Gli obiettivi fotografici

Schemi ottici

Il caso più semplice di obiettivo è costituito da un piccolo foro (detto anche foro stenopeico) che consente il passaggio della luce a formare un’immagine all’interno di una camera oscura. Rispetto al foro stenopeico, gli obiettivi a lenti permettono di concentrare la luce sul piano focale e sono progettati per diminuire le aberrazioni ottiche.

A migliorare ulteriormente la qualità degli obiettivi contribuisce lo sviluppo dei vetri ottici utilizzati, in particolare i vetri ad alto e altissimo indice di rifrazione e quelli dotati di particolari trattamenti antiriflesso che hanno lo scopo di diminuire la quantità di luce riflessa dalla lente e di aumentare quella rifratta. In un primo momento vennero introdotti i trattamenti antiriflesso semplici (single-coated) e in seguito vennero utilizzati i trattamenti antiriflesso multipli (multi-coated). Guardando dentro un obiettivo se questo è privo di trattamento si vedranno dei riflessi bianchi, se ha trattamento singolo dei riflessi blu-ambra, se ha trattamento multiplo dei riflessi blu-magenta. Tutti gli obiettivi oggi in produzione hanno trattamento multiplo.

Gli obiettivi moderni adottano anche lenti cosiddette ‘asferiche’, la cui curvatura non è una porzione di sfera. L’utilizzo di lenti asferiche aiuta a contenere difetti come l’aberrazione sferica.

Caratteristiche degli obiettivi

La lunghezza focale

Considerando gli obiettivi come una semplice lente, la distanza focale di questi è la misura espressa in millimetri che separa la lente dal piano focale. Essendo gli obiettivi composti da più gruppi di lenti, tale distanza non si misura da una lente in particolare all’interno degli stessi ma dal centro ottico dell’obiettivo che in genere si trova in prossimità del diaframma. In sostanza la distanza focale indica la distanza fra il centro ottico di un obiettivo e il piano su cui i soggetti allʼinfinito sono messi a fuoco.

Non è vero che al variare della focale corrisponde una diversa prospettiva. Per le regole di geometria la prospettiva non cambia se il punto di vista e lʼoggetto ripreso rimangono fissi, varia solamente se ci spostiamo dal punto di ripresa. Il variare della focale è una conseguenza del cambiamento di prospettiva, non la causa. Se ci spostiamo da un punto di ripresa arretrando, cambiamo la prospettiva e le dimensioni dell’oggetto che risulterà più piccolo all’interno del fotogramma, di conseguenza cambieremo anche la focale per ingrandire l’oggetto.

La lunghezza focale degli obiettivi è quel fattore che determina lʼangolo di campo della ripresa ma ciò dipende anche dalle dimensioni del supporto. Due obiettivi di focale uguale variano lʼangolo di campo ripreso in base alle dimensioni della superficie sensibile al quale sono destinati.

Viene definito obiettivo “Normale”, un obiettivo che ha come lunghezza focale la lunghezza approssimativa della diagonale del supporto fotosensibile usato. Per le fotocamere 35 mm con pellicola da 24×36 mm, lʼobiettivo normale è il 50 mm quindi per il formato 35 mm, prendendo come punto di riferimento la focale 50 mm (normale), gli obiettivi si differenziano fra grandangolari (focale minore) e teleobiettivi (focale maggiore).

Apertura o luminosità

L’apertura massima di un obiettivo è uguale alla lunghezza focale diviso il diametro della pupilla d’ingresso (la lente più esterna) dell’obiettivo, ovvero il rapporto focale massimo possibile per un determinato tipo di obiettivo. Minore è l’apertura massima, più luminoso sarà l’obiettivo, riuscendo quindi a far passare più luce ed impressionare la pellicola o il sensore in minor tempo. La quantità di luce che attraversa le lenti è regolata da un dispositivo chiamato diaframma, situato di solito all’interno dell’obiettivo. La sua dimensione determina la profondità di campo e di conseguenza quella di fuoco, la sua forma influisce sulla forma dello sfocato. Il valore di diaframma indicato sull’obiettivo è la massima apertura ottenibile, altre aperture sono possibili solo chiudendo il diaframma. Negli obiettivi fissi viene specificato un solo valore di apertura, ad esempio f/2.8. Sugli obiettivi zoom possono comparire due valori, il primo per la focale minore, il secondo per quella maggiore. Ad esempio, per uno zoom 35–135 mm f/3.5-4, il valore f/3.5 è ottenibile a 35 mm e si riduce a f/4 alla focale di 135 mm.

