Qué es la distancia focal en fotografía

La distancia focal es una de las características que definen el comportamiento del objetivo de una cámara. La distancia focal influye en el aspecto de las fotografías y las sensaciones que nos transmiten

 

Todos los que empezamos en el mundo de las réflex, de la fotografía en general, nos sentimos bastante perdidos con algunos términos y conceptos. La situación típica es cuando llevas toda la vida hablando del zoom de tu cámara y de pronto la gente del planeta réflex te empieza a hablar de distancias focales.. y tú preguntas ¿pero eso cuánto zoom es?

Me ha pasado a mí y nos ha pasado a muchos, parece un tema demasiado complejo, con conceptos físicos y matemáticos, pero cuando se le pilla es truco es más fácil de lo que parece.

 

Distancia focal en cámaras réflex
Objetivos con gran distancia focal. Foto: Juanedc.com (CC BY 2.0)

 

 

 

Distancia focal en fotografía

La distancia focal es una característica óptica de lentes y espejos

En una lente convergente (como una lupa) los rayos de luz que la atraviesan convergen en un punto llamado foco y generan una imagen invertida a cierta distancia de dicho punto, en el plano de imagen.

La distancia focal es la distancia entre el centro óptico del objetivo y el punto focal (foco)

En una cámara, el objetivo en su conjunto se comporta como una lente convergente (aunque internamente está formado por varias lentes de diferentes tipos) y proyecta una imagen invertida sobre el plano de imagen, que es donde se sitúa el sensor de la cámara. Es decir, el sensor ‘ve’ la imagen de la escena que proyecta el objetivo.

Distancia focal de objetivos

 

Imagina que tienes un tubo hueco, un tubo de cartón por ejemplo, con un determinado diámetro y una determinada longitud. Si miras a través de un tubo largo y estrecho tendrás un ángulo de visión reducido. Si miras a través de un tubo corto y ancho tendrás un ángulo de visión más amplio.

 

Distancia focal. Ángulo de visión

 

Algo parecido ocurre con los objetivos:

  • Los objetivos con distancia focal grande van a proyectar sólo una pequeña parte de la escena, que corresponde a un ángulo de visión cerrado
  • Los objetivos con distancia focal corta proyectarán una parte más amplia de la escena, por lo tanto ofrecen más ángulo de visión.

 

En fotografía, la distancia focal es básicamente un sinónimo de ángulo de visión.

En general, cuando hablamos de distancia focal nos referimos a qué ángulo de visión nos proporcionará un determinado objetivo en una determinada cámara.

¿Por qué no hablamos de ángulos (grados) en lugar de distancia focal (milímetros)?

Bueno, hay varios motivos.

En primer lugar la distancia focal es una propiedad física del objetivo, que no depende de nada más. Mientras que el ángulo de visión depende de factores externos como las dimensiones físicas del objetivo y de la superficie de proyección (el sensor en este caso)

En segundo lugar, históricamente, desde comienzos del siglo XX, la película de 35mm se convirtió en un estándar que se ha seguido utilizando hasta la llegada de las cámaras digitales. Como todas las cámaras utilizaban la misma superficie de proyección no había necesidad de pensar en ángulos de visión, simplemente el fotógrafo sabía por experiencia que una determinada focal (distancia focal) le proporcionaría un determinado ángulo de visión.

Con la llegada de las cámaras digitales se complicó un poco la cosa, ya que las cámaras utilizan sensores de diferente tamaño (diferentes superficies de proyección). Para una misma distancia focal, cada cámara tendrá un ángulo de visión diferente en función del tamaño de su sensor.

