Stops

La cantidad de luz que entra en el proceso de formación de imágenes de un sistema óptico, depende entre otras cosas del tamaño de la abertura del diafragma. El diámetro límite que determina la cantidad de luz que llega al área de imagen se denomina "stop" de apertura, y está gobernado por el diafragma ajustable que tienen las lentes de las cámaras compuestas. El diámetro límite que controla el tamaño del objeto que se puede ver, se llama "stop" de campo.

Los "stops" ajustables se fabrican con estructuras formadas por finas láminas metálicas, que determinan la cantidad de luz que alcanza la película o el CCD. A la izquierda se muestra un dispositivo de labotarorio llamado "Apertura" que determina la cantidad de luz que llega a una ranura ajustable para el estudio de la difracción. Se usó para producir patrones de difracción por ranura simple, que demostraban el fenómeno de la difracción. Tales estructuras también se usan en las cámaras para establecer el "stop-f" para el ajuste de la exposición.

Stops de Apertura y de Campo

Normalmente se usa una estructura de láminas metálicas, detrás de los primeros elementos de una lente de cámara compuesta, para controlar la cantidad de luz que llega a la película o al detector CCD. Es una práctica común denotar el tamaño de la abertura de este "stop" de apertura en términos de "stop-f" o "número-f". El "stop-f" se define por por esta fórmula es evidente que un mayor número-f implica un diámetro de "stop" mas pequeño para una determinada lente y longitud focal. Puesto que un "stop" circular tiene un área A = πr2, doblando el diámetro de apertura y por consiguiente reduciendo a la mitad el "número-f", se multuplicará por cuatro la cantidad de luz que entra en el sistema. La práctica usual es designar un "stop", cuyo diámetro sea la mitad de la longitud focal f como f/2. La ilustración de la izquierda muestra que f/4 tiene la mitad del diámetro de f/2, y por consiguiente admite 1/4 parte de la luz. En las cámaras se han establecido "stops" que progresan de modo que "1 stop" mas ancho admite el doble de luz, y por tanto, esto requiere un incremento en el diámetro en un factor de 1,414 o raiz cuadrada de 2. Esto dá la típica secuencia de números que se ven en las lentes de las cámaras: f/2 2.8 4 5.6 8 11 16

Aumentando el número-f de la lente de una cámara, disminuye la cantidad de luz que entra en la cámara por disminución del tamaño de la apertura. Aumentando por uno un "stop-f", se disminuye a la mitad la luz y por tanto se requiere el doble del tiempo de exposición (mitad de velocidad del obturador). Aumentando el número-f, tiene la ventaja de aumentar la "profundidad de campo" de la imagen, de modo que los fotógrafos deben estar continuamente evaluando, el balance adecuado entre la velocidad del obturador y el número-f, para minimizar la borrosidad por el movimiento de la imagen, al tiempo que se consigue una aceptable profundidad de campo.

Puesto que aumentar la apertura en un "stop-f" o incrementar el tiempo de exposición por un factor de 2, ambas consiguen duplicar la cantidad de luz, es una práctica común referirse a cualquiera de estas acciones como aumentar la exposición en 1 "stop".

Stop-f y Profundidad de Campo

Aumentando el stop-f en un "stop", tiene el inconveniente de requerir la bajada de la velocidad del obturador a la mitad, pero tiene la ventaja de aumentar la profundidad de campo de la imagen formada. Por "profundidad de campo" se quiere decir profundidad de la imagen donde aparezca formada de manera nítida. Aunque la "nitidez de enfoque" es un término relativo, hay una profundidad práctica sobre la cual la imagen aparece estar enfocada. Esa profundidad de campo aumenta con el número-f.

f/2.8

A f/2.8 se puede disparar a una velocidad de obturación más rápida, pero con muy poca profundidad de campo. Hay momentos en los que deliberadamente se elige esta condición, por ejemplo, para tomar una fotografía de una rosa, donde las hojas tras ella progresivamente pierden su foco.

f/16

A f/16 se consigue mucha mayor profundidad de campo, pero eso supone cinco "stops" arriba del número-f, cada uno de los cuales cuesta un factor de 2 en la luz. De modo que la velocidad del obturador debe ser 10 veces mas larga para esta vista. La profundidad de campo práctica, disminuye con el aumento de la longitud focal, de modo que las fotografias con telefoto, tienden a tener poca profundidad de campo. En las telefotos es buena idea, usar un número-f tan alto como se pueda, para aumentar la profundidad de campo.

