Funcionamiento del obturador en una cámara réflex

El obturador de una cámara réflex es una compleja obra de ingeniería que resuelve más problemas de los que a priori podríamos imaginar. Crear un dispositivo que se abra y se cierre para dejar pasar la luz es algo que puede parecer sencillo, pero a medida que vamos pensando en los posibles inconvenientes que pueden aparecer durante su fase de diseño nos vamos a dar cuenta de que no es algo tan simple como podríamos suponer en un principio.

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Ya sabemos que el diafragma del objetivo es el encargado de regular la cantidad de luz que llega al sensor mediante su apertura; mientras que el obturador será el que regulará el tiempo durante el cual la luz alcanza al sensor. Un tiempo que en ocasiones será bastante largo (del orden de segundos) y que en otras durará menos de una milésima de segundo.

Precisamente, de esa necesaria rapidez viene uno de los primeros inconvenientes a la hora de diseñar un obturador: si queremos tiempos de disparo muy breves necesitamos que el obturador se mueva realmente rápido, por lo que éste ha de ser muy ligero para que tenga la mínima inercia posible.

Los obturadores, en general, se fabrican en materiales como la fibra de carbono, el aluminio, el kevlar… de tal modo que si nos ahorran una décima de gramo estaremos ganando en prestaciones a la hora de disparar a toda velocidad. Sin embargo, no vamos a poder hacer fotografías a velocidades de obturación realmente elevadas ni siquiera fabricándolo con los materiales más ligeros porque no dejaría de ser un dispositivo mecánico que se ha de desplazar en dos direcciones en un movimiento de vaivén. Para comprender mejor la problemática asociada, vamos a, imaginar el caso de un obturador que tarde apenas una milésima de segundo en bajar y otra en subir (pensad en una persiana, pues el concepto sería similar).

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Si subimos y bajamos esa “persiana”, nos vamos a encontrar con que la parte inferior del sensor va a estar expuesta dos milésimas de segundo más que la parte superior (vamos a imaginar que el obturador primero sube para exponer el sensor y luego baja). Si nuestra fotografía precisa de una exposición de, por ejemplo, dos segundos, la parte inferior del sensor va a estar expuesta a la luz un total de 2002 milésimas y la superior 2000; no habría excesivo problema, aunque ya existiría una pequeña modificación en la luminosidad de la fotografía por la diferencia de tiempos.

Sin embargo, si nos vamos al caso de una toma con un tiempo de exposición de sólo media milésima de segundo (1/2000) vamos a tener el problema de que la parte inferior del sensor va a estar expuesta durante 2,5 milésimas de segundo y la parte superior durante sólo esa media milésima, lo que daría lugar a una fotografía que gradualmente estará cinco veces más clara en la parte inferior que en la superior.

Para solventar esto, lo que se hace es emplear obturadores consistentes en dos cortinillas (una cortinilla es una lámina muy delgada de los materiales que os comentaba antes), de tal modo que ambas realizan su recorrido en la misma dirección: en reposo hay una primera cortinilla tapando el sensor y una segunda escondida por encima de él. En el momento de presionar el disparador, cae la primera cortinilla exponiendo el sensor, y una vez transcurrido el tiempo de exposición necesario baja la segunda a la misma velocidad que la primera quedándose delante del sensor y volviendo a impedir la llega de la luz a su superficie, pasando en ese momento a grabar los datos de la fotografía en el buffer de la cámara y posteriormente en la tarjeta de memoria.

Si volvemos a nuestros dos ejemplos anteriores veréis que en el caso de la exposición larga primero cae una cortinilla y tras un par de segundos cae la segunda; sin más. En el caso de la fotografía realizada a alta velocidad, las dos cortinillas irán “persiguiéndose” de tal modo que van a ir exponiendo todos los puntos del sensor exactamente durante media milésima de segundo mediante la banda luminosa creada por las dos cortinillas del obturador.

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Exposición lenta en la que las cortinillas se mueven por orden

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Exposición rápida en la que ambas cortinillas bajan "persiguiéndose"

En cualquier caso, una vez terminado el proceso las cortinillas vuelven a su lugar original dejando la cámara preparada para un nuevo disparo. Si recordáis el principio básico de funcionamiento de una cámara réflex, os comentaré que cuando disparamos en ráfaga la exposición del sensor se produce durante el tiempo que el espejo está levantado y que cuando éste baja es cuando las cortinillas vuelven a su posición original (os recomiendo ver el vídeo grabado con cámara hiperlenta para apreciar todo el proceso con detalle).

