Lentes de aumento

Lente de distancia focal variable (otros nombres: lente de zoom , lente vario o lente de zoom del inglés  zoom ): una lente cuya distancia focal puede cambiar en pasos o suavemente. En este último caso, el cristalino se denomina pancrático [1] . Es más ampliamente utilizado en cine , fotografía y televisión para acercar un objeto cuando se filma desde un solo punto. Los lentes zoom han encontrado algún uso en la tecnología de proyección .

Independientemente del diseño óptico de lentes específicos, se pueden llamar de manera diferente en diferentes campos de aplicación: en televisión, el nombre "lente de zoom" se usa con mayor frecuencia, en cine - "zoom", y en fotografía el término "zoom" es generalmente aceptado [3] . La relación entre la distancia focal máxima y la mínima se denomina aumento de la lente [4] [5] .

La historia de la aparición de las lentes pancráticas

Por primera vez, el aumento angular variable se implementó en el siglo XIX en instrumentos de observación como un telescopio y un catalejo . El pequeño campo angular y la luminosidad de estos dispositivos hicieron posible construir sistemas de aumento variable con astigmatismo mínimo y resolución aceptable . La creación de tales lentes de tiro requirió la solución de un problema más complejo de diseñar un anastigmatismo para grandes ángulos del campo de visión [6] . Los primeros diseños de lentes zoom eran inaceptables para el cine porque requerían un enfoque adicional debido al desplazamiento del plano focal con cualquier cambio en la distancia focal. La patente número 696.788 para una lente con compensación por cambio de enfoque se emitió solo en 1902 [7] . La primera lente pancrática producida en masa para filmar "Cook-Varo" ( ing.  Cooke Varo ) con un rango de longitud focal de 40-120 mm fue lanzada por la compañía Bell-Howell en 1932 [8] [9] . Cuatro años más tarde, un ingeniero de la empresa alemana Astro-Berlin, Hugo Gramatsky, patentó un accesorio de zoom afocal [3] [10] .

Las lentes pancráticas aparecieron primero en el cine y luego en la televisión. Reemplazaron los revólveres con lentes convencionales (“ discretas ”), que son reemplazadas por el operador durante las pausas para disparar [11] . La capacidad de cambiar continuamente la escala de la imagen es más demandada en estas áreas, dando a la pantalla el efecto de acercarse o alejarse del sujeto cuando la cámara está estacionaria. La lente de zoom se ha convertido en uno de los medios más efectivos para la edición en cuadro . Sin embargo, el nivel de calidad del patrón óptico, comparable a la óptica discreta, alcanzada por lentes de zoom de filmación solo a mediados de la década de 1950 , cuando comenzaron a usarse activamente, especialmente en películas documentales . En las películas escénicas, la lente zoom permitió reemplazar parcialmente la filmación con movimiento y obtener la última técnica, denominada en varias escuelas como " Transtrav " ( Ing.  Trans Trav ) o "Dolly-Zoom" ( Ing.  Dolly Zoom ) . La esencia de la recepción es cambiar la distancia focal, sincrónicamente con el movimiento del carro del operador "Dolly" en antifase. Cuando la dirección del movimiento del carro coincide con el eje óptico de la lente, la escala del sujeto principal permanece sin cambios y el fondo "se aleja" o "se topa" con un personaje estacionario. En la URSS, uno de los primeros en utilizar esta técnica fue el camarógrafo Vadim Yusov en la película "El Monje Negro " [12] .

En fotografía, la posibilidad de cambiar la distancia focal de la lente se consideró inapropiada durante mucho tiempo, ya que, a diferencia de la televisión y el cine, no desempeña el papel de un medio expresivo. Durante el proceso de impresión de las fotografías se realizó un encuadre preciso , inaccesible a la hora de disparar con lentes convencionales . Además, la posibilidad real de usar zooms apareció solo con la difusión a principios de la década de 1960 de las cámaras réflex de una sola lente, que desplazaron a las cámaras de telémetro y réflex de dos lentes no aptas para hacer zoom [13] . Un obstáculo adicional fue el tamaño del encuadre, que, incluso en fotografía de pequeño formato , es mucho mayor que en cine y televisión. La dependencia directa de las dimensiones y el peso de la lente del formato llevó estos parámetros más allá de los límites razonables para los diseños de zoom disponibles en ese momento. Los intentos de crear lentes fotográficos con un cambio gradual en la distancia focal también se consideraron poco prometedores, ya que no simplificaron el diseño de ninguna manera [14] .