Angolo di campo

L’immagine formata dall’obiettivo su una superficie posta in corrispondenza del piano focale è di forma circolare ed è chiamata circolo di illuminazione, cerchio d’immagine o cerchio di copertura; al suo interno vi è un altro circolo detto di ‘buona definizione’, dove l’immagine può essere interpretata correttamente.

All’interno del circolo di buona definizione viene posto il materiale atto a raccogliere l’immagine. Questo materiale, generalmente di forma quadrangolare, può essere una pellicola o lastra fotografica, nonché un sensore elettronico. Ha una certa dimensione e l’angolo di campo viene misurato considerando la sua diagonale con la focalizzazione posta all’infinito. Varia quindi in funzione del formato del materiale sensibile e della lunghezza focale, è più ampio quando questa è corta e viceversa. Da notare che se ci si sposta dall’infinito, distanziando l’obiettivo dal piano focale, l’angolo di campo diminuisce.

Messa a fuoco

Per poter visualizzare nitidamente l’immagine si opera sulla messa a fuoco che consiste nel posizionare l’obiettivo a distanza opportuna tra il piano focale e l’oggetto fotografato. In alcuni obiettivi non vi è nessuna modifica alla propria lunghezza perché l’operazione è fatta con lo spostamento di uno o più gruppi ottici interni all’obiettivo stesso. Alcuni obiettivi macro, capaci di mettere a fuoco a distanze molto ridotte, utilizzano più gruppi interni indipendenti per garantire la massima definizione anche a distanze ridotte e sulle parti più esterne del fotogramma. L’operazione è svolta agendo su un’apposita ghiera posta sul barilotto dell’obiettivo. La messa a fuoco può essere di tipo manuale o automatico, utilizzando un motore posto all’interno della fotocamera o dell’obiettivo stesso. I moderni obiettivi motorizzati offrono una modalità ibrida: quando lavorano in autofocus è sufficiente impugnare la ghiera di messa a fuoco per passare in modalità manuale, consentendo di imbastire la messa a fuoco in automatico e di rifinire poi in manuale nel caso fosse necessario, senza dover attivare il selettore di modalità.

Tipi di obiettivo

A lenti

Sono formati da più di una lente perché solo così si riescono a correggere, parzialmente, le aberrazioni ottiche. Le lenti sono costruite con diversi tipi di vetro caratterizzati dal loro indice di rifrazione e dalla curvatura che può essere sferica o asferica. La curvatura delle superfici ne caratterizza la lunghezza focale che sarà positiva nel caso di convergenza e negativa nel caso di divergenza. L’uso di lenti diverse per tipo e lunghezza focale, positiva o negativa, permette le varie correzioni e ne definisce la lunghezza focale generale.

A specchi

Sono detti catadiottrici. Rispetto ai teleobiettivi hanno il vantaggio di un piccolo ingombro e di un basso peso. Oltre ai due specchi sono costruiti impiegando delle lenti a bassa curvatura per la correzione delle aberrazioni sferiche e come sostegno dello specchio secondario. A causa delle notevoli aberrazioni extra-assiali sono costruiti solo con lunghezze focali da 350 mm in su. A causa della sua conformazione ottica non è possibile introdurvi il diaframma. Inoltre la forma dello sfocato è un anello invece di un cerchio, sono meno luminosi rispetto agli obiettivi a lenti e l’immagine è in genere meno nitida ai bordi del fotogramma rispetto al centro.

