¿Qué es la distancia focal y cómo saberla o calcularla?

La distancia focal es una medida de la concentración o divergencia de la luz en un sistema óptico. Se refiere a la distancia desde el centro óptico de la lente hasta el foco de recogida de luz cuando incide luz paralela. También es la distancia desde el centro de la lente hasta el plano de imagen, como la película o el CCD de una cámara. Los sistemas ópticos con distancias focales cortas tienen una mejor capacidad para captar luz que los sistemas ópticos con distancias focales largas. En pocas palabras, la distancia focal es la distancia desde el punto focal hasta el punto central de la máscara.

Dos distancias focales:

Es 2c. La fórmula comúnmente utilizada es c^2=a^2-b^2

c es la mitad focal. longitud

Concepto óptico:

Si ha visto "f=" en el libro de especificaciones de la cámara en inglés, entonces el número que le sigue suele ser su distancia focal, es decir, la longitud focal. Por ejemplo: "f=8-24 mm, 38-115 mm (equivalente a 35 mm)" significa que la distancia focal de esta cámara es de 8-24 mm y el ángulo de visión diagonal es equivalente a la distancia focal de 38-115 mm de una cámara tradicional. Cámara de 35 mm. En términos generales, la distancia focal estándar de una lente de cámara de 35 mm es de aproximadamente 28-70 mm, por lo que si la distancia focal es superior a 70 mm, significa que admite efectos de teleobjetivo, y si es inferior a 28 mm, significa que tiene gran angular. capacidades de disparo.

El "rango enfocable" es una extensión de la distancia focal y generalmente se divide en distancia de disparo general y distancia de disparo de primeros planos. La distancia de disparo general de la cámara suele estar marcada como "a partir de un determinado centímetro". hasta el infinito", mientras que la distancia de disparo en primeros planos suele estar marcada como "desde cierto centímetro hasta el infinito". Los productos diseñados en esta etapa suelen proporcionar funciones de disparo a corta distancia (macro) para compensar la incapacidad de enfocar en disparos generales. modos. Algunas cámaras ponen gran énfasis en la capacidad mágica de admitir primeros planos de 1 cm, que son adecuados para fotografiar objetos finos.

La distancia focal, también llamada distancia focal, es una medida de la concentración o divergencia de la luz en un sistema óptico. Se refiere a la distancia desde el centro de la lente hasta el foco donde se recoge la luz. También es la distancia desde el centro óptico de la lente hasta el plano de imagen, como la película, CCD o CMOS de una cámara. Los sistemas ópticos con distancias focales cortas tienen una mejor capacidad para captar luz que los sistemas ópticos con distancias focales largas.

La lente de la cámara es un conjunto de lentes cuando los rayos de luz paralelos al eje óptico principal pasan a través de la lente, la luz converge en un punto. Este punto se llama distancia desde el foco. El centro de la lente (es decir, el centro óptico) se llama distancia focal. Una lente con una distancia focal fija es una lente de enfoque fijo; una lente con una distancia focal ajustable es una lente con zoom. (Cuando un haz de luz paralelo al eje principal de la lente convexa pasa a través de la lente convexa, la lente convexa lo hará converger hacia un punto en el otro lado de la lente convexa. Este punto se llama foco. La distancia desde el foco hasta el centro óptico de la lente convexa se llama distancia focal de la lente convexa. Una lente convexa tiene un foco a cada lado de la lente)

Centro óptico: un punto especial. la lente. La dirección de propagación de la luz que pasa por este punto permanece sin cambios (excepto para un rayo perpendicular a la lente. Excepto que todos los demás rayos tienen traslación).

La lente de la cámara que utilizamos es equivalente a una lente convexa, y la película (o el dispositivo fotosensible de una cámara digital) está cerca del foco de la lente convexa. En otras palabras, la distancia entre la película. y el centro óptico de la lente convexa es aproximadamente igual a la distancia focal de esta lente convexa.

