Formación de las imágenes

MANUAL BÁSICO DE TECNOLOGÍA AUDIOVISUAL Antonio Cuevas antoniocuevas@gmail.com

Tema 4

FORMACIÓN DE LAS IMÁGENES 4.1

La cámara oscura 4.1.1 La cámara lúcida

4.2

Las imágenes estenopeicas

4.3

La lente simple

4.4

Imagen real e imagen virtual

4.5

Tipos de lentes simples

4.6

Elementos geométricos de una lente simple 4.6.1 Eje óptico 4.6.2 Foco principal 4.6.3 Plano focal 4.6.4 Distancia focal

4.7

Formación de las imágenes reales

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LA CÁMARA OSCURA Para obtener una imagen de una escena no hace falta gran cosa: basta un recipiente opaco a la luz (una caja de cartón, una lata de conservas, una lata de pintura) en una de cuyas paredes hayamos practicado un pequeñísimo agujero. Puesto que la luz se propaga de forma rectilínea, sobre la pared de enfrente obtendremos una imagen de la escena exterior. Este simple dispositivo se denomina cámara oscura. La clave reside en que el estenopo (orificio) impide el paso al espacio imagen de todos los rayos luminosos excepto uno, que es el que forma la imagen.

Primera ilustración que se conoce de una cámara oscura, usada para observar un eclipse solar en 1544.

De un libro del médico holandés Gemma Frisius.

En 1646 el jesuita Athanasius Kircher, erudito profesor de Roma, construyó esta cámara obscura tipo litera, la cual presentaba la ventaja de permitir su transporte gracias a dos varas laterales

El término estenopo proviene del griego stenos opaios (“provisto de un pequeño agujero”). Los principios básicos de los estenopos o dispositivos de cámara oscura se encuentran ya en textos chinos del siglo V a.C. pues ellos ya habían descubierto que la luz viaja en línea recta. El primero en constatar la formación de una imagen invertida en una pantalla a través de un orificio parece que fue Mo-Ti <1>. Este filósofo chino se percató de que los objetos reflejan la luz en todas las direcciones, y que los rayos procedentes de un objeto, cuando atraviesan un orificio estrecho, producen una imagen invertida en una pantalla, precisamente la descripción de la cámara oscura.

En los siglos XIII y XIV varios autores hacen referencia al conocimiento de la cámara oscura, pero su verdadero auge se produce en el Renacimiento. En la segunda mitad del siglo XV, Leonardo da Vinci (1452-1519) insiste en el mismo principio y así lo hace constar en su Codex Atlanticus, (Código Atlántico, llamado así por su tamaño atlas, muy grande) que incluye 1.119 de sus famosos dibujos divididos en 12 volúmenes, conservado en la Biblioteca Ambrosiana de Milán <2>. Leonardo sugiere además la posibilidad de dar a este fenómeno una utilidad práctica y en su códice describe con precisión la formación de imágenes estenopeicas, concretamente la formación de imágenes del sol a través de orificios practicados en las paredes de una iglesia. Leonardo solía impregnar el pergamino en aceite o grasa de cerdo para así dibujar la imagen que en él se formaba <3>.

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Igual que Leonardo, otros autores del Renacimiento usaban la cámara oscura como instrumento de dibujo pues les permitía trazar las perspectivas geométricamente correctas que exigía la pintura renacentista.

La cámara oscura, antecesora última de la cámara fotográfica y, por extensión, de todas las cámaras de registro de imágenes conocidas, se popularizó a partir del momento en que fue descrita por el científico napolitano Giovanni Bautista Della Porta (1538-1615), en su obra Magia Naturalis publicada en 1558. Es el propio Della Porta quien, años más tarde, construye la primera cámara oscura que tiene ya definitivamente la utilidad que Da Vinci había intuido. Della Porta afirma que sirve... "para que

Cámara oscura: un cubo de madera donde una de las paredes se hace con papel o pergamino y frente a esa pared semitransparente hay un pequeñísimo agujero como entrada de luz. Esa entrada de luz actúa como lente. Así, en el pergamino aparece la imagen invertida, reducida y en colores, de los objetos que se encuentran frente a la lente. Debajo, una cámara oscura portátil, tipo tienda, del siglo XVIII, basada en la idea de Johannes Kepler

cualquiera que ignora la pintura pueda dibujar con la pluma cualquier objeto...".

La cámara de Della Porta es ya, en potencia, una cámara fotográfica, pues dispone de lentes relativamente precisas y de espejos para enderezar la Cámaras oscuras del siglo XVIII imagen.

Sin embargo, y utilizadas para copiar imágenes, durante siglos, será un lejano antecedente del utilizada únicamente actual visor de sistema réflex. para observar y copiar imágenes pues la ciencia se hallaba aún muy lejos de encontrar un soporte sobre el que grabar aquellas imágenes.

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Para mejorar la nitidez de una imagen estenopeica hay inevitablemente que disminuir el diámetro del orificio, lo que trae como consecuencia la disminución de la cantidad de luz, y por ende la oscuridad de la imagen. Este problema fue resuelto en 1550 por el físico milanés Girolano Cardano <4>, quien propuso algo decisivo: el uso de lentes biconvexas, permitiendo de este modo obtener una La imagen que produce una cámara oscura que carece de imagen clara sin perder su nitidez. Hacia 1568, el también objetivo, es invertida. italiano Daniello Barbaro añade un diafragma al dispositivo que permite así variar el diámetro del orificio, produciendo una mejor nitidez en la imagen recibida.

El término cámara oscura fue acuñado por el astrónomo alemán Johannes Kepler <5>, que en la década de 1620, inventó una cámara oscura portátil. En aquellos años el término indicaba una habitación o una tienda con un orificio y una lente simple usados por los artistas para bocetar o dibujar paisajes. La lente biconvexa simple permitía obtener una imagen más brillante y enfocarla a cierta distancia. Este tipo de cámara ofrecía prestaciones muy distintas a las del primitivo estenopo (carente de lente) del médico holandés Gemma Frisius.

