Óptica y Geometría Focal

Conceptos Fundamentales de Lentes

• Distancia Focal Normal para Sensor 4:3: 1” = 25,4 mm. Cálculo: 24,4 x 4 / 3 = 33 mm.
• Apertura Relativa (Número F): Es la distancia focal dividida por el diámetro del hueco (abertura efectiva). Ejemplo: Objetivo de 80 mm con abertura efectiva de 8 mm. NoF = 80 mm / 8 mm = 10.
• Luminosidad de un Objetivo: Se define por su Número F (NoF) más pequeño.
• Función del Objetivo: Concentrar los rayos de luz en el punto focal, donde se encuentra el sensor.
• Punto Focal: Donde confluyen los rayos de luz en el plano focal (sensor). Es perpendicular al eje de simetría de la lente.
• Plano Focal: Pasa por el punto focal. Es donde confluyen los rayos de luz y donde se sitúan el sensor y el obturador.
• Distancia Focal: Distancia desde el punto nodal hasta el punto focal con el objetivo enfocado a infinito.
• Punto Nodal: Punto que proviene del valor promedio de los rayos que llegan a la lente, proyectados sobre el eje de simetría.
• Cálculo de Dioptrías: 1 dioptría es el inverso de la distancia focal en metros. Ejemplo: 50 mm = 0,05 m. Inverso: 1 / 0,05 = 20 dioptrías.
• Índice de Refracción: Relación entre la velocidad de la luz en el aire y la velocidad de la luz en otro medio. Cada material tiene un índice de refracción. Este índice cambia entre un objetivo tele y uno macro.
• Número de Abbe (AVE): Índice de dispersión y de refracción.
• Lentes Convergentes: (Definición pendiente en el original).

Tipos de Objetivos y Aberraciones

• Objetivos Catadióptricos: Poseen gran distancia focal, tamaño físico pequeño, utilizan espejos y elementos ópticos. Son muy ligeros y no suelen llevar diafragma.
• Objetivo Normal de una Cámara: Ocurre cuando la diagonal del sensor (tamaño) coincide numéricamente con el valor numérico del objetivo (distancia focal). Se debe tener en cuenta el factor de conversión. Si el número es más pequeño, es un gran angular; si es más grande, un teleobjetivo.
• Características del Objetivo Gran Angular: Mayor Profundidad de Campo, ángulo de cobertura mayor, enfoca a distancias muy cortas y exagera la perspectiva.
• Aberración Astigmática: Se caracteriza porque el punto no enfoca en el mismo plano, tanto en horizontal como en vertical.
• Diseño Triplete: Compuesto por tres bloques o tipos de lentes de mayor calidad, resultando en objetivos más caros.

Clasificación de Objetivos según Corrección de Aberraciones

• Objetivos Planáticos: Tienen corregida la aberración esférica.
• Objetivos Acromáticos: Corrección cromática, corrigen dos longitudes de onda.
• Objetivos Apocromáticos: Corrección total de la aberración cromática, baja dispersión, corrigen aberraciones infrarrojas.
• Objetivos Artroscópicos: Corrección de todo: cromática, astigmatismo, infrarrojos, etc.

Profundidad de Campo y Enfoque

• Distancia Hiperfocal: Distancia entre el objetivo y el punto más próximo de foco aceptablemente nítido, con el objetivo ajustado a infinito. Sirve para prescindir del enfoque.
• Profundidad de Campo (PC): Distancia a partir del punto de enfoque hacia delante y atrás en la que el motivo se ve suficientemente nítido.

Factores que Afectan la Profundidad de Campo

• Abertura del diafragma: Menor NoF, menor PC.
• Distancia de enfoque: Menor distancia, menor PC.
• Distancia focal: Mayor distancia focal, menor PC.

Sensores, Imagen Digital y Calidad

Tecnología de Captura

• Matriz Bayer: Describe cómo capta el color un píxel. Son filtros que se colocan encima de los fotositos para captar un color específico.
• Problemas de Cámaras con Sensor Matriz Bayer:
  • Efecto Moaré: Fenómeno óptico de distorsión de la imagen que ocurre donde hay una trama.
  • Fenómeno de resonancia: Interacción entre dos frecuencias próximas y desiguales.
• Filtro de Paso Bajo (Antialiasing): Disminuye el efecto moaré, frena las altas frecuencias de la luz y deja pasar las bajas. No capta luz ultravioleta.
• Funciones de los Transistores: Amplificar una señal, almacenar datos en código binario, funcionar como conmutador.

Diferencias entre Sensores CCD y CMOS

• CCD: Toda la información es superficial. Un píxel cuadrado equivale a 4 fotositos. Utiliza la Matriz Bayer como sistema de separación de colores. El conversor analógico-digital está en circuitos independientes.
• CMOS: Diferentes capas de silicio están separadas verticalmente y superpuestas, cada una sensible a una parte del espectro visible (RGB). El mecanismo está integrado en un mismo bloque (un único circuito). Es más barato, tiene menor consumo y las baterías son más duraderas. El sistema de separación de colores es menos complejo.

Medición y Calidad de Imagen

• Función de Transferencia de Modulación (FTM): Unidad física de medida de la calidad de una imagen. Tiene en cuenta la modulación (contraste) y la frecuencia (resolución).
• Osciloscopio: Se utiliza para determinar la FTM, midiendo resolución, frecuencia y contraste.
• Acutancia: Medida numérica del contraste de la imagen (valores de gris). Menos grises implican más contraste.
• Tamaño de una Imagen: Se expresa en ancho y alto, lo que equivale al total de píxeles.