Las lentes convexas (lentes convexas) pueden formar imágenes. Generalmente, cuando se utiliza una lente convexa como lente de cámara, la imagen más clara que produce no suele caer exactamente en el foco, o en otras palabras, la imagen. La imagen más clara llega al centro óptico. La distancia (distancia de la imagen) generalmente no es igual a la distancia focal, sino ligeramente mayor que la distancia focal. La distancia específica está relacionada con la distancia entre el objeto que se está fotografiando y la lente (distancia del objeto, cuanto mayor es la distancia del objeto, menor es la distancia de la imagen (pero de hecho siempre es mayor que la distancia focal).

Porque cuando tomamos fotografías, la distancia entre el objeto que se está fotografiando y la cámara (lente) no siempre es la misma. Por ejemplo, cuando tomamos fotografías de personas, a veces, si quieres tomar una fotografía. de todo el cuerpo, simplemente mantente alejado, y si quieres tomar una fotografía de la mitad del cuerpo, lo más cerca que puedas. En otras palabras, la distancia de la imagen no siempre es fija. De esta manera, si desea obtener una imagen clara, debe cambiar la distancia desde la película al centro óptico de la lente, ya que la distancia del objeto difiere. lo que solemos llamar "ajuste".

Distancia focal aproximada:

Para una lente delgada en el aire, la distancia focal es la distancia desde el centro de la lente hasta el foco principal.

Para una lente convergente (como una lente convexa), la distancia focal es positiva y un haz de luz paralelo se enfocará en un punto. Para una lente divergente (como una lente cóncava), la distancia focal es negativa y un haz de luz paralelo se extenderá después de pasar a través de la lente. La fórmula de cálculo es la que se muestra a la derecha.

Distancia focal del sistema óptico:

Para lentes gruesas (lentes cuyo grosor no se puede ignorar), o sistemas con varias lentes o espejos (como cámaras, lentes o telescopios), Focal La longitud generalmente se expresa en términos de distancia focal efectiva (EFL, distancia focal efectiva) para distinguirla de los parámetros comúnmente utilizados:

La distancia focal frontal (FFD) o la distancia focal frontal (FFL) es el enfoque en frente del sistema La distancia al primer vértice de la superficie óptica.

La distancia focal trasera (BFD) o distancia focal trasera (BFL) es la distancia desde el último ápice de la superficie óptica del sistema hasta el punto focal trasero.

Para un sistema óptico en el aire, la distancia focal efectiva es la distancia desde los planos principales delantero y trasero hasta los puntos focales correspondientes. Si el entorno circundante no es aire, la distancia se multiplica por el índice de refracción del material. Algunos autores llaman a esta distancia distancia focal frontal (posterior) para distinguirla de la distancia focal frontal (posterior) definida anteriormente.

Por lo general, la distancia focal o distancia focal efectiva es un valor que describe la capacidad de un sistema óptico para captar luz y, a menudo, se utiliza para calcular el aumento. Se utilizan otros parámetros para calcular dónde se formará la imagen de un objeto específico.

Para una lente con espesor d en aire y radios de curvatura R1 y R2, la distancia focal efectiva es:

1/f=(n-1)[1/R1- 1 /R2 (n-1)d/nR1R2]

Aquí n es el índice de refracción del material de la lente, el valor 1/f es la potencia óptica de la lente y f es la distancia focal. Se puede ver que cuanto menor es el índice de refracción n del material de la lente, mayor es la distancia focal de la lente.

La distancia focal sigue la convención de marcado más común. Si la lente de la primera superficie es una lente convexa, el valor de R1 es un valor positivo, y si es una lente cóncava, es negativo. valor si la segunda superficie es una lente cóncava, el valor de R2 El valor numérico es positivo, si es una lente convexa es negativo. Tenga en cuenta que, aun así, diferentes autores pueden tener diferentes convenciones de marcado.

