Base geral da terminologia óptica
3ª parte
Organizado por L. Paracampo
Continuação:
Neste setor abordaremos:
Foco e profundidade de foco.
Como se efetua o foco.
Profundidade de foco
Outros fenômenos.
Tipos de objetivas.
Resolução , Definição, Contraste.
significado do “R” vermelho+ posição para infra vermelho
corresponde à razão já explicada do desvio de foco das objetivas na região do vermelho.
Nas duas imagens acima verificamos a focalização no plano. (método do despolido)
Vemos que a máxima nitidez da imagem ocorre quando a transferência de energia é também máxima. Ocorre no ponto de foco (ou ponto de fogo). Esta propriedade é utilizada pelas câmaras autofoco para operar a objetiva através de um fotômetro sensível. Este é um dos métodos de focalizar a imagem.
Outro é o método do telêmetro auxiliar. Que funciona pela superposição de duas ou mais imagens provenientes de diferentes pontos de observação. Este sistema pode ou não ser acoplado à objetiva.
Detalhes sobre os sistemas serão encontrados em outro artigo nesta mesma série de fotoescola.
Um outro recurso para o perfeito foco através da correção da incidência de raios luminosos provindos de diversas partes é a utilização de lentes asféricas. – Isto é: - lentes cuja curvatura não obedecem a curvaturas esféricas.
Regra geral da profundidade de foco:
diafragma aberto = pouca profundidade
diafragma fechado = maior profundidade.
Nas duas figuras seguintes explicamos o fenômeno. Isto ocorre por dois motivos:
1- Elimina-se a profusão de imagens superpostas produzida pela periferia da lente.
2- Gera-se uma imagem produzida por um furo menor que produz um círculo menor.
Detalhes comparativos de funcionamento veja no anexo 2
Métodos para a focalização.
Método telemétrico
Método do despolido com ou sem sistemas auxiliares. Em artigos específicos descrevemos estes métodos em nossa fotoescola.
Nos sistemas auto foco são usados na realidade dois sistemas: o sistema discreto e o sistema contínuo que demonstramos a seguir:
Método do auto foco
Profundidade de foco: É o trecho nítido da fotografia que se estende à frente e atrás do objeto principal. Este fenômeno tem diversas propriedades e de acordo com a objetiva, imprime diferentes modalidades que são artisticamente interpretadas como bokeh. – Que vem a ser a relação do foco e do fora de foco numa imagem.
Cada tipo de objetiva, imprime um diferente bokeh às fotos obtidas. Este é dependente, da formula da lente, (se simétrica, se derivada do triplet, se catadióptrica, se tipo zoom, etc.) da distância focal, da abertura relativa máxima, do diafragma usado e do formato do diafragma (triangular, pentagonal, hexagonal ou redondo).
Flare, Alargamento luminoso ou Reflexão interna
O termo inglês “flare” textualmente traduzido por alargamento, mas também usado em português para nomear o fenômeno, corresponde a uma explosão de raios luminosos tipo fogos de artifício, que analogamente foi transferido para as lentes. Na verdade são raios luminosos indesejados que formam sub imagens não existentes e são devido às reflexões internas nos conjuntos ópticos.
O flare sempre ocorre nas diversas ópticas, mas como costuma ser uma reflexão interna generalizada, esta é pouco notado na imagem final a não ser pela perda de contraste generalizada em uma ou outra fotografia. Este fenômeno também ocorre com o olho humano nas fortes luzes e/ou superfícies brilhantes e é conhecido por ofuscamento.
Quando a imagem inclui uma fonte muito brihante, o flare gerado pela região brilhante pode se tornar muito visível. A luz produzida pelos mecanismos de reflexão interna se superpõe à imagem formada colocando luzes e sombras e drasticamente diminuindo o contraste natural da imagem.
As lente com muitos elementos, tais como as zooms tendem ao flare pois a presença de muitos elementos difratam a luz de forma indesejada e incontrolável .
