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Luz y fotografía: cómo pasa la luz a través de la lente

Un teleobjetivo blanco de cámara OM System acoplado a una cámara OM-1 Mark II negra montada sobre un trípode sobre un fondo blanco.

La fotografía está estrechamente relacionada con la luz. Entonces, cuanto mejor entendamos cómo se comporta e interactúa con nuestros dispositivos, mayores serán nuestras posibilidades de obtener una fotografía exitosa.

Esta vez, analizaremos su cámara y sus lentes y consideraremos los factores que intervienen en su diseño y construcción.

La óptica de tu cámara

Si observa el costo de las lentes, verá que varían mucho. En términos generales, cuanto más pague, mejor será el rendimiento óptico de la lente. Entonces, ¿cuál es exactamente la diferencia en el rendimiento?

La diferencia que solemos considerar es el brillo de la lente. Las lentes brillantes nos brindan una menor profundidad de campo y permiten velocidades de obturación más rápidas, razón por la cual a veces se las llama lentes rápidas. En términos generales, cuanto más amplia sea la apertura, mejor será la lente, pero mayor será el precio. Esto no siempre es cierto. Los omnipresentes lentes “Nifty Fifty” de 50 mm f/1.8 son baratos, impresionantemente nítidos y ofrecen resultados atractivos, pero no están exentos de defectos.

El excelente rendimiento de la lente depende de una precisión absoluta para ofrecer imágenes nítidas, una reproducción cromática precisa, un buen contraste y sin artefactos. Por tanto, cuestan más. Sin embargo, es importante darse cuenta de que ninguna lente es perfecta.

Un hombre con cabello gris y gafas se encuentra cerca de una masa de agua con un muelle de madera al fondo, usando una cámara OM-1 Mark II equipada con una lente OM System 150-400 F4.5 PRO. Con una chaqueta granate, miró por el visor de su cámara.

Incluso si no puede permitirse lentes de la más alta calidad, las mejoras recientes en algunos programas pueden producir mejores resultados que antes con vidrio de menor calidad.

Una lente consta de una serie compleja de elementos individuales que recogen y enfocan la luz en un sensor o película. Siempre que la luz pasa a través de un componente, se produce cierta pérdida o distorsión de la luz. Entonces, como la mayoría de las cosas en fotografía, el diseño de lentes es un compromiso. Si bien está destinada a resolver el problema, cada acción correctiva introduce otra propiedad a menudo indeseable.

La última tecnología y los diseños mejorados ayudan a minimizar estos problemas. Sin embargo, existen algunos obstáculos que deben superarse para que la luz llegue al sensor con un error mínimo.

refracción

Un haz de luz blanca pasa a través de un prisma en un espacio oscuro, se divide en un espectro de colores y se proyecta sobre un objeto esférico de vidrio, creando un efecto visual vívido y minimalista.

Cuando la luz pasa a través de una lente, cada elemento la desvía. La curvatura de la luz se llama refracción y se utiliza para crear imágenes precisas en un sensor o película. Todos los dispositivos ópticos dependen de la refracción.

La refracción ocurre cuando la luz viaja de un medio a otro; Todos hemos notado que una cuchara parece curvada cuando se sumerge parcialmente en un vaso de agua. Esto se debe a que la luz viaja a diferentes velocidades en diferentes medios.

En el vacío, su velocidad es de 299.792.458 m/s (metros por segundo). En el aire, la velocidad se reduce a 89.911 m/s.

El agua ralentiza mucho la luz. Se desacelera otros 74.702.547 m/s hasta 225.000.000 m/s. En vidrio de bajo índice de refracción, su velocidad de propagación es de unos 200.000.000 m/s; en vidrio de alto índice de refracción, la velocidad es de 158.000.000 m/s. Esto es un 52,7% más lento que en el vacío.

diferencia de color

Uno de los problemas que tienen que resolver los diseñadores de lentes es cómo se descompone la luz cuando se dobla. Lo que percibimos como luz blanca es una mezcla de diferentes longitudes de onda visibles. Cuando el medio cambia del aire al vidrio, la luz se curva y se divide en los colores que la componen: rojo, naranja, amarillo, verde, azul, índigo y violeta. Normalmente vemos estos colores en las gotas de lluvia cuando se difractan. Las lentes mal hechas también pueden dividir la luz innecesariamente, provocando bandas de color alrededor de los bordes de alto contraste. Este artefacto se llama aberración cromática.

Para solucionar este problema, los fabricantes utilizan vidrio de alta calidad con alto índice de refracción y baja dispersión. El vidrio HR desvía la luz mejor que el vidrio de bajo índice de refracción. El vidrio de baja dispersión ayuda a evitar que la luz se divida en los colores que la componen cuando se dobla. Si ve los términos ED (Nikon, Fujifilm, OM Systems), LD (Tamron, Pentax), UD (Canon) y SLD (Sigma), se refieren a tipos específicos de elementos de vidrio. Cada elemento está formado, rectificado y pulido con alta precisión.