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

La distancia u desde el objeto hasta el centro de la lente. El tamaño de la imagen positiva e invertida. La distancia v desde la imagen real virtual de la imagen hasta el centro de la lente. La relación entre la distancia del objeto y la distancia de la imagen

(u es la distancia del objeto v es la distancia de la imagen f es la distancia focal)

Longitud focal en fotografía:

El concepto de distancia focal

La distancia focal está determinada por la lente óptica (lente) de la forma de la lente de la cámara. El cilindro metálico de una cámara o proyector alberga un conjunto de lentes con curvaturas (convexas o cóncavas) en ambos lados o en un lado para formar una lente compuesta. La luz emitida desde diferentes partes del objeto, después de pasar a través de la lente, se enfoca en un punto de la película, dando a la imagen un contorno claro y una textura real. Este punto se llama enfoque. La llamada distancia focal es la distancia desde el punto medio de la lente hasta el punto donde la luz se puede enfocar claramente.

Cuando la lente fotográfica se ajusta al infinito, en realidad es una distancia focal sólo de nombre. En términos de diseño, la distancia entre el plano principal de la lente y la película o el sensor de imágenes se ajusta a la longitud de la distancia focal. Luego, la imagen alejada de la lente puede formar una imagen clara en la película o el sensor. Cuando la lente quiere capturar un objeto más cercano, se cambia la distancia focal real de la lente. La distancia focal generalmente se marca en milímetros (mm), pero es posible que aún veas algunos lentes más antiguos marcados en centímetros (cm) o pulgadas. El tamaño del campo de visión depende de la relación entre la distancia focal de la lente y el tamaño de la película. Dado que el formato más popular es el de 35 mm, el campo de visión de una lente suele indicarse en función de este formato. Los campos de visión son diferentes para el objetivo estándar (50 mm), el objetivo gran angular (24 mm) y el teleobjetivo (500 mm).

Lo mismo ocurre con las cámaras digitales. Sus fotorreceptores son más pequeños que los de las películas tradicionales de 35 mm, por lo que se puede obtener la misma imagen con una distancia focal más corta.

El concepto de extensión

1. Zoom: el ajuste correspondiente del enfoque y la distancia focal al disparar.

2. Enfoque: Ajusta el enfoque para que el sujeto esté enfocado y la imagen sea clara.

3. Desenfocado: El objeto que se está fotografiando se desenfoca y la imagen aparece borrosa.

4. Selección de enfoque: Seleccione un cierto nivel en la profundidad de campo para tener un enfoque nítido, mientras que otros niveles aparecerán borrosos (desenfocados).

5. Seguir foco: Cambia el foco para que el personaje en movimiento esté dentro del foco.

6. Rack focus o focus pull: El foco se desplaza de un punto a otro de forma bastante repentina.

Clasificación de la distancia focal de las lentes

Las más comunes son: 8 mm, 15 mm, 24 mm, 28 mm, 35 mm, 50 mm, 85 mm, 105 mm, 135 mm, 200 mm, 400 mm, 600 mm, 1200 mm, etc. Hay un superteleobjetivo de hasta 2500 mm.

Las lentes se pueden dividir en lentes estándar, lentes gran angular y lentes de distancia focal larga según la longitud de su distancia focal, es decir, el ángulo de visión al disparar.

El ángulo de visión de una lente estándar es de aproximadamente 50 grados. Este es el ángulo de visión que una persona puede ver con un ojo sin mover la cabeza y los ojos. La sensación de observar a través de una lente estándar es diferente. lo que solemos ver. Básicamente lo mismo. La distancia focal del objetivo estándar de una cámara de 35 mm es principalmente de 40 mm, 50 mm o 55 mm. La distancia focal del objetivo estándar de una cámara de 120 mm es generalmente de 80 mm o 75 mm. Cuanto mayor sea el marco de la cámara, mayor será la distancia focal del objetivo estándar. Las cámaras digitales varían en tamaño debido a sus medios de imagen (CCD o CMOS) y las distancias focales de las lentes estándar también son inconsistentes. Por comodidad e intuición, cuando se habla de objetivos DC se suele utilizar la denominada distancia focal equivalente a la de una cámara de 35 mm. Esta equivalencia se refiere a la equivalencia en los ángulos de visión. Lo siguiente solo habla sobre la lente de la cámara de 35 mm, se pueden comparar otras cámaras de formato y cámaras digitales.

