U2 - Objetivos e imágenes

Imágenes estenopéicas

El primer video ilustra de una forma cómica como se genera la imagen estenopéica:

y en este segundo video podemos ver cómo se construye una cámara estenopéica y el resultado de las fotos realizadas con dicha cámara.

Son aquellas que se obtienen con una cámara sin objetivo.

Tienen tres características:

• la imagen está invertida
• se debe a la trayectoria rectilínea de la luz
• la imagen es muy tenue
• la mayor parte de la luz no ha podido penetrar hasta la pantalla
• la imagen no está definida con mucha nitidez
• los rayos luminosos divergentes siguen divergiendo después de atravesar el orificio y llegan hasta la pantalla reproduciendo los puntos como diminutos discos de iluminación

Imagen estenopéica

Si la pantalla se sitúa más cerca del orificio, más claridad, más pequeña será la imagen.

Para desviar la luz que pasa por una abertura grande y producir así una imagen brillante y clara, nos servimos de las lentes.

Para conseguir que la imagen se formara era necesario que el orificio fuera muy pequeño, de lo contrario la calidad de la imagen no podía ser muy nítida ni detallada.

En el siglo XVI un físico napolitano, Giovanni Battista Della Porta, antepuso al orificio una lente biconvexa (lupa) y con ella obtuvo mayor nitidez y luminosidad en la imagen. A partir de este avance, varios científicos se dedicaron a perfeccionarla.

Esta aportación fue fundamental para el desarrollo de la fotografía, ya que marcó el principio de lo que hoy conocemos como el objetivo de la cámara, el cual permite la captura de imágenes a diferentes distancias y ángulos obteniendo como resultado imágenes nítidas y luminosas.

Fotografía estenopéica

El objetivo positivo simple.

Evolución de la lente convergente.

• Refracción a través de un bloque de cristal de lados paralelos.
• El haz luminoso se desplaza pero es paralelo a la dirección original
• Refracción a través de un prisma.
• Se produce un cambio general en la dirección de la luz.
• Los rayos divergentes procedentes de un punto del sujeto son obligados por la lente a converger.
• La lente convergente capta más luz y crea imágenes más brillantes y más nítidas que cualquier abertura puntual.
• Todo objetivo tiene un eje que pasa por su centro óptico.
• Las dos superficies de vidrio están conformadas como partes de esferas y el eje del objetivo puede considerarse que une los centros imaginarios de las dos esferas.
• Los rayos luminosos que divergen a partir de un punto del sujeto son reunidos por el objetivo hasta un solo punto de foco.
• Una placa o película fotográfica colocada a través del eje en el punto de foco se dice que está en el plano focal de este sujeto.
• La imagen sólo se produce nítidamente (en foco) a una determinada distancia entre el objetivo y el plano focal para cada distancia del sujeto.

Distancia focal

El "poder de desviación de la luz" de un objetivo es una combinación de los factores que regulan la refracción:

• índice de refracción
• ángulo de incidencia
• longitud de onda.
• este efecto queda prácticamente eliminado usando varios elementos en un objetivo compuesto.

Vidrio de alto índice de refracción, reducida curvatura superficial 

Para una distancia dada del sujeto el poder de desviación de la luz de un objetivo depende de:

• el índice de refracción del vidrio del objetivo.
• el no paralelismo de las superficies anterior y posterior (que determinan el ángulo de incidencia).

Vidrio de bajo índice de refracción, pronunciada curvatura superficial

Un cristal de bajo índice de refracción convertido en un objetivo "grueso" puede producir la misma desviación de la luz que otro de alto índice de refracción convertido en objetivo "delgado".

La combinación del índice de refracción y la forma de su objetivo determina una nueva unidad, llamada distancia focal.

Distancia focal: (En el caso de un objetivo simple) la distancia entre el centro de la lente y el punto en que los rayos que inciden paralelos al eje quedan reunidos a foco.

distancia focal ( lente sencilla )

Rayos convergentes:

Si dos prismas se colocan base contra base, los rayos que los atraviesan convergerán hacia el mismo punto. Así funciona una lente convergente, empleada en todos los objetivos de cámaras. Esta lente es un disco más grueso por el centro que por los bordes, y que hace converger en un mismo punto los rayos procedentes de diferentes direcciones. Una lupa es una lente convergente. Para que forme imagen debe colocarse a una distancia fija de la pantalla: la distancia focal.

Tamaño de la imagen

Para una misma distancia del sujeto, un objetivo de distancia focal corta produce una imagen más cercana al objetivo y por lo tanto más pequeña que un objetivo de distancia focal larga. El tamaño de la imagen está en proporción directa con la distancia focal.

La distancia entre el objetivo y la imagen, y por lo tanto su tamaño, también depende de la distancia a la que se halla el sujeto respecto al objetivo. A medida que el sujeto se acerca al objetivo, su imagen se forma más lejos del objetivo adquiriendo mayor tamaño.