A distribuição do flare na lente se manifesta como pontos luminosos, estrelinhas ou círculos em toda a imagem. Estes mudam de posição quando mudamos o ângulo da câmara ao objeto. Em certas posições, ele pode até ser evitado. O formato do diafragma, se este é de 5 ou 6 laminas, ficará estampado no flare de sua imagem.
Se a fonte luminosa aponta diretamente para estas lentes, o flare aparecerá como uma névoa e reduzirá por completo a possibilidade de definição e contraste desta lente. Por isto evite incidência direta de luz e utilize sempre o parasol para proteção. O sistema Multicoat diminui sensivelmente este fenômeno.
Iluminação do campo de imagem
A distribuição da luz em uma imagem produzida por uma objetiva, não é uniforme, e segue o seguinte princípio:
- A iluminação incidente na superfície de formação da imagem “l” no ponto “p”, corresponde proporcionalmente à iluminação imergente (a que entra na objetiva) “L” multiplicada pela 4ª potência do seno do ângulo “k” realizado pelo centro óptico ao ponto em questão. (desconsiderando-se a perda pela transmissibilidade ou transmitância).
A vinhetação é um defeito encontrado em certas fórmulas de objetivas, principalmente o triplet e seus derivados, de se mostrarem incapazes de cobrir grandes diâmetros. A partir de um determinado ângulo do cone ce cobertura, a imagem começa a apresentar bruscas e severas perdas de iluminação até o bloqueio total da imagem formada.
Não confundir com a vinhetação causada pelo uso de parasois inadequados que limitam ou cortam o campo visual da objetiva.
Mais características:
Resolução, Definição, Contraste e Transmissibilidade.
Nota: Os conceitos abaixo são comercialmente propostos em imagens aéreas por razões de números inflados e para impressionar o cliente.
Todavia os conceitos reais só são válidos em uma unidade - Sistema óptico/Quadro resultante - que vem a ser a fotografia final que V. obtém.
Os conceitos a seguir devem ser bem compreendidos e não confundidos como em geral o são para se induzir ao novato adquirir “gato por lebre”.
Resolução: - É a capacidade máxima de uma óptica resolver ou demonstrar uma determinada quantidade de linhas numa unidade padrão de medida. Normalmente usa-se como padrão linhas por milímetro.<Quadros 1, 2, 3 e 4 >
Quadro 1
Quadro 2
Quadro 3
Quadro 4
Definição: - Significa a capacidade de definir isto é, demonstrar à visualização linhas de tons e meios tons que compõem a imagem. <Quadros 5 e 6>
Quadro 5
Quadro 6
Nos quadros 5 e 6 comparamos visualmente fotografias de linhas obtidas com filme e sistema digital. Em 5 fotos normais em 6 fotos ampliadas.
Atenção---- não confundir as duas coisas. Em resolução, temos uma alternância de negro absoluto com branco absoluto. Em definição entra o conceito de meios tons que nos ligará ao contraste.
Contraste: - É o gradiente (degrau) que vem a existir entre cada um dos meios tons registrados na imagem. Na verdade, quando houver pequena variação visual entre tons a imagem procederá uma variação para cima ou para baixo na escala de meios tons Isto aumentará o degrau da variação tonal, e diminuirá a quantidade de meios tons eliminando detalhes ou acrescentando outros não normalmente visíveis. <Quadro 7>
Quadro 7
Dos 255 níveis padrões de saturação de cores possíveis na composição da imagem digital, o olho humano pode distinguir com muito cuidado apenas 52 níveis. O filme pode perceber a 13 níveis na gama central e o CCD apenas 7. Isto é , o traço estará mais claro ou mais escuro que o real, causando uma falsa impressão de nitidez (apenas enquanto em pequenas dimensões).