La evolución de las lentes simples permitió que el tamaño de las cámaras oscuras fuese disminuyendo paulatinamente. Además, la mayor luminosidad de imagen que una lente proporciona a las imágenes de una cámara oscura permitió que, en lugar de que el observador tenga que situarse en el interior de la cámara, se pudiera sustituir la pared que recibe la imagen por un elemento translúcido donde se formaba la misma. Tal elemento puede ser un simple papel fino o un cristal esmerilado, pero en definitiva la imagen puede observarse desde el exterior pues la lente reduce su tamaño (y también la invierte). Ello permitió Cámara oscura portátil diseñada fabricar cámaras oscuras más pequeñas, facilitando su transporte por Robert Hooke en 1668 para tomar apuntes del natural allá donde el artista considerase necesario.

Si observamos la imagen de una cámara oscura desde el otro lado de un cristal esmerilado, es decir, por detrás, percibiremos una imagen invertida. Para enderezarla, enseguida se añadió a la cámara oscura un espejo, que de paso situaba la imagen en un plano más cómodo para calcarla, pues quedaba así el cristal esmerilado en posición horizontal. Este diseño de cámara oscura, como ayuda para tomar apuntes del natural por los pintores, se utilizó hasta bien entrado el siglo dieciocho.

Girolamo Cardano propuso en 1550 el uso de lentes biconvexas para obtener una imagen clara sin perder su nitidez Enfoque

La imagen que aparece a la derecha, Un lejano antecedente reproduce el artilugio, tanto en su aspecto real, de las cámaras reflex como en su utilización para calcar las imágenes producidas. Obsérvese cómo el frontal de la cámara se puede mover hacia delante y hacia atrás para conseguir enfocar la imagen, y cómo un sencillo dispositivo abatible resguarda de la luz la zona de trabajo para que la imagen se vea con mayor claridad.

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Como muchos otros descubrimientos importantes, un largo proceso de siglos estaba llevando a la cámara oscura hasta un punto en el cual estaba preparada para formar parte de un nuevo invento: la fotografía.

EVOLUCIÓN DE LA CÁMARA OSCURA

Aquellas cámaras oscuras, utilizadas como ayuda al dibujo, se encontraron pronto en diversas formas y tamaños.

Además de mejorar la imagen, el añadido de la lente simple había permitido reducir el tamaño de la cámara hasta hacerla portátil; así la cámara oscura pasó de ser una

Daniello Barbaro le añade un diafragma que permite variar el diámetro del orificio de entrada de la luz , mejorando la nitidez d e la imagen recibida (1568)

Leonardo da Vinci (1452-1519) det alla el pri ncipio en su Codex Atl anticus.

Girolano Cardano propu so el us o de lentes biconvexas para obtener una imagen clara sin perder su nitidez (15 50) Giovanni Bautista Della Porta la divulgó en su obra Magia Naturalis (1558). >

Johannes Kepler desarrolló la cámara oscura port átil en la década de 1620.

Sirve... "para que cualquiera que ignora la pintura pueda dibujar con la pluma cualqu ier objeto...". Giovanni Bautista Della Porta

habitación grande a ocupar el tamaño de una cabaña pequeña, luego un coche de caballos, una tienda de campaña pequeña y, por fin, un simple cajón <6>.

Armados con su cámara oscura, muchos artistas y aficionados podían ahora esbozar retratos directamente del natural. A lo largo del siglo XVII, el uso de este artefacto se hizo más y más común, al punto de que algunos viajeros de la época llevaban consigo un modelo portátil para ilustrar los diarios de sus periplos. En los siglos XVI y XVII la cámara obscura se torna herramienta común entre los sabios europeos para la observación de eclipses solares evitando perjuicios en los ojos.

Durante el siglo XIX, varias grandes cámaras oscuras fueron utilizadas como lugares de educación y entretenimiento. Nuevas lentes de menisco, superiores en calidad a las primitivas biconvexas, mejoraron las imágenes proyectadas.

Giovanni Antonio Canal <8>, más conocido como El Canaletto (1697-1768) uno de los últimos genios del Barroco Italiano y extraordinario paisajista, realizó esta espléndida pintura de la Plaza de San Marcos (Venecia) a partir del boceto obtenido con una cámara oscura

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Varios edificios con cámaras oscuras permanecen en pie hoy día: la Cámara Oscura en Royal Mile (Edimburgo), la Great Union Camera en Douglas (Isla de Man), el Observatorio Clifton en Bristol (Inglaterra), la cámara oscura de Portmeirion (Gales del Norte), la Cámara Gigante de Cliff House (San Francisco), la cámara oscura de Santa Mónica (California), la de la Torre de Tavira, en Cádiz (España) etcétera <7>.

La ignorancia de los preceptos de la perspectiva en el arte medieval era absoluta.

En muchos casos los personajes eran pintados del tamaño que su importancia requería, con independencia de su posición espacial.

Influencias externas (Iglesia, poder, cultura, guerras) impulsaron un arte no naturalista cuyo fin era explicar (más que describir).

"Vergilius cum notis Petrarcae" imagen de un manuscrito iluminado, obra de Simone Martini, 1336.

Biblioteca Ambrosiana de Milán.

La perspectiva permite representar el espacio tridimensional en un plano bidimensional.

El respeto a la perspectiva en el arte renacentista era absoluto

San Sebastián Andrea Mantegna 1480 Museo del Louvre París

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<1> Mo-Ti ( Filósofo chino, siglo V a.C.) se percató de que los objetos reflejan la luz en todas las direcciones, y que los rayos procedentes de un objeto, cuando pasan a través de un orificio, producen una imagen invertida en una pantalla. <2> Leonardo da Vinci prefería dibujar. Pensaba que el dibujo era el mejor instrumento para presentar sus proyectos de máquinas prodigiosas que sólo centenares de años más tarde fueron realizadas. Da Vinci solía decir que un dibujo es mucho más eficaz que la palabra escrita, y desafiaba a sus amigos literatos a que intentaran superar con sus escritos las imágenes dibujadas.

Durante toda su vida llenó hojas y hojas con bocetos espectaculares y pequeños apuntes que los explicaban.

