Mantendo o foco!

Uma boa fotografia é aquela que registra de maneira bem definida o objeto escolhido. A imagem deve estar nítida, pelo menos a do objeto que desejamos registrar. Isto quer dizer entre outras coisas que o assunto a ser fotografado deve estar bem focado. Mas o que significa estar focado?

Vamos voltar para a nossa conhecida câmara pinhole. Tinhamos visto que o melhor é trabalhar com um furo pequeno (mas não muito pequeno) e menor  distância do furo ao filme. Se afastarmos o filme do furo, a imagem começa a ficar borrada, mesmo com um furo pequeno.  Mas não podemos trazer o filme muito próximo do furo. No caso extremo de ficar grudado, apenas a região do furo ficaria com algum registro de imagem e os objetos próximos não caberiam completamente na imagem. Na figura abaixo (com um furo exagerado) ilustramos como os raios de luz representado pelas linhas verde e vermelha,  ficam cada vez mais separadas quando o filme é afastado do furo. O filme localizado no plano A tem uma nitidez maior do que se o filme fôr colocado no plano B.

Diferentes posições do filme, produz nitidez diferentes na câmara pinhole.

 Quanto mais distante do furo, mais borrada fica a imagem, mas perto demais não conseguimos registrar objetos próximos.  Então, se ficar o bicho come se correr o bicho pega!  Como resolver este problema? Aqui entram as lentes!  Uma lente construída de maneira adequada faz com que os raios de luz sejam desviados de tal forma que em um dado ponto, os raios de luz se encontrem. Depois deste ponto os raios de luz continuam seu caminho e divergem uma da outra.  Este tipo de lente é conhecida como lente convergente. Mas existem lentes que fazem o oposto, que não conseguem fazer com que os raios de luz se encontrem em algum ponto. Este tipo de lente é conhecida como lente divergente.   

Exemplos de lente convergente (parte superior) e lente divergente (parte inferior). 

Na figura anterior, temos um lente convergente e outra divergente e um feixe de luz paralelo incide da esquerda para a direita. No caso da convergente, podemos ver claramanete que os raios inicialmente paralelos, se encontram em um ponto  após atravessar a lente.  Mas ao continuar seu caminho, os raios de luz a partir do ponto de encontro, começam a divergir.  No caso da lente na parte inferior, após atravessar a lente, os raios de luz divergem. Uma lente convergente pode se comportar também como uma lente divergente, dependendo da localização do objeto a ser observado, mas uma lente divergente é sempre divergente.

Em uma objetiva são combinadas diversos tipos de lentes, o número e o tipo de lentes utilizadas, dependendo do uso planejado para  objetiva. Mas no final, o comportamento deve ser de uma lente convergente, caso contrário não será possível registrar a imagem em um sensor - utilizaremos o termo sensor, para indicar seja um filme ou um sensor eletrônico. 

Mas vamos voltar a nosso caso de fotografia. A posição que uma imagem forma (sempre invertida) em uma lente convergente depende da posição do objeto a ser observado.  A figura abaixo ilustra este fato para o caso de uma única lente convergente.

Uma desenho esquemático de uma lente convergente.

O diagram representa a técnica do traçado de raios (ray tracing), que representa o caminho da luz simplesmente como uma linha (o raio). Estes técnica de traçado de raio obedece regras bem simples para descrever o caminho da luz ao passar pela lente (ao passar por qualquer objeto transparente que seja homogêneo e também para casos de reflexão em espelhos), sendo muito útil no estudo da ótica. Existem certas condições que devem ser satisfeitas para podermos utilizar a técnica de traçado de raios,  mas não vamos no momento entrar em seus detalhes. Mas basicamente, para qualquer ponto do objeto, consideramos dois raios de luz saindo do mesmo, e atingindo a lente. Usualmente escolhemos um caminho paralelo ao eixo ótico (uma linha imaginária que é perpendicular a lente) e outro passando pelo centro da lente (normalmente para uma lente homogênea,  localizado no centro geométrico da lente). O raio que passa pelo centro, não sofre nenhum desvio. O outro ao passar pela lente, tem a sua direção desviada de forma a passar por um ponto denominado ponto focal da lente, localizado no eixo ótico da lente. É no   encontro destes dois raios de luz que forma a imagem do ponto original.  Repetindo este procedimento para todos os pontos do objeto inicial, conseguimos determinar a localização e a orientação da imagem.