Transmissibilidade: - Vem a ser a capacidade de transmissão de fótons de um determinado sistema óptico. Nada tem a ver com a abertura relativa, mas com a transparência do sistema. Mede-se a plena abertura e em contacto com as superfícies ópticas. É a relação existente entre fótons emergentes e fótons incidentes. É simbolizado pela letra “T”. <Quadro 8>
Quadro 8
A resolução máxima de um sistema óptico/quadro imagem esta intimamente ligada à difração que é uma lei natural da propagação dos raios luminosos, onde um feixe de luz com um diâmetro finito se espalha, enquanto se propaga. Aqui entra o limite de resolução de qualquer sistema óptico. Este limite poderá, contudo ser expandido se usarmos raios luminosos monocromáticos, isto é de um só comprimento de onda ou “coerentes” isto é, todos em uma única fase, tais como os raios laser, entretanto só o poderemos fazer para usos especiais em laboratório.
A resolução espúria é um interessante fenômeno que não é exatamente de fácil observação. Nos detalhes finos, e quando o alvo de linhas esta fora de foco, ocorre um momento em que o diâmetro do diafragma iguala a um submúltiplo exato da espessura das linhas com a distância relativa “alvo de linhas /câmara” a serem reproduzidas. Neste momento, a resolução daquela matriz de linhas simplesmente desaparece formando uma massa homogênea de cor. Se fecharmos o diafragma além deste valor, esta matriz aparecerá em negativo. O resto da imagem, contudo não sofrerá nenhuma modificação aparente. Por esta razão, o diafragma das objetivas projetadas para câmaras digitais não vai além de 8, pois somado ao sensor de grade em mosaico dos CCD gerariam uma forte perda da qualidade visual da imagem. Quando ocorre: em roupas listradas, em fotos de grades e em certas fotos da natureza.
Os diagramas abaixo bem demonstram como se efetua a p fenômeno da resolução espúria:
Quadro 9
Nesta figura demonstramos em “A”, um fragmento do alvo de linhas. Em “B” a forma de onda ideal equivalente. Em “C” a resposta eletrônica real e em “D” a ampliação fotográfica real do alvo “A”.
(Imagem muito ampliada)
Quadros 10 e 11
Nas duas figuras acima demonstramos a evolução da imagem fora de foco com a evolução do fechamento do diafragma. Em 1 vemos o caso de resolução máxima. Com o fechamento do diafragma e o aumento da profundidade de foco, resultante da diminuição forçada do círculo de confusão, como vimos anteriormente, as áreas negras penetram nas áreas brancas e vão-se tornando progressivamente cinzas até se confundirem totalmente em 4. A partir deste ponto ocorre o fenômeno inverso voltando a aparecer a visualização das linhas – Porém em fase oposta –Isto é em negativo.
Quadro 12
Em a temos a resolução natural, em b o fenômeno da resolução espúria e em c a resolução em negativo que se efetua após o diafragma crítico.
Desfazendo mitos e desinformações.
É comum falar de telas de alta definição e alta resolução.
Tudo não passa de inverdades impingidas ao consumidor incauto.
Vamos analisar:
Na Internet é usual a pratica de 75 dpi* (pontos por polegada) - O que não é dito é que o padrão adotado baseia-se na página de formato A4 (210x297mm) que é análoga à tela de 14” (diagonal)
Com 210mm, (8.25”) V. terá 619 pontos (ou 1238 linhas) na vertical da tela. A televisão comum possui 525 linhas no padrão americano e 650 linhas no padrão europeu. A televisão digital terá 1000 linhas.
Pergunto: Que alta definição alardeada é esta? Ainda é menor que a tela de Internet. É claro que apenas para ser vista a uma distância.
*Nota: Em impressão gráfica usa-se 4 vezes este valor (300 dpi).
Mas:
"After all, photography is not a
resolution competition,
it's to make other people see, what you see or better
feel."
Rob Keppens (aka
ragnarosk), Zenit Camera Group.