Aplicaba el mismo método a la arquitectura, la física, la ingeniería, la anatomía, la botánica y también a la pintura para estudiar las proporciones y las composiciones de sus obras más conocidas. En el dibujo se funden las dos almas, artística y científica, del genio italiano. Nunca se ocupó personalmente de recopilar en una o varias obras todos sus estudios, pues pensaba que esta tarea les correspondía a los sucesores. Sólo muchos años después de su muerte se realizaron varias recopilaciones de sus proyectos, a los que se dio el nombre de códigos. El más amplio de éstos es el Código Atlántico, con 1.119 dibujos divididos en 12 volúmenes, conservado en la Biblioteca Ambrosiana de Milán. El nombre atlántico hace referencia a su tamaño atlas. Se pueden consultar las máquinas proyectadas por el ingeniero italiano, como el helicóptero, el automóvil de tres ruedas y la bicicleta en la versión digital del Código Atlántico, por medio de la página web de la Biblioteca Ambrosiana (http://www.ambrosiana.it/).

Al morir, Leonardo da Vinci dejó en herencia a su discípulo preferido, el milanés Francesco Melzi, sus dibujos y obras en folios, que se estimaban en unos 120 volúmenes. Melzi emprendió la recopilación de los documentos, pero murió cuando sólo había logrado agrupar los bocetos de pintura. Su familia, que heredó los dibujos, no supo valorar el tesoro que le había tocado y comenzó a vender o regalar parte de la obra. Empezó así una suerte de diáspora de los folios de Da Vinci, hasta que Pompeo Leoni, un escultor, coleccionista y gran admirador de Leonardo, consiguió recuperar buena parte de ellos durante la segunda mitad del siglo XVI. Entre 1580 y 1590, Leoni se dedicó a ordenar los dibujos según un criterio arbitrario. La clasificación y organización de Pompeo Leoni es la que todavía se respeta hoy.

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<3> En el Renacimiento, fue Leonardo Da Vinci quien impulsó el desarrollo de la cámara oscura, utilizándola para profundizar en el funcionamiento de la visión, el comportamiento de la luz y las leyes de la perspectiva geométrica, todo ello relacionado con las prácticas de la pintura.

Leonardo sentía una gran curiosidad y fascinación por el fenómeno de la cámara oscura, que permitía “hacer pasar por un

pequeño orificio los rayos de luz sin confundirse unos con otros”.

En 1515 Leonardo Da Vinci la describe así: “cuando las imágenes de los objetos iluminados por un orificio... en un aposento muy oscuro, recibiréis esas imágenes en el interior de dicho aposento en un papel blanco situado a poca distancia del agujero: veréis en el papel todos los objetos con sus propias formas y colores.

Aparecerán reducidos de tamaño. Se presentarán en una situación invertida, y esto en virtud de la intersección de los rayos. Si las imágenes proceden de un lugar iluminado por el sol, aparecerán como pintadas en el papel que debe ser fino y visto por detrás. El agujero será hecho en una pieza de hierro muy fina.”

Las primeras cámaras oscuras eran simples cajas de gran tamaño, ennegrecidas en su interior con un barniz opaco que disponían en la parte frontal de un pequeño agujero de aproximadamente medio milímetro de diámetro; a través de este agujero pasaban los rayos luminosos, procedentes de los objetos exteriores, y se formaba una imagen invertida de los mismos sobre la pared posterior de la cámara. El fenómeno óptico que da origen a la formación de una imagen invertida, se explica por el recorrido rectilíneo de los rayos luminosos, que se cruzan al atravesar el pequeño agujero (llamado estenopo) y se proyectan en la pared posterior en puntos opuestos a los de origen. <4> La primera referencia impresa hablando de lentes la hace el matemático Girolamo Cardano (15011576) en 1550, aunque fue el científico Giovanni Della Porta quien, ocho años más tarde, divulgó la noticia por todo el mundo. La obra de Della Porta estaba escrita en un estilo sencillo y popular por lo que su publicación alcanzó un gran éxito y se tradujo al árabe y a varias lenguas europeas, un fenómeno que explica la circunstancia de que se haya considerado a su autor, en muchas ocasiones, como el inventor de la cámara oscura.

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<5> Johannes Kepler, astrónomo y matemático alemán, considerado el fundador de la astronomía moderna, nació el 27 de diciembre de 1571 en Weilderstadt (Alemania) en el seno de una familia de reducidos ingresos. La vista defectuosa de Kepler lo llevó a interesarse toda su vida por la óptica. Sus trabajos comprenden explicaciones sobre el modo en que los anteojos ayudan a los miopes y a los présbitas; también abarcaron el principio de la cámara oscura.

Despertada su curiosidad por el recién inventado telescopio, Kepler publicó su Dióptrica en 1611, en la cual bosquejó el diseño de un telescopio astronómico de inversión que se usó mucho a partir de entonces. Kepler publicó en Graz (Polonia), en 1596, su notable libro "El misterio del Universo" en el que declaró que había descubierto el orden fundamental que servía de base a las distancias que separaban a los planetas del Sol; en otras palabras, creyó haber resuelto el enigma del plan divino del Universo. La teoría de Kepler (que era errónea) resultaba no obstante muy ingeniosa y dio lugar a posteriores y cruciales investigaciones.

Murió el 15 de noviembre de 1630 en Regensburg. En su tumba reza un epitafio que él mismo compuso: “Medí los

cielos, ahora mido las sombras; del cielo era mi mente, en la tierra descansa mi cuerpo.”

<6> En la película luxemburguesa Girl with a Pearl Earring, sobre este cuadro del pintor holandés Johannes Vermeer, dirigida por Peter Webber, interpretada por Scarlett Johansson y Colin Firth y magistralmente fotografiada por el portugués Eduardo Serra, se muestra una cámara oscura y los rudimentos de su uso.

No está claro, sin embargo, que Johannes Vermeer, autor del famoso cuadro, llegara a utilizar la cámara oscura alguna vez.

La aún no demostrada sospecha parte de la perfección de los trazos y el respeto exquisito a la perspectiva de este enorme maestro flamenco.

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Johannes Vermeer (1632 – 1675), reproducía como nadie los interiores de las mansiones burguesas de su país durante el siglo XVII. Como todos los pintores del Barroco, Vermeer estudiaba las fuentes de luz con las que contaba para crear altos contrastes de colores y claroscuros y así, profundizar en la psiquis de sus personajes.