Foro stenopeico

È un piccolo foro praticato in una lamina sottile di materiale opaco. Indicativamente il diametro del foro è di un terzo di millimetro. La luminosità è molto bassa ed è quindi impiegabile solo con oggetti statici e molto luminosi. È esente da quasi tutte le aberrazioni degli altri obiettivi e possiede una profondità di campo praticamente illimitata. La nitidezza pero’ e’ molto bassa e migliora diminuendo il diametro del foro, aumentando però la diffrazione che provoca degli aloni ai bordi.

Aggiuntivi ottici

Tubi di estensione

Usati per diminuire la distanza minima di messa a fuoco, utili in macrofotografia.
Sono dei complementi ottici da montarsi anteriormente o posteriormente agli obiettivi per cambiarne la lunghezza focale a discapito, però, di altre caratteristiche.

Tubi di prolunga

Sono dei cilindri senza lenti da montare tra la fotocamera e l’obiettivo consentendo un accorciamento della minima distanza di messa a fuoco. Utili in macrofotografia, sono disponibili in diverse altezze, l’unico difetto è il comportare una perdita di luminosità proporzionale alla dimensione del tubo.

Lenti addizionali

Vengono montate anteriormente all’ottica per fare in modo che la focalizzazione dell’oggetto avvenga a distanza ravvicinata ed avere un rapporto di riproduzione almeno di uno a uno. Sono dei sistemi ottici convergenti possibilmente acromatici. Diminuiscono la lunghezza focale dell’obiettivo su cui sono montati. La distanza col piano di messa a fuoco rimane invariata per cui non è più possibile la focalizzazione all’infinito ma solo a distanze molto ravvicinate.

Moltiplicatori di focale

Sono dei sistemi ottici divergenti montati posteriormente all’obiettivo e servono ad allungare la lunghezza focale. La distanza di messa a fuoco non cambia, ma diminuisce la luminosità originale in funzione del fattore di moltiplicazione. L’ingrandimento è comunemente di 1,4 o 2, da moltiplicare per la lunghezza focale dell’obiettivo. Vengono comunemente utilizzati per la fotografia naturalistica.

Obiettivo normale

È considerato normale l’obiettivo che ha l’angolo di campo simile a quello dell’occhio umano, con un angolo di campo compreso tra 43° e 45°. Estendendo la gamma anche ai grandangolari e teleobiettivi moderati, si possono considerare gli angoli tra 20° e 59°. Per convenzione si considerano normali gli obiettivi con lunghezza focale vicina alla diagonale del fotogramma. Per il formato fotografico più comune, detto 35mm, che ha il fotogramma di 24×36 mm, è considerato normale l’obiettivo da 50 mm di lunghezza focale anche se quello che si avvicina di più sarebbe il 43 mm.

Naturalmente nelle fotocamere digitali dove l’elemento sensibile è generalmente più piccolo del 24×36 l’obiettivo normale è più corto di 50 mm. Questa tipologia veniva anche chiamata standard, perché era l’obiettivo comunemente fornito a corredo delle fotocamere. Non essendo soggetti ad aberrazioni come i grandangolari e i tele, ed avendo gli schemi ottici collaudati e perfezionati sono economici e di buona qualità. La luminosità è sempre molto elevata, essendo nella norma valori di f/1.8 e f/1.4.

Grandangolo

Gli obiettivi con angolo di campo maggiore ovvero lunghezza focale minore del normale, sono detti grandangoli. L’angolo di campo passa da 60° a 80° per un grandangolare, per portarsi anche a 180° negli ultragrandangolari e fish-eye. Questi ultimi sono così chiamati perché a causa dell’angolo di campo estremamente esteso l’immagine risulta tonda, come se fosse catturata attraverso un occhio di pesce. Per il 24×36 mm il più classico è il 24 mm, ma sono comuni anche il 35 mm e il 28mm. I grandangolari spinti producono un’immagine molto deformata dovuta alla proiezione equidistante dei fasci luminosi sulla pellicola, fino ad arrivare alla formazione di un’immagine circolare. Il loro angolo di campo raggiunge i 180°. È possibile correggere la distorsione usando la proiezione rettilineare fino soltanto alla lunghezza focale di 12 mm.