Lente gran angular

La lente gran angular, como su nombre indica, tiene un ángulo de visión más amplio y es adecuada para fotografiar escenas a corta distancia y a gran escala. Se utiliza para exagerar deliberadamente la actuación en primer plano, dando una fuerte sensación de distancia y perspectiva. Un objetivo gran angular típico para una cámara de 135 mm tiene una distancia focal de 28 mm y un ángulo de visión de 75 grados. Los más utilizados son los de 35 mm, que son un poco más largos que los de 28 mm, y los de 38 mm, el llamado gran angular pequeño (que se ve principalmente en cámaras de apuntar y disparar).

Las lentes ultra gran angular con un ángulo de visión más amplio que las lentes gran angular normales (como una distancia focal de 24 mm y un ángulo de visión de 84 grados) y las llamadas lentes ojo de pez tienen una longitud focal de 8 mm y un ángulo de visión de hasta 180 grados.

Teleobjetivo

El teleobjetivo se conoce comúnmente como "teleobjetivo". El teleobjetivo es adecuado para fotografiar paisajes lejanos. La profundidad de campo es pequeña, por lo que es fácil desenfocar. fondo y hacer que el sujeto se destaque. Los teleobjetivos de cámaras de 35 mm generalmente se dividen en tres niveles. Por debajo de 135 mm se denominan distancias focales medias, como 85 mm con un ángulo de visión de 28 grados, 105 mm con un ángulo de visión de 23 grados y 135 mm con un ángulo de visión de 18 grados. Las lentes de distancia focal media se utilizan a menudo para tomar retratos y, a veces, se denominan lentes para retratos. 135-500 se llama distancia focal larga, como 200 mm, el ángulo de visión es de 12 grados, 400 mm, el ángulo de visión es de 6 grados. Aquellos con una distancia focal superior a 500 mm se denominan distancias focales ultralargas y sus ángulos de visión son inferiores a 5 grados, lo que es adecuado para fotografiar escenas distantes. Por ejemplo, al tomar primeros planos en la cancha o fotografiar animales salvajes, debido a que no puedes acercarte al sujeto, los lentes ultrateleobjetivos son muy útiles.

Comprensión de la distancia focal de la lente

En términos generales, decimos: la distancia focal es la distancia desde el centro de la lente hasta el foco. Pero este es sólo el caso de una única lente delgada. Dado que las lentes de las cámaras se componen de muchas lentes, la situación no es nada sencilla.

La distancia focal de la lente se divide en distancia focal del lado de la imagen y distancia focal del lado del objeto. La distancia focal del lado de la imagen es la distancia desde la superficie principal del lado de la imagen hasta el foco del lado de la imagen. Asimismo, la distancia focal del lado del objeto es la distancia desde la superficie principal del lado del objeto hasta el foco. del lado del objeto.

Cabe señalar que debido al diseño de las lentes de las cámaras, especialmente al uso generalizado de estructuras telescópicas en lentes con zoom, la distancia focal del lado del objeto y la distancia focal del lado de la imagen no son necesariamente iguales. La distancia focal de una lente de cámara a la que habitualmente nos referimos se refiere a la distancia focal del lado de la imagen.

Cómo determinar la superficie principal y la distancia focal

Cuando el rayo paralelo incidente (o su línea de extensión) se cruza con el rayo convergente saliente (o su línea de extensión), la superficie principal de refracción se puede determinar. Este La intersección del plano imaginario y el eje óptico de la lente es el punto principal. La distancia entre el punto principal del lado de la imagen y el plano focal (foco) formado por el rayo infinito se llama distancia focal de la lente compuesta (estrictamente hablando, es la distancia focal efectiva). El mismo principio también se puede utilizar para determinar el plano principal del objeto y la distancia focal del objeto.

La ubicación de la superficie principal puede aparecer fuera de la lente dependiendo del diseño. Esto es importante en muchas situaciones.