Girl with a Pearl Earring (2003) fue rodada en Super

35 de cuatro perforaciones. Su fotografía, precisa, sobria y sugerente, es obra de Eduardo Serra. Esta nueva incursión en el cine de habla inglesa de este lisboeta de nacimiento pero afincado en Francia - tras “Más allá de los sueños” de Vincent Ward y “El protegido” de M. Night Shyamalan o “Las alas de la paloma” por la que fue nominado al Óscar – mereció mucha mejor suerte de la que tuvo. Serra y Webber se esforzaron enormemente hasta conseguir la misma luz unidireccional procedente de una sola fuente (Single Source Lightning) de la Eduardo Serra AFC pintura de Veermer, con poca o ninguna iluminación de relleno y mucho contraste, partiendo siempre de fuentes naturales de luz en cada decorado e imitando la de algunos de los cuadros más famosos del pintor.

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Este fenomenal trabajo de naturalismo fotográfico, al más puro estilo de Barry Lyndon de Kubrick, debiera haberse alzado con la estatuilla a la mejor fotografía en lugar de la convencional Master and Commander, pero la presión de las multinacionales logró su objetivo. La estimulante Girl with a Pearl Earring resulta de visión obligada para todo estudiante de una escuela de cine. Y no solo por razones estéticas.

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<7> A la derecha la Torre de Tavira, situada en la calle Marqués del Real Tesoro de la bellísima ciudad de Cádiz (España). Se trata de una casapalacio de estilo barroco que data de mitad del siglo XVIII con fachada a tres calles y un grandioso patio, éste con columnas de orden toscano y arcos.

En un ángulo se eleva la torre mirador más alta de la ciudad, de planta cuadrangular. Servía para vigilar la entrada y salida de barcos de la bahía de Cádiz pues a tal altura la visión se prolongaba en un radio de unos 100km y desde 1778 se convirtió en vigía oficial de la ciudad. La torre toma su nombre del primer vigía, Antonio Tavira. La casa, hoy reformada, es la sede del Conservatorio Municipal de Música.

La torre, por su parte, se ha convertido en uno de los máximos atractivos turísticos de la ciudad al haberse instalado en ella la denominada Cámara Oscura: la bella ciudad de Cádiz reflejada en una pantalla y explicada con todo detalle por un guía especializado. A la izquierda, la famosa Camera Obscura de Calton Hill, en Edimburgo (Inglaterra).

A la derecha, corte longitudinal de una cámara oscura en una ilustración británica del siglo XVII. Ya se había perfeccionado su construcción a base de situar la lente en una especie de pequeña cúpula que contenía un espejo inclinado, de manera que la imagen se proyectaba sobre una mesa, con lo que se la podía observar desde el lado correcto para verla derecha, en lugar de invertida.

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<8> Canaletto fue el más famoso pintor de vistas del siglo XVIII, y cuyo verdadero nombre era Giovanni Antonio Canal. Fue conocido por sus brillantes escenas de Venecia, ciudad en la que nació el 28 de octubre de 1697 y en la que murió, el 19 de abril de 1768. Canaletto estudió pintura y perspectiva con su padre, un escenógrafo de tradición barroca.

La veduta (vista de la ciudad), una forma de pintar relativamente nueva y rara para la época, se convirtió en su especialidad. Sus principales clientes eran ricos aristócratas ingleses de viaje por Europa, para quienes sus cuadros eran souvenirs de las vistas de Venecia, el Gran Canal, la ensenada de San Marcos e innumerables escenas de regatas y festivales acuáticos como la celebración anual de la Boda de Venecia y el Mar. La técnica de Canaletto tenía todas las características venecianas tradicionales de luminosidad y color, a las que añadió una especial atención, de influencia flamenca, por el detalle claro y preciso. Para el boceto preliminar y encuadre de sus pinturas parece que utilizó la cámara oscura.

Sus primeras obras suelen presentar, en colores oscuros y densos, un ambiente de una humedad casi palpable bajo un cielo tormentoso. Sus obras posteriores, a partir de 1740 (cuando comienza a adquirir un estilo de pincelada más suelta e imprecisa), representan escenas bañadas por un sol brillante, con un rico colorido realzado por los rojos y dorados.

En 1746, después de que la Guerra de Sucesión de Austria hubiera reducido de forma drástica la afluencia de visitantes ingleses a Venecia, Canaletto viajó a Inglaterra. Allí pintó muchos paisajes y casas de campo antes de regresar a Venecia en 1755. Fue elegido miembro de la academia de Venecia en 1763, aunque las obras de sus últimos años recibieron cada vez más críticas por su estilo “superficial” y la repetición mecánica de sus temas más conocidos. La calidad que da a la textura del aire en sus mejores obras constituyó una influencia importante para la pintura paisajística del siglo XIX. Su impresionante gusto por el detalle hace de las obras de este pintor un referente imprescindible cuando se trata de reproducir en rodajes cinematográficos los ambientes exactos del siglo XVIII.

Canaletto: San Juan y San Pablo y la Escuela de San Marcos, 1725, Gemäldegalerie Alte Meister, Dresden, Alemania

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La cámara lúcida La cámara oscura no fue el único instrumento utilizado por los artistas interesados en obtener bocetos del original con una fiel representación de la perspectiva. El polifacético científico inglés William Hyde Wollaston <9> diseñó en 1807 el instrumento óptico denominado cámara lúcida (del latín “luz”). Se trata básicamente de un prisma de vidrio ubicado sobre un pie ajustable que su autor describió como "instrumento con el cual una persona puede dibujar en perspectiva, o copiar o reducir, cualquier lámina o dibujo". La gran ventaja del dispositivo, además de su pequeño tamaño, es que, a diferencia de la cámara oscura, este permitía trabajar con sujetos no muy bien iluminados. Se componía de un prisma de cristal de cuatro caras. Cuando el pintor colocaba su ojo en el punto A, la imagen del objeto (G) podía verse sobre la superficie Z donde resultaba muy fácil tomar apuntes con un Cámara lúcida plegada dentro de su estuche lápiz o un carboncillo.

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Esquema del funcionamiento de la cámara lúcida.

Debajo, modelos actuales y sus aplicaciones.

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<9>: William Hyde Wollaston (East Dereham, Gran Bretaña, 1766 Londres, 1828) fue un gran físico y químico inglés.