I grandangolari restituiscono una prospettiva accentuata e sono soggetti alle distorsioni a barilotto, dove le linee cadenti ai bordi curvano vistosamente. Questo effetto tipico dei grandangolari permette una esaltazione del soggetto in primo piano, realizzando così interessanti effetti creativi.

Teleobiettivo o lungo fuoco

Gli obiettivi con angolo di campo minore ovvero lunghezza focale maggiore del normale sono detti teleobiettivi. L’angolo di campo varia tra i 20° fino a 5° o inferiori in casi estremi.

Sarebbe più giusto chiamarli lungo fuoco quando presentano uno schema ottico normale. Per le leggi dell’ottica la distanza tra il piano ottico e il piano di messa a fuoco all’infinito è uguale alla lunghezza focale allungandosi ulteriormente per focalizzazioni a brevi distanze. Quindi un 500 mm diverrebbe lungo oltre mezzo metro con scarsa maneggiabilità e sbilanciamenti nell’impiego pratico soprattutto con uso a mano libera. Per ovviare a questi inconvenienti è stato adottato lo schema ottico a teleobiettivo. Consiste in un gruppo ottico anteriore convergente e in un gruppo posteriore leggermente divergente, è possibile che vi siano ulteriori gruppi centrali. Questa focale provoca un evidente ingrandimento del soggetto e produce una forte compressione del campo, ovvero avvicina gli oggetti riducendo apparentemente le distanze.

Uso di obiettivi con differenti formati di sensore

Il sensore di una fotocamera digitale ha generalmente dimensioni inferiori a quelle della pellicola 35 mm (24 x 36 mm). A causa di questa differenza l’angolo di campo dell’obiettivo cambia. Il calcolo della conversione è un rapporto tra le diagonali dei due formati e serve a chi è abituato al formato 35 mm per avere un riscontro immediato dell’ottica utilizzata o utilizzabile.

Ad esempio, se montiamo un 50 mm (normale) su una reflex digitale APS-C, otteniamo l’angolo di campo di un obiettivo 75 mm (medio tele), ma da notare bene, non diventa un 75 mm, ne assume solo l’angolo di campo ma resta un 50 mm. In genere (ma dipende dalla grandezza del sensore) il fattore di conversione è 1,5x (Nikon DX) mentre sulle fotocamere Canon EF-S è di 1,6x.

Specializzazioni

Alcuni generi fotografici come la fotografia architettonica e la ritrattistica richiedono obiettivi con caratteristiche particolari.

Nella fotografia architettonica, per eliminare le linee cadenti causate dalla necessità di puntare in alto l’obiettivo per inquadrare un edificio, sono stati progettati degli obiettivi definiti decentrabili (o basculanti), che possiedono un circolo di buona definizione superiore al normale.

Nel ritratto è utile esaltare il volto o la figura umana dallo sfondo e questo si ottiene normalmente riducendo la profondità di campo, ovvero aprendo il diaframma. Sono anche disponibili filtri fotografici soft focus che realizzano l’effetto di diffusione sulle alte luci. Sempre per il ritratto esistono lenti che permettono di sfocare ciò che è davanti o dietro (a scelta) rispetto al piano focale, il sistema permette lo spostamento di alcune lenti variando l’aberrazione sferica e non la messa a fuoco provocando un aumento della sfocatura mantenendo invariata la nididezza del soggetto a fuoco (se però la variazione del sistema defocus supera il valore di diaframma impostato sulla lente la foto risulterà completamente intaccata nella nitidezza dando vita ad un effetto “soft focus”) questo tipo di lente è abbastanza costoso per via della complessità ottica e dei movimenti micrometrici del defocus control.

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