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Lente varifocal

Un objetivo varifocal es un objetivo de cámara con distancia focal variable en el que el enfoque cambia a medida que cambia la distancia focal (y el aumento ), en comparación co...

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Un objetivo varifocal es un objetivo de cámara con distancia focal variable en el que el enfoque cambia a medida que cambia la distancia focal (y el aumento ), en comparación con un objetivo zoom parfocal ("verdadero") , que permanece enfocado a medida que el objetivo hace zoom (cambian la distancia focal y el aumento). Muchos objetivos denominados "zoom", particularmente en el caso de cámaras de objetivo fijo, son en realidad objetivos varifocales, [ 1 ] que brindan a los diseñadores de objetivos mayor flexibilidad en las compensaciones del diseño óptico (rango de distancia focal, apertura máxima, tamaño, peso, costo) que el zoom parfocal. Estos son prácticos debido al autoenfoque y porque el procesador de la cámara puede ajustar automáticamente el objetivo para mantenerlo enfocado mientras cambia la distancia focal ("hace zoom"), lo que los hace adecuados para la fotografía fija donde un cambio en el aumento del sujeto, como se muestra a continuación, no es un problema. El cambio en el tamaño del sujeto es un problema significativo en el video y se necesitan diseños parfocales verdaderos para trabajos de video de mayor calidad. Las lentes varifocales se pueden usar tanto para la visualización como para la captura de imágenes, y Meta's Reality Labs ha confirmado el desarrollo de una pantalla varifocal para realidad virtual . [ 2 ]

Lente varifocal. La imagen de la izquierda está enfocada a ƒ=2,8 mm. La imagen del medio está enfocada a ƒ=12 mm, sin haber ajustado el enfoque a 2,8 mm. La imagen de la derecha está enfocada a ƒ=12 mm y reenfocada. El mando de enfoque corto ajusta la distancia focal y el de enfoque largo, el enfoque.

Diseño óptico

La estructura interna de una lente varifocal consta de varios grupos de elementos ópticos dispuestos a lo largo de un eje óptico común . El ajuste de la distancia focal se logra desplazando un grupo de elementos intermedio o posterior a lo largo de este eje, mientras que un movimiento independiente de la celda frontal controla el enfoque de forma independiente. [ 3 ] Este mecanismo de dos movimientos —uno para la distancia focal y otro para el enfoque— es lo que distingue a las lentes varifocales de las lentes zoom parfocales, en las que un mecanismo de leva más complejo mantiene el plano de la imagen fijo en todo el rango de zoom.

Debido a que el diseño varifocal no requiere el complejo acoplamiento mecánico necesario para mantener el enfoque durante el zoom, la construcción óptica y mecánica es más simple y menos costosa de fabricar que un diseño parfocal equivalente. [ 4 ] Esta simplicidad permite a los diseñadores asignar menos elementos ópticos al grupo de zoom y utilizar esos elementos para lograr una relación de distancia focal más amplia, una apertura máxima mayor o un factor de forma general más compacto, ventajas que son difíciles de lograr simultáneamente en un diseño parfocal .

La distancia focal variable permite múltiples combinaciones de distancias de trabajo y aumentos con un solo objetivo. Sin embargo, esta comodidad conlleva ciertas limitaciones en la calidad de imagen, el peso, las dimensiones y la apertura en comparación con un objetivo fijo de especificaciones equivalentes. [ 5 ]

Comparación con objetivos fijos y zoom.

Los tres tipos principales de lentes que se utilizan en los sistemas de cámaras —fijo (primario), varifocal y zoom parfocal— se diferencian principalmente en si permiten cambiar la distancia focal y cómo lo hacen:

