EL DIAFRAGMA

El diafragma es la parte de la cámara que determina el tamaño de la abertura. En su forma más elemental, usada en las cámaras más antiguas, no era más que una placa perforada.

Los primitivos diafragmas ajustables consistían en una pletina metálica con varios orificios de tamaños diferentes que se deslizaba o giraba ante el objetivo. Las aberturas de los objetivos primitivos se graduaban mediante un juego de placas metálicas independientes, cada una de ellas con un orificio del diámetro adecuado. A estas graduaciones se les dio el nombre de su creador, John Waterhouse. La abertura Waterhouse deseada se introducía en el objetivo a través de una ranura que existía en el barrilete. (Un fotógrafo decía, por ejemplo, a su ayudante: «trae el f/16».) Estas aberturas se siguen utilizando para cámaras de reproducción en las artes gráficas.

Dichas aberturas se fueron mecanizando con la creación de un único disco metálico en el que figuraba una serie de orificios correspondientes a las distintas aberturas. Este disco se hacía girar hasta que la abertura deseada quedaba situada en la trayectoria de los rayos luminosos por el interior del objetivo. Todavía se encuentra aberturas «giratorias» en las sencillas cámaras de cajón, debido a la baratura de su coste.

Tanto las aberturas giratorias como las Waterhouse son poco exactas y, como es natural, permiten dar tan sólo una pequeña serie de números f.

De ahí el casi universal uso del «diafragma iris», que está constituido por una serie de láminas hábilmente diseñadas que son compactas y variables infinitamente, entre graduaciones de números f.

Actualmente casi todos los diafragmas ajustables adoptan el diseño llamado iris, que consiste en un juego de laminillas metálicas imbricadas que determinan entre sí una abertura de forma aproximadamente circular y diámetro continuamente variable que se controla por medio de un anillo dispuesto en el cuerpo del objetivo.

El diafragma puede ir montado por delante o por detrás de aquel, aunque en los diseños compuestos va casi siempre en el centro del sistema óptico. El llamado diafragma-obturador es un mecanismo similar en el que las laminillas pueden cerrar por completo la abertura y combinan así en un solo dispositivo las funciones del diafragma y el obturador. Esta disposición impide naturalmente la lectura y encuadre a través del objetivo.

Resumiendo:

• El diafragma se identifica mediante una serie de números denominados números f .
• El número f es una referencia al tamaño de la apertura de la lente
• El diafragma controla la cantidad de luz con el que es expuesto el material sensible
• El salto de un valor f al siguiente se denomina paso
• Un número f menor significa una apertura mayor, y por tanto, más cantidad de luz.
• La serie comienza con el número 1 y los números siguientes se obtienen multiplicando el anterior por 1,4 (raíz cuadrada de dos).
• Los números f se calculan dividiendo la longitud focal del objetivo entre el diámetro del diafragma.
• La longitud focal es la característica más representativa de un objetivo y básicamente podemos decir que es a la distancia del centro de las lentes que queda enfocado un objeto cuanto enfocamos a infinito
• La profundidad de campo, la profundidad de la nitidez de la escena, será mayor cuanto mayor sea el número f (esto lo veremos en detalle más adelante)

 
 
 

LA EXPOSICION Y LOS NUMEROS F

¿Cuál es, exactamente, el efecto de la abertura del diafragma sobre la luminosidad de la imagen?, ¿Por qué tienen los números f una sucesión numérica tan curiosa? 

Los parámetros más importantes a la hora de fotografiar son los que determinan que la cantidad de luz que recibirá el sensor de la cámara será la adecuada para que nuestra fotografía resulte correctamente expuesta. El que vamos a tratar es la abertura de diafragma, que como ya sabemos es una relación entre la distancia focal(en mm) y la abertura relativa (en mm de Ø) de nuestra lente. Esta división nos da el número f. 

En definitiva, los números f son una medida del poder de admisión de luz de un objetivo.

Reduciendo a la mitad el diámetro de una abertura circular, se reduce su superficie a una cuarta parte.

Los objetivos de la misma abertura efectiva reproducen la imagen de un sujeto distante con cuádruple aumento de la luminosidad al reducirse a la mitad la distancia focal.