La fotografía en primer plano es muy exigente en términos de profundidad de campo. Los objetos de interés (por ejemplo, flores, mariposas) tienen una mayor profundidad, en comparación con la distancia al objeto que la mayoría de los objetos más distantes. Por tanto, en la fotografía de primer plano, es conveniente utilizar números-f altos.

Stops de Apertura

Un stop de apertura es la apertura que limita la cantidad de luz que pasa a través de un sistema óptico. Por ejemplo, en el diafragma ajustable cerca del frontal de la lente de una cámara compuesta. La cantidad de luz admitida está controlada por el diámtero de apertura del diafragma, el cual está indicado en la cámara por el "número-f" o "número stop-f". Haciendo mas pequeña la apertura, reduce la luz, pero incrementa la profundidad de campo.

Con estructuras de finas láminas metálicas, se fabrican normalmente los "stops" ajustables, para determinar la cantidad de luz que llega a la película, al detector CCD, o a donde quiera que sea el plano final de la imagen.

Stops de Campo

El elemento que limita el tamaño o la amplitud angular del objeto que puede ser captado por el sistema, se denomina "stop de campo". En las cámaras, es el tamaño de la película o del detector CCD, quien determina el máximo tamaño de imagen y sirve como "stop de campo".

Pupila

La idea de una pupila es para que el tamaño efectivo de un "stop", pueda ser mas grande o mas pequeño que su tamaño físico, por la acción refractante de una lente. Formalmente, una pupila es una imagen del "stop" de apertura. La pupila de entrada se define como la imagen del "stop" de apertura, visto desde un punto axial del objeto, a través de aquellos elementos de lentes que preceden al "stop". La pupila de salida es la imagen del "stop" de apertura visto desde un punto axial del plano de la imagen. Este estudio sigue el tratamiento en Hecht.

Pupila de Entrada

La pupila de entrada de un sistema es la imagen del "stop" de apertura visto desde un punto del eje óptico en el plano del objeto.

En la ilustración, la apertura física está detrás de la lente. Se puede ver que se consigue mas luz a través de la apertura física detrás de la lente, de la que tendría si no estuviera presente la lente. El rayo extremo es uno de los refractados por la lente, de modo que pasa justo por la apertura. Trazando la proyección del recorrido de ese rayo extremo sin lente, se puede ver que la pupila de entrada es la apertura que tiene el tamaño que se requeriría, para que pasara ese rayo extremo en ausencia de lente.

En este ejemplo, la apertura física es la pupila de salida porque no hay lentes que intervengan entre la imagen y la apertura.

Las imágenes de arriba se tomaron mirando hacia el mismo punto del instrumento de apertura de laboratorio. La imagen de la izquierda es directamente del instrumento, la del centro es a través de una lente simple, y la de la derecha se tomó a través de un sistema de dos lentes. Esto demuestra el hecho donde una misma apertura, puede tener tres pupilas de diferentes tamaños.

Pupila de Salida

La pupila de salida de un sistema es la imagen del "stop" de apertura, visto desde un punto en el eje óptico en el plano de la imagen.

En este caso donde el "stop" de apertura físico está enfrente de la lente, la pupila de salida es la imagen de ese "stop" de apertura, visto desde el eje óptico en el plano de la imagen, mirando hacia atrás a través de la lente. En este caso la pupila de entrada es justo la apertura física, puesto que no hay lente interviniendo desde el punto de vista del objeto.