La elección de la cúpula (parte II)


 

En artículos anteriores vimos como realmente funciona una cúpula y la condición geométrica que debe cumplir con respecto a la lente utilizada. Por tanto para escoger una cúpula, habremos también que tener en cuenta con que lentes va a ser utilizada. Recordemos brevemente que para obtener el mayor rendimiento óptico de la lente, el centro geométrico de la cúpula debe de coincidir con el punto nodal o pupila de la lente.

 

Bien, en este articulo, y de forma mas profunda,  intentaremos explicar los parámetros que hay que tener en cuenta para escoger la cúpula correcta para realizar ciertas fotos o para que nuestra fotografía sea la mas correcta ópticamente posible. Primero veremos los problemas a los que enfrentaremos, con el fin de corregir dichos problemas y escoger la mejor opción para nuestro equipo.

Imagen Virtual versus Imagen Real

Cuando una lente, la sitúo detrás de una cúpula en un medio acuático, se da un curioso efecto. Lo que realmente vemos a través del visor, no es la realidad, sino un efecto óptico al que deberemos anticiparnos. Este efecto y sin entrar en los detalles técnicos mas geométricos, nos dice que lo que vemos a través de la lente no es la imagen real, sino una imagen virtual, es decir, una imagen que realmente ni es como la vemos ni esta donde realmente está el objeto a fotografiar. Veámoslo con los siguientes gráficos.

  

El pez que vemos en el grafico (el decolorado), es la posición real que tiene el pez cuando lo vamos a fotografiar (y está en el infinito), pero mirando a través de la cúpula, lo que vemos es que el pez esta muchísimo mas cerca de la cúpula. La imagen real que deberíamos ver se presenta delante de nuestros ojos  a través de la lente como una imagen virtual.

Lo que ve la cámara, es que el pez está muy cerca de la cámara ¡! Un efecto óptico que  determinará la elección del binomio cúpula-lente.

Este efecto óptico nos determina que la cámara deberá ser capaz de enfocar en la imagen virtual, pues esto es lo que ve la cámara!!

Olvidémonos por tanto de la posición real del elemento a fotografiar. Concentrémonos en la imagen que “ve” la cámara, la imagen virtual. Veamos ahora, otra importante característica a tener en cuenta. Si tenemos que enfocar en la imagen virtual, ¿Cómo afecto esto a mi lente? ¿Es capaz de enfocar mi lente al objeto virtual?. Sabemos que la lente tiene un rango de enfoque, desde el punto más cercano a la lente hasta un punto situado en el infinito (no olvidar la hiperfocal).  Si nos concentramos en la posición de mínimo enfoque y de enfoque a infinito, ¿en qué punto al menos debe ser capaz de enfocar mi lente tras una cúpula? La respuesta aunque obvia, puede resultar extraña. La imagen debe ser capaz de enfocar a la imagen virtual en  infinito!!

 

Si todavía no lo entendéis os doy  otro ejemplo. El pez de la imagen y al fondo, en el infinito una montaña submarina. Queremos hacer una fotografía en donde el pez salga enfocado, que este cerca de la cúpula rellenando el plano y la imagen trasera, la montaña, que está en el infinito, también salga enfocada.

 

Cuando os digo enfoque a infinito, es que lo que está en el infinito, por causa del efecto óptico de  la cúpula, aparece mucho más cerca de lo que está el infinito. El efecto óptico lo lleva a una distancia X que ahora veremos y que llamamos imagen virtual enfoque a infinito. Por supuesto que nuestro pez siempre estará más cerca que el infinito, por lo que deberemos ser capaces de enfocar más cerca de la imagen virtual de enfoque a infinito!!

Si la lente no es capaz de enfocar a infinito, entonces, me olvido de que sea capaz de enfocar a la mínima distancia de enfoque!! Seguro que en este punto os habéis quedado un poco sorprendidos!! Pero con el siguiente grafico en seguida lo entenderemos.

 

La distancia mínima de enfoque de la lente esta más allá que la imagen virtual en infinito. Este punto es primordial por tanto para escoger nuestra lente y nuestra cúpula. El cálculo que os voy a dar os dará una idea de la posición en infinito que siempre genera una cúpula. Este número es invariable en el medio que nos ocupa, y es dependiente únicamente del radio de la cúpula. Diremos que la imagen virtual en enfoque a infinito se colocara siempre a 4 veces el radio de la cúpula desde su centro geométrico.