La situación cambió dramáticamente después del advenimiento de computadoras suficientemente poderosas , lo que hizo posible calcular esquemas ópticos fundamentalmente nuevos y mejorar los existentes [15] . Se han abierto oportunidades adicionales con la difusión de las tecnologías de recubrimiento multicapa , que reducen significativamente la dispersión de la luz en los sistemas de múltiples lentes [16] . Los nuevos tipos de vidrio óptico y los métodos de cálculo mejorados han permitido crear fotozooms, que han encontrado aplicación en el fotoperiodismo , mejorando la calidad de las imágenes al maximizar el uso del área negativa . Se considera que uno de los primeros fotozooms es el Voigtländer Zoomar (en alemán:  Voigtländer Zoomar 36-82 / 2.8 ), desarrollado por Heinz Kilfitt en 1959 [17] [14] [18] . Sin embargo, hasta finales de la década de 1970 , tales lentes se consideraban un tipo auxiliar, ya que tenían características más modestas que las lentes principales [19] . Solo se obtuvo una ganancia tangible en el zoom fotográfico al tomar diapositivas que no se podían recortar [20] [21] . Al mismo tiempo, el alto costo hizo que las lentes con zoom solo estuvieran disponibles para fotógrafos profesionales. Esto cambió hacia fines de la década de 1970 , con la llegada de nuevas tecnologías y materiales, en particular lentes asféricos asequibles . En 1978, el Fujinon Z 43-75/3.5~4.5 se convirtió en el primer zoom " ballena " [22] . Gradualmente, los zooms fotográficos de aficionados reemplazaron a las ópticas discretas, gracias a una producción más barata y al uso masivo de plásticos de alta tecnología.

Simultáneamente con los zooms para cámaras, aparecieron lentes similares para proyectores de películas de película estrecha [21] . En la URSS, se desarrolló una lente de este tipo "PF-1" con un rango de distancias focales de 15 a 25 mm para el proyector de aficionados "Kvant". Para los proyectores de cine soviéticos "Luch-2", que se exportaban, la empresa japonesa "Light-Optic" diseñó un objetivo zoom "Luch-Zoom" con el mismo alcance [23] . Con una ganancia significativa en peso y dimensiones, la lente japonesa era ligeramente inferior a la soviética en relación de apertura. La lente Vario-Likar-P2 (PF-6) con un rango de distancia focal de 18-30 mm fue diseñada en el laboratorio industrial de óptica cinematográfica LIKI para el formato 8 Super . En 1970, TsKBK dominó la producción de la lente pancrática Vario-Likar P1 para proyectores de películas de 16 mm con un rango de 35 a 65 mm, también desarrollada en LIKI [24] . La capacidad de cambiar la distancia focal de la lente de proyección sirve como función de utilidad, lo que le permite ajustar el tamaño de la imagen sin mover la pantalla ni el proyector. Se produjeron ópticas similares para proyectores de transparencias , lo que brinda la misma comodidad [21] . En los proyectores de cine profesionales destinados a salas de cine, el uso del zoom es poco práctico, ya que el cine se diseña y construye teniendo en cuenta las distancias focales estándar de las lentes. Las lentes de proyección de distancia focal variable también se utilizan en impresoras fotográficas automáticas y minilaboratorios fotográficos para la posibilidad de cambiar el formato de impresión de fotografías [25] .

