Óptica

Óptica geométrica

La dioptría es la unidad que con valores positivos o negativos expresa el poder de refracción de una lente o potencia de la lente y equivale al valor recíproco o inverso de su longitud focal (distancia focal) expresada en metros. El signo '+' (positivo) corresponde a las lentes convergentes, y el '-' (negativo) a las divergentes. Así, una lente cuya longitud focal sea de +1 metro, tendrá una potencia de 1 dioptría y una lente de +2 dioptrías es una lente convergente de distancia focal igual a 0,5 metros [P(Dp)= 1/F ; +2Dp(m)= 1/F ; F= 1/2m ; F= 0,5m].

Por añadidura con lo que pasa en las lentes, se puede definir a la potencia de un espejo como su capacidad para hacer converger, si es un espejo cóncavo (o su capacidad para hacer parecer que divergen si es convexo), a (desde) un punto los rayos que inciden paralelos. Si éstos, a su vez, son paralelos al eje principal, pasarán por el Foco principal, sino, lo harán pasando por un foco secundario. De esta manera, es viable medir la potencia de los espejos como la recíproca de la posición focal que, si viene medida en metros, se medirá en dioptrías.

Para una lente delgada, con dos radios de curvatura, la potencia en dioptrías puede calcularse a partir de la siguiente fórmula:

Donde:

• P: Representa la potencia de la lente en dioptrías (m^-1)
• f: Longitud focal en metros
• n: Es el índice de refracción del material (por lo general el aire es = 1,003 y no ha sido tenido en cuenta en esta expresión)

R₁ y R₂: Denotan los radios de curvatura de la lente correspondiendo R₁ al lado izquierdo de la lente y R₂ al lado derecho siendo su signo determinado por el criterio general de signos en óptica: positivo si el centro de curvatura de la superficie reside a la derecha y negativo si el centro de curvatura se sitúa a la izquierda de la superficie.

Esta fórmula se deduce fácilmente a partir de la ecuación de un dioptrio, una superficie esférica refractora, aplicada sobre dos superficies y en la aproximación paraxial de ángulos pequeños.

Se tienen tres materiales con índices de refracción n_a, n_b, n_c separados por superficies esféricas. Tomamos n_a=1 al haber aire en un extremo de la lente y n_c=1 al haber aire en el otro extremo. La superficie de la lente tiene un radio exterior R₁ y radio interior R₂, donde el radio interior es mayor que exterior. Luego:

Aplicando n_a=1, n_c=1 y que s₁=-S₂ entonces:

Sumando estas dos ecuaciones nos queda:

La dioptría es la unidad que con valores positivos o negativos expresa el poder de refracción de una lente o potencia de la lente y equivale al valor recíproco o inverso de su longitud focal (distancia focal) expresada en metros. El signo ‘+’ (positivo) corresponde a las lentes convergentes, y el ‘-‘ (negativo) a las divergentes. Así, una lente cuya longitud focal sea de +1 metro, tendrá una potencia de 1 dioptría y una lente de +2 dioptrías es una lente convergente de distancia focal igual a 0,5 metros [P(Dp)= 1/F ; +2Dp(m)= 1/F ; F= 1/2m ; F= 0,5m].

Si alguien se ha enterado que co— significa esto por favor que levante la mano. Esto es una definición de un libro de la carrera de Óptica, o incluso de la de Física. Pero no puedes poner eso para que el gran público entienda lo qué es una dioptría.

Para empezar, vamos a poner en contexto lo que la palabra dioptría quiere decir:

Esta palabra tiene asociado el concepto de medida. La dioptría es una unidad de medida, sirve para medir cosas. Y concretamente sirve para medir la potencia de las lentes, y graduación de las personas. ¿Cómo? Una lente tiene potencia? ¿Como si fuera una moto?

