24 de mayo de 2017

Técnica fotográfica. La cámara estenopeica. Construcción. © Gabriel Díaz

Fecha última modificación: 21/05/2017
Fecha creación: 21/05/2017
Versión: 1.0

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En ella aparecen los asuntos tratados en los tutoriales técnicos que hasta hoy he creado, todos accesibles mediante enlaces, y los que se encuentran en fase de revisión para su pronta publicación.
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ÍNDICE DEL TUTORIAL

¿Cómo funciona una estenopeica?
Construcción de una cámara estenopeica
El Estenopo
Formas manuales para realizar el estenopo
La distancia focal. Su relación con el tamaño del estenopo
El ángulo de campo o de cobertura
Tablas de datos

¿Cómo funciona una estenopeica?

Una cámara estenopeica no utiliza sistemas ópticos basados en la refracción. El rayo de luz procedente del sujeto no es desviado de su trayectoria por ninguna lente, sino que sigue siempre una trayectoria recta desde el sujeto al plano de la película.

Dicha característica elimina los problemas derivados de los sistemas ópticos. En una cámara estenopeica todo aquello que esté dentro del campo de visión aparecerá enfocado, por lo que su profundidad de campo es infinita y su distancia mínima de enfoque cero, como podemos apreciar en la figura 1.

Además, puesto que no se producen efectos de refracción, las líneas rectas serán rectas estén donde estén respecto al centro del fotograma y formen el ángulo que formen con el plano de la película, con independencia de la longitud focal de la cámara.
Sabemos que cada punto del sujeto refleja la luz que recibe en forma de un haz que se extiende en todas direcciones. Lo que hace una cámara estenopeica es seleccionar un único rayo de ese haz, de forma que todos los demás son rechazados y sólo uno llega a la superficie sensible, formando un solo punto de imagen (figura 2).
Esto es una situación ideal, ya que las cámaras estenopeicas reales lo que hacen es restringir la anchura de dicho haz luminoso, de tal manera que lo que se forma sobre la película son pequeños círculos.

Construcción de una cámara estenopeica

Las posibilidades para construir manualmente una cámara estenopeica son prácticamente infinitas. Básicamente, las cámaras estenopeicas consisten en una caja oscura, en uno de cuyos lados se coloca un material sensible y en el lado opuesto un pequeño orificio.

Se pueden confeccionar a partir de elementos tan comunes como botes, cajas de zapatos, latas de galletas y de conservas..., cualquier recipiente estanco a la luz sirve como cámara. También se puede partir de una cámara a quitándole el sistema óptico, o construirlas desde el principio con un diseño propio.

Como material sensible es posible utilizar papeles fotográficos, cartuchos de película de formato comunes como 35 mm ó 120, película plana, etc.

Se aconseja usar cajas de metal con base circular o cuadrada (cajas de galletas, arroz, chocolate en polvo...), pues en la mayoría de los casos son totalmente estancas. Las de cartón suelen dar más problemas a la hora de conseguir que no entre ni un hilo de luz.

También conviene pintar el interior de nuestra cámara con pintura negra mate para evitar reflejos en las paredes interiores susceptibles de crear imágenes falsas.

Si deseamos un negativo con un formato determinado, cubrir un cierto ángulo de campo o utilizar un soporte Polaroid para hacer estenopeicas instantáneas, es posible que tengamos que construirnos la cámara a medida de nuestras necesidades empleando cartón pluma, madera, metal, etc.

Si partimos de una caja ya hecha los pasos para continuar su construcción serán los siguientes:

1.
Pintar su interior con negro mate
2.
Realiza un agujero centrado en una de sus caras y colocaremos sobre éste una lámina con el correspondiente orificio o estenopo
3.
Situar el material sensible en la cara opuesta a la del orificio construyendo algún soporte para la sujeción

Seguidamente, vamos a ver con detalle cada uno de los elementos y parámetros técnicos de nuestra cámara.

