A lente fotográfica é o que cria a mágica óptica de trazer a imagem de um sujeito para foco no plano da imagem (sensor de imagem ou filme fotográfico na parte traseira da câmera). Ela refrata os raios de luz, condensa-os e os traz para foco. A lente fotográfica é responsável por toda a mágica que acontece dentro de uma câmera.
Mas você sabia que a lente fotográfica é na verdade o total de vários elementos ópticos trabalhando em tandem?
Tanto elementos de lente convexos quanto côncavos são usados na fabricação de lentes fotográficas por várias razões, incluindo redução de aberração e função de lentes teleobjetiva e zoom. Em sua forma mais simples, uma lente fotográfica seria feita por uma única lente convexa.
Um dos componentes-chave que compõem uma lente fotográfica (o tubo que estamos acostumados a ver) é o elemento de lente real, que refrata a luz e a converge ou diverge para formar uma imagem no plano da imagem. Lentes convexas convergem enquanto lentes côncavas divergem os raios de luz.
Existe uma conexão importante entre o olho humano e a câmera: ambos usam lente convexa para trazer objetos ao foco. Esse é o tema da nossa discussão hoje: se lentes fotográficas usam lente convexa ou côncava.
Antes de mergulhar, precisamos entender algo: raios de luz nem sempre viajam em linhas retas. Eles curvam quando saem de um meio como ar e entram em outro como água ou vidro. Isso é conhecido como Refração da Luz. É por isso que lentes fotográficas em seu design mais simples têm tantos problemas e precisam ser corrigidas para essas questões.
Lentes podem ser divididas em dois grandes grupos – Convexas e Côncavas. Cada uma tem suas propriedades. Ambas ajudam no funcionamento da lente fotográfica.
Lentes convexas são amplamente usadas em óculos de grau e lentes fotográficas. Tendem a ser mais grossas perto do centro da lente. Isso é o exato oposto das lentes côncavas.
Lentes convexas refratam a luz que passa por elas e a convergem em um ponto atrás da lente — toda a razão pela qual estas lentes são as mais procuradas para fabricação de lentes fotográficas.
Outro uso de lentes convexas é fabricar óculos para corrigir hipermetropia (vista cansada). É um problema onde o sujeito vê objetos próximos. A lente convexa ajuda a formar a imagem na retina do olho.
Como você leu na definição anterior, lentes côncavas são o exato oposto das convexas. Tendem a ser mais grossas nas bordas da armação. O propósito das lentes côncavas é refratar a luz para fora. Isso garante que os raios de luz "pareçam" se encontrar em um ponto à frente da lente.
Lentes côncavas também são usadas para fabricar óculos. Como a imagem é projetada para se encontrar à frente da lente, são usadas para corrigir miopia. Pessoas com miopia não conseguem formar a imagem na retina no fundo do olho. Estas lentes corrigem esse problema.
Tanto lentes convexas quanto côncavas são usadas na fabricação de lentes fotográficas. Vamos ver alguns exemplos.
Na forma mais simples, uma lente fotográfica seria feita por uma única lente convexa. Luz passando por essa lente convexa seria refratada.
Com lente convexa, a luz passa pela lente e é levemente curvada para dentro. Devido a este fenômeno, a imagem formada no plano da imagem fica de cabeça para baixo. Lembra como experimentamos com câmeras pinhole na aula de física? É o mesmo conceito.
Porém, este experimento simples raramente é usado na vida real porque uma única lente esférica convexa é incapaz de produzir imagem perfeitamente focada no plano da imagem.
Por quê?
Porque a luz viajando da borda da lente converge em ponto focal diferente da luz viajando do centro da lente. Sim, isso acontece por causa da curvatura da lente esférica convexa e às vezes depende da qualidade da lente que pode ter índices de refração diferentes em pontos diferentes.
O resultado é conhecido como aberração esférica.
De qualquer forma, isso precisa ser corrigido na fotografia senão a imagem parecerá estranha. E para corrigir este problema, elementos de lente asféricos são usados.