Manteniendo una relación constante entre la abertura efectiva y la distancia focal, cada lente da una imagen de luminosidad igual. (Todos los objetivos de los gráficos tienen una abertura relativa de f/3)

Recordemos la fórmula:

LA ESCALA DE NÚMEROS f

Cuanto mayor es el número f, menor será el haz luminoso que penetrará en el objetivo, y menos luminosa la imagen que se formará. Necesitamos ahora una serie útil de trabajo de los números f con los cuales indicar el control de la abertura. La elección evidente será esta serie:

f/1;     2 ;     4;     8;     16, etc.

La desventaja está en que cada cambio implica reducir a la mitad la abertura efectiva, y según vimos, cada vez que se reduce el diámetro a la mitad, se reduce asimismo la iluminación a una cuarta parte. La escala de números f que dejamos anotada nos daría, por lo tanto, esta reducción a cuartas partes, por cada aumento del número f.

Desde el punto de vista fotográfico resultaría más útil disponer una escala para reducir la iluminación a la «mitad». Esto puede hacerse añadiendo más números f a la escala, en posiciones intermedias. En lugar de una progresión de dos veces, podemos aumentar cada número f por la raíz cuadrada de dos (√2=1,4). De este modo, la escala anterior se convierte en la siguiente:    

  

f/1;    1,4;    2;    2,8;   4;    5,6;    8;   11;   16;   22;   32;    etc.

Otros valores de número f que no se indican en la escala precedente son utilizados a menudo por los fabricantes para indicar la graduación más amplia de la abertura relativa de los objetivos que fabrican. Evidentemente, habiendo formulado un objetivo con suficiente corrección a las aberraciones para dar una calidad aceptable de imagen a f/1,8, por ejemplo, sería absurdo que un fabricante pusiera en el mercado un objetivo reducido a f/2, sólo para adaptarse a dicha escala.

La distancia focal equivalente (poder de desviación de la luz), la abertura relativa máxima (poder de iluminación) y los nombres del objetivo suelen aparecer en la parte delantera del cuerpo del objetivo, junto con el número de fabricación  (que en ocasiones se localiza en el lateral) del objetivo en sí, de este modo:

“300mm    f/5.6   Nikkor   1234567”

Los objetivos suelen citar la abertura relativa máxima en forma de relación proporcional, seguida de la distancia focal en mm, de esta forma:

Schneider - Kreuznach            Xenar                1:4,5/240                    1234567

fabricante -  población           Diseño        núm. f/dist. focal            núm. de fabricación

EXPOSICIÓN Y NÚMEROS f

Ya hemos dicho que en la serie normal de números f, cada uno de ellos reduce progresivamente la intensidad de la imagen a la mitad. Dado que la exposición fotográfica puede compensar considerablemente la tenuidad de una imagen alargando el tiempo de su duración, no es difícil calcular el aumento de exposición que será preciso dar si se «diafragma» el objetivo.

Si un exposímetro indica 1/2 segundo a f/8, esto implica 1 segundo a f / 11, 2 segundos a f/16, etc.

Sin embargo, este sencillo procedimiento no resulta práctico cuando se trata de grandes cambios de números f, o si deseamos establecer comparación entre exposiciones hechas en cámaras calibradas a diferentes escalas de números f. Afortunadamente, podemos comparar las exposiciones necesarias cuadrando los números f:

f/1      1,4       2      2,8       4      5,6       8       11

Exposición relativa necesaria (velocidad de obturación en segundos):

 1         2         4       8        16     32       64     128

LUMINOSIDAD DE LA IMAGEN: EL NÚMERO f

Antes del nacimiento de la fotografía, las lentes se utilizaban para proyectar imágenes sobre un papel, las cuales eran seguidamente contorneadas  a mano. La luminosidad de la imagen proyectada carecía relativamente de importancia, con tal que el ojo pudiera descubrir suficiente detalle. En cambio, la fotografía es un proceso  que exige un control absoluto de la luminosidad de la imagen. Un exposímetro nos dirá la claridad de nuestro sujeto; pero el mismo sujeto puede proyectar una imagen de claridad y brillo muy variados, según los distintos objetivos.

Para un mismo sujeto, la claridad de la imagen proporcionada por un objetivo, depende de dos factores principales:

1) Diámetro del haz de luz que penetre en el objetivo.

 

Es de la mayor influencia. La cantidad de luz que penetra por un objetivo puede restringir y regularse mediante una abertura o diafragma. Este orificio circular, que suele ser de diámetro graduable, está colocado entre los componentes, hacia el centro del objetivo compuesto.