Veja também : Formação de franjas púrpuras (parte 2)
A camada anti-reflexo. (Coating ou Azulamento)
Chegou a hora de entender o que é a transparência de uma objetiva.
Iniciaremos dizendo, uma objetiva 1,4 é oito vezes mais luminosa que uma objetiva 4 –Isto V. já sabia.... Ela é numericamente mais luminosa. Mas saiba que ela não é 8 vezes mais transparente... –É menos. Porque?
Em princípio uma objetiva 4 de boa qualidade pode ser um triplet ou um triplet derivado. Não adianta fazer outras formulas o aumento de qualidade não será notado. Mas fazem-se objetivas especiais de alta resolução com seis elementos em formula Planar também com abertura numérica 4. Estas duas tem a mesma abertura numérica mas não a mesma transparência.
Os vidros ópticos são vidros ópticos porque entre as suas qualidades desejadas está a transparência, que reflete o grau de pureza destes produtos. NOTA: Estes vidros escuros usados em binóculos e outros aparelhos a titulo de novidade, na verdade escondem um produto de qualidade extremamente baixa, pois se fossem claros seriam imediatamente rejeitados pelo consumidor.
Aqui vamos esclarecer o que começamos no primeiro capitulo desta nossa descrição, quanto aos tipos de vidros usados em instrumentos ópticos.
Um vidro óptico para merecer este nome deve satisfazer a uma serie de qualidades:
-Deve ser transparente e absolutamente incolor.
-Deve favorecer igualmente a passagem de todas as cores do espectro visível.
-Deve possuir fórmula especifica para ser reproduzido sempre que necessário.
-Deve possuir índice de refração e número de Abbe sempre conhecido.
-Deve ser estável em todas condições climáticas.
-Deve possuir dureza suficiente para o manuseio do usuário.
-Deve ser resistente à trincas e quebras espontâneas.
-Deve ser macio o suficiente para poder ser usinável economicamente.
As duas primeiras são as mais importantes. Quando um vidro é transparente ele é pouco refletente, mas isto veremos agora.
V. deve ter observado que à medida que o índice de refração aumenta, isto é que o meio transparente tem maior capacidade de dobrar o raio luminoso, também aumenta o nível de refletividade deste meio. Por isto que a água e o vidro refletem uma imagem.
Se o raio luminoso dobra mais, o reflexo será maior. Por isto o óleo é escuro e reflete muito e a água cristalina e reflete menos. O álcool menos ainda. Entendido?
Como diminuir o reflexo?
Interpondo uma fina camada de material transparente com índice maior que o primeiro meio, porém menor que o segundo. Isto é a camada anti-reflexo. Dois vidros colados entre si não refletem, pois os índices de refração são muito próximos.
Com o intuito de diminuir a capacidade de reflexão do vidro foram estudados vários métodos.
No final do século XIX, H.J.Dallmeyer observou que algumas lentes guardadas muito tempo se oxidavam e se tornavam mais transparentes do que quando eram novas.
A primeira tentativa de tornar estas lentes mais transparentes, que logicamente conduziam a fotografias de maior contraste e mais agradáveis á observação, foi queimar a superfície das mesmas.
Uma observação que imediatamente saltou à visão dos experimentadores foi o fato que, ao produzir as lentes, através de seu polimento, e sua lavagem posterior, isto era conduzido em meio aquoso, a água evaporava da superfície do vidro formando superfícies aderidas cada vez mais finas, e estas produziam uma espécie de manchas coloridas durante a evaporação. Neste intervalo de tempo os vidros das lentes se tornavam visivelmente bem mais transparentes que depois de seco.
A pesquisa levou a concluir que este fenômeno se devia inicialmente à atração molecular exercida entre a superfície do vidro e a solução de água e sabão, que a tornava razoavelmente uniforme e porque o índice de refração da água era de valor intermediário entre o ar e o vidro.