Para normalizar o tener una idea del ángulo de visión que tendrá un objetivo (distancia focal) en una determinada cámara, se utiliza el factor de multiplicación o factor de recorte. Mediante el factor de recorte se puede calcular mentalmente la distancia focal equivalente de ese objetivo en esa cámara en lo que respecta a su ángulo de visión, tomando como referencia la película de 35mm o el sensor Full Frame (35mm aproximadamente)

 

Entonces, qué efectos tiene la distancia focal de un objetivo en la imagen de una escena:

  1. La distancia focal determina el ángulo de visión. Focales largas (teleobjetivos) equivalen a un ángulo de visión pequeño, sólo una porción pequeña de la escena. Focales cortas (angulares) equivalen a un ángulo de visión grande, una gran porción de la escena.
  2. La distancia focal determina la sensación de ‘alcance’ del objetivo. Los teleobjetivos dan la sensación de ampliar objetos que están lejos, de acercar escenas lejanas.
  3. Los objetivos angulares, por un efecto de perspectiva, resaltan o amplían los objetos más cercanos con respecto a los más lejanos. Es decir, separan mucho los planos (cercano, medio, lejano). Los objetos cercanos a la cámara parecen mucho más grandes y los objetos lejanos parecen mucho más pequeños, y mucho más separados.
  4. Los teleobjetivos suelen tener el efecto contrario: comprimen los planos, de tal forma que objetos que están físicamente muy separados (con respecto a la cámara) aparecerán en la imagen dando la sensación de estar más juntos entre sí. Aquí explicamos con más detalle de qué depende realmente la compresión de planos.
  5. La distancia focal afecta también a la profundidad de campo (la parte de la escena que está enfocada)

 

 

Entendiendo la distancia focal en lentes y objetivos

La distancia focal es un concepto que tiene que ver con el comportamiento de lentes y espejos. En el caso de las lentes se produce un efecto físico conocido como refracción de la luz: los rayos de luz sufren un cambio de dirección al pasar de un medio a otro (aire-cristal-aire).

En una lente convergente típica (imagina una lupa) la construcción geométrica hace que los rayos se dirijan hacia el eje de simetría. Hay un punto especial, en ese eje de simetría, donde se concentran todos los rayos que vienen paralelos al eje. Ese punto se llama foco, y la distancia entre el centro de la lente y ese foco es lo que se denomina distancia focal.

La mejor forma de imaginarlo es pensar en la lupa cuando la ponemos al sol sobre una superficie. El foco es el punto que concentra toda la luz del sol (y toda la energía en ese punto súper brillante). Para conseguir ese punto tendremos que ir separando poco a poco la lupa de la superficie. Dependiendo de la forma de la lente tendremos que separar más o menos la lupa de la superficie, esa separación es la distancia focal (porque los rayos que estamos utilizando como referencia vienen paralelos al eje de simetría de la lente, ya que proceden de un objeto situado muy lejos).

En esta imagen vemos cómo se comportan lo rayos de luz al pasar por la lente y cómo se forma la imagen dentro de la cámara. La imagen es real (esto quiere decir que son fotones reales que llegan al plano de imagen) y está invertida con respecto al objeto que estamos enfocando.

Aquí en la imagen vemos representadas diferentes reglas o leyes que cumplen los rayos de luz al pasar por una lente convergente:

Distancia focal en fotografía

En una cámara, el objetivo hace que el plano de imagen coincida con la posición del sensor para un determinado objeto de la escena. Los rayos que vienen de cada punto del objeto se concentran justo en ese plano de imagen, donde se forma la imagen real, que aparecerá enfocada en la fotografía.

En una misma escena puede haber objetos o zonas cuyo plano de imagen no coincida exactamente con la posición del sensor, con lo que aparecerán desenfocados.

En las cámaras, en la mayoría de los casos el plano de imagen (di) prácticamente coincide con el plano focal. Si te fijas en la fórmula (lente convergente delgada ideal), la distancia al objeto (do) suele ser del orden de metros  y la distancia focal (f) del orden de milímetros.

Vamos a hacer un ejemplo práctico con un objeto situado a 5 metros y un objetivo de 50mm (distancia focal  50mm = 0.05 m):

(1/5) + (1/di) = (1/0.05)
di = 0.0505 = 50.5 mm

Para un objeto situado muy lejos, por ejemplo 100 metros:

(1/100) + (1/di) = (1/0.05)
di = 0.050025 = 50,025 mm

Ahora un objeto situado a 1 metro con el mismo objetivo de 50mm:

(1/1) + (1/di) = (1/0.05)
di = 0.0526 = 52.6 mm

 

Dependiendo de la distancia a la que se encuentra el objeto que queremos enfocar tendremos que desplazar la lente de tal forma que hagamos coincidir su imagen proyectada con el plano del sensor. Aquí tienes más información sobre los sistemas de enfoque de las cámaras actuales.