CÁMARA LÚCIDA

Con posterioridad a su licenciatura en medicina, procedió a estudiar de forma autodidacta física, química, astronomía y botánica. Entre 1803 y 1804 descubrió dos nuevos elementos, el paladio y el rodio; ese mismo año puso a punto un proceso metalúrgico que permitía obtener platino en su forma pura, con las condiciones necesarias de maleabilidad que lo hacían susceptible de usos en el ámbito de la manufactura y la investigación química. El proceso desarrollado por Wollaston se encuentra en la base de los modernos métodos industriales de obtención de tungsteno, molibdeno y otros metales de transición.

Cuando el pintor colocaba su ojo sobre el prisma, la imagen del modelo podía verse sobre la propia superficie del papel.

Así resultaba muy fácil tomar apuntes con un lápiz o un carboncillo. <1+1>

Fue uno de los científicos más influyentes de su tiempo, publicó alrededor de sesenta artículos sobre temas tan variados como la mineralogía, la cristalografía, la fisiología y la patología.

Se trata de un prisma de vidrio ubicado sobre un pie ajustable que su autor describió como "instrumento

con el cual una persona puede dibujar en perspectiva, o copiar o reducir, cualquier lámina o dibujo".

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LAS IMÁGENES ESTENOPEICAS El científico inglés Sir David Brewster <10>, también inventor del caleidoscopio, fue uno de los primeros que practicó la fotografía sobre cámara oscura, iniciando la desde entonces llamada fotografía estenopeica en la década de 1850. Él fue quien acuñó el término “pinhole” (denominación en inglés de las cámaras estenopeicas) utilizado por primera vez en su libro The Stereoscope, de 1856.

Básicamente, la fotografía estenopeica es aquella que no utiliza ningún tipo de lentes. Así, en vez del objetivo (o conjunto de lentes) de las cámaras fotográficas convencionales, la luz pasa a través de un diminuto agujero (estenopo) de tamaño aproximado al de una fina aguja de coser; de ahí el término inglés “pinhole”.

Para hacer fotografías estenopeicas se requiere una cámara oscura que puede ser cualquier tipo de caja o recipiente estanco a la luz (una lata de refresco o de pintura, una caja metálica de galletas, etc.) en uno de cuyos lados se ha practicado un minúsculo agujero, mientras que en el lado opuesto se sitúa cualquier tipo de material fotosensible (película, papel fotográfico, placa Polaroid).

La imagen del exterior, debido a que los objetos reflejan luz en todas las direcciones, se proyecta en el interior. Cada punto de luz del exterior viaja en línea recta, entrando por el estenopo y proyectándose en la pared opuesta como otro punto de luz, más o menos intenso según las características del objeto y su iluminación, formando así una imagen invertida sobre el material sensible.

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Ciertamente, estas imágenes estenopeicas no alcanzan la nitidez de las obtenidas con cámaras convencionales pero, con independencia de ello, todos los objetos, desde unos pocos centímetros hasta el infinito, se registrarán enfocados debido al mínimo diámetro del orificio (diafragma).

Cámaras estenopeicas hechas a partir de latas metálicas. Abajo: imágenes obtenidas con este sistema. Aunque la nitidez deja mucho que desear, todo aparece enfocado.

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La imagen formada a través de un estenopo u orificio simple deja mucho que desear. Sin embargo, todo está enfocado.

Scott Speck Pinhole Photography

También hay fotografías estenopeicas de calidad notable

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<10> David Brewster (Jedburgh, 1781 - Allerby, 1868) fue un físico británico de origen escocés. Abandonó la teología, a cuyo estudio se había consagrado, para dedicarse plenamente a la física. Profesor en Saint Andrews, intervino en la fundación de diversas instituciones y publicaciones científicas. Sus trabajos versaron fundamentalmente sobre óptica. Estudió la doble refracción y la polarización de la luz e inventó un polarímetro y el famoso caleidoscopio.

LA FOTOGRAFÍA ESTENOPEICA El científico inglés Sir David Brewster, también inventor del caleidoscopio, fue uno de los primeros que practicó la fotografía sobre cámara oscura, iniciando la desde entonces llamada fotografía estenopeica en la década de 1850.

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LA LENTE SIMPLE El orificio de las cámaras oscuras debe ser pequeñísimo para producir imágenes nítidas, pero así también se reduce la luminosidad de la imagen formada. Cuanto más pequeño sea el agujero, más definidas son las formas (menos difusas) pero, lamentablemente, menos luminosas también.

Si aumentamos el diámetro del orificio para ganar luminosidad, volvemos al problema anterior: cuanto más grande es el agujero, mayor será el tamaño de los puntos que forman la imagen, que así resultará de menor nitidez. En definitiva, la imagen que se forma a través de un estenopo u orificio simple deja mucho que desear: no llegamos a obtener ni nitidez ni luminosidad.

El estenopo, al impedir el paso de todos los rayos luminosos excepto uno, que es el que forma la imagen, desaprovecha la mayor parte de la luz.

Al agrandar el orificio se gana claridad, desde luego, pero se deteriora aún más la nitidez como explica la figura de la izquierda: la imagen se forma en base a discos de luz aún mayores y lo que debiera ser detalle se convierte en varios discos superpuestos que dan a la imagen una apariencia confusa (aunque todavía reconocible).

Por otra parte, si reducimos el tamaño del orificio para mejorar la nitidez (los discos de luz obviamente jamás podrán ser más pequeños que el orificio en sí), comprobaremos que la imagen se oscurece mucho y, a partir de un cierto punto, los resultados empeorarán brusca y considerablemente, debido al efecto óptico de la difracción: las ondas de luz que rozan un borde opaco cambian levemente de dirección, como las olas del agua entrando en un puerto (figura de la derecha).

La solución pasa por agrandar el diámetro del orificio y colocar sobre él una lente simple <11> como se muestra en la imagen de la derecha.

Cuando la formación de imágenes se obtiene a través de una lente y no a través de un simple orificio, se producen dos cambios importantísimos: Formación de las imágenes – Antonio Cuevas – Pág. 21 de 33

1.- La imagen invertida es mucho más luminosa 2.- Los detalles se vuelven considerablemente más nítidos siempre y cuando la imagen se forme a una distancia “adecuada” de la lente es decir, en el plano de enfoque nítido.

Cuando la imagen se forma a una distancia demasiado cerca o demasiado lejos (gráfico de la derecha), la luz rápidamente se ensancha y volvemos a los discos de luz.