 

O a 3 veces desde la superficie de la cúpula. Así que ya tenemos un número, una distancia a la que nuestra lente debe ser capaz de enfocar. Pero el problema es mayor, porque por supuesto el elemento a fotografiar estará siempre más cerca que esa distancia de infinito

Veamos las distancias que manejaremos para los distintos radios de cúpulas más comunes. Estas distancias son desde la lente, que será el dato que el fabricante de la óptica os proporcionará.

Cúpula de 8” => Radio = 100mm àImagen Virtual a infinito=4R =400mm

Cúpula de 6” => Radio = 75mm àImagen Virtual a infinito=4R =300mm

Cúpula de 4” => Radio = 50mm àImagen Virtual a infinito=4R =200mm

Estos datos son los que deberéis chequear contra vuestra lente. Supongamos que tenemos una lente angular media FX. Estas lentes suelen tener su distancia de enfoque entre 260 y 310mm mas o menos dependiendo del modelo y fabricante. ¿Podríamos utilizar nuestro medio angular con una cúpula de 4”? Definitivamente NO.

Nuestra lente para ser usada con una cúpula de 4” debe tener al menos una distancia mínima de enfoque de 200mm.

Si disponéis de lentes angulares medias, estas deberán ser usadas con cúpulas de 8” y dependiendo de la lente en cuestión, hasta podríamos utilizar la de 6”, pero nunca la de 4”. ¿Qué lentes tiene una distancia mínima de enfoque por debajo de los 200mm? Los fisheyes u ojos de pez. De sobra conocidos son el Tokina 10-17mm, el Nikon 10,5mm o el Canon 8mm.  La mínima distancia de enfoque de estas lentes esta rondando los 140mm. Muy por debajo de los 200mm que necesita la cúpula de 4”.

Otro efecto a tener en cuenta es la deformación que sufren las formas por el hecho de tener una pre-óptica como la cúpula y su característica forma geométrica curvada. Una imagen real plana, aparecerá ante nuestros ojos como una forma curva por el efecto óptico que genera la cúpula.

 

Y lógicamente a menor radio de cúpula, mayor deformación de la imagen,

 

Visto este efecto óptico, ante la pregunta, ¿Qué cúpula es mejor, una de 8” o una de 4”? La respuesta como siempre es un: depende. Al reducir la distancia mínima de enfoque, nos permitirá acercarnos mucho al sujeto y realizar fotografía de aproximación con gran angular (CFWA). Este efecto nos llevará a utilizar lentes cuya distancia mínima de enfoque sea ínfima, es decir, nos llevará a utilizar lentes ojo de pez (fisheye).

Pero por el contrario tendremos un factor añadido. En los bordes de la imagen,  la distancia al frontal de la lente disminuye y por tanto trabajando con distancias mínimas de enfoque, la lente será incapaz de enfocar en los bordes (las rectilíneas no las curvilíneas). Esto se mostrara en la imagen como un acusado desenfoque en las esquinas. De nuevo otro racional para utilizar únicamente  lentes ojos de pez con cúpulas de 4”.

 

 

Comportamiento de luz ante la cúpula

Ya hemos visto la primera característica importante a tener en cuenta. El enfoque mínimo necesario en la lente a utilizar tras una cúpula.

 Ahora vamos a entender cómo se comporta la luz a través de una cúpula para ser capaces de anteponer los resultados y obtener  la máxima calidad óptica que necesitamos en nuestras fotos.

Nuestro problema principal radica que la luz reflejada por los objetos que fotografiamos en el mundo submarino viajan por un medio mucho más denso que el aire; el agua. La luz reflejada llega a la cúpula, que es otro medio muchísimo más denso que el agua y el aire, y pasan a otro medio que es el aire que contiene la cúpula, para al final llegar  a nuestra lente que dirige los rayos de luz al sensor. Todos esos cambios de densidades conllevan problemas. Si además recordamos que la ley de Snell marcaba que el ángulo incidente, reflejado y refractado tenía unas relaciones  geométricas muy determinadas, resulta que la calidad de cómo llega la luz a la cúpula y como esta luz llega al sensor, distan mucho de llevar el camino perfecto para generar una buena imagen en el sensor. Veamos lo que pasa con el siguiente grafico.