Casos de uso de distancia focal de lente

Por ejemplo, con una lente ojo de pez de 8 mm, el plano de la imagen principal debe ubicarse 8 mm directamente delante del plano focal, pero el reflector, la exposición ventana y la distancia focal no se puede acomodar dentro de los 8 mm del grosor del obturador plano. Por lo tanto, la lente ojo de pez de 8 mm en realidad adopta el diseño de un sistema óptico de grupo negativo en la parte frontal (también conocido como estructura de teleobjetivo invertido), de modo que la lente se puede instalar en un cuerpo con una distancia de posicionamiento de la imagen mucho mayor que 8 mm.

Del mismo modo, si se trata de un superteleobjetivo de 500 mm, si no utiliza una estructura telescópica, el objetivo tendrá más de 500 mm de largo, lo que sin duda será muy incómodo de usar. La estructura del telescopio está diseñada de modo que la superficie principal quede muy por delante de la lente, lo que reduce en gran medida la longitud de la lente.

Distancia focal equivalente

Las cámaras digitales tienen diferentes tamaños de elementos fotosensibles (CCD o CMOS) dependiendo de la cámara (como 1/2,5 pulgadas, 1/1,8 pulgadas, etc.) , por lo que lentes con la misma distancia focal tienen diferentes ángulos de imagen en cámaras digitales con elementos fotosensibles de diferentes tamaños (consulte la figura para obtener más detalles). Por ejemplo, cuando se usa una lente de distancia focal de 50 mm en una cámara de película 135, su ángulo de visión es de aproximadamente 46 grados, pero cuando se usa en una DSLR con formato APS-c (la longitud diagonal del sensor es 2/3 de la película 135) (como la D90, D300, etc. de Nikon), el ángulo de visión es de aproximadamente 30 grados. El ángulo de disparo de esta lente de 50 mm en una máquina APS-c es aproximadamente el mismo que el ángulo de visión de una lente de distancia focal de 75 mm en la película negativa de una máquina de 135 películas, los cuales son de aproximadamente 30 grados.

Por lo tanto, es imposible comparar el rango de disparo (ángulo de visión de la imagen) de diferentes cámaras basándose únicamente en la distancia focal real de la lente. Pero para los usuarios, lo que realmente importa es el rango de disparo de la cámara (el tamaño del ángulo de visión). Y dado que la gente siempre ha usado la distancia focal de la lente de una cámara de película de 135 para definir el ángulo de disparo (la superficie fotosensible de una cámara de película de 135 es fija), todos también están acostumbrados a convertir el ángulo de visión de la imagen en diferentes -elementos fotosensibles de tamaño en una cámara de 135 La distancia focal de la lente correspondiente al mismo ángulo de imagen anterior, esta distancia focal convertida es la longitud focal equivalente de 135.

Coeficiente de conversión de distancia focal

Por ejemplo, si la lente de 50 mm anterior se usa en una DSLR APS-c, su distancia focal equivalente a 135 cámaras es de 75 mm. Y como 75 mm = 50 mm * 1,5, el 1,5 aquí es el llamado "coeficiente de conversión de distancia focal".

Todas las cámaras de película 135 utilizan la película de 35 mm que se muestra en la imagen de arriba, mientras que el tamaño CCD/CMOS de las cámaras digitales suele ser relativamente pequeño. Con el mismo objetivo, el ángulo de visión de una cámara digital es menor que el de una cámara de 135. La reducción del ángulo de visión puede ser equivalente al aumento de la distancia focal (el ángulo de visión y la distancia focal son inversamente). proporcional).

Existe una forma muy sencilla de calcular el factor de zoom de una cámara digital. Por ejemplo, el tamaño del CCD de la Nikon D80 es de aproximadamente 24 mm x 16 mm. Dividimos el ancho de la superficie de imagen de la película de 35 mm (36 mm) por el ancho del CCD de la Nikon D40 (24 mm). el factor de zoom 1,5. Cuando agregamos una lente ojo de pez de 18 mm a la Nikon D40, la distancia focal equivalente de la lente ojo de pez es 18*1,5 = 27 mm.