La imagen es nítida cuando a un punto del objeto corresponde un punto único de su imagen y es borrosa cuando a cada punto en el objeto le corresponden muchos puntos en la imagen, es decir, manchas más o menos extendidas (denominadas círculos de confusión, como veremos en temas sucesivos).

La lente simple produce dos efectos positivos: 1.- Imagen más nítida 2.- Imagen más luminosa

Esa lente simple, que logra tales beneficios en la imagen obtenida, se define como un disco de una sustancia transparente y refringente (generalmente vidrio o plástico) limitada por dos caras, una de las cuales es curva y la otra plana o curva, y cuyos centros de curvatura están en el mismo eje.

Cuando es atravesada por un conjunto paralelo de rayos de luz, la lente hace que estos rayos converjan o diverjan regularmente.

Si las superficies curvas se sitúan de forma que la lente sea más gruesa en el centro que en los bordes, los rayos de luz paralelos que incidan sobre ella convergerán sobre un punto (F) del lado opuesto y recibirá el nombre de lente convergente, también denominada positiva, o convexa.

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Lente convergente y su foco

Si las superficies son tales que la lente es más delgada en el centro que en los bordes, los rayos de luz paralelos que inciden sobre ella, vistos desde el otro lado, aparecerán como procedentes de un punto (F). Esta lente recibe el nombre de lente divergente, también denominada negativa o cóncava.

Lente divergente y su foco

Retrato de Hugh de Provence, primera pintura conocida de un ser humano con gafas, la más conocida aplicación de las lentes simples convergentes, obra del artista Tomaso da Modena (1352). Curiosamente, el uso de gafas para lectura fue visto por la iglesia medieval con franco desagrado por “ir en contra de los designios divinos”. No obstante, pronto el mundo científico y la sociedad no sólo las aceptaron sino que difundieron su uso, llegando a ser incluso una manifestación de dignidad.

<11> Existe una utilización equívoca del término lente muy extendida en Latinoamérica. La palabra española lente deriva de la latina “lens, lentis” (lenteja), por la similitud entre la forma de esta legumbre y la de las lentes convergentes. Al hablar de lente debemos referirnos siempre a un elemento óptico simple. Por objetivo entenderemos una construcción óptica compuesta de varias lentes simples. Las cámaras están equipadas de objetivos, y estos se componen de lentes. Un futuro profesional debe utilizar el léxico adecuado.

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IMAGEN REAL E IMAGEN VIRTUAL Dado que cualquier objeto puede ser considerado como una reunión o conjunto de puntos, una lente convergente, que produce puntos imagen de cada uno de los puntos objeto, formará una imagen completa de todo el objeto.

Si colocamos en el plano de los puntos imagen creados por una lente convergente, una superficie reflectora (una sábana blanca, por ejemplo), se formará sobre ella una imagen visible del objeto.

Este es el tipo de imagen que se forma sobre la pantalla de enfoque de las cámaras fotográficas, cinematográficas y en el visor electrónico de las cámaras de vídeo y camascopios, y que posteriormente se registra como imagen sobre el soporte fotosensible tras la exposición. A este tipo de imágenes se les denomina imágenes reales. Una lente convergente produce imágenes reales e invertidas.

Una lente convexa (convergente) es más gruesa en el centro que en los extremos y la luz que la atraviesa se desvía hacia dentro (converge). Como ya sabemos, la lente simple del ojo humano (el cristalino) es convexa, y además puede cambiar de forma para enfocar objetos a distintas distancias: su centro se hace más grueso al observar objetos cercanos y más delgado al observar objetos lejanos.

Las lentes divergentes no forman imágenes reales pues los rayos luminosos procedentes del objeto no convergen después de la refracción sino que se separan de manera que aparecen como procedentes de un punto más cercano que el objeto. Se trata de puntos solo aparentes y cuyas imágenes no pueden hacerse visibles sobre una superficie reflectora o una pantalla como imágenes reales. Por ello se denominan imágenes virtuales.

La luz que atraviesa una lente cóncava se desvía hacia fuera (diverge). A diferencia de las lentes convexas, que producen imágenes reales, las cóncavas sólo producen imágenes virtuales, es decir, imágenes de las que parecen proceder los rayos de luz. En este caso es una imagen más pequeña situada delante del objeto (el trébol). Una lente divergente, produce imágenes virtuales y rectas.

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Todos los objetivos fotográficos, cinematográficos y de vídeo profesional son objetivos compuestos, es decir, formados por una combinación de lentes convergentes y divergentes aunque el efecto total combinado es siempre el de una lente convergente.

Aunque los objetivos fotográficos y cinematográficos actuales están compuestos por muchos tipos de lentes (en ocasiones más de 15 lentes divididas en varios grupos), su comportamiento, en conjunto, viene a ser el de una lente positiva simple de altas prestaciones.

En resumen:

* Una LENTE CONVERGENTE (también llamada convexa o positiva) es más ancha en el centro que en los bordes y hace converger los rayos de luz. Produce imágenes reales. * Una LENTE DIVERGENTE (también llamada cóncava o negativa) es más delgada en el centro que en los bordes y hace divergir los rayos de luz. Produce imágenes virtuales. * Una IMAGEN REAL es una imagen óptica en la que los rayos procedentes del objeto convergen. Es invertida de arriba abajo. Las lentes convergentes producen imágenes reales. * Una IMAGEN VIRTUAL es el punto desde el cual los rayos de luz parecen converger sin hacerlo realmente. La imagen es recta (en la misma dirección del objeto). Las lentes divergentes producen imágenes virtuales. * Todos los objetivos fotográficos, cinematográficos y de vídeo, están compuestos de varias lentes simples, convergentes y divergentes. El comportamiento final de esa combinación de lentes es el de una lente convergente (imagen real e invertida).

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TIPOS DE LENTES SIMPLES

El comportamiento de las lentes varía según tenga dos o solo una superficie curva (la restante sería plana) y también según la dirección y radio de curvatura.

Arriba: lentes convergentes. De izquierda a derecha: biconvexa, planoconvexa y menisco (convexo-cóncava) convergente.

Abajo: lentes divergentes. De izquierda a derecha: bicóncava, planocóncava y menisco (convexo-cóncava) divergente.