Cumpria, portanto achar uma substância de propriedade semelhante à água e sabão que se tornasse, porém estável na superfície do vidro. Muitas pesquisas foram conduzidas, mas somente em 1933, foi descoberta a que a Criolita evaporada poderia atender a estas necessidades.
Criolita: Mineral cristalino granular raro constituído pelo fluoreto duplo de sódio e alumínio de fórmula Na3AlF6, encontra sua utilização comercial como catalisador para início da fusão da bauxita (mineral básico usado na produção comercial do alumínio) por eletrólise. É encontrado na Gronelândia e no Brasil.
Uma série de outros fluoretos foram posteriormente pesquisados e que vieram a satisfazer as condições necessárias para as técnicas de cobertura comercial das lentes.
Porque as lentes recobertas apresentam cores diversas?
Devemos em principio esclarecer que
os diversos sistemas de coberturas não possuem qualquer coloração. O fenômeno se
manifesta por duas causas: (1) em razão do índice de refração e (2) devido à
espessura da camada.
Na figura acima comparamos as reflexões num vidro polido, num vidro com uma camada anti-reflexo e com várias camadas. A reflexão será sempre progressivamente menor e a transmissão sempre progressivamente maior.
Por isto vemos que a Energia luminosa “T” será sempre o somatório da transmissão “t” e da reflexão “r”. -“t” sempre aumentando para a direita e “r” sempre diminuindo no mesmo sentido.
Neste diagrama em grande aumento, vemos que existe uma pequena “viagem” do raio luminoso nas camadas sobre o vidro. Nos vidros em múltiplas camadas, o raio luminoso “viaja” curvando-se neste intervalo.
Para esclarecer esta formação de cores, é preciso saber como a cobertura age. Voltemos à água e sabão sobre o vidro e vejamos como ela evapora. À medida que a mesma evapora, esta muda sua espessura sobre o vidro e também a sua cor. Mas a água é sempre absolutamente transparente.
Durante este mecanismo de evaporação a luz é refletida sempre pelo vidro, mas também pela água, que é um meio transparente. A luz refletida pelo vidro tem que viajar por dentro do meio aquoso. A variação de sua espessura seleciona natural e variavelmente os diversos comprimentos de onda da luz refletida pelo vidro, reforçando ou anulando comprimentos de onda; daí a variação de cores que V. vê enquanto a água se evapora. A camada de fluoreto depositada sobre o vidro é uniforme e estável, portanto ali V. só verá um comprimento de onda.
A luz se comporta como uma onda: ao atingir uma superfície de vidro esta volta como um reflexo. Este raio tem as mesmas características do raio incidente, porém em ângulo e direção simétricos.
Reportando-me ao segundo capítulo,
diria que a reflexão seria análoga aos soldados do batalhão que haviam desistido
da travessia.
Onda refletida por uma superfície de vidro polida.- Mostramos a reflexão em
vermelho.
Este reflexo não possui coloração aparente pode ser cinza ou prata, sendo
praticamente neutra.
Pelo fato da luz ser uma onda, esta pode ser cancelada por uma outra onda, desde
que de igual freqüência e magnitude, porém em fase oposta. No desenho que vemos
a seguir veremos como este fenômeno se manifesta.
Uma cobertura com ¼ comprimento de onda será suficiente para anular a onda daquela cor. Verifique a onda azul (proveniente da superfície da camada anti-reflexo) anulando a onda vermelha (proveniente da superfície do vidro).
Este fenômeno pode ser propositalmente criado através da espessura da camada que colocamos sobre o vidro.
Assim com ¼ de comprimento de onda teremos uma defasagem de ½ fase que provoca a anulação.
Por esta razão podemos selecionar comprimentos de onda através das “camadas de um quarto de comprimento de onda”.
Aqui vemos a reflexão de uma superfície coberta. Vemos o reflexo do vidro e da
camada se cancelando mutuamente. – a onda de reflexo do vidro esta em vermelho e
a da camada em azul.