Es algo complejo de explicar pero muy fácil de entender. La potencia de una lente hace referencia a un valor, a una propiedad, a una medida. Para que lo entendamos mejor, vamos a volver a hacer el símil de un objetivo fotográfico. Un objetivo fotográfico es un conjunto de lentes. Pues bien, imaginemos ese conjunto de lentes como una sola. Los objetivos tiene unos estándares de medidas que en su caso se llaman focales. Pero vamos a cambiarles ese nombre por el de Potencia, porque en el fondo es prácticamente lo mismo.

Como sabéis, hay objetivos que sirven para ver muy lejos, otros para distancias intermedias, y otros que sólo enfocan a distancias muy cercanas. Y hay objetivos que mediante zoom pueden cambiar estas potencias y enfocar bien a todas las distancias

Trasladando esto a una lente, podemos decir que una lente con 1 dioptría enfocará muy de lejos, una lente con 5 dioptrías a distancias intermedias, y una de 10 dioptrías a distancias muy cortas. Esto no es exactamente así, pero creo que de esta forma se entiende el concepto de potencia de una lente. Como véis, cuantas más dioptrías se tengan, mayor será el “aumento”, y como véis esa potencia es inversamente proporcional(opuesta) a la distancia de enfoque.

Bien, ¿qué es una dioptría si hablamos de la medida de la graduación de una persona?

Esto está íntimamente ligado, tan ligado como que las dioptrías de las personas se corresponden con la medida de las lentes que necesitan para ver bien.

Lo que voy a explicar a continuación es no es del todo correcto… ¿entonces porque cara—lo explicas? Podréis pensar. Pues, una vez más, para que se entienda perfectamente.

Podemos decir que las dioptrías de las personas son inversamente proporcionales a la distancia a la que ven mal. Es decir, son opuestas en cuanto a términos de valor se refiere. Digamos que una persona con una dioptría ve mal a partir de un metro de distancia con respecto a sus ojos, y necesita una lente de potencia de 1 dioptría. Una persona que ve mal a partir de dos metros de distancia de sus ojos, tienen 0.50 dioptrías, es decir hay que hacer una división, 1 entre 2. Una persona que ve mal a partir de 4 metros respecto a sus ojos, tiene 0.25 dioptrías: ¼….y así sucesivamente. PERO OS RECUERDO QUE ESTO NO ES DEL TODO CORRECTO, no os quedéis con estas medidas porque son APROXIMADAS. De esta forma lo único que quiero que comprendáis, que las dioptrías son medidas de la potencia de las lentes y por ende de la graduación de la visión humana, EN FUNCIÓN DE LA DISTANCIA, Y DE UNA FORMA INVERSAMENTE PROPORCIONAL U OPUESTA.

Ahora espero que ya tengáis asimilado que la dioptría es una medida que depende estrechamente del parámetro DISTANCIA.

Cabe reseñar que habría que dividir entre valores positivos y valores negativos. Los valores con el signo negativo delante, hacen referencia a graduaciones de miopes. Las lentes negativas, son aquellas con potencia negativa, y esto quiere decir que la característica física, su propiedad principal es diverger la luz. En la siguiente figura os muestro claramente este concepto.

Como veis, la luz llega a la lente y se diverge, de esta forma llega a la retina en perfectas condiciones para que un ojo miope vea bien.

Por otro lado, las lentes positivas son aquellas que convergen, y hacen referencia a graduaciones de personas hipermétropes 

La luz que llega a la lente, converge y de esta forma llega a la retina del hipermétrope de forma que éste pueda ver correctamente.

La distancia focal o longitud focal de una lente es la distancia entre el centro óptico de la lente o plano nodal posterior y el foco (o punto focal) cuando enfocamos al infinito. La inversa de la distancia focal de una lente es la potencia.

Para una lente positiva (convergente), la distancia focal es positiva. Se define como la distancia desde el eje central de la lente hasta donde un haz de luz de rayos paralelos colimado que atraviesa la lente se enfoca en un único punto. Para una lente negativa (divergente), la distancia focal es negativa. Se define como la distancia que hay desde el eje central de la lente a un punto imaginario del cual parece emerger el haz de luz colimado que pasa a través de la lente.