  • Una lente de distancia focal fija tiene una única distancia focal invariable. Debido a que tiene menos partes móviles, es más simple, ligera y, por lo general, ofrece un mejor rendimiento óptico por unidad de costo que los diseños de distancia focal variable. Las lentes fijas son muy adecuadas para aplicaciones donde la geometría de la escena es predecible y estable. [ 6 ]
  • Una lente varifocal cubre un rango continuo de distancias focales, especificado como un par de valores como 2,8–12 mm o 5–50 mm, donde el primer valor es la distancia focal más corta (amplia) y el segundo es la más larga (estrecha). [ 7 ] Después de cada ajuste de la distancia focal, la posición de enfoque debe restablecerse por separado.
  • Un objetivo zoom parfocal también cubre un rango continuo de distancia focal, pero su mecanismo de leva interno mantiene el plano focal fijo a medida que cambia la distancia focal, por lo que no se requiere reenfoque después del zoom. Esta propiedad, conocida como parfocalidad o confocalidad , exige un diseño óptico y mecánico sustancialmente más complejo y costoso. [ 8 ]

Tipos de lentes multifocales

Las lentes progresivas se pueden dividir en dos categorías principales según el mecanismo mediante el cual se ajustan la distancia focal y el enfoque:

Lentes varifocales manuales

En los objetivos varifocales manuales, el usuario gira físicamente dos anillos de control independientes en el cuerpo del objetivo: uno para ajustar la distancia focal deseada (zoom) y otro para enfocar la imagen. Este diseño es común en las cámaras de CCTV instaladas en posiciones fijas, donde el ángulo de visión se ajusta una sola vez durante la instalación y se modifica con poca frecuencia. Los objetivos varifocales manuales suelen ser menos costosos que sus equivalentes motorizados y no requieren circuitos de control electrónico. [ 9 ]

Lentes varifocales motorizadas

Los objetivos varifocales motorizados incorporan pequeños motores eléctricos que accionan los mecanismos de zoom y enfoque mediante control electrónico. [ 10 ] El usuario puede ajustar la distancia focal y reenfocar el objetivo de forma remota —a través de una interfaz web, una aplicación para smartphone, un software de gestión de vídeo o un controlador PTZ con joystick— sin necesidad de acceso físico a la cámara. [ 11 ] Esta capacidad reduce significativamente el tiempo de instalación y puesta en marcha, especialmente en implementaciones a gran escala donde sería impracticable acceder físicamente a cada cámara para ajustar el objetivo. Muchos objetivos varifocales motorizados modernos incorporan una rutina de autoenfoque que restablece automáticamente el enfoque nítido cada vez que se cambia la distancia focal, imitando eficazmente el comportamiento parfocal durante el uso normal, a la vez que conservan la construcción óptica varifocal más sencilla y económica. [ 12 ]

Aplicaciones

Fotografía de consumo y profesional

En las cámaras compactas de consumo y en muchos sistemas de cámaras sin espejo , los objetivos zoom que vienen incluidos con la cámara suelen ser varifocales en lugar de parfocales. La electrónica del autoenfoque compensa el cambio de enfoque que se produce al hacer zoom, por lo que la diferencia es imperceptible para la mayoría de los usuarios al tomar fotografías. La desventaja práctica se hace evidente en la grabación de vídeo : un sujeto que se filma mientras la distancia focal cambia continuamente (una toma con zoom) perderá nitidez momentáneamente mientras el sistema de autoenfoque intenta restablecer el enfoque, un problema que no ocurre con un objetivo verdaderamente parfocal .

Videovigilancia y seguridad

Las lentes varifocales se utilizan ampliamente en instalaciones de CCTV y cámaras IP porque un solo modelo de lente puede cubrir una amplia gama de escenarios de implementación, desde la cobertura gran angular de un área abierta extensa como un estacionamiento o almacén, hasta un campo de visión más estrecho enfocado en un punto de entrada o caja registradora específicos. Los rangos de distancia focal comunes para cámaras de seguridad abarcan aproximadamente de 2,8 a 12 mm para uso general en interiores y exteriores, y hasta 4,5 a 60 mm o más para aplicaciones de larga distancia como el reconocimiento de matrículas . [ 13 ] La capacidad de lograr un zoom óptico de alta resolución, a diferencia del zoom digital (que degrada la calidad de la imagen mediante la interpolación de píxeles), hace que las lentes varifocales sean particularmente valiosas cuando se deben registrar detalles finos, como rasgos faciales o matrículas de vehículos. [ 14 ]