El dispositivo de lentes pancraticas

A diferencia de las lentes con una distancia focal fija que contienen de 3 a 7 lentes , las lentes con zoom tienen un diseño de lentes múltiples y la cantidad de elementos ópticos en ellas puede exceder los 20. Al mismo tiempo, las lentes individuales se mueven dentro del marco y en relación con cada una . otros, a veces según leyes complejas, cambiando la distancia focal de todo el sistema en una posición constante del plano focal . De acuerdo con el principio de corrección de aberraciones , las lentes pancráticas se dividen condicionalmente en dos grupos [26] :

Otro criterio para clasificar las lentes pancráticas es el método de compensación del desplazamiento del plano focal al cambiar la distancia focal. Se conocen dos tipos de lentes [26] [29] :

La marca de los objetivos zoom de televisión implica una indicación del aumento y la distancia focal mínima. Por ejemplo, la lente de zoom soviética para cámaras de televisión "OCT 35 × 13", de acuerdo con la marca, tiene un aumento igual a 35 con una distancia focal mínima de 13 mm. La distancia focal máxima es de 460 mm [32] . De manera similar, la lente Fujinon 22×8 BERD a 22× tiene una distancia focal mínima de 8 mm y una distancia focal máxima de 176 [33] . Las ópticas modernas para cámaras de videoperiodismo a menudo están equipadas con una lente escalonada además de un cambio suave en la distancia focal. Para ello, se proporciona un extensor de teleobjetivo incorporado , que le permite cambiar rápidamente el rango de trabajo de las distancias focales introduciendo componentes ópticos detrás de la lente de zoom principal [34] [35] .

Los zooms cinematográficos y fotográficos, por el contrario, requieren la designación obligatoria de las distancias focales mínima y máxima y los valores de apertura correspondientes. Los zooms de películas profesionales soviéticas estaban marcados con el índice "OPF", antes del cual se indicaba un número que reflejaba el formato de la película . El segundo dígito corresponde al número de serie del desarrollo. Por ejemplo, la lente "35OPF 18-1" con un rango de distancias focales de 20 a 120 mm, está diseñada para filmar en el formato habitual en película de 35 mm , lo que se refleja en el nombre [36] . Los objetivos zoom anamórficos se suministraron con el índice "A" al final del nombre, por ejemplo, "35OPF 9-1A" con un rango de 50-200 [37] . En consecuencia, la lente 16OPF1-2M está diseñada para un marco de película estándar de 16 mm . Los zooms aficionados a menudo tenían sus propios nombres originales, por ejemplo, " Meteorito-5 ", producidos para cámaras de la familia Krasnogorsk .

Los objetivos de zoom de televisión y algunas cámaras de cine, además del zoom manual, están equipados con accionamientos eléctricos de varias velocidades para garantizar un acercamiento y un alejamiento suaves. Los lentes de zoom para cámaras de estudio no están equipados con una unidad de zoom manual, ya que fueron diseñados originalmente para el control remoto desde las manijas de la cabeza del trípode . En la óptica de películas, el accionamiento eléctrico incorporado es menos común, ya que está diseñado con la expectativa de acoplarse con un módulo adicional de propósito similar utilizando el enfoque de seguimiento . En los objetivos fotográficos, la distancia focal se controla manualmente, a excepción de las cámaras de aficionados más sencillas.

Ventajas y desventajas

Los lentes zoom modernos diseñados para cámaras de televisión y video tienen un rango de distancias focales que cubre casi todas las necesidades necesarias. Gracias a esto, es posible prescindir de lentes intercambiables con una lente pancrática. En la misma medida, esto se aplica a los equipos de aficionados, como las cámaras de video de consumo, así como a las cámaras compactas y pseudo-réflex, donde dichas lentes no son removibles. Lente rígida incorporada, además de simplificar el uso de la cámara, elimina la penetración de polvo en la fotomatriz . En las cámaras, la presencia del zoom permite utilizar el efecto Zoom ( Explozoom en inglés  ), que se realiza cuando se dispara a velocidades de obturación lentas cambiando rápidamente la distancia focal.

