O sensor converte luz em sinal, mas é a lente que forma a imagem sobre ele. Antes de qualquer fotossítio entrar em ação, a lente decide o que entra no quadro e quanta luz chega — duas funções governadas por duas propriedades: a distância focal e a abertura. Este artigo trata dessas duas e de suas consequências diretas. Como a distância focal interage com o tamanho do sensor (a questão deixada em aberto em Sensor de imagem), o que ela faz — e não faz — com a perspectiva, e como a abertura controla simultaneamente luz e profundidade de campo. O tempo de exposição fica para Obturador, e a combinação de abertura, obturador e ganho num único ajuste, para Exposição.
Distância focal e ângulo de visão
A distância focal é a distância entre o centro óptico da lente e o sensor quando o foco está no infinito, medida em milímetros. Seu efeito visível é determinar o ângulo de visão: quanto da cena cabe no quadro. Distâncias focais curtas produzem um ângulo amplo (grande angular); distâncias focais longas, um ângulo estreito que aproxima e amplia o assunto (teleobjetiva).
A geometria explica por quê: as bordas do sensor, vistas a partir do centro óptico, definem um cone que se abre para a cena. Quanto mais longe o sensor está da lente — distância focal maior —, mais estreito esse cone, e menos da cena cabe nele. É a mesma câmera; o que muda é o ângulo, e com ele a ampliação aparente do assunto.
A distância focal depende do sensor
Há uma sutileza que o diagrama acima já contém: o ângulo de visão não depende só da distância focal, mas também do tamanho do sensor, pois são as bordas do sensor que definem o cone. A mesma lente de 50 mm projeta o mesmo círculo de imagem, mas um sensor grande recorta dele um ângulo amplo, enquanto um sensor pequeno recorta apenas a porção central — um ângulo mais estreito, como se a imagem tivesse sido "aproximada".
Por isso uma distância focal não tem um ângulo de visão fixo: 50 mm é uma lente "normal" em um sensor de determinado tamanho, torna-se uma teleobjetiva moderada em um sensor menor e uma grande angular em um sensor maior. É a origem do conceito de distância focal equivalente, que traduz uma lente para o ângulo que ela daria em um tamanho de sensor de referência, justamente para permitir comparações. A questão deixada em aberto em Sensor de imagem — o efeito do tamanho do sensor sobre o enquadramento — resolve-se aqui: enquadramento é distância focal e tamanho do sensor, nunca uma só das duas.
Abertura: o número f
A abertura é a abertura ajustável (o diafragma) que regula quanta luz atravessa a lente. Seu tamanho é expresso pelo número f, e a definição é o ponto que desfaz a maior parte da confusão sobre o tema: o número f é a distância focal dividida pelo diâmetro da pupila de entrada. f/2 significa que esse diâmetro equivale à distância focal dividida por dois.
Por ser uma razão, o número f cresce quando a abertura diminui: f/1.4 é uma abertura grande e f/16, pequena. A escala padrão — f/1.4, f/2, f/2.8, f/4, f/5.6, f/8, f/11, f/16 — não é aleatória: cada passo multiplica o número f por √2, o que reduz o diâmetro por √2 e, como a área de um círculo cresce com o quadrado do diâmetro, corta a área pela metade. Cada passo, portanto, divide a luz que entra por dois — é exatamente um stop, a mesma unidade da Faixa dinâmica. A escala aparentemente estranha é apenas a progressão que dobra ou divide pela metade a luz a cada degrau.
Os dois efeitos da abertura
A abertura governa duas coisas ao mesmo tempo, e é importante não reduzi-la a uma delas.
A primeira é a quantidade de luz, já descrita: abrir um stop dobra a luz, fechar um stop a divide pela metade. Esse é o papel da abertura na exposição, retomado em Exposição junto aos demais fatores.
A segunda é a profundidade de campo: a faixa de distâncias que aparece em foco aceitável. Aberturas grandes (número f pequeno) produzem profundidade de campo rasa — apenas um plano nítido, com o fundo dissolvido —, ao passo que aberturas pequenas mantêm mais da cena em foco. É a resposta à pendência deixada em Sensor de imagem: a profundidade de campo é, antes de tudo, consequência da abertura, embora também dependa da distância focal, da distância ao assunto e do tamanho do sensor. O desfoque do fundo, frequentemente buscado como assinatura "profissional", é um efeito óptico da abertura, não uma medida de qualidade.
Anamórfico: a distância focal que difere por eixo
Vale fechar aqui o gancho deixado em Proporção de tela. Uma lente anamórfica comprime a imagem horizontalmente, de modo que seu ângulo de visão é mais largo na horizontal do que na vertical — na prática, uma distância focal efetiva diferente em cada eixo. A imagem é gravada espremida e descomprimida depois, exatamente o princípio de pixels não quadrados descrito naquele artigo, só que resolvido pela óptica da lente. Os detalhes do anamorfismo como propriedade da imagem ficam lá; aqui interessa que ele é, fisicamente, uma manipulação da distância focal por eixo.
O que a lente não é
A distância focal não define o enquadramento sozinha
Repetindo o ponto por sua importância: uma distância focal só corresponde a um ângulo de visão dado um tamanho de sensor. Falar em "lente de 35 mm" como se fosse intrinsecamente grande angular ou normal é omitir metade da equação. Sem o tamanho do sensor, a distância focal em milímetros não determina o quanto da cena cabe no quadro.
A distância focal não controla a perspectiva
Esta é a confusão mais persistente da óptica. A perspectiva — o tamanho relativo entre objetos próximos e distantes, a sensação de "compressão" das teleobjetivas — não depende da distância focal, e sim da distância entre a câmera e o assunto. Trocar de lente sem se mover apenas recorta ou amplia a mesma perspectiva; é o ato de se afastar (para usar uma teleobjetiva) ou aproximar (para usar uma grande angular) que altera as relações de tamanho. Como, na prática, mudamos a lente e a distância ao mesmo tempo, a compressão é creditada à lente — mas ela pertence à posição da câmera. Distância focal enquadra; distância encena.
O número f não é uma medida de tamanho físico
O número f é uma razão, não um diâmetro. É por isso que f/2.8 deixa passar a mesma densidade de luz em qualquer lente, curta ou longa: uma teleobjetiva a f/2.8 tem uma pupila fisicamente enorme, e uma grande angular a f/2.8, uma pupila pequena, mas ambas entregam a mesma exposição, porque o número f já normaliza o diâmetro pela distância focal. Tratar f/2.8 como um tamanho de abertura, e não como uma proporção, é perder justamente o que torna a escala universal entre lentes.