 

Básicamente la luz entra perpendicular a la superficie de la cámara, y ahora esa luz debe llegar a la lente ( y esta última debe de conducirla al sensor). Así que el camino es largo y tortuoso, sobre todo en los laterales de la cúpula. En el frontal de la cúpula, la luz entra casi directamente lineal al eje de la lente, con lo que la calidad óptica en el centro de la imagen será óptima. Pero en los extremos de la cúpula las cosas cambian. La luz en esa zona llega a la lente con un ángulo elevadísimo y por tanto es transmitida al sensor de forma incorrecta. Podríamos decir que la luz “a de girar” para entrar en la lente. Este efecto genera las famosas aberraciones en las esquinas de las imágenes. Con lentes rectilíneas estamos intentando fotografiar una imagen curva en un plano perfecto, algo verdaderamente difícil.

Y que pasa con una cúpula más pequeña, por ejemplo una 4”. Ahora la superficie esta más cerca de la lente. El comportamiento de la luz es el mismo, pero dispone de menos espacio para “curvarse”, para entrar en la lente. Así que el problema es que la aberración será mayor que en el caso anterior. La luz llega al sensor de una manera mucho más forzada.

 

En resumen, cuanto más pequeña sea la cúpula, el rendimiento óptico de las esquinas será peor, la degradación será mucho más acusada en una cúpula de 4” que en una de 8”.

 

Estos son básicamente los efectos con más contribución en la calidad óptica de las imágenes cuando realizamos fotografía submarina tras una cúpula.

Una vez conocidos y entendidos los problemas estamos en disposición de dar solución a los problemas. Es indispensable que los entendamos pues de lo contrario la solución a aportar puede que no sea correcta.

Puntos a destacar.

–          A mayor radio de cúpula mejor comportamiento óptico en esquinas de fotograma.

–          A menor radio de cúpula la distancia mínima de enfoque necesaria se reduce.

Entendidos los problemas pongámoslos encima de la mesa y démosles solución:

Problemas.

1 – Falta de distancia mínima de enfoque

2 – Aberración óptica en las esquinas

Corrigiendo la óptica para disminuir la distancia mínima de enfoque

¿Cómo corregimos una lente si no es capaz de enfocar? Lo preguntare de otra forma. ¿si no leemos bien este texto, si nuestra vista no enfoque de cerca este texto, que acciones tomamos para solucionar el problema? Supongo que ahora si lo habréis adivinado. Si no somos capaces de enfocar este texto, utilizaremos unas lentes correctoras (gafas), así que por la misma razón si una lente detrás de una cúpula no es capaz de enfocar, deberemos de añadirle una lente correctora.  Y estas lentes correctoras en fotografía se conocen como dioptrías o lentes de aumento.

Estas lentes como muchos ya sabéis, disminuyen la distancia mínima de enfoque de la lente y como efecto secundario, genera un aumento de la imagen, reduciendo por tanto el ángulo de visión de la lente (hasta un 25% en algunos casos!!).

Si disminuimos el ángulo de cobertura de la lente, evitamos que las temidas aberraciones salgan en la imagen. No es que las eliminemos, es que no dejamos que aparezcan!!

 

 

Existe una formula matemática de la óptica clásica que nos dice la lente correctora que hay que aplicar a una determinada lente tras una cúpula. Esta expresión es:

Potencia Dióptrica = 1000 /4 R   (siendo R el radio de la cúpula en mm)

No perdáis el tiempo, ya os doy yo el cálculo:

Dioptría cúpula 8” = 2,5

Dioptría cúpula 6” = 3,3

Dioptría cúpula 4” = 5

Este es simplemente un valor matemático, nos da idea de la lente dióptrica a utilizar en los casos que nuestra lente no sea capaz de enfocar (solo lentes rectilíneas) . La realidad reduce siempre estos valores pero al menos tenemos un orden de magnitud. Prueba y error será nuestro éxito. Si tenemos una cúpula de 6” y una lente rectilínea que no es capaz de enfocar, empecemos probando lentes cuya dioptría sea del orden de +3.

Como regla general toda lente rectilínea cuyo ángulo de visión sea menor de 90-100 grados tendrá muy mal rendimiento óptico en las esquinas.