Un hombre con gafas, pelo gris y una camisa azul claro se encuentra en la playa, mirando hacia un fondo de plantas verdes y un cielo azul claro.
Una gran colección de cultivos fotografiados con una pequeña cámara. En la foto de arriba, se ven franjas violetas de aberración cromática en el borde de la camisa azul.
La playa está cubierta de algas, las olas golpean suavemente el tranquilo mar azul y el cabo se encuentra a lo lejos bajo un cielo parcialmente nublado.
Aquí, la aberración cromática aparece como una línea amarilla en el horizonte.

reflexión

Si miras el vidrio, verás que refleja la luz. Para los fabricantes de lentes, esto es un problema. Cuanta más luz se refleja, menos luz pasa a través de la lente y llega a la cámara. Entonces pusieron un nanorrecubrimiento en las lentes. Estas capas microscópicas reducen los reflejos de las superficies de los componentes, aumentando así la transmisión de luz. Estos nanorrecubrimientos también ayudan a mejorar el contraste y minimizar los destellos y las imágenes fantasma causados ​​por la luz parásita dentro de la lente.

Una ventana con marco amarillo refleja a un hombre borroso caminando y a un niño cargando una maleta, y a través del cristal se puede ver un paisaje de campos y montañas.
Reflexión

arreglar la distorsión

Incluso con estos recubrimientos, se pierde algo de luz en cada interfaz aire-vidrio. Por tanto, la lente debería tener menos elementos si es posible. Además de la aberración cromática, los destellos de lente y las imágenes fantasma mencionados anteriormente, existen otros problemas comunes de distorsión que los fabricantes de lentes deben abordar. Por lo tanto, algunos elementos adicionales se vuelven cruciales.

Normalmente, los diseñadores de lentes utilizan elementos asféricos para resolver una variedad de problemas. Estos elementos de alta calidad con superficies esféricas no perfectas tienen una forma precisa y son el antídoto contra las aberraciones en las imágenes que no pueden repararse con una esfera.

aberración esférica

La aberración esférica es un defecto que provoca suavidad alrededor de los bordes del marco, especialmente en aperturas amplias. Provoca pérdida de contraste de la imagen. La corrección insuficiente puede producir imágenes de apariencia suave, aunque a veces esto puede ser deseable, como en los retratos. Al mismo tiempo, una corrección excesiva puede provocar resultados granulados y distorsiones en forma de barril o de acerico.

Deformaciones de barril y alfiletero.

Estos se deben a un aumento desigual en la imagen. La distorsión de barril, común en lentes gran angular, hace que las líneas rectas parezcan curvarse hacia afuera en el medio.

Se coloca una banda elástica amarilla sobre una red cuadrada de adoquín de piedra gris con algo de musgo verde entre las piedras.
Distorsión de barril (analógica).

Al mismo tiempo, los teleobjetivos tienen más probabilidades de desarrollar protuberancias como agujas, donde las líneas rectas se curvan hacia adentro.

Una banda elástica amarilla descansa sobre un pavimento de piedra gris, con pequeñas manchas de musgo verde creciendo entre las piedras.
Distorsión en cojín (analógica).

coma

Se trata de una aberración óptica que hace que las fuentes de luz cercanas a los bordes del marco aparezcan como manchas con “colas” direccionales que parecen pequeños cometas o, a veces, formas de alas de pájaro. Este es un defecto de diseño causado principalmente por la asimetría en la forma en que la lente refracta la luz periférica, lo que resulta en diferentes aumentos en el centro y el borde de la lente.

astigmatismo

El astigmatismo ocurre cuando la lente no puede enviar luz desde partes descentradas de la escena a un solo punto nítido del sensor. En cambio, la luz se enfoca en dos direcciones diferentes. Los pequeños puntos de luz aparecen entonces estirados o manchados, especialmente alrededor de los bordes del marco.

curvatura de campo

Cuando una lente enfoca una superficie curva en lugar de una plana, se denomina curvatura de campo. Esto no es necesario porque el sensor de su cámara es plano. Con él, las esquinas del encuadre se suavizan porque la mejor zona de enfoque no es plana. Con la curvatura de campo, puedes elegir enfocar el centro o las esquinas, pero no ambos al mismo tiempo.

viñeteado

Aquí es donde la luz desaparece de las esquinas de la lente. Esto sucede más fácilmente con una lente gran angular.