Visión artificial e inspección industrial

En los sistemas de visión artificial , las lentes varifocales permiten que una sola cámara se adapte a objetos de diferentes tamaños o se reutilice en distintas etapas de una línea de producción sin necesidad de cambiar físicamente la lente. En aplicaciones como líneas de inspección multietapa, estaciones de ensamblaje robóticas o plataformas de inspección giratorias —donde la distancia o el tamaño del objeto que se está visualizando pueden variar con frecuencia— la capacidad de ajustar electrónicamente el campo de visión ofrece una flexibilidad operativa significativa. [ 15 ] La estructura de la lente incluye grupos de elementos que se mueven a lo largo del eje óptico, lo que permite modificar el campo de visión según el tamaño y la distancia del objeto; el ajuste focal puede realizarse de forma manual o electrónica, según los requisitos del sistema.

Pantallas de realidad virtual

Más allá de la captura de imágenes, la tecnología de lentes varifocales se ha aplicado a la visualización de imágenes en visores de realidad virtual (RV). Un sistema de visualización varifocal ajusta la distancia focal de la imagen mostrada para que coincida con la distancia del objeto virtual representado, lo que potencialmente reduce el conflicto de convergencia-acomodación que contribuye a la fatiga visual en los visores de RV convencionales. Meta's Reality Labs ha demostrado públicamente un prototipo de RV varifocal —el visor Half Dome— que utiliza este principio. [ 16 ]

Véase también

Referencias

  1. ↑ Cavanagh, Roger (29-05-2003). "Lentes parfocales" . Archivado del original el 07-10-2007 . Recuperado el 18-11-2007 .
  2. ↑ "Presentamos al equipo detrás de Half Dome: el prototipo varifocal de Facebook Reality Labs" .
  3. ↑ "Lentes de imagen varifocales" . Edmund Optics . Consultado el 10 de enero de 2024 .
  4. ↑ "Lentes de imagen varifocales" . Edmund Optics . Consultado el 10 de enero de 2024 .
  5. ↑ "Lentes de distancia focal fija para aplicaciones de visión artificial" . Opto Engineering . Consultado el 10 de enero de 2024 .
  6. ↑ "Óptica de cámaras de seguridad: lentes varifocales frente a lentes fijas" . Verkada . Consultado el 10 de enero de 2024 .
  7. ↑ "¿Cuál es la diferencia entre las lentes varifocales y las lentes fijas para CCTV?" . ChuangAn Optics . Consultado el 10 de enero de 2024 .
  8. ↑ "Lentes de distancia focal fija para aplicaciones de visión artificial" . Opto Engineering . Consultado el 10 de enero de 2024 .
  9. ↑ "Guía de selección de lentes para cámaras de seguridad" . Reolink . Consultado el 10 de enero de 2024 .
  10. ↑ "Mejores lentes - Todas las categorías" . Top Tech Choices . Consultado el 22 de abril de 2026 .
  11. ↑ "Conceptos básicos de cámaras de seguridad: lente de zoom motorizada frente a lente varifocal manual" . Unifore . Consultado el 10 de enero de 2024 .
  12. ↑ "Lente varifocal para cámaras de CCTV: Guía para una seguridad más inteligente" . Eufy . Consultado el 10 de enero de 2024 .
  13. ↑ "Cámaras de seguridad con lente fija o varifocal: ¿Cuál es la mejor?" . Pelco . Consultado el 10 de enero de 2024 .
  14. ↑ "¿Qué es una cámara de seguridad con lente varifocal?" . Safe and Sound. 27 de septiembre de 2023. Consultado el 10 de enero de 2024 .
  15. ↑ "Lentes varifocales en sistemas de visión artificial" . ASIO Vision. 22 de mayo de 2025. Consultado el 10 de enero de 2024 .
  16. ↑ "Presentamos al equipo detrás de Half Dome: el prototipo varifocal de Facebook Reality Labs" . Oculus . Consultado el 10 de enero de 2024 .

Lecturas adicionales

  • "Glosario de lentes" . Tokina Industrial, Inc. Archivado del original el 12 de febrero de 2004. Consultado el 18 de noviembre de 2007 .