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Cuando ambas superficies son convexas o una de ellas es convexa y la otra plana, la lente es siempre del tipo convergente.

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Cuando ambas superficies son cóncavas o una de ellas cóncava y la otra plana, la lente es siempre de tipo divergente.

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Cuando una de ellas es cóncava y la otra convexa (menisco), la lente puede ser convergente o divergente según la curvatura relativa. En la figura superior de la derecha, la curvatura de la superficie convexa (convergente) es mayor que la de la cóncava (divergente) y, por tanto, es la lente convergente quien se impone. El caso inverso ocurre en la figura inferior de la derecha. Si ambos lados tuvieran el mismo tipo de curvatura, la lente no sería ni convergente ni divergente (y por tanto carecería de utilidad óptica).

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ELEMENTOS GEOMÉTRICOS DE UNA LENTE SIMPLE

Eje óptico La línea recta sobre la cual la lente es simétrica se llama eje óptico. Los centros de curvatura de todas las caras curvadas de la lente están situados sobre ese eje. La luz que recorre este eje no se refracta (puesto que incide perpendicularmente) y, como veremos enseguida, está libre de aberraciones ópticas.

Foco principal Cuando los rayos de luz atraviesan una lente convergente de forma paralela a su eje, como si procedieran de un punto muy alejado - lo que en términos fotográficos se denomina infinito (∞) – se desvían hacia el centro encontrándose finalmente en un punto sobre el eje. Ese punto recibe el nombre de foco principal.

El conocido experimento de prender un papel bajo el sol con la ayuda de una lupa, responde a este principio. Toda la energía de los rayos paralelos del sol que recaen sobre la superficie de la lupa, se concentran en el foco y esta concentración de energía calorífica es suficiente tras unos segundos para hacer arder el papel.

El foco principal de una lente convergente (F) es un punto real y la imagen formada por la lente es también una imagen real que puede enfocarse sobre una pantalla.

El foco principal de una lente divergente (F), en cambio, no es un punto real y la imagen formada por la lente no puede ser proyectada en una pantalla; es una imagen virtual.

Plano focal Es el plano que contiene el punto focal y es perpendicular al eje óptico. Sea cual sea el tipo de cámara, la película sensible o los sensores electrónicos se ubican siempre en el plano focal.

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Distancia focal Ya sabemos que una de las propiedades importantes de una lente convergente consiste en que cuando un haz de rayos paralelos a su eje la alcanza, cada uno de ellos sufre una desviación diferente, de tal manera que todos ellos se reúnen en un mismo punto. También sabemos que el punto donde se reúnen se llama foco principal de la lente.

Pues bien, la distancia desde el centro óptico de la lente al foco principal recibe el nombre de distancia focal de la lente y es un concepto clave en fotografía. Esa distancia, medida desde el centro de la lente, es a la que todos los rayos de luz paralelos (los que provienen de un objeto muy distante, del llamado infinito fotográfico) convergen para formar una imagen nítida sobre la película fotográfica o los sensores electrónicos.

Dicho de otro modo: la distancia focal de una lente equivale a la distancia existente entre el centro óptico de la lente y la imagen bien enfocada de un objeto que se encuentre en el infinito <12>.

La distancia focal está determinada por el poder de desviación (refracción) de los rayos luminosos conseguido por una lente o un objetivo: una lente hecha con un cristal de alto índice de refracción tiene una alta capacidad de desviación de los rayos luminosos, los hace converger rápidamente.

En realidad, el poder de desviación o distancia focal de un objetivo es una combinación de los mismos factores que determinan la refracción de la luz: el índice de refracción, el ángulo de incidencia y la longitud de onda de la luz, como veremos en temas posteriores.

Factores

Ya sabemos que la refracción es un fenómeno que ocurre dentro del de la transmisión cuando la luz atraviesa un material transparente de forma oblicua (si lo atraviesa en dirección perpendicular, no hay refracción). Cuando los rayos luminosos inciden oblicuamente sobre un medio transparente, o pasan de un medio a otro de distinta densidad, experimentan un cambio de dirección que está en función del ángulo de incidencia (a mayor ángulo mayor refracción), de la longitud de onda incidente (a menor longitud de onda mayor refracción), y del índice de refracción de un medio respecto al otro.

Ángulo de incidencia Ángulo

Refracción Longitud de onda

Longitud Refracción (azul) Índice de refracción Índice

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Refracción

Por tanto, para fabricar un objetivo de una distancia focal dada, han de tenerse en cuenta los efectos de cada uno de los factores anteriores: -

Como dentro de las longitudes de onda que componen la luz blanca, la azul (longitud de onda más corta) se refracta más (se desvía más) que la roja, los colores azules formarán su imagen ligeramente más cerca del objetivo que los rojos.

Este efecto, que estudiaremos posteriormente, se denomina aberración cromática.

-

El efecto sobre las distintas longitudes de onda o colores, queda compensado en los objetivos compuestos actuales combinando lentes convergentes y divergentes con múltiples revestimientos y reunidas en grupos complejos. Los objetivos corregidos para enfocar dos de los colores primarios en un mismo plano mediante el empleo de diferentes tipos de vidrio se llaman acromáticos; muchos de los empleados en fotografía convencional actualmente pertenecen a esta categoría. Los corregidos para el azul, el verde y el rojo se llaman apocromáticos; son caros de fabricar y se reservan a trabajos de alta calidad. Todos los objetivos cinematográficos profesionales de uso actual son apocromáticos así como los empleados en formatos anamórficos <13>. De ello hablaremos con mayor precisión en el capítulo dedicado a las llamadas aberraciones ópticas.

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El índice de refracción puede variarse, dentro de ciertos límites, modificando la composición química del vidrio.

Entre los vidrios ópticos de alto poder de refracción está el vidrio tipo Crown de borosilicato con un índice de refracción de 1,51100, y el extraligero de la serie Flint con un IR = 1,52301.

El vidrio tipo EK-45 con IR = 1,80367 está entre los de mayor refracción de la actualidad.

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Finalmente, el ángulo de incidencia es lo más fácil de modificar pues está en función del radio de curvatura de las caras. A mayor radio de curvatura menor distancia focal y viceversa.

