Ya lo veremos un poco más adelante.