Solventado lo de la velocidad de exposición tenemos un nuevo problema: el flash. Si en una fotografía disparada a alta velocidad empleáramos el flash, puesto que su destello es brevísimo se estamparía una franja luminosa en el sensor durante la bajada de las cortinillas del obturador. Para evitar este problema, se suele limitar la velocidad de disparo de la cámara al emplear el flash de tal modo que por encima de la cual se impida su uso. En el caso de mi D40 (la réflex digital más básica del catálogo de Nikon) esa velocidad límite es de 1/500; y es curioso, porque en el resto de modelos esta velocidad no va más allá de 1/200 o 1/250 en el mejor de los casos. A esa velocidad (o inferiores) habrá un momento durante el cual todo el sensor estará expuesto a la luz, que será el aprovechado por el flash para dispararse, quedando la fotografía uniformemente iluminada.

De todos modos, y como norma general, este límite de velocidad se aplica a los flashes integrados en la cámara, pues con los externos de tipo profesional existen “trucos” para emplearlos a cualquier velocidad sin problemas (los más de 400 euros que cuesta un Nikon SB-900 están más que justificados porque sus prestaciones y las posibilidades creativas que da son impresionantes). No obstante, hablaremos un poco más de los flashes y una de sus principales aplicaciones prácticas.

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Flash SB-900 montado en una Nikon D700 ¡Es enorme!

Evidentemente esta explicación es un poco “para andar por casa”, ya que hay más parámetros y más factores que influyen en el diseño del obturador de una cámara réflex (además, aparte del método de las cortinillas también se suelen emplear medios electrónicos para controlar el tiempo de exposición); pero para hacernos una idea de los conceptos más importantes que condicionan su funcionamiento creo que es suficiente.

Me encantan estos problemas a los que los ingenieros se enfrentan a la hora de diseñar cualquier cosa y que siempre resuelven con brillantez. Y es que, en mi opinión, el desarrollo de la mentalidad necesaria para salir de este tipo de atolladeros es lo que se debería potenciar en las escuelas técnicas por encima de complejos teoremas que nunca se utilizan o kilométricas fórmulas matemáticas.

* Todos los artículos de este tipo en https://luipermom.wordpress.com/fotografia

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Cómo funciona una cámara réflex

Desde que comencé esta serie de artículos técnicos sobre el mundo de la fotografía me he centrado sobre todo en cámaras réflex. Es cierto que los conceptos universales de la fotografía como la profundidad de campo o la apertura son aplicables a cualquier tipo de cámara, pero en cualquier caso creo que el mejor modo de aprender a fotografiar lo que nos rodea es empleando una réflex porque nos va a permitir controlar absolutamente todos los parámetros que dan lugar a la imagen final.

Nikon D40 + Nikkor 50mm 1.8D

UN POCO DE HISTORIA

Tal vez alguien se puede estar preguntando a estas alturas qué es una cámara réflex, ya que es un término que he escrito decenas de veces hasta ahora pero que nunca me he encargado de definir. Pues bien, para poneros un poco en antecedentes, os comentaré que a las cámaras réflex también se les denomina con las siglas SLR de “Single Lens Reflex”, que significa cámara réflex de un sólo objetivo. Esto las distingue de las cámaras de la primera mitad del siglo XX que contaban con dos objetivos idénticos (uno para componer la imagen y otro para realizar la fotografía como tal) denominadas “Twin Lens Reflex” o sencillamente TLR. Un ejemplo mítico de estas cámaras de dos objetivos son las Rolleiflex, que hoy en día son auténticas piezas de coleccionismo.

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Pero centrándonos en lo que nos interesa, que son las cámaras réflex tal y como las conocemos hoy en día, esta denominación proviene de que este tipo de cámaras poseen un espejo móvil interno que refleja la luz que entra por el objetivo llevándola al visor o al sensor según si estamos componiendo la imagen o disparando la fotografía propiamente dicha. Y poco importa la marca de la cámara, pues este principio de funcionamiento es prácticamente igual para todas las que hay disponibles en el mercado desde que en el año 1959 Nikon sacó su modelo F al tiempo que Canon hacía lo propio con la Canonflex; señal de que es un método fiable y bastante optimizado (si los ingenieros no lo mejoran es porque sencillamente no se puede hacer a un coste razonable).

Como podéis ver, el concepto réflex no nace con las cámaras digitales, sino que proviene de la época del carrete. En las réflex digitales lo único que se ha hecho es sustituir el negativo sobre el que se impresionaba la imagen por un sensor capaz de captar la luz que llega hasta su superficie; pero la estructura y funcionamiento de las cámaras sigue siendo tan similar que, por lo general, podemos seguir empleando los objetivos que teníamos de nuestras antiguas réflex analógicas (siempre que sea entre componentes de la  misma marca, claro).