Una lente con una distancia focal larga tiene un poder de desviación relativamente pequeño. Cuanto mayor es el poder de desviación de la lente, más corta es su distancia focal. Los objetivos angulares (menor distancia focal) tienen mayor capacidad de desviación que los objetivos normales y los objetivos de larga distancia focal. Como enseguida veremos, el tamaño de la imagen y detalle producidos por un angular son menores que los producidos por un teleobjetivo.

En fotografía y cine, la distancia focal de las lentes utilizadas en los objetivos se suele expresar en milímetros.

Sin embargo, en la óptica tradicional siempre fue más habitual hablar de potencia (P) en lugar de distancia focal de las lentes, y medirla mediante la unidad llamada dioptría.

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Las dioptrías de una lente se hallan calculando el inverso de 1 su distancia focal, expresando esta última en metros en lugar P (en dioptrías) = ----------------------de milímetros. Así, una lente de 50mm de distancia focal, d. focal (en metros) tendría un valor en dioptrías de 1/0,050 = 20. Para resolver el caso contrario, o sea averiguar la distancia focal de una lente conociendo las dioptrías, basta dividir 1000 entre las dioptrías, el cociente obtenido será la distancia focal en milímetros. Las lentes convergentes tienen una potencia positiva que se expresa con un signo (+). La potencia de una lente negativa se expresa con un signo (-).

Cuando hablamos de un objetivo, sabemos que no se compone de una sino de varias o incluso varios grupos de lentes simples. Sabemos también que el efecto final de todo objetivo fotográfico es convergente, es decir que se comporta como una lente positiva haciendo converger los rayos de luz en un plano. A todos los efectos, lo que hemos hablado hasta ahora en referencia a una lente simple convergente es aplicable, por extensión, a un objetivo cinematográfico al que podemos aplicar los mismos conceptos de eje óptico, plano focal y distancia focal aunque los cálculos son distintos y la formación geométrica de sus imágenes es considerablemente más compleja.

Lo que nos interesa conocer es que, en relación con la distancia focal de un objetivo compuesto, esta distancia equivale a la que obtendríamos con una lente simple de potencia equivalente. Por eso se denomina distancia focal equivalente y se define como la distancia que existe entre el punto nodal posterior del objetivo (distinto al centro físico) y el plano focal.

Distancia focal de una lente simple

La refracción se da en numerosas superficies dentro del objetivo fotográfico. La luz paralela que proviene de la parte frontal origina el cono de luz que, tras atravesar el objetivo se dirige hacia el fondo. Ambas líneas de luz (la paralela proveniente del fondo y el cono) se encuentran en el llamado plano principal de la imagen, en realidad un plano de refracción imaginario. La distancia focal se mide desde el punto donde el plano principal de la imagen se Distancia focal equivalente de un objetivo compuesto cruza con el eje, llamado punto nodal posterior.

Con independencia de definiciones, lo que interesa comprender es que el punto nodal posterior equivale al punto en que se situaría el centro de una lente simple de esta misma distancia focal.

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<12> Para conocer la distancia focal de una lente convergente se coloca frente a un haz de luz lejano y se mueve hasta que esa luz que viene del infinito se concentre en un círculo mínimo. Cuando eso se logra, subiéndola y bajándola (enfocando y desenfocando), sólo tenemos que medir la distancia desde ese punto a la lente. ¿Quién no ha hecho el experimento de quemar un papel con el calor de la luz del sol amplificado a través de una lupa? Una lupa es una lente simple biconvexa. El punto en que el rayo de sol está más concentrado sería el foco principal. La distancia entre ese punto y el centro de la lente sería su distancia focal. <13> Anamórficos son objetivos que incorporan prismas o elementos cilíndricos para cubrir un campo mayor en horizontal que en vertical y que producen una imagen estirada o comprimida que recupera su aspecto original si se proyecta o amplía a través de un objetivo similar pero de efecto inverso (desanamorfizador). Se emplean mucho en cine para comprimir una panorámica muy amplia en un fotograma Malena (2001) de formato normal y D: Giuseppe Tornatore / F: Lajos Koltai reproducirla nuevamente en la pantalla (scope). De ellos hablaremos con detenimiento en los capítulos dedicados a los formatos cinematográficos

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FORMACIÓN DE LAS IMÁGENES REALES

Un objeto cualquiera puede ser entendido como un conjunto de infinitos puntos, cada uno de los cuales refleja la luz que recibe en todas direcciones según veremos al estudiar la reflexión difusa.

Consideremos ahora uno cualquiera de esos puntos que irradia luz en todas direcciones.

Algunos de los rayos irradiados por el punto A (el extremo superior del lapicero) alcanzarán la superficie de la lente que hemos colocado frente al mismo.

El resto de los rayos no intervienen en la formación de la imagen puesto que no son recogidos por la lente.

Todos los rayos que la lente recoge experimentarán el fenómeno de la refracción, desviándose de su trayectoria en mayor o menor grado según el ángulo con que alcancen la lente.

Tras la refracción, todos los rayos que han intervenido coinciden en un punto (A’) al que llamamos imagen del punto luminoso (A).

Comprendiendo la formación de la imagen de un punto comprenderemos, por extensión, la formación de la imagen de todo el objeto.

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Todos los objetivos se comportan igual que una lente simple positiva aunque estén compuestos de diferentes lentes.

Por tanto, todos los objetivos forman imágenes reales, de menor tamaño e invertidas.

Recapitulando: Las imágenes obtenidas a través de una lente positiva (todos los objetivos cinematográficos se comportan en conjunto como una lente positiva aunque estén compuestos de diferentes lentes) tienen las siguientes características:

1- Son imágenes reales porque su formación responde a la unión efectiva y real de una serie de rayos luminosos lo que significa que es posible ver la imagen si la proyectamos sobre una pantalla o un plano de enfoque.

2- Son imágenes de menor tamaño que el objeto original. Esta circunstancia es la que permite recogerlas y registrarlas dentro de cámaras cinematográficas o electrónicas de dimensiones razonables.

3- Son imágenes invertidas tanto de arriba hacia abajo como lateralmente. Esta característica, que podría constituir un problema o al menos una incomodidad, no lo es tanto porque a lo largo del tratamiento de las imágenes es sencillo deshacer esa inversión con el simple hecho de darle la vuelta al receptor de la imagen.

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