Diafragma

La cantidad de luz que llega al plano imagen puede controlarse mediante el diafragma. éste no es más que un sistema mecánico formado por un conjunto de pequeñas láminas superpuestas de tal forma que dejan abierto un orificio aproximadamente circular por el que peñetra la luz hacia el interior de la cámara. Al variar levemente la posición de esas láminas, el tamaño del orificio cambia. La figura 11 muestra el diafragma en acción.
diaphragm(0)  diaphragm(1)
Figura 1. Diafragma en dos posiciones distintas.

El tamaño del orificio, denominado habitualmente apertura, es un parámetro fundamental al tomar fotografías. La apertura puede ser cuantificada midiendo su área; en concreto, dado que el orificio es aproximadamente circular, se puede determinar a partir de su diámetro D. Cuanto mayor sea el valor del diámetro D, mayor cantidad de luz entra en la cámara. Sin embargo, en las cámaras nunca aparece el valor de D. En su lugar, trabajamos con una magnitud relacionada con él y que resulta más apropiada (como veremos a continuación), denominada número-f (f-ratio, f-stop). De aquí en adelante, usaremos tanto el diámetro D como el número-f para cuantificar la apertura según nos interese para cada caso particular.

Número-f

Por definición, la apertura medida en número-f no es más que el cociente entre la distancia focal F de la lente usada y el diámetro D de la apertura:

\[ f = \frac{F}{D} \] Apertura en número-f

En lugar de escribir f = 2 ó de f = 5,6, las aperturas se suelen expresar mediante la notación f/2, f/5.6 respectivamente. A veces también se usan las notaciones F2, F5.6 y 1:2, 1:5.6.

Relacionar F y D en un único parámetro es interesante porque ambos son importantes en lo que se refiere al brillo de la imagen obtenida. Veámos cómo. El brillo de una imagen depende de la cantidad de luz que penetre en la cámara e impacte sobre el plano imagen, pero también depende de la escala de la imagen: para una misma cantidad de luz, la imagen será más brillante cuanto más pequeña sea su superficie, pues la luz queda concentrada en ella; la imagen será menos brillante si la luz queda dispersada en un área mayor en el plano imagen.

La cantidad de luz que penetra en la cámara, tal como hemos visto, depende del área de la apertura. Dado que el área es aproximadamente circular, podemos decir que la cantidad de luz capturada es proporcional al cuadrado de D. Por otro lado, la escala de la imagen depende de la distancia focal F (tal como se demostró en el apartado sobre zoom); por tanto, el área cubierta por un objeto no puntual en la imagen será proporcional al cuadrado de F. En definitiva, el brillo sobre la imagen será directamente proporcional al cuadrado de D (a mayor apertura, mayor brillo), e inversamente proporcional al cuadrado de F (a mayor escala, menor brillo):

\[ Brillo \propto \frac{D^2}{F^2} = \frac{1}{f^2} \] Brillo de la imagen

donde se ha aplicado la definición del número-f para hacer patente la relación entre éste y el brillo de la imagen. Conviene recordar que el brillo final de la imagen depende también de la sensibilidad ISO, y adelantar que también de otro parámetro, de carácter temporal en este caso (en oposición al número-f, el cual podríamos considerar que es función de la geometría de los elementos ópticos de la cámara). Dicho parámetro, denominado tiempo de exposición, se explica más adelante.

Para poder determinar los valores numéricos convencionales sobre los que se mueve el número-f, veamos primero qué relación existe entre las aperturas f1 y f2 (medidas en números-f) para obtener imágenes diferentes brillos, digamos brillo2 = brillo1 / 2 (no necesitamos dar una definición precisa, cuantificable, del concepto de brillo para poder establecer esta relación entre aperturas). En esta situación,

\[ brillo_2 = \frac{brillo_1}{2} \propto \frac{1 / f_1^2}{2} = \frac{1}{(sqrt{2} \; f_1)^2} \]

Por otro lado, sabemos que ha de ser:

\[ brillo_2 \propto \frac{1}{f_2^2} \]

Comparando estas dos últimas expresiones obtenidas, se deduce la relación:

\[ f_2 = sqrt{2} \; f_1 \]

Partiendo, por ejemplo, de una apertura de f/1, y reduciendo el brillo a la mitad sucesivamente, obtenemos la siguiente secuencia de valores para la apertura:

\[ f/1, \; f/1.4, \; f/2, \; f/2.8, \; f/4, \; f/5.6, \; f/8, \; f/11, \; f/16 \]

que es la que típicamente aparece en las cámaras (no siempre completa). El paso de un valor al contiguo se suele llamar "subir un f-stop" (aumentar la apertura, p.e., pasar de f/4 a f/2.8) o "bajar un f-stop" (disminuir la apertura, p.e., pasar de f/4 a f/5.6).

warning Una cuestión que no debe pasarse por alto acerca de los números-f es que a mayor apertura, menor es el valor del número-f. Esto es debido a que cuando hablamos de "mayor apertura", estamos indicando que el orificio abierto por el diafragma presenta un diámetro mayor, y dado que este diámetro es inversamente proporcional al número-f, éste valor resulta menor.

En el caso de la Nikon Coolpix 995, el rango de aperturas posibles varía entre f/2.8 y f/11, siendo posible seleccionar valores intermedios a los mostrados en la lista anterior.

Las aperturas mayores, por encima de f/2.8 (f/2, f/1.4, ...), son deseables pues ello implica que la cámara podrá captar gran cantidad de luz. Sin embargo, a estos valores de apertura, es inevitable que la distorsión introducida por las lentes se haga evidente, especialmente en las zonas cercanas a los bordes de la imagen.

Cono de luz

El número-f, como parámetro geométrico, mide la mayor o menor agudeza del cono de luz que forma la imagen. Hasta ahora hemos visto diagramas de rayos en los que las imágenes son unidimensionales. Sin embargo, la imagen se forma en un plano, con dos dimensiones. La entrada de luz a la lente tiene sección circular; los rayos paralelos que alcanzan la lente acaban convergiendo en el plano imagen, de manera que la luz forma la figura geométrica de un cono, tal como muestra la figura 2.

cono de luz
Figura 2. Cono de luz.

Como veremos más adelante, la agudeza del cono de luz influye en el enfoque de los objetos. De una forma cualitativa, podemos afirmar que un cono de luz agudo (número-f alto) es menos sensible al enfoque que un cono de luz poco agudo (número-f bajo). Es decir, es más fácil obtener los objetos correctamente enfocados en la imagen si el cono de luz es más agudo, lo cual se consigue ajustando la cámara a un número-f alto (y viceversa). En los artículos distancia hiperfocal y profundidad de campo se tratan con más detalle estos asuntos.