DIAGRAMA DE FUNCIONAMIENTO

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Diagrama extraído de Wikipedia.org

Partes del sistema:

1. Conjunto de lentes del objetivo

2. Espejo abatible colocado a 45º si estamos componiendo la imagen y que sube a la hora de disparar

3. Obturador que se abre durante el tiempo de exposición de la fotografía

4. Sensor (o película en caso de cámaras analógicas)

5. Pantalla de enfoque en la que aparecen los diversos indicadores que vemos en el visor

6. Lente encargada de disminuir el tamaño de la imagen para adaptarla al visor

7. Pentaprisma (o pentaespejo) que refleja en sus caras la imagen que viene del espejo para llevarla al visor

8. Visor por el que miramos para componer la fotografía

PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO

Como os decía, el pilar básico de una cámara réflex es el espejo que bascula a la hora de disparar la fotografía y que será el encargado de “marcar” uno de los dos caminos que puede seguir la luz en el interior de la cámara. La luz entra en todo momento por el objetivo de la cámara, pero mientras no estemos tomando la imagen, el espejo que está delante del obturador tendrá una inclinación de 45º que desviará la imagen al pentaprisma y posteriormente al visor donde ponemos el ojo para componer la imagen (es el camino de color amarillo mostrado en el diagrama). En dicho visor también tendremos una serie de indicadores visuales que nos darán la velocidad de exposición, el punto de enfoque, la apertura…

A la hora de tomar la fotografía, el espejo se levanta (por lo tanto dejará de haber imagen en el visor) y deja pasar la luz hasta el sensor de la cámara. En todo caso, la luz tomará uno de estos dos caminos, pero nunca los dos al mismo tiempo. Eso sí, me gustaría dejar claro que todo esto que os comento está pensado para las réflex “clásicas”, pues hoy en día los modelos que están apareciendo en el mercado incorporan la función live view, que consiste en que podemos emplear la pantalla de la cámara para componer la fotografía como si de una compacta se tratara. De ese tema hablaremos otro día, ¿OK?  😉

Las dos siguientes imágenes (extraídas de www.dpreview.com) ilustran la montura de una Nikon D700 sin ningún objetivo. En el primer caso se puede ver el espejo de la cámara y en el segundo el sensor mientras se está tomando la fotografía (el espejo está levantado y lo que entra por el objetivo se proyectaría sobre el sensor como os mostré en una entrada reciente). Por lo tanto, la primera imagen corresponde a la composición de la fotografía porque estaremos viendo a través del objetivo mediante el visor gracias a que el espejo “manda hacia arriba” la imagen y la segunda corresponde a la captura de la fotografía propiamente dicha, pues el espejo está levantado y la luz llega directamente hasta el sensor.

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EL PROCESO VISTO EN MOVIMIENTO

Durante el preciso instante en el que realizamos la fotografía, en apenas unas milésimas de segundo ocurre un “baile” en el interior de la cámara consistente en que el espejo sube hasta ponerse horizontal, el diafragma del objetivo se cierra a la apertura seleccionada, el obturador se abre exponiendo el sensor a la luz, se vuelve a cerrar una vez transcurrido el tiempo de exposición, se abre de nuevo a tope el diafragma y finalmente el espejo vuelve a su posición inicial.

Como veis, son un montón de movimientos que se realizan en apenas una fracción de segundo (el vídeo de ejemplo está ralentizado más de cien veces con respecto a la velocidad real) y que dan una idea de la complejidad de diseño de una cámara de este tipo; especialmente cuando se trata de modelos de alta gama en las que podemos disparar en ráfaga a una velocidad de 11 imágenes por segundo (en el siguiente vídeo tenéis una Nikon D3 disparando a dicha velocidad con un sonido que se asemeja al de una ametralladora).

Y ya está; el principio básico de funcionamiento de las cámaras réflex no es más que lo que os he explicado en estos párrafos. Obviamente hay muchos más factores que los ingenieros han de diseñar como el sistema de enfoque, el mecanismo del obturador, la medición de la luz… Una serie de temas sobre los que iremos hablando a lo largo del tiempo.

En todo caso, si he sabido explicarme de tal modo que os haya quedado claro cuál es el principio de funcionamiento de una cámara réflex (que a su vez es la principal diferencia con respecto a otros tipos de cámaras) habré logrado lo que me había propuesto en esta entrada. Ya habrá tiempo de profundizar en otros temas complementarios como los que os comentaba hace un momento, que el verano es muy largo  😉

* Todos los artículos de este tipo en https://luipermom.wordpress.com/fotografia