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Cámara fotográfica

Contenido (todavía en elaboración, por lo que irá creciendo)

  1. Introducción

  2. Partes de una cámara

  3. Objetivo

  4. Teleobjetivos

  5. Objetivos de focal variable (Zoom)

  6. Cámaras CCD

  7. Película

  8. Sistemas de proyección

  9. Problema 1

  10. Problema 2

  11. Problema 3


1  Introducción

Una cámara fotográfica es un dispositivo encargado de recoger un haz de luz proveniente de un objeto y proyectarlo sobre una película impregnada de una sustancia fotosensible, de forma que sobre cada punto de la película incida la luz proveniente de un cono visual tan estrecho cono sea posible. Es decir, la cámara debe formar una imagen real sobre la película de todos los objetos de su campo de visión. Obviamente este objetivo es imposible de cumplir aún aceptando la aproximación paraxial de la óptica geométrica. Esto obliga a un compromiso entre las distintas desviaciones respecto a un sistema perfecto, que se traduce en distintas soluciones que se analizan a continuación.

 

2  Partes de una cámara

3  Objetivo

El objetivo es la parte fundamental de una cámara. En general está formado por una lente o un conjunto de lentes convergente como el esquematizado en la siguiente figura

Llamando z¢ a la distancia de la imagen al foco F¢, y a al ángulo desde el que se observa el objeto desde el foco imagen, se tiene

y¢ = f tana
y para z¢
z¢ = f y¢/y = f2/2/z Þ zz¢ = f2

En la mayor parte de las aplicaciones (ver problema 1) el objeto se sitúa muy lejos del foco F en comparación con la distancia focal, de forma que f representa el factor de escala con el que los ángulos bajo los que se ve un objeto se traducen a dimensiones longitudinales en la película. Además, la distancia de la imagen al plano focal imagen es z¢ » 0, con lo que situando la película próxima al foco, el enfoque sólo requerirá pequeños desplazamientos del objetivo respecto a la película.

Por otra parte, la cantidad de energía luminosa que va a impresionar la película es directamente proporcional al cuadrado del diámetro D de apertura y al tiempo del obturador. Como la distancia focal representa la dimensión longitudinal en la por radián, la energía por unidad de superficie será proporcional a

D2
f2
t
la inversa de la raíz cuadrada del primer factor , es decir
N = f
D

recibe el nombre de apertura numérica o número f. Obviamente, cuanto menor sea N, menor tiempo de exposición es necesario, y el objetivo se denomina rápido.

Por otra parte, para una cierta distancia x¢, se define la profundidad de campo como la distancia del intervalo que contiene a ¢, se define la profundidad de campo (ver problema 2) como la distancia del intervalo que contiene a z¢ para la que la imagen de un punto es un círculo de radio menor que el del círculo de tolerancia d. Su valor es

p = 2f2 d N z2
f4-d2N2 z2
que si d es pequeño resulta
p » 2 d N z2
f2
lo que evidencia que un número N grande (lento) permite un campo más profundo.

Las fórmulas anteriores permiten definir las características exigibles a un buen objetivo fotográfico, las cuales deben conducir a un compromiso entre las diferentes prestaciones

  • una apertura grande (N pequeño). Un buen valor de la apertura corresponde a un N entre 1 y 2. De esta forma, se pueden hacer fotografías instantáneas (la duración es inversamente proporcional a N2 para una película dada).

  • una distancia focal pequeña, con objeto de aumentar la profundidad de campo. Obviamente, el tamaño del grano de la película impone un límite a esta distancia.

  • una película sensible (rápida) y de grano fino, para aprovechar focales pequeños y aumentar la velocidad de la fotografía.

En realidad un objetivo consta de un conjunto de lentes diseñado con el fin de minimizar las aberraciones. En la figura superior se visualiza un Tessar, formado por varias lentes y que es incorporado por varias cámaras modernas.

4  Teleobjetivos

Cuando se pretende captar imágenes de objetos lejanos, es necesario aumentar la amplificación (distancia focal) y la apertura del sistema, de forma que se recoja la máxima energía posible (ver problema 3). Para no aumentar excesivamente las dimensiones de la cámara, esto se consigue combinando una lente convergente y otra divergente, lo que adelanta el plano principal de imagen, permitiendo que aún con una distancia focal grande, la imagen esté enfocada.

5  Objetivos de focal variable (Zoom)

En algunos casos es deseable tener objetivos de focal (y por lo tanto de amplificación) variable, que mantengan el plano de la imagen sobre la película (o muy próxima a ella). Esto se consigue de dos posibles formas

     

  • por compensación mecánica, consiguiendo, mediante un sistema de levas, sincronizar el movimiento de varias lentes de forma que cambie la distancia focal del conjunto y se mantenga el enfoque.

  • por compensación óptica, mediante dos conjuntos de lentes: uno fijo y otro móvil que en su movimiento varía la distancia focal y mantiene el enfoque.

6  Cámaras CCD

Si en el lugar de la película se dispone una matriz de células CCD, éstas suministrarán a un sistema electrónico los datos de intensidad de luz incidente en cada célula. La óptica de los dispositivos CCD es similar a la de una cámara fotográfica, aunque la resolución, sensiblemente menor, relaja las condiciones sobre el resto de elementos de la cámara.

7  Película

Las características más importantes de una película son

  • velocidad es decir, la cantidad de energía por centímetro cuadrado que necesita para desencadenar la reacción química (un película, en general, será tanto mejor y más rápida cuanto menos energía necesite).

  • tamaño de grano o resolución de la película, que representa las dimensiones de cada microcristal que puede formarse ante la acción de la luz.

  • formato o tamaño del rectángulo que va a ser impresionado en cada fotografía.

8.- Sistemas de proyección

Son sistemas que forman (proyectan) una imagen real de un objeto sobre una pantalla. Ésta, a su vez, difunde esta imagen como si el objeto estuviera impreso en ella. Los proyectores constan de un objetivo (típicamente de unos 10cm de distancia focal) cuyo foco objeto se sitúa muy próximo a la transparencia que se desea reconstruir. Un sistema de enfoque manual permite obtener una imagen nítida sobre la pantalla. La amplificación es, pues, 

A = d/f

donde d es la distancia de la pantalla al foco imagen y f es la distancia focal del objetivo. La iluminación de la transparencia suele ser crítica y determina el tamaño final de la imagen que puede percibirse. Para que no se forme ninguna imagen del foco de iluminación, entre éste y la transparencia se inserta un condensador de luz que uniformiza la iluminación del objeto. 

 

9.- Problemas

  1. enfoque
  2. círculo de tolerancia
  3. teleobjetivo