Para enfocar objetos muy cercanos, por ejemplo para fotografía macro, necesitamos objetivos que puedan separar mucho su centro óptico con respecto al plano del sensor. A veces se utilizan tubos de extensión que simplemente separan físicamente al objetivo de la cámara, permitiendo enfocar a distancias muy pequeñas.

 

Los objetivos fotográficos están formados por muchas lentes, pero el concepto es el mismo.

Hay objetivos que tienen una determinada distancia focal: objetivos de focal fija, fijos, prime (en inglés)

Y hay objetivos que, desplazando internamente su configuración de lentes, permiten ajustarse a un rango de distancias focales: objetivos de focal variable, objetivos zoom.

La distancia focal de los objetivos se mide en milímetros, en los objetivos de focal variable se indica siempre el rango de distancias focales, por ejemplo: 18-55mm

Distancia focal en fotografía. Ángulo de visión

Distancia focal y ángulo de visión

Otra forma de pensar en la distancia focal es relacionándola con el ángulo de visión.

Como comentamos al principio, históricamente siempre se ha utilizado como referencia la película de 35mm. Por lo tanto todo lo que comentamos en este apartado con respecto a ángulos de visión es válido sólo para cámaras con sensor Full Frame (35mm).

Una distancia focal media correspondería con el ángulo de visión del ojo humano, que es de unos 45 grados (sin contar la visión periférica). El equivalente sería un objetivo de unos 50mm.

Una distancia focal pequeña equivale a un ángulo de visión mayor. Los objetivos que tienen una distancia focal pequeña reciben el nombre de angularesgran angulares (35mm e inferiores). Los objetivos de 15mm reciben el nombre de ojo de pez y tienen un ángulo de visión de 180º.

Una distancia focal grande equivale a un ángulo de visión más reducido. Los objetivos con distancia focal por encima de 70-80mm se consideran teleobjetivos y su ángulo de visión es inferior a 30º. Es como si, de toda la escena posible, nos centramos sólo en una zona mucho más pequeña, que ocupa todo el encuadre (la ampliamos).

Distancia focal y ángulo de visión

 

Distancia focal y tamaño del sensor. Factor de recorte

La relación de la distancia focal con el ángulo de visión efectivo no es fija. Los objetivos actuales han evolucionado a partir de las cámaras analógicas con película de 35mm, que correspondería con los sensores Full Frame.

Si usamos un objetivo con una cámara Full Frame, el ángulo de visión efectivo será similar al que tendríamos en una cámara réflex analógica.

Si ese mismo objetivo lo usamos con una cámara con sensor más pequeño, el resultado es que sólo aprovechamos una parte más pequeña de la misma escena (con respecto a un sensor full frame es como si recortáramos la parte central y desechamos el resto). Si pensamos en ángulo de visión es equivalente a reducir el ángulo, y si pensamos en aumentos es equivalente a ampliar la escena.

Por lo tanto, los sensores más pequeños introducen un factor de recorte en la imagen, que a su vez se traduce a efectos prácticos en un factor de multiplicación de la distancia focal. Cuanto más pequeño es el sensor con respecto a un Full Frame, mayor será la distancia focal efectiva de un objetivo.

Distancia focal en cámaras

Si para encuadrar un objeto con una full frame tienes que colocarte a una distancia determinada, usando el mismo objetivo con una cámara con sensor APS-C tendrás que colocarte a una distancia mayor para conseguir el mismo encuadre. Si el sensor fuese más pequeño, más lejos tendrías que colocarte respecto al objeto.

O si lo quieres ver de otra forma: si colocamos dos cámaras (una Full Frame y otra APS-C) a la misma distancia de la escena, las dos cámaras con un objetivo de la misma distancia focal, la foto resultante de la cámara APS-C mostrará una ‘ampliación’ de la escena con respecto a la Full Frame, en un factor equivalente a la diferencia de tamaño de los sensores.

