Objetivo zoom

Un objetivo zoom es un sistema de elementos de lente de cámara en el que la distancia focal (y por lo tanto el ángulo de visión ) se puede variar, a diferencia de un objetivo de distancia focal fija (FFL) ( objetivo fijo ).

Un objetivo zoom verdadero o zoom óptico es un tipo de lente parfocal , que mantiene el enfoque cuando cambia su distancia focal. ^{[ 1 ]} La mayoría de los objetivos zoom para consumidores no mantienen un enfoque perfecto, pero aun así son casi parfocales. La mayoría de los teléfonos con cámara que se anuncian como equipados con zoom óptico en realidad utilizan varias cámaras de diferentes distancias focales fijas, combinadas con zoom digital para crear un sistema híbrido.

La comodidad de la distancia focal variable conlleva una mayor complejidad y ciertas limitaciones en cuanto a calidad de imagen, peso, dimensiones, apertura, rendimiento del autoenfoque y coste. Por ejemplo, todos los objetivos zoom sufren una pérdida de resolución de imagen, al menos leve, si no considerable, a su máxima apertura , especialmente en los extremos de su rango de distancia focal. Este efecto es evidente en las esquinas de la imagen, cuando se muestra en gran formato o alta resolución. Cuanto mayor sea el rango de distancia focal que ofrece un objetivo zoom, más se acentúan estas limitaciones. ^{[ 2 ]}

Los objetivos zoom suelen describirse mediante la relación entre su distancia focal más larga y la más corta. Por ejemplo, un objetivo zoom con distancias focales comprendidas entre 100  mm y 400  mm puede describirse como un zoom 4:1 o "4×". El término superzoom o hiperzoom se utiliza para describir objetivos zoom fotográficos con factores de distancia focal muy grandes, normalmente superiores a 5× y que llegan hasta 19× en objetivos de cámaras réflex y 22× en cámaras digitales para aficionados . Esta relación puede alcanzar los 300× en objetivos de cámaras de televisión profesionales. ^{[ 3 ]} A partir de 2009Los objetivos zoom fotográficos con un zoom superior a aproximadamente 3× generalmente no pueden producir una calidad de imagen comparable a la de los objetivos fijos . Los zooms de apertura rápida constante (normalmente f / 2.8 o f / 2.0) suelen estar restringidos a este rango de zoom. La degradación de la calidad es menos perceptible al grabar imágenes en movimiento a baja resolución, razón por la cual los objetivos profesionales de vídeo y televisión pueden ofrecer altas relaciones de zoom. Los objetivos de televisión con alta relación de zoom son complejos, con docenas de elementos ópticos, y a menudo pesan más de 25 kg (55 lb) . ^{[ 4 ]} La fotografía digital también puede incorporar algoritmos que compensan los defectos ópticos, tanto en los procesadores de la cámara como en el software de posproducción.  

Algunos objetivos zoom fotográficos son de larga distancia focal , con distancias focales mayores que las de un objetivo normal ; otros son gran angular (con un ángulo de visión más amplio que el normal ); y otros abarcan un rango desde gran angular hasta larga distancia focal. Los objetivos de este último grupo, a veces denominados zooms "normales", han desplazado al objetivo de distancia focal fija como la opción más popular en muchas cámaras contemporáneas. Las marcas en estos objetivos suelen indicar W y T, que significan "Gran Angular" y "Teleobjetivo". Se denomina Teleobjetivo porque la mayor distancia focal que proporciona la lente divergente negativa es mayor que la del conjunto de lentes en su conjunto (la lente divergente negativa actúa como el "grupo teleobjetivo"). ^{[ 5 ]}

Algunas cámaras digitales permiten recortar y ampliar la imagen capturada para emular el efecto de un objetivo zoom de mayor distancia focal (ángulo de visión más estrecho). Esto se conoce comúnmente como zoom digital y produce una imagen con menor resolución óptica que el zoom óptico. El mismo efecto se puede obtener utilizando un software de procesamiento de imágenes digitales en un ordenador para recortar la imagen digital y ampliar la zona recortada. Muchas cámaras digitales combinan ambas funciones, utilizando primero el zoom óptico y luego el digital.

Los objetivos zoom y superzoom se utilizan habitualmente con cámaras fotográficas , de vídeo y de cine , proyectores , algunos prismáticos , microscopios , telescopios , miras telescópicas y otros instrumentos ópticos . Además, la parte afocal de un objetivo zoom puede utilizarse como telescopio de aumento variable para crear un expansor de haz ajustable . Esto permite, por ejemplo, modificar el tamaño de un haz láser y, de este modo , variar su irradiancia .

