7. Ángulo de visión, distancia focal y tamaño del sensor

Curso Fundamentos Ópticos en Fotografía

Resumen

El ángulo de visión delimita el ángulo en la zona objeto que es capaz de captar el sensor.

Su valor depende de la distancia focal y el tamaño del sensor.

A mayor distancia focal y mismo sensor, menor ángulo de visión.

A mayor tamaño del sensor y misma distancia focal, mayor ángulo de visión.

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Ángulo de visión

Influencia de la distancia focal en el ángulo de visión

¿Qué pasa si queremos obtener la imagen de un mismo objeto con dos lentes con distintas distancias focales?

En la figura 1 representamos los dos casos superpuestos: en verde la lente de menor distancia focal y en rojo la de mayor distancia focal.

 

 

Analicemos la figura poco a poco. De momento mira sólo los rayos en rojo. Hemos marcado también el sensor y el foco en rojo (punto rojo pequeño) para facilitar la visión.

Obtenemos la imagen P’ del punto P con dicha lente mediante la teoría de rayos ya explicada.

Como cae sobre el sensor, la imagen se ve nítida.

Fíjate que si tuviésemos un objeto más grande que P, la imagen se formaría en el mismo plano que P’, pero ¡fuera del sensor!

Es decir, no saldría en la foto. Si quisiésemos incluir en la foto objetos situados a la misma distancia pero más grandes, necesitaríamos un sensor más grande.

Así pues, el máximo ángulo que capta una cámara con ese tamaño de sensor y una lente con esa distancia focal viene determinado por el ángulo que forma el centro de la lente con P y –P, donde –P sería el objeto simétrico a P respecto al eje principal de la lente (ver figura 2).

 

A ese ángulo α se le llama ángulo de visión, y es función de la distancia focal y del tamaño del sensor.

Vuelve a observar la figura 1, pero ahora fíjate tan sólo en las líneas verdes.

Hemos cambiado la lente y usamos ahora una de menor distancia focal, cuyo foco está indicado por un punto verde pequeño.

Como ves, la imagen P’ (ver sólo rayos verdes) se obtiene en un punto más cercano a la lente que P’.

Eso significa que hay que acercar el sensor a la lente si queremos que salga enfocado, tal y como hemos hecho en la figura (el sensor viene representado por la barra verde; observa que tiene el mismo tamaño que la barra roja, o sea, el sensor es del mismo tamaño).

Olvídate de los rayos y ahora fíjate en las imágenes en los sensores rojo y verde.

Compara el tamaño relativo en su respectivo sensor de las imágenes P’ y P’; verás que la imagen P’ no ocupa todo el sensor de color verde, es más pequeña que P’.

Es decir, lentes con distancias focales más pequeñas hacen que el mismo objeto aparezca más pequeño en la foto (a igualdad de tamaño de sensor).

Hablando con propiedad, el factor de magnificación es menor para distancias focales menores, puesto que la imagen se forma más cerca de la lente.

Pero hay más. La lente con distancia focal mayor (en rojo) no puede incluir objetos más grandes, pues el objeto P ya ocupa todo el sensor.

Por el contrario, dado que P’ no ocupa todo el sensor, todavía podemos incluir en la foto objetos más grandes.

Veámoslo gráficamente en la figura 3:

El objeto Q produce la imagen Q’  que «cabe» en el sensor verde (el de la lente de menor distancia focal, rayos verdes).

Sin embargo, la imagen Q’ (no representada en la figura; intenta obtenerla tú) no es captada por el sensor rojo (el de la lente con mayor distancia focal), ya que el mayor ángulo que abarca es el correspondiente a P.

Dicho de otra forma, la lente de menor distancia focal tiene mayor ángulo de visión (figura 4):

Como ves en la figura 4, β>α.

Es decir, el ángulo de visión de la lente de menor distancia focal es mayor que el de la lente de mayor distancia focal (para mismo tamaño de sensor).

Podemos resumir lo visto hasta ahora en dos conclusiones:

• A menor distancia focal, mayor ángulo de visión (para el mismo tamaño de sensor).
• Objetos de igual tamaño a la misma distancia salen más pequeños en la foto hecha con una lente con menor distancia focal; o sea, factor de magnificación menor.

Si has hecho alguna foto en tu vida, verás que estas conclusiones son coherentes con tu experiencia fotográfica. Se llama angular a un objetivo que tiene una distancia focal pequeña y teleobjetivo al que tiene distancia focal grande.

El angular capta más ángulo de visión que el teleobjetivo, pero los objetos salen más pequeños; por eso con un angular hay que acercarse más a los objetos para que salgan más grandes (porque un angular tiene menor factor de magnificación).

Las siguientes fotos representan la misma foto cambiando la distancia focal:

 

A medida que aumenta la distancia focal, el ángulo de visión disminuye y la cascada sale más grande.

 

Influencia del tamaño del sensor en el ángulo de visión

Ahora supondremos que la distancia focal es constante, y queremos averiguar cómo cambia el ángulo de visión cuando cambiamos el tamaño del sensor.

Es muy fácil. Observa lo que ocurre con el sensor en verde en la figura 4. Si tenemos el mismo sensor que antes, el ángulo de visión es β.

Sin embargo, si cambiamos el sensor por otro más pequeño, el sensor ya no capta los puntos Q y -Q; por ejemplo, para el caso de un sensor de tamaño 2P’, el ángulo de visión sería α, que es menor que β.

La conclusión es:

• A mayor tamaño del sensor, mayor ángulo de visión (para lentes con la misma distancia focal).

Así pues, el ángulo de visión depende de la distancia focal y del tamaño del sensor.

Se puede conseguir el mismo ángulo de visión con combinaciones diferentes de ambos valores.

Por ejemplo, en la figura 4 vemos que el par lente-sensor en rojo tiene el mismo ángulo de visión α que el par lente-sensor en verde si el sensor en verde fuese más pequeño (de tamaño 2P’).

Por eso en las cámaras con un sensor más pequeño, normalmente los objetivos son de menor distancia focal, para que los campos de visión que consiguen ambas cámaras sean parecidos.

Por ejemplo, en la siguiente figura observamos dos fotos con un ángulo de visión muy parecido (el ancho de un monitor):

La foto de la izquierda está hecha con una distancia focal de 17 mm y un sensor APS-C de Canon (tamaño 22,5 × 15,0 mm).

La foto de la derecha está hecha con una distancia focal de 6.9 mm y un sensor de tamaño 1/2.3 pulgadas (6.16 x 4.62 mm, cámara compacta Nikon S2600).

Como ves, a pesar de usar distancias focales muy diferentes, ambas fotos cubren más o menos el mismo ángulo en horizontal.

Cuanto más pequeño el sensor, más pequeñas las distancias focales para tener ángulos de visión similares.

Un error muy común es pensar que porque el ángulo de visión conseguido es el mismo, las dos fotos son equivalentes.

No es cierto. Hay muchos otros factores que sí cambian, como por ejemplo la profundidad de campo.

Este factor suele olvidarse y es fuente de muchos disgustos a posteriori.

Por ejemplo, con un móvil o una compacta es muy difícil conseguir profundiades de campo pequeñas.

A la inversa, mucha gente que se cambia de cámara para pasar a una con un sensor full frame (24 x 36 mm) se queja que los paisajes tienen menos profundidad de campo que cuando usaban un sensor APS-C.

No es difícil obtener las ecuaciones exactas que relacionan estas magnitudes.

Más sobre este tema en el artículo sobre distancia focal equivalente.

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