A posição do objeto determina como será a imagem formada por uma lente divergente. Quando estamos muito próximos, não existe formação de uma imagem no sensor (existe a formação de uma imagem, mas dizemos que ela é virtual, pois  não tem como ser registrado em um sensor. Mas podemos ver uma imagem virtual, pois o nosso olho funciona como uma lente convergente.). Ao afastarmos da lente,  a imagem continua sendo virtual. Mas a partir de uma certa distância, a lente começa a funcionar como uma lente convergente, formando uma imagem que denominamos real (se colocarmos um sensor nesta posição, será registrado a imagem do objeto).  Continuando a afastar o objeto da lente, a imagem começa a se aproximar da lente. A menor distância que a imagem é formada da lente, ocorre quando a distância do objeto é muito grande (tecnicamente mais do que "grande distância",  pois o objeto deve estar no infinito ). Neste caso a distância da lente para a posição da imagem nos fornece a distância focal da lente.

Correndo o risco de espantar diversos leitores, vou colocar uma equação que relaciona a posição do objeto (representado pela letra p) , a posição da imagem (representado pela letra i) e a distância focal (representado pela letra f) e que vale para lentes finas (lentes sujas espessuras são muito pequenas em relação ao comprimento e/ou altura). Esta equação é simplesmente:

Para quem usa óculos, o termo "grau da lente" (dioptria) é exatamente o valor do inverso do foco, com a distância focal expressa em metros.  Para lentes convergentes a distância focal é sempre positiva e nas lentes divergentes a distância focal é sempre negativa. Quando o objeto está muito distante da lente o valor de p é muito grande , de forma que 1/p se torna muito pequeno, praticamente zero. Nestas condições obtemos i=f, que expressa o que dissemos anteriormente. É importante ressaltar que a imagem sempre é formada no plano focal, que não é a mesma coisa que a distância focal f. Quando "ajustamos o foco" em uma câmara fotográfica, não modificamos a distância focal da objetiva, mas afastamos ou aproximamos  o conjunto das lentes da objetiva do sensor.

Uma câmara fotográfica, tem naturalmente uma espessura e a objetiva também. Assim, é claro que a imagem real deve ser  formada  dentro da câmara, para que possa ser registrada. O sensor fica localizada no plano focal ideal da câmara. Para que a imagem fique bem definida, ela deve ser formada no plano focal ideal.  Bem, não precisa ser exatamente no plano focal ideal, pode ser um pouco antes ou um pouco depois, mas depois vamos falar sobre isso. A grosso modo o que define a menor distância que um objeto pode estar da câmara fotográfica é a distância focal. Uma objetiva de 50 mm pode fotografar  objetos mais próximos do que uma objetiva de 300mm.

Então, quando se ajusta o foco na câmara fotográfica, estamos regulando a objetiva para que a imagem do que estamos querendo fotografar fique no plano focal ideal.  Dependendo da situação , objetos localizados em diferentes distâncias podem ser focadas.

Todos objetos na foto estão em foco.

Mas nem sempre é desejável ou possível focar todos os objetos em uma única foto. No exemplo a seguir , o foco ficou em diferentes objetos (no caso os pássaros). Cada pássaro está l em diferentes distâncias, logo possuem planos focais distintos. No lado esquerdo o foco foi ajustado para que o plano focal do primeiro pássaro fosse coincidente com o plano focal ideal, e no segundo  foi escolhido o segundo pássaro.

Dois planos focais diferentes. 

Na foto da esquerda o que chama a atenção é o primeiro pássaro e na foto da direita o pássaro branco.  Assim, apesar das duas fotos terem sido obtidas quase na mesma situação, a variação na região nítica (em foco), nos permite chamar a atenção para diferentes objetos da mesma cena.

Mas o que faz com que em uma foto conseguimos  focar objetos separados por grandes distâncias (como na foto da praia)  e em outras (como no caso dos pássaros) isto não seja possível (ou desejado)?   O que foi feito para permitir esta diferença? Este será o tema de um  dos próximos texto (para quem estiver curioso, é a variação na  a abertura / f-stop da câmara).

E por fim, algumas fotos ficam interessantes mesmo quando todos as imagens estão fora de foco, mas são situações bem específicas. Assim, sempre é bom "manter o foco" na (ou da) imagem.