Las primeras versiones de lentes zoom se utilizaban en telescopios ópticos para proporcionar una variación continua de la magnificación de la imagen, y esto se documentó por primera vez en las actas de la Royal Society en 1834. Las primeras patentes de teleobjetivos también incluían elementos de lente móviles que podían ajustarse para cambiar la distancia focal total de la lente. Este tipo de lentes se denominan ahora lentes varifocales , ya que al cambiar la distancia focal, la posición del plano focal también se desplaza, lo que requiere volver a enfocar la lente después de cada cambio.

El primer objetivo zoom verdadero , que mantenía un enfoque casi nítido mientras se cambiaba la distancia focal efectiva del conjunto de lentes, fue patentado en 1902 por Clile C. Allen ( patente estadounidense 696,788 ). ^{[ 7 ] : 155} Un uso temprano del objetivo zoom en el cine se puede ver en la toma inicial de la película "It" protagonizada por Clara Bow, de 1927. La primera producción industrial fue el objetivo Bell and Howell Cooke "Varo" de 40-120  mm para cámaras de cine de 35 mm presentado en 1932. ^{[ 7 ] : 156} El objetivo zoom de TV más impresionante de la época fue el VAROTAL III, de Rank Taylor Hobson del Reino Unido, construido en 1953.

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  Objetivo Voigtländer Zoomar de Kilfitt, 36–82  mm f / 2,8
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  Sección transversal del objetivo zoom Fujinon XF100-400mm
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  Cámara Canon con objetivo zoom de 35-70 mm f /2.8-3.5 . La ventaja de un objetivo zoom es su flexibilidad, pero la desventaja es su calidad óptica. Los objetivos de focal fija ofrecen una mayor calidad de imagen.

El objetivo Kilfitt 36–82  mm/2.8 Zoomar, presentado en 1959, fue el primer objetivo varifocal de producción regular para fotografía fija de 35 mm . ^{[ 8 ]} El primer objetivo zoom moderno para cine, el Pan-Cinor, fue diseñado alrededor de 1950 por Roger Cuvillier , un ingeniero francés que trabajaba para SOM-Berthiot . Tenía un sistema de zoom de compensación óptica. En 1956, Pierre Angénieux introdujo el sistema de compensación mecánica, que permitía un enfoque preciso durante el zoom, en su objetivo de 17-68 mm para 16 mm lanzado en 1958. Ese mismo año, un prototipo de la versión de 35 mm del zoom 4x de Angénieux , el 35-140 mm, fue utilizado por primera vez por el director de fotografía Roger Fellous para la producción de Julie La Rousse. Angénieux recibió en 1964 un premio técnico de la Academia de Artes y Ciencias Cinematográficas por el diseño de los objetivos zoom 10:1, incluidos el de 12-120 mm para cámaras de cine de 16 mm y el de 25-250 mm para cámaras de cine de 35 mm.

Debido a su tamaño considerable, no fue hasta 1986 que se diseñó un objetivo zoom con dimensiones suficientemente compactas que finalmente se incorporó a una cámara compacta (de apuntar y disparar) para el consumidor, concretamente la Pentax Zoom 70.

Desde entonces, los avances en el diseño de lentes ópticas , en particular el uso de computadoras para el trazado de rayos ópticos , han facilitado enormemente el diseño y la construcción de lentes zoom, que ahora se utilizan ampliamente en la fotografía profesional y amateur. ^{[ 7 ] : 167}

Existen numerosos diseños posibles para objetivos zoom, algunos de los cuales, los más complejos, cuentan con más de treinta elementos de lente individuales y múltiples partes móviles. Sin embargo, la mayoría sigue el mismo diseño básico. Generalmente, constan de varias lentes individuales que pueden ser fijas o deslizarse axialmente a lo largo del cuerpo del objetivo. Al variar el aumento de un objetivo zoom, es necesario compensar cualquier movimiento del plano focal para mantener la imagen enfocada nítida. Esta compensación puede realizarse mecánicamente (moviendo el conjunto completo de la lente mientras cambia el aumento) u ópticamente (ajustando la posición del plano focal para que varíe lo menos posible al hacer zoom).

Un esquema sencillo para un objetivo zoom divide el conjunto en dos partes: una lente de enfoque similar a una lente fotográfica estándar de distancia focal fija, precedida por un sistema de zoom afocal , una disposición de elementos de lente fijos y móviles que no enfoca la luz, sino que altera el tamaño de un haz de luz que lo atraviesa y, por lo tanto, la magnificación general del sistema de lentes.