El Estenopo

Se conoce como estenopo al orificio encargado de restringir la entrada de luz. Es la parte fundamental de la estenopeica y su equivalente en una cámara fotográfica convencional sería el diafragma.

Del tamaño depende la calidad de la toma fotográfica, cuanto más pequeño sea más pequeño será el círculo de luz que forme sobre el material sensible. Podríamos pensar entonces que éste debería ser tan pequeño como fuera posible, pero a partir de cierto tamaño comienza a ser importante el fenómeno de la difracción (figura 3), que son desviaciones del rayo luminoso que se producen en los bordes del orificio y que cobran una mayor importancia con menores tamaños. 
Por ello se reducen los tamaños utilizables a un estrecho margen, en el cual el orificio es lo suficientemente pequeño como para que la formación de la imagen sea aceptable, y lo suficientemente grande como para que los fenómenos de difracción no disminuyan la calidad de imagen.

Este margen en el tamaño del estenopo variará con la distancia que hay desde él a la película (asimilable a la distancia focal en las cámaras convencionales).

La distancia focal. Su relación con el tamaño del estenopo

La distancia focal es la separación que hay desde el estenopo hasta el lado donde se sitúa el material sensible.

Abney y otros teóricos de la formación de imágenes dedujeron la fórmula que a continuación se muestra para calcular el estenopo permisiblemente más pequeño para una focal dada.

d = raíz cuadrada (0,0016 x f); con d = el diámetro del estenopo y f = la distancia focal

Aplicándola obtenemos el tamaño del estenopo (normalmente haremos los cálculos en milímetros).

Forma manuales para realizar el estenopo

Para hacer el agujero podemos utilizar agujas de coser sobre un material sea delgado a la vez que resistente, siendo aconsejable usar estaño o aluminio de poco gramaje. Una vez hecho conviene lijarlo y volver a pasar la aguja para que no quede rebaba, evitando así la difracción de la luz por los bordes rugosos.

A continuación se facilitan algunos números de agujas que se pueden encontrar en el mercado con su medida en milímetros correspondiente:

Nº 5 = 0,80 mm;   Nº 6 = 0,72 mm;   Nº 7 = 0,65 mm;  Nº 8 = 0,58 mm;  Nº 9 = 0,51 mm;  Nº10 = 0,46 mm;
Nº11 = 0,40 mm;  Nº12 = 0,35 mm;  Nº15 = 0,27 mm.

Independientemente del sistema de cálculo de Abney, muchos autores han propuesto tablas de tamaños así como sus propias fórmulas. Las más utilizadas, según recopilación de John Grepstad, son las siguientes:

a. Fórmula de Lord Rayleigh

d = 1,9 x raíz cuadrada(l  x  f); donde d = diámetro estenopo,  l = longitud de onda de la luz y f = distancia focal

Para la longitud de onda de la luz, se pueden utilizar distintos valores medios, pero normalmente se utiliza el valor de la luz amarilla ( 0,00055 mm).

b. Renner

Propone distintas fórmulas con la forma general:  r = raíz cuadrada (l x c x f); donde r = radio del estenopo, l = longitud de onda de la luz, c = constante (normalmente entre 0,5 y 1) y  f = longitud focal

c. Platt (1989)

Utiliza la siguiente fórmula: d² = f / k; donde d = diámetro estenopo, f = distancia focal y k = una constante (aprox. 1.300)

d. Dobson (1991)

Sugiere la siguiente fórmula. : d = raíz cuadrada (f) / 25; donde f = distancia focal

Más adelante se incluyen varias de las tablas para diferentes diámetros de estenopo. Los valores entre una y otra presentan pequeñas diferencias que, en términos generales, no afectarán ni a la resolución obtenida en la imagen ni a la medición de la luz.

El ángulo de campo o de cobertura

La distancia focal determina el ángulo de campo que va a cubrir nuestra cámara, y está directamente relacionada con el formato.

Si queremos construir una cámara de focal normal (que cubra unos 50 grados de ángulo de campo), la distancia focal (distancia entre pared de agujero y pared con material fotosensible) tiene que coincidir con la medida de la diagonal del formato.