Aberraciones en esquinas

Reducir este problema nos va a costar un poco más. Para empezar nos tenemos que asegurar que el punto nodal de la lente coincida con el centro geométrico de la supuesta esfera donde está contenida la cúpula. Si no hacemos coincidir estos puntos, nunca sacaremos rendimiento pleno a la lente. Si no conseguimos coincidir estos puntos deberemos hacer uso de los conocidos extensores del frontal de la cúpula. Los fabricantes generalmente disponen de distintos juegos de extensores validos para lentes en concreto y cúpulas determinadas. Todas las buenas marcas de cajas estancas suelen tener este tipo de variaciones. En el caso que no se tuviera una solución en el mercado, nos quedaría la segunda opción de pedir un aro de extensión a medida para nuestra lente.

Esto que acabamos de enunciar de nuevo es punto de partida imprescindible y si no conseguimos esto, nos será difícil obtener buenos resultados.

La siguiente solución parecerá un poco estúpida, pero desde luego nos solucionara la papeleta. Si ópticamente no consigo eliminar las aberraciones en las esquinas, me quedará la opción de no sacarlas. En este caso vamos a atacar solo en ángulo de cobertura de la lente sin corregir el punto mínimo de enfoque. La solución la tenemos en los duplicadores. Insertando un duplicador entre el cuerpo de la lente y la lente, reducimos drásticamente el ángulo de visión, por lo que cualquier rastro de aberraciones quedara fuera de la cobertura y no saldrá en la imagen.

 

Esta solución, como siempre, tiene sus pros y sus contras. Al meter un multiplicador estoy aumentando la distancia focal de la lente, lo que conlleva irremediablemente a perder diafragmas. Y si pierdo diafragmas, pierdo profundidad de campo y luminosidad. Tener en cuenta que cuanta mayor profundidad de campo perdáis, peor comportamiento de la lente en la esquinas. Cuanto más cerremos por tanto el diafragma, mejor comportamiento óptico tendréis en la imagen. A menor diámetro de cúpula, más deberemos de cerrar el diafragma.

Con lentes angulares, el efecto de difracción por uso de diafragmas cerrados es prácticamente despreciable, no así como en focales de longitud focal moderada (lentes macro). Deberemos por tanto balancear los pros y los contras para obtener los mejores binomios de duplicador-lente y diafragma-aberración.  Mi recomendación es usar:

x1.4 + aro de extensión para corrección de punto nodal + f8 – f14 + focales fijas.

El uso de zoom con cúpulas es una invitación a las aberraciones. Las lentes angulares zoom, varían el punto nodal, con lo que la mejor calidad óptica la tendremos allí donde hallamos calculado la longitud del aro de extensión. Generalmente, para lentes zoom, hay que calcular la longitud del aro para las mínimas longitudes focales. En un 17-35mm deberemos de usar un aro cuya longitud sea coincidente con el punto focal de la lente en 17mm.

 Formato DX y FX

Qué pasa si monto una lente FX en una cámara DX tras una cúpula. Algo parecido a utilizar un duplicador, pero sin perder diafragmas. Al tener el sensor de DX un ratio superior a al formato DX, simple y llanamente el sensor DX no es capaz de captar toda la imagen que genera una lente FX y por tanto, las posibles aberraciones en las esquinas no salen en la imagen.

 

Como vemos en el grafico superior, la imagen proyectada en el sensor es mas grande que el sensor, por lo que los bordes de la imagen no saldrán proyectados en nuestra imagen final. Generalmente y con ratios de 1.5 (Nikon) es suficiente para eliminar las molestas aberraciones de las esquinas.

 

Se observa en la imagen superior, a la izquierda, la diferencia de tamaños de un sensor DX y el estándar formato de 35mm de fotografía analógica. A la derecha una imagen de 35mm realizada con una lente rectilínea 17-35mm y enmarcado con una cuadro blanco, la imagen que resultaría si hubiese sido tomada con una cámara DX. En la imagen no se observa, pero hay una ligera degradación en los bordes de la imagen. La fotografía fue tomada con una cúpula de 8”. Esta misma en una cámara DX hubiera salido sin aberraciones, no por que no existan, sino porque están proyectadas fuera del sensor.