En este sencillo objetivo zoom con compensación óptica, el sistema afocal consta de dos lentes positivas (convergentes) de igual distancia focal (lentes _{L1 y L3} ) con una lente negativa (divergente) ( L2 ) entre ellas, cuya distancia focal absoluta es inferior a la mitad de la de las lentes positivas. La lente _L3 es fija, pero las lentes L1 y L2 pueden desplazarse axialmente siguiendo una relación no lineal específica. Este movimiento se suele realizar mediante un complejo sistema de engranajes y _{levas en la carcasa del objetivo, aunque algunos objetivos zoom modernos utilizan} servomotores controlados por ordenador para realizar este posicionamiento.

Mientras la lente negativa L2 se desplaza desde la parte frontal hacia la parte posterior de la lente, la lente L1 _{se mueve hacia adelante y luego hacia atrás describiendo un arco parabólico. Al hacerlo, la magnificación angular total del sistema varía, modificando la distancia} focal efectiva de la lente de zoom completa. En cada uno de los tres puntos mostrados, el sistema de tres lentes es afocal (no diverge ni converge la luz) y, por lo tanto, no altera la posición del plano focal de la lente. Entre estos puntos, el sistema no es exactamente afocal, pero la variación en la posición del plano focal puede ser lo suficientemente pequeña (aproximadamente ±0,01 mm en una lente bien diseñada) como para no alterar significativamente la nitidez de la imagen. 

Un aspecto importante en el diseño de objetivos zoom es la corrección de las aberraciones ópticas (como la aberración cromática y, en particular, la curvatura de campo ) en todo el rango de funcionamiento del objetivo. Esto resulta considerablemente más difícil en un objetivo zoom que en uno fijo, que solo necesita corregir las aberraciones para una distancia focal específica. Este problema fue una de las principales razones de la lenta adopción de los objetivos zoom, ya que los primeros diseños eran considerablemente inferiores a los objetivos fijos contemporáneos y solo podían utilizarse con un rango limitado de aperturas . Las técnicas modernas de diseño óptico han permitido la construcción de objetivos zoom con una buena corrección de aberraciones en un amplio rango de distancias focales y aperturas.

Mientras que los objetivos utilizados en cinematografía y vídeo deben mantener el enfoque al cambiar la distancia focal, no existe tal requisito para la fotografía fija ni para los objetivos zoom utilizados como objetivos de proyección. Dado que es más difícil construir un objetivo que no cambie de enfoque con la misma calidad de imagen que uno que sí lo haga, en estas últimas aplicaciones se suelen utilizar objetivos que requieren reenfoque una vez que cambia la distancia focal (y, por lo tanto, estrictamente hablando, son objetivos varifocales , no zoom). Como la mayoría de las cámaras fotográficas modernas tienen autoenfoque , esto no supone ningún problema.

Los diseñadores de objetivos zoom con grandes relaciones de zoom suelen sacrificar una o más aberraciones a cambio de una mayor nitidez de imagen. Por ejemplo, se tolera un mayor grado de distorsión de barril y de cojín en objetivos que abarcan el rango de distancia focal desde gran angular hasta teleobjetivo con una relación focal de 10× o más, en comparación con un objetivo de distancia focal fija o un objetivo zoom con una relación menor. Si bien los métodos de diseño modernos han ido reduciendo este problema, la distorsión de barril superior al uno por ciento es común en estos objetivos de gran relación. Otro inconveniente es que, en la posición de teleobjetivo extremo, la distancia focal efectiva cambia significativamente al enfocar objetos cercanos. La distancia focal aparente puede reducirse a menos de la mitad al enfocar desde el infinito hasta un primer plano medio. En menor medida, este efecto también se observa en objetivos de distancia focal fija que mueven elementos internos, en lugar de todo el objetivo, para modificar la magnificación.

Muchos de los llamados objetivos "zoom", sobre todo en el caso de las cámaras de objetivo fijo, son en realidad objetivos varifocales , lo que ofrece a los diseñadores de objetivos mayor flexibilidad en las compensaciones del diseño óptico (rango de distancia focal, apertura máxima, tamaño, peso, coste) que un verdadero zoom parfocal, y resulta práctico gracias al autoenfoque y a que el procesador de la cámara puede mover el objetivo para compensar el cambio en la posición del plano focal al cambiar la ampliación ("hacer zoom"), lo que hace que su funcionamiento sea esencialmente el mismo que el de un verdadero zoom parfocal.

• Zoom (producción cinematográfica)
• Cámara panorámica, de inclinación y zoom (PTZ)
• Cámara de vídeo profesional
• Lente Zoomar
• Superzoom

Por distancia focal

• Lente gran angular
• Lente normal
• teleobjetivo