Zonas de enfoque

A partir de una lente u objetivo, de una determinada longitud focal, podemos predecir el tipo de imagen,posición y tamaño, dibujando un diagrama.

Dibujamos la forma del objetivo, y señalamos el punto focal principal en el eje en ambos lados del objetivo.

zona de enfoque de una imagen

Tres posibles trayectorias de rayos luminosos nos conducirán a la imagen: 

1. (a) El rayo luminoso procedente de la parte superior del sujeto que se acerca al objetivo paralelo al eje, se refracta a través del punto focal principal. 
2. (b) El que pasa por el centro óptico del objetivo no altera su dirección. 
3. (c) El rayo que pasa a través del punto focal principal delante del objetivo, se refracta y emerge paralelo al eje.

Los tres rayos procedentes de un punto de la parte superior del sujeto, se cruzan en un punto situado debajo del eje del objetivo. Ese es el punto en que la parte superior del sujeto se reproduce como imagen nítida. El resto del sujeto se reproducirá como imagen entre este punto y el eje. Así sabemos la altura de la imagen y su distancia desde el objetivo.

En lugar de dibujar tres rayos luminosos para reproducir la altura y posición de la imagen, dos cualesquiera de los tres darán la misma información.

La relación de la altura de la imagen con la altura del sujeto se denomina ampliación.

M = altura de la imagen / altura del sujeto

M = ampliación lineal

Dimensión y tamaño de la imagen con relación a diferentes distancias del sujeto

Fotografía distante: Cuando el sujeto está más alejado de dos distancias focales del objetivo, la imagen invertida se forma en una zona situada entre una y dos distancias focales detrás del objetivo. Es más pequeña que el sujeto.

Fotografía distante ( F = distancia focal )

Fotografía al mismo tamaño:  La imagen de un sujeto situado a dos distancias focales del objetivo, es invertida, del mismo tamaño que el sujeto, y se sitúa exactamente a dos distancias focales detrás del objetivo.

Fotografía al mismo tamaño ( F = distancia focal )

Ampliación: Los sujetos situados entre dos y una distancia focal respecto al objetivo, son reproducidos en imagen a más de dos distancias focales por detrás del objetivo, invertidas y de mayor tamaño que el sujeto.

Ampliación ( F = distancia focal )

En las ampliadoras y proyectores, el negativo y las transparencias se colocan entre una y dos distancias focales respecto al objetivo de proyección, proyectándose una imagen ampliada a considerable distancia del objetivo.

Otras dos posiciones del sujeto

1. Si el sujeto está a una sola distancia focal del objetivo, es decir en el punto focal principal de sujeto, no puede formarse ninguna imagen.
2. Cuando el sujeto se encuentra a menos de una distancia focal del objetivo, se forma una imagen “virtual” y de mayor tamaño que el sujeto. No se pude plasmar en una placa de enfoque, es una ilusión óptica del ojo. Ej: la lupa.

No se puede formar una imagen ( Imagen virtual )

Un video que muestra cómo se forman las imágenes en lentes convergentes:

Distancias conjugadas. Cálculo

1) Un sujeto de 2 m. de altura usando un objetivo de 100 mm. de distancia focal. ¿A qué distancia a de situarse para obtener una imagen de 1 cm.?

2) Tenemos que proyectar una diapositiva de 35 mm. (tamaño de imagen: 24x36 mm.)  una distancia de 20 m. y queremos llenar el audio de la pantalla que mide 3,6 m. ¿Cuál es la distancia focal del objetivo que tengo que emplear?

La distancia focal ( F ) se representa en milímetros.

Completar esta tabla para un objetivo positivo o convergente

Todos los datos están expresados en centímetros.

1.1) Halla la ampliación lineal (M)

1.2) Halla la distancia entre el objetivo y el sujeto. (U)

2.1) Halla la distancia entre la imagen y el objetivo. (V)

3.1) Halla la ampliación lineal. (M)

3.2) Halla la distancia entre la imagen y el objetivo. (V)

No hay ampliación porque M no tiene unidad.

4.1) Halla la distancia focal. (F)

4.2) Halla la distancia entre el objetivo y el sujeto (U).

5.1) Halla la distancia focal. (F)

Al formarse el sujeto y la imagen a la vez, podemos hallar que se encuentran a dos distancias focales, F=50/2= 25cm.

5.2) Halla la ampliación lineal. (M)

Formas de objetivos

Tipos de lentes:

Algunos componentes positivos y negativos de los objetivos compuestos.

lentes convergentes ( hacen conveger los rayos de luz )

lentes divergentes ( hacen diverger los rayos de luz )

Lentes negativas

• Posición del punto focal principal de una lente divergente.
• Cómputo de la posición y dimensiones de una imagen. (la imagen virtual permanece siempre sin inversión vertical y es más pequeña que el sujeto.)
• La lente divergente usada como visor óptico de visión directa. El fotógrafo ve una imagen cercana, brillante y <<miniaturizada>> del sujeto distante. El visor lleva líneas que indican las porciones abarcadas por el objetivo de la cámara.