Para un espejo con curvatura esférica, la distancia focal es igual a la mitad del radio de curvatura del espejo. La distancia focal es positiva para un espejo cóncavo, y negativa para un espejo convexo.

La distancia focal es igual a la distancia del radio, la fórmula es F= R/2.

En el artículo de hoy te explicare que es la distancia focal y el ángulo de visión, las diferencias entre los distintos tipos de objetivos de acuerdo a su distancia focal y en que situaciones conviene utilizar unos y otros de modo de que puedas sacarles el máximo provecho. ¡No te lo puedes perder!

¿Qué es la distancia focal de un objetivo?

De todas las posibilidades que ofrece un determinado objetivo, en el artículo de hoy me concentrare en explicar al detalle una de las fundamentales: su distancia focal. Si no estás familiarizado con este concepto, aquí te dejo una sencilla explicación para que puedas aprovechar al máximo este artículo:

La distancia focal de un objetivo es la distancia que existe, expresada en milímetros, entre el sensor (plano focal) y el centro óptico del lente. ¿Qué es el centro óptico? Para evitar entrar en muchos tecnicismos, la distancia focal no se mide desde el sensor hasta el lente frontal del objetivo, sino que es el punto en donde los rayos de luz se cruzan dentro de este y son dirigidos hacia el sensor. Dicho punto se encuentra muy cercado a donde se encuentra el diafragma.

Ten en cuenta que, dependiendo del tamaño del sensor que tenga tu cámara, la distancia focal que tu objetivo trae impresa de fábrica puede variar. No te preocupes, más adelante te explicare como calcular la Distancia focal real o efectiva.

Centro óptico de los objetivos

Para que puedas entender a la perfección que es la distancia focal, no basta con que sepas que soncada uno de los símbolos que estos traen consigo, sino que hace falta comprender para que se utilizan y que uso puedes darle a la hora de realizar tus fotografías.

Distancia focal efectiva

Las distancia focal de un objetivo, sea cual fuere la marca o modelo de este, utiliza como referencia al tamaño del sensor de una cámara Full Frame (35mm). ¿Porque es importante esto? Porque de acuerdo al tamaño del sensor de tu cámara (Full Frame, APS-C, 4/3, etc.), variará la distancia focal efectiva del objetivo.

Si tienes una cámara con un sensor APS-C que es más pequeño que el formato completo o Full Frame, como por ejemplo una Canon 700D o una Nikon D3100, un objetivo 50mm en dichas cámaras, equivaldrá a un 75mm si utilizas Nikon o 80mm si utilizas Canon.

¿Por qué? La longitud focal de un objetivo depende del tamaño del sensor de la cámara en la cual se coloque este y como el sensor APS-C es más pequeño que el estándar Full Frame, para conocer la distancia focal efectiva, deberás de multiplicar la distancia original de este por un factor de multiplicación. Dicho factor es de 1.5 para Nikon, 1.6 para Canon, por ejemplo.

¿Cómo se calcula dicho factor de multiplicación? Es muy simple, solo basta que realices la siguiente operación:

Ancho del sensor Full Frame (35 mm)
Ancho del sensor de tu cámara

Si no conoces cual es el ancho del sensor de tu cámara, puedes consultarlo en la página del fabricante de la misma. Suele estar expresado de la siguiente forma: 23.1×15.4mm. Siendo la primera parte (23.1 mm) el ancho del sensor.

¿Cómo afecta esto a tus fotografías?

Imagina que adquieres un objetivo con una distancia focal de 16mm porque tienes intención de ir de viaje y retratar unos increíbles paisajes, pero tu cámara tiene un sensor APS-C: la distancia efectiva del mismo no será de 16mm sino de 24 mm (Factor de 1.5).

Resultado: El objetivo no es tan angular como quizás te hubieras imaginado y el ángulo de visión del mismo (ahora te explicare que significa esto) te permitirá capturar una porción más pequeña de la escena que sí, la distancia focal efectiva, fuera la misma que el fabricante imprimió en este de fábrica.

