optical pupil
La pupila óptica es un concepto clave para entender cómo se forma la imagen en un objetivo fotográfico. Aunque no es visible a simple vista, su papel es fundamental en la determinación de la exposición, el ángulo de visión y el comportamiento de la luz dentro del sistema óptico.
En términos simples, la pupila óptica es la imagen de la abertura del diafragma que se ve a través de las lentes del objetivo. Se divide en dos: la pupila de entrada, que se ve desde el frente del objetivo, y la pupila de salida, que se ve desde atrás, desde el lado del sensor o la película.
El tamaño aparente de estas pupilas no siempre coincide con el tamaño real del diafragma, porque depende del efecto de magnificación (o reducción) producido por las lentes situadas delante o detrás del diafragma.
Pupila de entrada y pupila de salida.
La pupila de entrada es la imagen del diafragma vista desde el objeto, es decir, desde el exterior del objetivo. Su tamaño determina el número f efectivo del sistema, que es clave para calcular la exposición correcta. En cambio, la pupila de salida es la imagen del diafragma vista desde el plano imagen (el sensor o la película). Es esencial en el diseño óptico porque determina el ángulo con el que los rayos emergen hacia el plano imagen.
En sistemas simétricos simples, como los antiguos objetivos de doble Gauss, ambas pupilas tienen un tamaño similar. Pero en sistemas complejos —como los zooms o los teleobjetivos— la diferencia puede ser considerable, y su estudio es vital para evitar viñeteo, aberraciones ópticas o pérdidas de luminosidad en los bordes.
Por ejemplo, en un teleobjetivo de 300 mm f/2.8, la pupila de entrada puede estar muy atrás en el sistema óptico, lo que permite un diámetro frontal más pequeño del que se esperaría solo por geometría.
Implicaciones prácticas de la pupila óptica.
La pupila óptica afecta directamente a:
- El ángulo de campo: porque determina qué rayos pueden entrar o salir del sistema.
- El viñeteado mecánico: si algún elemento del objetivo obstruye la visión de la pupila desde el plano imagen.
- La posición del iris: cambiar la posición física del diafragma afecta las pupilas y, por tanto, el rendimiento del objetivo.
- La fotometría TTL en réflex: que mide la luz a través de la pupila de entrada real, no del diafragma nominal.
- El diseño de sistemas telecéntricos: necesarios en ciertos sensores digitales, que exigen que la pupila de salida esté en el infinito.
Además, las relaciones de ampliación en macrofotografía modifican el número f efectivo debido al cambio en la posición de la pupila de entrada con respecto al plano imagen. Aquí se introduce la fórmula:
N_efectivo = N × (1 + M)
donde N es el número f nominal y M la magnificación.
Apéndice: formulación óptica y relación con otros conceptos.
En óptica física, la pupila de entrada está relacionada con la función de transferencia de modulación (MTF) y con la resolución límite del sistema. Su tamaño y forma afectan la función de pupila en el plano de Fourier del sistema óptico.
También está conectada con el cono de luz que llega al sensor, con impacto directo en el comportamiento de microlentes en sensores digitales y en la sensibilidad a la luz incidente oblicua. Por eso, los objetivos digitales actuales tienden a ser retrofocales y diseñados para que la pupila de salida esté más lejos, lo cual reduce la incidencia oblicua.
Bibliografía.
Rudolf Kingslake – A History of the Photographic Lens, Academic Press
Rudolf Kingslake – Applied Optics and Optical Engineering
Peter Elson – Photographic Optics
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