Factor de recorte en cámaras APS-C

 

Las cámaras con sensores APS-C tienen un factor de recorte de 1.5 – 1.6 (depende del tamaño exacto del sensor).

 

Tamaños de los sensores APS-C

 

En lo que respecta al ángulo de visión, lo importante para el fotógrafo no es la distancia focal real del objetivo, sino la distancia focal efectiva o equivalente de ese objetivo en su cámara.

Por ejemplo, un objetivo de 50mm montado en una cámara APS-C equivale a efectos prácticos a un 75mm (50 x 1.5 = 75), prácticamente un teleobjetivo, con un ángulo de visión de unos 35º en lugar de los 45º que tendría ese 50mm en una cámara con sensor Full Frame.

Siempre hablamos de distancia focal equivalente o distancia focal efectiva, para tener una referencia y comparar, porque la distancia focal de un objetivo es la que es, es una característica del objetivo, independientemente de dónde se monte o cómo se utilice.

Esta sería una tabla comparativa para una cámara con sensor APS-C. En color negro está la distancia focal real del objetivo (para la que ha sido fabricado) y en color azul estaría la distancia focal efectiva aproximada.

Distancia focal efectiva en sensores APS-C

 

Una cámara APS-C con un objetivo de 35mm haría una foto muy similar (en cuanto a ángulo de visión) a una cámara Full Frame con un objetivo de 50mm.

En el caso de los teleobjetivos normalmente buscamos la mayor distancia focal posible (mayor ampliación de objetos lejanos) por lo tanto el factor multiplicativo del sensor APS-C juega en este caso a favor. Por ejemplo, un objetivo de 70-300mm montado en una APS-C tendrá un comportamiento similar a un 100-450mm

Para los objetivos angulares sucede lo contrario. El factor de recorte hace que los angulares pierdan ángulo de visión al utilizarlos en cámaras con sensor más pequeño.

 

 

Compresión de planos, perspectiva y distancia focal

En fotografía y vídeo lo que hacemos es representar una escena real en un plano de 2 dimensiones. La representación de escenas tridimensionales en una imagen plana recibe el nombre de perspectiva. La palabra perspectiva también se suele asociar o se suele utilizar como sinónimo de ‘punto de vista‘.

La perspectiva nos da sólo una información parcial de la escena (ya que hemos perdido una de las dimensiones). Cuando vemos una imagen el cerebro interpreta la perspectiva y construye una representación a su manera de cómo sería la escena real, la distancia entre elementos, profundidad, etc.

La compresión de planos que se suele relacionar con los teleobjetivos y la distorsión geométrica que se suele asociar con los objetivos angulares son en realidad efectos de la perspectiva.

Cualquier objetivo, sea cual sea su distancia focal, comprimirá los planos o exagerará su separación dependiendo de la distancia a la que se encuentren los objetos de la escena con respecto a la cámara.

La compresión de planos no depende de la distancia focal, sólo de la distancia entre la cámara y los elementos de la escena.

Es una cuestión de geometría, no hace falta una cámara para comprobarlo, se puede comprobar con papel y lápiz.

Imagina una escena con un elemento principal (el protagonista) y una serie de elementos secundarios colocados en el fondo, a cierta distancia.

Vamos a proyectar esos elementos sobre un plano, utilizando unas reglas de construcción de imágenes similares a la de cualquier cámara. La única diferencia es que en este ejemplo, para simplificar, vamos a imaginar que el lienzo está delante de nuestros ojos (según miramos hacia la escena) mientras que en una cámara el ‘lienzo’ sería el sensor y estaría al otro lado del foco del objetivo.

 

Compresión de planos, distancia focal y perspectiva

 

Como ves, no cambiamos ni el tamaño del plano de imagen ni el ángulo de visión. Lo único que cambiamos es la distancia entre el plano de imagen y la escena.