Ao vermos este diagrama veremos que uma camada jamais será anti-reflexo se a mesma possuir o mesmo índice de refração do vidro. O mesmo acontecerá re tiver o mesmo índice do ar.
Portanto, este sistema só funcionara
se a cobertura tiver um índice intermediário.
O ideal para uma camada simples seria uma que tivesse um índice de 1,3. Por
razoes comerciais o material mais usado é o Fluoreto de magnésio que possui um
índice de 1,37. Este é empregado não só pelo preço, mas também pelas sua
estabilidade e durabilidade.
Com a camada simples poderemos anular a reflexão com ¼ do comprimento de onda.
Mas qual comprimento de onda? A luz se constitui como vimos anteriormente de comprimentos que variam de 380nm (violeta) à 760nm (vermelho).
Qual usar?- Não poderemos satisfazer a todos.
-Usa-se o comprimento de 550nm que satisfaz razoavelmente a todos. Fica no centro do espectro.
É também o ponto da visão mais aguçada corresponde ao verde-amarelo.
Nas múltiplas camadas, existem micro reflexões originadas por cada uma delas.
Este procedimento tende a eliminar vários comprimentos de onda.
Portanto uma camada de 137,5nm de espessura (550 dividido por 4) praticamente
eliminará quase todas os reflexos visíveis da superfície da lente.
Por isso as lentes refletem outras cores que não o verde. Mas sobram o vermelho
e o azul que não são bem eliminados. Estes misturados criam o púrpura, que é
exatamente o que vemos em geral nos reflexos das lentes.
Esta coloração não afeta o resultado das fotos, pois como vimos o material de cobertura é totalmente transparente.
Note, porém que a reflexão dos vidros esta na ordem de 4% por superfície.
As lentes que recebem multi camadas são gravadas como “MC” este mesmo símbolo possui conotações diversas: Pode ser Multi Coating (multi cobertura) ou Многослойное (Múltipla camada).
Quando se iniciaram os processos comerciais de cobertura anti-reflexo eram usadas varias simbologias de acordo com o fabricante “T”;“C” ; um delta , um romboedro ou vários outros símbolos em vermelho.
Usava-se também o “ П” de Просветление (Aclaramento)
A multi cobertura.
Cada elemento de uma objetiva possui duas superfícies, a frontal e a traseira Um triplet possuirá, portanto seis superfícies, algumas grande angulares podem possuir mais de 18 superfícies. O projetista poderá, portanto através de escolhas adequadas corrigir diferentes comprimentos de onda do espectro visível, balanceando, portanto o resultado final para que não haja nenhuma tendência pronunciada para alguma cor. Este procedimento será realizado pela aplicação das camadas com espessuras preferenciais, sempre com o mesmo material a base de fluoreto de magnésio.
No caso das multicamadas, serão escolhidos ao menos cinco materiais com os índices de 1,1; 1,2; 1,3; 1,4 e 1,5 que estarão no intervalo ar-vidro. As espessuras serão selecionadas para corrigir os diversos comprimentos de onda do espectro visível, não mais aplicando um valor de compromisso de 550nm como no caso de uma só cobertura. O processo não mais confere à lente uma cor especifica, mas uma neutralidade grande, até dificultando a visualização da própria lente em certos casos.A intenção é, portanto suprimir todos os reflexos oriundos de qualquer cor do espectro.
Esta lente será conseqüentemente mais transparente que as demais e dará como resultado final um contraste sempre favorável.
Como vimos, cada superfície não
tratada pode refletir até 4% da luz incidente. Se v. tiver apenas 1 elemento
teremos uma perda de 4% com três teremos 12 % em lentes complexas, as reflexões
internas serão tão severas que simplesmente não teremos imagem. Para estas o
tratamento de multicamadas é indispensável.
Fim da 3ª parte >> Continua>>