Encuadre según un sensor Full Frame y uno APS-C.

¿Objetivos de focal fija o variable?

Los objetivos de focal fija son aquellos que, como su nombre lo indica, no permiten variar la distancia focal para la que fueron diseñados, en cambio, los objetivos de focal variable permiten cubrir un recorrido mayor al desplazar la posición de las lentes y variar la distancia focal. Pero ¿Cuál conviene utilizar?

Cada tipo de objetivo, ya sea fijo o no, tiene ventajas y desventajas por lo que elegir el ideal dependerá de tus gustos y necesidades como fotógrafo. Aquí te dejo un pequeño listado para que puedas evaluar qué tipo de objetivo es el que prefieres:

Objetivo de focal fija

Sus ventajas:

1. Mayor calidad óptica lo que se traduce en mayor nitidez en tus fotografías.
2. Al estar construidos con menos partes móviles, son más resistentes y robustos.
3. Al estar optimizados para su distancia focal, producen menos aberraciones.
4. Mayor luminosidad que te permitirá mejores tomas en condiciones de escasa iluminación y menor profundidad de campo al trabajar con diafragmas más abiertos (f/1.4, f/1.8, f/2.8).
5. Muchos de ellos son más económicos que las versiones variables.

Sus inconvenientes:

1. Son menos versátiles ya que su focal es fija. De todos modos, yo veo esto como una ventaja, ya que te obligaran a moverte alrededor de toda la escena de modo de lograr el encuadre perfecto.
2. Para ciertos tipos de fotografías, la falta de versatilidad puede ser realmente un problema.

Objetivos zoom

Sus ventajas:

1. Son muy versátiles, cómodos y te permitirán ajustar el encuadre sin desplazarte.
2. Son indispensables para ciertos tipos de fotografías en donde requieras de mayor variedad focal, como puede ser la fotografía de naturaleza o la deportiva.
3. Reúnes en un solo objetivo una gran cantidad de rangos focales por lo que te evitaras estar intercambiando constantemente de lente en tu cámara ganando velocidad y evitando golpes y polvo en los objetivos y en el sensor de tu cámara.

Sus inconvenientes:

1. Suelen ser bastante más costosos que los objetivos prime, sobre todo aquellos que recorren una gran distancia focal como puede ser un 18-200 mm.
2. Al tener mucha mayor cantidad de partes móviles, son más frágiles ante cualquier golpe o accidente.
3. Su peso y tamaño es considerablemente mayor.
4. Son menos luminosos, sobre todo en las focales más largas.

Objetivos prime de Canon

Ángulo de visión

La distancia focal no es el único elemento que deberás tener en cuenta a la hora de evaluar un objetivo, sino que además, debes prestar atención al ángulo de visión de los mismos. De este modo podrás comprender las distintas posibilidades que te permitirá explotar un determinado objetivo a la hora de hacer tus fotos con él.

El ángulo de visión es algo así como, la “porción de la escena” que el objetivo puede capturar de esta, pero medida en grados. Cuanto más angular es el objetivo, mayor porción de la escena te permitirá capturar en una misma fotografía, y cuanto más zoom o tele sea este, menor será la porción de la imagen que podrás capturar en una foto.

Por ejemplo, un lente de largo focal de 300mm (distancia focal efectiva) ofrece un ángulo de visión de aproximadamente 8,15 grados por lo que si utilizas uno, podrás llenar todo el sensor con una porción de la escena mucho más pequeña (sensación de acercamiento o zoom) que si utilizaras, por ejemplo, el lente kit de tu cámara en 18mm (76 grados de ángulo de visión), en donde la misma porción de la escena, ocuparía un tamaño mucho menor en el encuadre.