Dos árboles desnudos se alzaban apretados en medio del paisaje nevado y lleno de niebla. El suelo está cubierto de nieve y el fondo está borroso, creando una escena invernal tranquila y sencilla.
Viñeteado (simulación)

objetivo zoom

Aunque tener menos elementos es una ventaja, los zooms complejos requieren más cristal. Sin embargo, un mejor diseño y tecnología aún pueden ayudar a optimizar el diseño para minimizar las superficies innecesarias.

Estos elementos de la lente requieren una alineación mecánica precisa dentro del cilindro de la lente, que también está diseñado para reflejar la menor cantidad de luz posible. El cilindro de la lente tiene un revestimiento negro mate estriado con una superficie flocada o microtexturizada que absorbe la luz en lugar de reflejarla dentro de la lente.

Características de una lente de buena calidad

Aunque no está directamente relacionado con la transmisión de luz, el sellado contra la intemperie y el revestimiento de flúor en el elemento frontal no mejorarán el rendimiento óptico de la nueva lente, pero ayudarán a mantenerla limpia a largo plazo.

El gran teleobjetivo acoplado a la cámara OM-1 Mark II estaba en la nieve con algo de nieve en el objetivo. Hay agujas de pino y piñas cerca, con ramas de hoja perenne al fondo.
Un buen sellado contra la intemperie garantiza que el interior de la lente esté protegido del agua y el polvo, lo que puede afectar la calidad de la imagen a largo plazo.

Además de ser más brillantes, los zooms de alta calidad utilizan técnicas de ingeniería inteligentes para mantener un número F fijo en todo el rango del zoom.

Los mejores lentes tendrán características adicionales como botones de función programables, ajustes preestablecidos de enfoque, teleconvertidores integrados y estabilización de imagen. También pueden tener una construcción totalmente metálica, posiblemente utilizando aleaciones técnicas muy ligeras pero resistentes.

abertura

Hay hojas de apertura dentro de la lente que se abren y cierran para permitir la entrada de diferentes calidades de luz. Su número y forma pueden variar. Además de cambiar la exposición, el tamaño de la apertura también afecta la profundidad de campo. Sin embargo, también pueden afectar tus fotos de otra manera.

La luz del sol brilla a través de un pequeño agujero cuadrado en el muro de piedra, iluminando el entorno oscuro y creando un efecto de explosión de estrella. Las hojas enmarcan parcialmente la abertura, añadiendo profundidad y misterio.
Efecto Starburst para cámaras con múltiples hojas de apertura.

Muchas lentes antiguas sólo tienen unas pocas hojas rectas. Las nuevas lentes premium tienen más hojas con bordes redondeados. La forma y el número de aspas afectan la apariencia del bokeh. Esto significa que la forma del punto de luz desenfocado cambia. Con seis lentes, estas bolas luminosas se vuelven hexagonales. Mientras tanto, las lentes con múltiples hojas redondeadas producen círculos y un desenfoque más suave. El número de aspas también afecta a los estallidos estelares, como los del amanecer.

Vista cercana de la lente de la cámara Meyer-Optik Görlitz Oreston de 50 mm f/1.8 que muestra elementos de vidrio y láminas de apertura, tomada sobre fondo blanco.

Si bien la tendencia actual es elogiar a este último, esto es subjetivo; Mucha gente prefiere el efecto bokeh producido por la lente vintage de seis elementos.

Los tallos de hierba alta son claramente visibles en primer plano, el paisaje acuático del fondo está borroso y el reflejo hexagonal de la luz del sol es brillante.
Cuando se toma con la lente que se muestra arriba, el bokeh parece hexagonal. La caída del enfoque también ocurre en los bordes de la lente debido a una combinación de aberración esférica y curvatura de campo. Este objetivo Meyer‑Optik Görlitz 50 mm f/1.8 de aproximadamente 60 años carece de los elementos asféricos que se encuentran en los objetivos modernos.

¿Por qué comprar una lente mejor?

Cada situación produce diferentes cantidades de luz desde diferentes direcciones, ya sea directa o reflejada. Para solucionar este problema, tu cámara y lentes se adaptarán a diferentes situaciones. Sin embargo, para citar erróneamente a George Orwell, todas las cámaras son versátiles, pero algunas son más versátiles que otras.

Es genial tener una cámara nueva. Las funciones de los últimos modelos superiores que permiten disparar con ISO más altos llegarán a los modelos de gama media. Sin embargo, el dispositivo que tiene mayor impacto en tus fotografías es la lente. Invertir en lentes que sean brillantes, nítidas, con mínima distorsión y artefactos, y excelente microcontraste (pequeños cambios dentro de los límites de las áreas claras y oscuras que hacen que las texturas parezcan claras, tridimensionales y realistas) producirá los mejores resultados.

En el próximo artículo de esta serie, analizaremos el color, la intensidad (brillo) y la dirección.

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