 

En una cámara FX con una lente DX, esto no funciona lógicamente. El resultado son las famosas imágenes circulares, pues la imagen proyectada de una lente DX quedan dentro del formato FX pero no lo rellenan.

RESUMEN

Como resumen de lo enunciado anteriormente, destacaría los siguientes  puntos a tener en cuenta

–          Tras una cúpula el mejor rendimiento óptico lo obtendré con lentes curvilíneas

–          A mayor radio de cúpula mejor rendimiento óptico

–          A menor radio de cúpula mayor acercamiento (CFWA)

–          Las angulares rectilíneos deberán usarse preferiblemente con cúpulas de 8”

–          Las cúpulas de 4” deberán de usarse exclusivamente con lentes curvilíneas

–          El mejor rendimiento óptico lo obtendré con focales fijas

–          Usar diafragmas medios para evitar aberraciones ópticas y efectos de difracción. f8-f14

–          Usar dioptrías en angulares rectilíneos con ángulo de cobertura menor de 90º o multiplicadores x1.4. Mayor multiplicador, mayor pérdida de diafragmas y profundidad de campo.

–          Un angular FX en una cámara DX tras una lente de 6”/ 8” funcionara correctamente en la mayoría de las ocasiones.

 Estos solo son directrices y la base para que aprendáis a resolver el problema. Si entendéis el problema y sus soluciones, podréis resolver cualquier situación. A partir de aquí, ya solo queda disfrutar del fotosub y la fotografía con gran angular.

7 thoughts on “La elección de la cúpula (parte II)

  1. Titu febrero 15, 2011 / 23:47

    ¡Cómo te lo curras!. Tendré que ir tomando nota😉

  2. Iñigo febrero 16, 2011 / 08:44

    Como siempre…Fantástico. Gracias Victor!

  3. Manuel Fernandez febrero 16, 2011 / 11:39

    Impresionante, no había encontrado nada tan explicativo y sencillo y aunque básicamente está todo en foros, la información completa está muy dispersa.
    Muchas gracias Victor. A ver si quedamos un día con Titu

  4. Félix Ayala mayo 29, 2012 / 05:03

    Hola, buen día,

    Tienes un excelente blog, el mejor que haya visitado, por cuestiones de distancia no me es posible ir a un curso de fotografía contigo, a parte por la cuetión económica, pero quiero saber si me puedes orientar.

    Tengo una D800 y quiero comprar una Caja estanca para mi cámara de la marca Ikelite, de acuerdo a tu artículo ¿que me recomiendas para compar una lente? Me interesa un 10.5 de Nikon, mi pregunta es si es un buen lente para esté tipo de fotografía, si es así ¿que cúpula es la mejor? o que es lo que debo comprar.

    De ante mano gracias por compartir el conocimiento.

    • Victor Tabernero - uwdreams.com agosto 18, 2012 / 11:50

      La Nikkor 10,5mm es una excelente lente para uso submarino, pero debes de tener en cuenta que es una lente DX y si tienes una D800 y quieres sacarle todo el partido al formato completo (FX) esta lente no te sirve. Deberas de ir a su homologo en formato 35mm, que es la Nikon AF 16mm f/2.8 D Fisheye.¡, de igual rendimiento y calidad que la anterior.

      En cuanto a la cupula el maximo rendimiento optico lo sacaras con una de 8″, pero si quieres aprovechar la minima distancia de enfoque que dan estas lentes y realizar CFWA(Close Focus Wide Angle), lo mejor es que vayas a una de 6″ o a una 4″ (que solo te serviran para esta lente). Cada una tiene sus pros y sus contras como has podido leer en el articulo. La 8″ te servira para cualquier angular, pero la de 4″ solo podras utilizarla con esta lente (por cuestiones de espacio fisico disponible dentro de la cupula)

      Saludos

      • Félix Ayala agosto 19, 2012 / 21:11

        Muchas gracias por tu respuesta, por lo que me comentas, voy a elegir el de 4″ o 6″, pues creo que usar otro tipo de lente, ya estaría que debo estar saliendo del agua para hacer el cambio.

      • Félix Ayala octubre 23, 2012 / 06:01

        Muchas gracias por la respuesta, pues voy a elegir el de 16mm y la cúpula de 4, pues si conviene con el foco tan cerrado que tiene.

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