Cada una de las proyecciones A, B y C corresponderían con tres imágenes diferentes que obtendríamos con nuestra cámara, usando en los tres casos el mismo objetivo (con la misma distancia focal)

Y si te fijas, cada una de esas imágenes tiene una perspectiva diferente, es decir, hace una representación diferente de la misma escena tridimensional.

Cuando nos acercamos mucho a los elementos de la escena la perspectiva exagera las proporciones y la sensación de profundidad (separación entre el objeto principal y el fondo)

Cuando nos alejamos mucho, la perspectiva tiene el efecto contrario: las proporciones se igualan y la sensación es que la escena tiene mucha menos profundidad. Este efecto se conoce como compresión de planos.

 

En la práctica, lo que queremos es un determinado encuadre y un determinado estilo o efecto.

Por ejemplo, si queremos para retrato un encuadre cerrado (medio cuerpo, sólo cara…) y utilizamos un objetivo angular sabemos que la cara saldrá distorsionada (nariz grande, orejas pequeñas…)

En el caso de los teleobjetivos solemos usarlos para fotografiar elementos lejanos. Esos elementos junto con el fondo y los elementos intermedios de la escena aparecerán con menor profundidad y con tamaños  (compresión de planos)

 

Conclusión: en la práctica, aunque esos efectos están relacionados con la perspectiva, para la mayoría de las situaciones se puede asumir que los objetivos angulares aportan esa sensación de profundidad, de separación de planos, mientras que los teleobjetivos aportan esa sensación de compresión de planos.

 

 

¿Qué tiene que ver la distancia focal con la etiqueta ‘zoom’ que aparece en algunas cámaras? ¿Y con los aumentos de unos prismáticos?

En primer lugar hay que decir que zoom es el proceso de acercar o alejar (hacer zoom), la acción de cambiar la distancia focal de un objetivo. No indica cuánto ‘aumento’ o cuanto alcance tiene un objetivo. Hablar de zoom sólo tiene sentido en objetivos de focal variable.

Las cámaras compactas y compactas súper zoom normalmente muestran el rango, la relación entre la focal más larga que ofrece el objetivo y la más corta. Es simplemente una etiqueta de marketing.

Por ejemplo en una compacta con un zoom 24x, ese valor nos indica que la focal más larga es 24 veces la focal más corta. Entonces si la distancia focal más pequeña es 25mm, la focal más larga sería: 25 x 24 = 600mm.

Las cámaras compactas con sensor pequeño suelen indicar las distancias focales equivalentes, con el factor de recorte aplicado, para que podamos comparar fácilmente con respecto a objetivos de cámaras réflex, siempre referenciados a la película o sensor de 35mm. Pero las focales reales de sus objetivos son mucho más cortas, para el ejemplo que hemos visto anteriormente (25-625mm) se trata de una cámara real con un factor de recorte de 5.55, así que las distancias focales reales serían: 4.5-108mm

Como ves, el valor de zoom no nos dice gran cosa, sólo nos da un poco idea de que ese objetivo abarca un rango focal más o menos grande. En general los valores de zoom (x10, x20…) sólo se utilizan en cámaras compactas.

Los objetivos de las cámaras réflex y sin espejo indican la focal real (la mínima y la máxima en el caso de objetivos de focal variable). Ejemplos:

  • 18-55mm
  • 150-600mm

 

En los prismáticos es diferente. Los prismáticos se caracterizan por los ‘aumentos’. Por ejemplo unos prismáticos 10×50 (o simplemente 10x, ya que el segundo valor es la apertura) tienen una capacidad de magnificación de 10, es decir, aumentan 10 veces un objeto lejano con respecto a su tamaño a simple vista.

El funcionamiento de los prismáticos es algo distinto a las cámaras, ya que tienen dos grupos ópticos principales: el que correspondería con el objetivo de una cámara y el que constituye el ocular. No hay relación directa entre los aumentos de unos prismáticos y la distancia focal del objetivo de una cámara.

Hay una regla empírica que toma como referencia el objetivo de 50mm (en película o sensor de 35mm) y lo hace corresponder con 1x. Entonces un 10x se correspondería aproximadamente con un 500mm. Pero es sólo una aproximación.

 

 

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