Por ejemplo, si tenemos un negativo de 9 x 12 cm, hallaremos la diagonal como la raíz cuadrada de la suma de los lados al cuadrado (teorema de Pitágoras), obteniendo como resultado 15 cm. De ello resulta que:

-
Una caja de 15 cm de largo nos dará una cámara de distancia focal normal
-
Una de menos de 15 cm tendríamos una focal corta que cubriría un campo de más de 60 grados (efecto gran angular)
-
Una caja mayor de 15 cm cubriríamos un ángulo menor de 45 grados (teleobjetivo)

Evidentemente, es posible diseñar una cámara con distancia focal variable simplemente situando la emulsión sensible más cerca o más lejos del estenopo.
Si observamos el esquema de la figura 4, podemos calcular por trigonometría el ángulo de cobertura (φ), aplicando las fórmulas siguientes:

α = arco tangente ((L / 2) /  F); siendo L la anchura del material sensible y F la distancia entre los planos del estenopo y del material sensible

Y el ángulo de cobertura es, simplemente, el doble del anterior como también vemos en la figura 4:  φ = 2 x α.

De las fórmulas resulta que la distancia focal y el ángulo de campo son inversamente proporcionales, por lo que a mayor distancia le corresponde un menor ángulo de cobertura y viceversa. A visto de otro modo, a mayor  tamaño de soporte sensible mayor ángulo de cobertura.

Para un determinado sujeto se puede determinar el tamaño de la imagen que formará el estenopo con la siguiente relación:

S / I = A / B; donde S = tamaño del sujeto, I = tamaño de la imagen formada, A = distancia del sujeto al estenopo y B = distancia del estenopo al material fotosensible
Por otro lado, la zona donde se coloca el material sensible puede ser plana o cóncava. Si es plana y el ángulo de campo de la cámara es muy amplio la fotografía aparecerá viñeteada (bordes oscurecidos respecto a la parte central) como se aprecia en el ejemplo de la figura 5.

Tablas de datos

A continuación se muestran varias tablas de datos confeccionadas basadas en las experiencias de diferentes autores.

Tabla de Bogre (1988)
Longitud focal (mm)  
Diámetro estenopo (mm)
Nº f 
Factor de exposición a f/22 




50 
0.29 
f/174
63 x
75 
0.35 
f/213
94 x
100 
0.41 
f/246
125 x
125 
0.45 
f/275
157 x
150 
0.50 
f/203
188 x
200 
0.57 
f/348
250 x
250 
0.64 
f/389
313 x
300 
0.70 
f/426
376 x

Tabla de Platt (1989)
Longitud focal (mm)  
Diámetro estenopo (mm) 
Nº f 



130
0.33
380
210
0.40
500
260
0.46
550
320
0.50
650
420
0.58
690
550
0.66
800
650
0.74
930
750
0.79
960
1.000
0.91
1.120

Tabla de Holter (1990)
Longitud focal (mm)  
Diámetro estenopo (mm) 
Nº f 
Factor de exposición a f/16 




10
0.14
70
20
20
0.20
100
40
30
0.24
125
60
40
0.28
140
80
50
0.31
160
100
60
0.34
180
125
70
0.37
190
140
80
0.40
200
160
90
0.42
214
180
100
0.45
220
190
150
0.54
280
300
200
0.63
318
400
250
0.70
360
500 
300
0.78
380
560
350
0.84
418
700
400
0.89
450
800

Tabla de Fuller (1992)
Longitud focal (mm) 
Diámetro estenopo (mm) 
Nº f



50
0.26
200
75
0.32
220
100
0.45
240
150
0.55
270
200
0.63
320
250
0.71
350
300
0.77
390
350
0.83
420
400
0.89
450
500
1.00
500

© Gabriel Díaz.
Todos los derechos reservados sobre los textos e imágenes del presente documento, solo podrán ser utilizados con la autorización expresa de su autor

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