Lentes teleobjetiva são um exemplo clássico de como múltiplas lentes convexas e côncavas são usadas para produzir uma lente óptica. Em lentes teleobjetiva, um elemento côncavo é colocado na frente. O trabalho desta lente é refratar a luz que passa pela lente. Este elemento côncavo é seguido por uma lente convexa. A lente convexa tornará os raios de luz paralelos. Em efeito, o objeto é ampliado.
Finalmente, há outro elemento de lente côncava na parte traseira. Este elemento condensa os raios de luz ampliados pelos dois primeiros elementos. O que você tem na mão é uma lente teleobjetiva simples.
O mesmo princípio é usado na fabricação de telescópios. Originalmente, este design simples foi usado por Galileu para fabricar o telescópio Galileano.
O acima é exemplo de lente teleobjetiva de distância focal fixa. Mas se você adicionar outro conjunto de lentes convexas e côncavas junto com um mecanismo que permita a distância entre os diferentes pares de lentes côncavas e convexas mover-se para frente e para trás dentro do barril, você terá uma lente teleobjetiva zoom.
Como o processo de fabricação é mais complicado, lentes teleobjetiva zoom custam muito mais. Engenheiros não só precisam ficar de olho no movimento preciso mas também na qualidade óptica.
Por outro lado, lentes teleobjetiva prime não têm mecanismo móvel interno, então engenheiros podem focar apenas em um aspecto: nitidez óptica. Por isso, lentes prime custam menos que zooms.
O uso de lentes convexas e côncavas é predominante na correção de aberrações cromáticas. Mas antes de entender como são corrigidas, vamos entender o que são.
Aberrações cromáticas acontecem pela incapacidade inerente de elementos de vidro de não conseguir focalizar precisamente todos os comprimentos de onda da luz no mesmo ponto focal.
A luz é composta por muitos comprimentos de onda (cores) diferentes. Quando a luz passa por um elemento de vidro como lente convexa, o vidro não consegue fazer muitos comprimentos de onda diferentes convergirem no mesmo ponto. Significa que alguns comprimentos de onda (cores) convergem na frente do plano da imagem enquanto outros convergem atrás do plano da imagem.
Por exemplo, luz vermelha, que tem comprimento de onda maior, converge atrás do ponto focal. Por outro lado, luz azul, que tem comprimento de onda menor, converge na frente do ponto focal.
O plano da imagem aqui refere-se ao sensor ou filme fotográfico onde a luz deve convergir e formar uma imagem.
No mundo fotográfico, este fenômeno é conhecido por vários nomes incluindo color-shifting e color bleeding, mas principalmente como aberrações cromáticas.
Para resolver este problema, lentes convexas e côncavas de diferentes índices de refração são usadas. Isso cancela o problema (todo o processo é conhecido como Correção de Aberração) e todas as ondas de luz convergem no mesmo plano da imagem e no mesmo ponto para imagem nítida sem bleeding de cor.
Assim como para resolver aberrações cromáticas lentes convexas e côncavas são unidas, para resolver o problema de aberrações esféricas, uma combinação de lentes côncavas e convexas é usada. Parece que lentes côncavas e convexas trabalham juntas em uma ampla variedade de situações na construção de uma lente fotográfica.
Lentes côncavas e convexas têm diferentes conjuntos de propriedades. Ainda assim, ambas são usadas na fabricação de lentes fotográficas. Em algumas lentes, você tem elementos convexos e côncavos emparelhados para corrigir diferentes tipos de aberrações e para permitir que uma lente dê zoom em objetos muito distantes.
Portanto, é difícil escolher qualquer um tipo de lente e dizer com confiança que este é o único tipo usado na construção de lentes fotográficas. Ambas são importantes na construção de lentes fotográficas e são frequentemente usadas como tal.
Para aprender mais sobre os vários tipos de lentes e como escolher uma lente de câmera para você, leia este guia detalhado para escolha de lentes de câmera.
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