Angulo de visión de 76 grados (Distancia focal 18 mm)

Angulo de visión de 8.2 grados (Distancia focal 300 mm)

Si bien los objetivos se clasifican y comercializan de acuerdo a su distancia focal, lo que es realmente importante es el ángulo de visión de cada uno de estos. De todos modos, a cada ángulo de visión le corresponde una distancia focal, por lo que si conoces bien ambos factores es casi como hablar de sinónimos.

Si te fijas en el siguiente gráfico, podrás ver la relación que existe entre el ángulo de visión y la distancia focal de un objetivo:

Relación entre distancia focal y angulo de vision

Si quieres ver cómo funciona esto en la práctica pero no dispones de suficientes objetivos como para probarlo tú mismo, te recomiendo que le eches un vistazo al simulador de lentes que Nikon puso a tu disposición para realizar todas las pruebas que quieras, sin gastar un centavo. En el siguiente articulo podrás ver cómo funciona: “Cómo Acertar en la Compra de tu Próximo Objetivo Nikkor: Simulador de Objetivos Nikkor”

Clasificación de objetivos según su ángulo de visión:

• Súper gran angular: estos objetivos “ojo de pez” pueden llegar a cubrir un ángulo de visión 180 grados o incluso más.
• Gran Angular: son aquellos objetivos que cubren un ángulo de visión de entre 110 y 60 grados, lo que representaría una distancia focal efectiva de 10 a 25 mm aproximadamente.
• Estándar: son todos aquellos objetivos que cubren un ángulo de visión de 60 a 25 grados. De 25 a 65 mm aproximadamente.
• Tele corto: son aquellos que cubren un ángulo de visión de 25 a 15 grados, es decir, de 65 a 100 mm de distancia focal.
• Teleobjetivos: cubren un ángulo de visión de 15 a 10 grados, lo que corresponde a una distancia focal de 100 a 160 mm.
• Súper teleobjetivos: aquellos que cubren un ángulo de visión de 10 a 1 grados, es decir, de 160 a 600 mm de distancia focal.

Clasificación de objetivos según distancia focal y ángulos de vision

Ahora que ya tienes bien en claro los aspectos técnicos fundamentales que respectan a los objetivos, es hora de que veas para que tipo de fotografía es ideales cada uno de estos.

¿Qué objetivos necesito?

Si bien puedes realizar casi cualquier tipo de fotografía con cualquier objetivo, cada uno de estos está diseñado para un uso en particular. Si bien puedes realizar un retrato utilizando un gran angular, obtendrás mejores resultados si utilizas un teleobjetivo corto de 85 mm que permita, al desenfocar el fondo, darle protagonismo a tu modelo.

Si quieres sacarle el máximo provecho a tus objetivos o bien a punto de adquirir uno nuevo, es necesario que tengas bien en claro en que situaciones obtendrás los mejores resultados con cada uno de estos:

Objetivos según tipos de fotografías ideales

Hay diversos tipos de distancias focales que pueden serte útiles para realizar fotografía de aproximación o macro fotografía. Al final del artículo te explicare cuáles de ellos son los que considero más convenientes.

Paisajes

Este tipo de fotografía necesitaras que, en una sola fotografía, entre la mayor porción de la escena posible, de modo de poder transportar al espectador dentro de la fotografía, que la recorra y se sienta en el lugar.

Cuanto más espacio quieras mostrar en tus fotografías, mayor ángulo de visión y por lo tanto, menor distancia focal deberá de tener el objetivo que vayas a utilizar, por lo que un objetivo gran angular (distancias focales menores a los 25mm en APS-C) se vuelve la opción más recomendada.

Ahora que ya sabes con qué tipo de objetivos obtendrás los mejores resultados y antes de que comiences a salir a hacer fotos, te recomiendo que le eches un vistazo a los siguientes artículos de modo de transformar hermosas fotos en espectaculares: “11 Consejos Simples Para Una Impresionante Fotografía de Paisajes” y “10 Errores Frecuentes en la Fotografía de Paisajes (y Cómo Solucionarlos)” y “Todo sobre la Fotografía Paisajística, de Viajes y de Naturaleza”.