Factores de Nitidez y Calidad

• Factores de Nitidez:
  1. Acutancia (Contraste): Mide la variación de negrura del borde de la imagen (transición fuerte de tono o valor de gris).
  2. Resolución.
• Calidad de Imagen: Depende fundamentalmente del poder de resolución de una lente, afectado por:
  1. Difracción (relacionada con el diafragma).
  2. Gama de Luminancia (Contraste).
  3. Movimiento de la cámara, vibración, movimiento del sujeto, turbulencias del aire, nitidez del aire.

Control de Calidad de Imagen (Parámetros)

• Contraste (más contraste, más calidad).
• Resolución.
• Rango Dinámico.
• Profundidad de Color: Cantidad de información de color que reproduce cada píxel o fotosito (256 valores tonales de gris por píxel).

Exposición, Luz y Mecánica

Luminotecnia y Medición de Luz

• Temperatura de Color: Escala numérica que mide la coloración de las fuentes de luz.
• Ley del Inverso del Cuadrado: La intensidad de luz que recibe un motivo es inversamente proporcional al cuadrado de la distancia entre la fuente de luz y el motivo. Intensidad de luz = Cantidad de luz (Candelas) / Distancia al cuadrado.
• Fotómetro: Utiliza silicio o sulfuro de cadmio, siendo los de silicio más precisos.
• Valor de Exposición (EV): Resume el diafragma y la velocidad en un número, representando la luz de una escena.
• Fórmula de Exposición: E (Exposición) = I (Intensidad de luz, NoF) x t (Tiempo de exposición a la luz).

Conceptos de Luminotecnia

• Flujo Luminoso: Lumen.
• Iluminancia: Luxes (lúmenes por metro cuadrado).
• Luminancia: Nits (cantidad de luz que llega).
• Intensidad Luminosa: Candelas.

Mecánica y Electricidad

• Motor Ultrasónico o Piezoeléctrico: No utiliza bobina. Emplea láminas por las que pasa la corriente para mover el objetivo.
• Relación entre Voltaje e Intensidad (Potencia Eléctrica): Potencia (Watts) = Voltaje U (Voltios) x Intensidad I (Amperios).
• Cálculo de Intensidad (Corriente Mínima): Si usamos un proyector de 2000 W / 220 Voltios: I = 2000 W / 220 V ≈ 9,09 A (redondeado a 10 A en el circuito).
• Función del Recubrimiento de las Lentes: Proteger el objetivo, mejorar las características de la lente y minimizar el efecto de halo.
• Efecto Flare: Es el halo producido por la luz que no es absorbida por la lente y rebota en su superficie. Relación entre la luminosidad de un motivo que aparece en la imagen.

Funcionamiento de la Cámara

• Sincronización de Exposición: El destello del flash marca la velocidad de obturación.
• Parámetros de Exposición: Exponer, Diafragma, Velocidad, ISO.
• Cámara con Prioridad de Diafragma: Ajusta automáticamente los parámetros de velocidad de obturación e ISO a partir del valor del diafragma seleccionado.
• Difracción: Ocurre cuando el diafragma se interpone en el paso de la luz. La luz que pasa se proyecta en el plano focal, y la imagen aparece degradada en los bordes.
• Lentes del Visor: Son lentes negativas o divergentes, incapaces de crear imágenes reales. La imagen queda dentro del objetivo.

Secuencia de Exposición (Cámara Réflex)

1. Diafragma abierto.
2. Se dispara.
3. Diafragma cierra.
4. Espejo se levanta (no se ve a través del visor).
5. Se abre el obturador.
6. La luz llega al sensor.
7. Todo ocurre en sentido contrario para volver al estado inicial.

Clasificación y Fabricación de Cámaras

Clasificación de Cámaras por Diseño

• Compacta: El objetivo no se puede separar del cuerpo de la cámara.
• SLR: Sistema de visor óptico, el objetivo es intercambiable.
• Bridge: Intermedia entre compacta y SLR. Sistema de exposición manual, mejor zoom, visor electrónico, pero el objetivo no es separable.
• Híbridas (Mirrorless / EVIL): Sin espejo, objetivos intercambiables, modo de exposición manual. Pueden no tener obturador de láminas, usando solo obturador electrónico.
• Respaldo: Cámaras particulares (ej. panorámicas).

Clasificación de Cámaras por Sistema de Visor

• Visor Directo: Utiliza una pantalla/monitor.
• Visor Réflex (SLR, DSLR): El espejo se levanta para la exposición. El pentaprisma voltea la imagen en sentido horizontal y el espejo en vertical, permitiendo ver la imagen al derecho.
• TLR (Twin Lens Reflex): Dos objetivos iguales. Presenta error de paralelismo (el visor no muestra exactamente la realidad). La lente de abajo corta la imagen, y la vista está invertida en la horizontal.
• Visor Electrónico (EVF): Se ve una imagen electrónica. La luz pasa por el objetivo, llega al sensor, se codifica en corriente eléctrica, se guarda y se envía una señal de video que se ve en la pantalla.
• Visor de Cámara Móvil: Visor de pantalla/monitor.
• Características de Cámaras EVIL (Mirrorless): No tienen espejo y utilizan un visor electrónico.

Proceso de Fabricación de Vidrios Ópticos

1. Fusión de componentes.
2. Enfriamiento lento.
3. Laminado.
4. Torneado y pulido.
5. Revestimiento (evita halo y mejora la transmisión de luz).
6. Montaje y pegado.