Sin embargo, la calidad de imagen proporcionada por los objetivos zoom se considera inferior a la de la óptica discreta [17] . Esto se explica, en primer lugar, por una gran cantidad de elementos y superficies refractivas. La consecuencia de un diseño complejo es una mayor dispersión de la luz, lo que provoca una disminución del contraste de la imagen y un deterioro en el desarrollo de los detalles finos [11] . Además, los objetivos de distancia focal variable se caracterizan por tener menor apertura, grandes dimensiones y peso. El problema de la relación de apertura es especialmente grave en los objetivos zoom anamórficos diseñados para filmar en formatos panorámicos . La necesaria precisión de movimiento de los elementos individuales deja su huella en el diseño del marco, que es mucho más complejo y costoso que el de la óptica convencional [17] .

El encuadre preciso cuando se dispara con una lente con una distancia focal variable solo es posible con la mira. Por lo tanto, el uso de objetivos con zoom solo está permitido en cámaras con obturador réflex y cámaras réflex de objetivo único . Los objetivos zoom diseñados para cámaras de cine con un obturador convencional deben estar equipados con un dispositivo de mira de división de haz integrado, lo que aumenta el coste del objetivo [38] . Para las cámaras de telémetro , existen zooms con un cambio de paso en la distancia focal (por ejemplo, "Leica Tri-Elmar-M 16-18-21mm f/4 ASPH"), que no han ganado popularidad debido a la inconveniencia de hacer coincidir con el visor [39] . Cuando se utiliza un visor electrónico, las lentes pancráticas son aplicables sin restricciones, por lo que se han vuelto comunes en la tecnología de televisión y cámaras digitales de todas las clases.

Lentes modernas

Actualmente, el aumento de los objetivos zoom para televisión puede alcanzar los 100× debido al pequeño tamaño de la matriz fotosensible y al uso de un esquema de dos etapas con dos variadores coordinados [40] [41] . El objetivo zoom más potente que se conoce, el Panavision HD Superzoom, puede cambiar su distancia focal en un factor de 300 [42] . Dichos lentes han encontrado un uso generalizado en las cámaras OB, que se montan en un trípode para evitar que se muevan en los primeros planos . Se necesita una amplia gama de distancias focales para las transmisiones de televisión desde grandes estadios y salas de conciertos, lo que proporciona tomas de objetos distantes con escasez de tiempo para mover la cámara. Los estudios de televisión utilizan lentes menos potentes con un aumento de 15 a 25 y una apertura mayor. Un aumento relativamente pequeño de 13-18× a una apertura alta constante es típico de los objetivos zoom de las cámaras compactas de videoperiodismo.

La luminosidad de las lentes de mayor aumento de las cámaras de radiodifusión al aire libre permanece constante en un cierto rango de distancias focales y luego comienza a disminuir a medida que aumenta la escala de la imagen [32] . En las cámaras de televisión, esto se compensa con el control automático de la exposición cambiando el tiempo de lectura de la carga ( velocidad de obturación ), y en los equipos de filmación se considera inaceptable [40] . Por tanto, para objetivos cinematográficos, el aumento máximo es de 10x con una apertura constante. Esto se debe no solo al inevitable aumento de las dimensiones de la lente debido a los tamaños de marco más grandes, sino también al aumento de los requisitos de resolución, superando significativamente los estándares de la televisión de alta definición y especialmente la definición estándar . A pesar del excelente rendimiento óptico de los zooms cinematográficos modernos, los cineastas en la mayoría de los casos prefieren lentes discretos debido a la mejor imagen.

Para la mayoría de las lentes de calidad profesional diseñadas para monturas de formato pequeño , la ampliación rara vez supera los 3-4× [43] [44] . A diferencia de las ópticas de televisión, que cubren todo el rango posible, los fotozooms se suelen realizar como una alternativa a los objetivos intercambiables gran angular , normal y teleobjetivo con posibilidad de encuadre más preciso. Este estado de cosas es típico de la fotografía profesional, ya que no exime al fotógrafo de la necesidad de disponer de un juego de objetivos intercambiables para cubrir todo el rango de distancias focales requeridas. Al mismo tiempo, tales zooms hoy en día son comparables en términos de calidad de imagen a las lentes convencionales y tienen una apertura constante en todo el rango [43] . Sin embargo, incluso los zooms profesionales son inferiores en relación de apertura a los mejores lentes con una distancia focal fija.