Aunque la abertura regula el haz de luz que entra en el objetivo, suele ser en si misma de diámetro menor que este haz de luz. La razón de ello está en que la mayor parte de componentes ópticos frontales son positivos, haciendo converger un ancho haz de luz de modo que llegue a la abertura.

Cuando se cierra ésta, el diámetro de este haz luminoso incidente, llamado «abertura efectiva» se estrecha proporcionalmente. Sin embargo, siempre será de un diámetro diferente a la abertura, salvo en el caso extraordinario de una abertura montada delante de todos los componentes ópticos.

 

Definición: La «abertura efectiva» es el diámetro del haz luminoso incidente que, al penetrar en el objetivo, llena por completo la abertura verdadera o «diafragma».

La cantidad en que se atenúa la imagen al reducirse la abertura se explica simple geometría. Si el diámetro de un círculo se reduce a la mitad, su superficie queda reducida a una cuarta parte. Esto significa que cada vez que se reduce a la mitad la abertura efectiva, se reduce a la cuarta parte la cantidad de rayos de luz que pueden penetrar en el objetivo.

Por lo tanto, la claridad de la imagen se reduce a una cuarta parte cuando se reduce a la mitad la abertura efectiva.

 

2) Distancia entre el objetivo y la imagen.

Pero la abertura, como acabamos de ver, es tan sólo uno de nuestros dos factores. El segundo es la distancia entre el objetivo y la imagen, la distancia focal, que determina la luminosidad de la imágen. 

Para demostrarlo, trátese de graduar dos cámaras idénticas, situadas una al lado de otra, mirando a un mismo sujeto distante. Colóquese en una de ellas un objetivo de 100mm, y en la otra un objetivo que tenga la mitad de esta distancia focal (50mm), pero gradúense los dos diafragmas al mismo diámetro. (Hágase esto comparando visualmente las dos aberturas de objetivo, prescindiendo de cifras). Ambos objetivos están ahora admitiendo la misma cantidad de luz.

 

Sin embargo, las fotografías resultantes revelan que la imagen del objetivo de 100mm es considerablemente menos luminosa que la de su compañero de 50mm, y tiene un aumento doble. En realidad, si tuviéramos que hacer las dos exposiciones, la primera imagen exigiría cuatro veces más exposición que la segunda para producir la misma luminosidad.

Un indicio que explica el motivo de esta diferencia se obtiene comparando las distancias focales de los objetivos de ambas cámaras. El objetivo de 100mm, que tiene el poder de refracción más débil, necesita el doble de distancia que el de 50mm para poner la luz a foco. La luz que atraviesa el objetivo de 100mm recorre una distancia doble, y por lo tanto forma una imagen del doble de altura y una superficie cuadruplicada. 

El sensor de la cámara con objetivo de 100mm, que tiene el mismo tamaño que el situado en la cámara del objetivo de 50mm, recibe por consiguiente sólo una cuarta parte de la iluminación: el resto de la luz se pierde en el interior del cuerpo de la cámara.

Por lo tanto, la claridad de la imagen se reduce a una cuarta parte al duplicarse la distancia objetivo-imagen. 

Pero también acabamos de ver que la claridad de la imagen se reduce a una cuarta parte al ser reducida a la mitad la abertura efectiva. 

EL NÚMERO f

Debe existir un modo de combinar estas dos variables en una sola unidad, del mismo modo que antes combinamos el índice de refracción y la curvatura en una sola «distancia focal».

La claridad de la imagen disminuye con la distancia focal y aumenta con el diámetro de la abertura efectiva: una relación constante entre ambas tiene que significar una claridad constante.

La abertura efectiva expresada con relación a la distancia focal de este modo, dícese que es la «abertura relativa» del objetivo. En los casos que he mencionado, la abertura relativa se puede escribir de este modo: 

 

LOS OBJETIVOS Y LA ILUMINACION

IMÁGENES CON LENTE SIMPLE

 Autorretrato en el espejo con cámara y objetivo simple (lupa) © GUILLERMO PASCUAL

Hasta aquí hemos venido estudiando nuestra lente u objetivo simple, y localizamos la imagen que forma en variadas condiciones. 

Ahora tocaría volverse más realistas, y echar un vistazo inicial a los objetivos que utilizamos realmente en nuestra cámara: los objetivos compuestos.  Pero esto lo haremos más adelante.