Un gran aumento es típico de la óptica fotográfica amateur, lo que hace posible funcionar con una sola lente, cuando la pérdida de la relación de apertura y la disminución de la resolución son aceptables. La dependencia directa de las dimensiones de la lente de su aumento y formato de encuadre hace necesario limitar la relación de apertura, que decrece simultáneamente con el aumento de la distancia focal, sin requerir una reserva del diámetro de la pupila de entrada. Uno de los pocos ejemplos de un zoom fotográfico profesional de gran aumento es el Canon EF 28-300 / 3.5-5.6L IS USM. Dichos zooms han ganado cierta popularidad en el fotoperiodismo de noticias como un compromiso en las condiciones de falta de tiempo para cambiar la lente para la filmación de reportajes.

Los zooms son mucho menos comunes en la fotografía de formato medio , lo que implica tomas en escena. El asunto se complica por el hecho de que en los equipos modernos de formato medio, la mayoría de las lentes están equipadas con un obturador central adicional, que se puede usar con la lente focal apagada o completamente ausente . Por lo tanto, la mayoría de las líneas de ópticas de formato medio, además de las lentes convencionales, tienen solo 1-2 zooms destinados a la filmación de reportajes, lo que no es típico de esta clase de equipos [45] [46] . En cámaras de gran formato , tanto pensadas para trabajos de estudio como en cámaras de prensa , el uso de zooms resulta poco práctico. Un objetivo zoom incluso con un aumento bajo sería demasiado voluminoso para un formato relativamente pequeño de 9x12 cm.

Ultrazoom y zoom digital

"Ultrazum" o "Superzoom" (lat. ultra - sobre, excesivamente, zoom inglés - ampliación de imagen) - un zoom con un gran aumento (> 9 × ). Tales lentes se convirtieron en la base de toda una clase de cámaras digitales sin visor óptico. Esto se debe al deseo de los fabricantes de simplificar el uso de este tipo de cámaras: cambiar la lente puede ser demasiado complicado para un usuario no preparado y alienar a los compradores potenciales. Además, las lentes intercambiables requieren una bolsa separada para guardar todo el equipo, lo cual es inconveniente para turistas y fotógrafos aficionados. El pequeño tamaño de la matriz de las cámaras de pseudo-espejo permite diseñar objetivos zoom de gran aumento con un tamaño muy compacto y una buena relación de apertura. Entonces, para las cámaras "Canon PowerShot SX50 IS", " Fujifilm FinePix SL1000 " y "Sony Cyber-shot DSC-HX300", la relación de zoom es de 50× con una apertura mínima de f/6.5 en enfoque largo. Al mismo tiempo, debido al marco telescópico, las dimensiones de la lente en la posición de reposo no exceden las dimensiones del cuerpo, moviéndose hacia adelante solo en las distancias focales máximas.

Para las cámaras compactas y las videocámaras más simples, son más característicos los zoom económicos de pequeño aumento, que no excedan de 10-12 ×. Al mismo tiempo, los fabricantes aumentan artificialmente la multiplicidad de dicho zoom al recortar digitalmente los datos recibidos de la matriz. Cuando se alcanza la distancia focal máxima de la lente, el zoom continúa con el recorte digital, "alargando" el rango. La tecnología, denominada " zoom digital ", tiene un valor puramente comercial porque, a diferencia del zoom óptico, el zoom digital reduce significativamente la calidad de la imagen: utiliza solo una pequeña parte central del campo de imagen de la lente y el sensor [47] [48] . Esto es equivalente a recortar en un editor de gráficos o video , cortando los bordes de la imagen [49] [50] . A pesar de esto, para los usuarios que no quieren involucrarse en el autoprocesamiento de imágenes, el zoom digital puede ser una característica útil, que le permite obtener el tamaño deseado del plano sin acercarse al sujeto y sin manipulaciones adicionales.

Véase también

Fuentes

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Literatura

Enlaces

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