También sería un buen punto de partida empezar a pensar en el control de la cantidad de luz que pasa por el objetivo.  ¿Cuál es, exactamente, el efecto de la abertura del diafragma sobre la luminosidad de la imagen?, ¿Por qué tienen los números f una sucesión numérica tan curiosa? ¿Y por qué debe ser aumentado el tiempo de exposición cuando el sujeto está muy próximo?

Para responder a éstas y otras preguntas tendremos que utilizar nuestra ley del cuadrado inverso, algo de geometría sencilla y matemáticas. Sin embargo, ante todo seamos un poco más realistas sobre la construcción de un objetivo.

 

OBJETIVOS COMPUESTOS

Hasta aquí tanto en el texto como en los diagramas e imágenes los objetivos son elementos simples. Esto facilita ver cómo se forman las imágenes, porque lo relativo a las zonas imagen/objeto y ampliación sirve tanto para los objetivos sencillos como para los compuestos.

Fotografía realizada con cámara digital y lupa en vez de objetivo © GUILLERMO PASCUAL

La deficiente calidad de imagen producida por sólo una lente hace que ésta sea inaprovechable como objetivo fotográfico comercial y de alta calidad. Puede probarse esta afirmación sustituyendo el objetivo de la cámara por un simple cristal de aumento o lupa, y mirando la imagen resultante en la placa de enfoque. En estas fotografías que ilustran el articulo, se ha utilizado un cuentahilos (lupa) sencillo, fijado a la cámara con un soporte rígido, excepto en la siguiente fotografía, en la que muestro la lupa utilizada.

 Lupa utilizada para acoplar en el hueco del objetivo

Ciertamente produce una imagen, pero no llega a ser nítida en los bordes y en el centro del plano focal al mismo tiempo; los objetos blancos aparecen con franjas de color; las líneas rectas se curvan; y el conjunto de la imagen tiene un aspecto «neblinoso». Éstos son los efectos combinados de varios defectos o aberraciones propios de las lentes.

 Fotografía realizada con cámara digital y lupa en vez de objetivo © GUILLERMO PASCUAL

No hay ningún elemento óptico que pueda ser «curado» individualmente de sus aberraciones. Lo mejor que puede hacerse es utilizar sólo la luz que pase por la zona central de la lente, que es donde las aberraciones son menos pronunciadas. Éste es el motivo por el cual las cámaras sencillas que utilizan un solo elemento óptico (que a veces es plástico moldeado) deben tener aberturas muy pequeñas.

  © GUILLERMO PASCUAL

Detalle de aberración cromática producida por la refracción y las longitudes de onda de la luz

Un objetivo actual para trabajo profesional de calidad es un instrumento óptico complicado, y por lo tanto es caro. La selección del vidrio, curvatura de superficies y espaciado de cada elemento se calculan en la actualidad mediante dispositivos de metrología con software avanzado. La posición exacta definitiva de cada elemento en el «barrilete» del objetivo exige una elevada precisión técnica.

Fotografía realizada con cámara digital y lupa en vez de objetivo © GUILLERMO PASCUAL

El perfeccionamiento de los objetivos fotográficos depende de los progresos de la química de los nuevos vidrios ópticos, de la matemática del diseño y de la técnica en el montaje. Ésta es una de las razones por la cual los objetivos fotográficos de calidad tienden a ser fabricados en tan sólo unos pocos países con tecnología y capacidad suficiente.

ALGUNOS EJEMPLOS

En esta serie de fotografías comprobamos el efecto especial que tiene la lente simple en una cámara réflex digital. La distancia de la lente al sensor debe variarse ligeramente para conseguir "algo" de foco. No existe diafragma, y sólo puede regularse la velocidad de obturación y la sensibilidad. 

By-pass norte madrileño © GUILLERMO PASCUAL

Ya que el experimento es de fabricación casera, nos es posible mover de diferente manera el soporte de la lente . El efecto de foco diferencial oblícuo de algunas de  las fotografías  es debido al desplazamiento de la lupa en sus dos ejes vertical y horizontal  (este efecto lo veremos más adelante en el artículo sobre los movimientos en la cámara (shift y tilt). 

 

 De paseo, futura mediana © GUILLERMO PASCUAL

Contraluz de Chamartín © GUILLERMO PASCUAL

Destellos geodésicos © GUILLERMO PASCUAL