El Rincón del Experto

Últimamente he estado pensando un poco en para qué demonios sirve el “bloqueo del espejo” y en que condiciones es de utilidad dicha funcionalidad. Tras buscar largamente en intenet me he tropezado con varios blogs que fundamentalmente resumían-copiaban un artículo muy interesante de Bob Atkins [ Mirror Lock Up - photo.net ] sobre el asunto. A su vez este artículo tenía un hilo de comentarios no muy frecuentado pero de varios años de duración con algunas aportaciones muy interesantes.

Como quiera que parece que no hay un conocimiento muy extendido y en algunos casos ni siquiera correcto del fenómeno que dio origen al diseño del bloqueo del espejo, me he decidido a escribir este articulito-entrada. En él pretendo resumir la información que he encontrado acerca del tema y hacer alguna pequeña aportación. Mi esperanza es que aquellos que alguna vez se han preguntado acerca de para qué sirve esa funcionalidad esotérica de sus cámaras llamada “bloqueo del espejo”, tengan un lugar donde encontrar respuesta a sus cuitas.

No debo dejar de advertir que mis conocimientos de fotografía en lo que se refiere al diseño y construcción de equipo son extremadamente limitados, de manera que existe una probabilidad bastante alta de que meta algún gazapo. Por ello pido en primer lugar indulgencia, y en segundo lugar toda la crítica (constructiva) posible para mejorar y corregir el artículo en la medida de lo posible

Por otro lado estoy seguro de que algunos de los potenciales lectores tienen aportaciones interesantes que hacer al tema. Comentad y trataré de incorporar los comentarios relevantes al cuerpo de la entrada.

Ahí vamos.

EL PROBLEMA

Cuando apretamos el disparador, el espejo que “conduce” la imagen formada por el objetivo al visor a través del pentaprisma tiene que desplazarse para permitir pasar la luz hacia la película o el sensor. Entre medias se encuentra con el obturador que, pasado un cierto intervalo de tiempo desde que el espejo se levanta, se abre y permite la exposición de la película o el sensor. Transcurrido el tiempo de exposición el obturador se cierra y el espejo vuelve a su sitio.

Tanto trajín dentro de nuestra cámara tiene sus consecuencias. En concreto levantar el espejo va a tener como consecuencia que la cámara se va a poner a vibrar como una loca. ¿Por qué? Voy a contestar a esta pregunta “a la gallega”, es decir, con otra pregunta: ¿qué pasa cuando una persona quieta en una pista de patinaje empuja a otra que está quieta a su lado? Pues algo que seguro que muchos lectores han experimentado: los dos salen despedidos en sentidos contrarios con velocidades que dependerán entre otras cosas de lo que pesen cada una de las personas. Si una de las personas es más grande que la otra saldrá despedida con una velocidad menor. Esto es lo que en física se conoce como conservación del momento lineal.

El caso del espejo dentro de la cámara es similar. Para permitir el paso de luz hacia el sensor el espejo ha de rotar dentro de la cámara adquiriendo un momento angular. Para que dicho momento angular se conserve el resto de la cámara rotará respecto al mismo eje con una velocidad de rotación mucho menor (puesto que el resto de la cámara es mucho mayor –tiene mayor momento de inercia en la jerga técnica– que el espejo). Ahora bien la cámara está sujeta, o en nuestras manos, o montada en un trípode. En el segundo caso la tendencia a rotar de la cámara tiene como consecuencia que las piezas a las que está sujeta (el plástico de la carcasa, el soporte del trípode o su rótula, los pies del trípode, etc.) sufran pequeñas deformaciones elásticas al oponerse al movimiento del cuerpo de la cámara que, inevitablemente, tienen como resultado que todo el sistema se ponga a oscilar.

LA CONSECUENCIAS

Una cámara oscilando (vibrando) cuando debiera estar perfectamente estable en el trípode no es precisamente una garantía de nitidez en las fotografías que hagamos. Claro, que cabe preguntarse cuánto van a afectar las vibraciones trepidando dichas fotografías. Podría suceder que las vibraciones fueran de tan baja amplitud (por ejemplo del orden del tamaño de una celda de nuestro sensor, o del orden del tamaño del grano en el caso de una película) que no notáramos sus efectos en absoluto. También podría suceder que la frecuencia de las oscilaciones fuera tan baja que su periodo (cuatro veces el tiempo que tarda la oscilación en pasar de su valor máximo a cero) fuera mucho mayor que el tiempo de apertura del obturador. En tal caso los efectos de las vibraciones al menos a velocidades moderadamente bajas tampoco serían apreciables.

Por desgracia para los que disfrutamos “afotando” el mundo, las pruebas empíricas parecen mostrar que nos encontramos con problemas tanto por que las amplitudes de las oscilaciones son significativamente altas, como por que los periodos de oscilación son del orden de los tiempos típicos de apertura del obturador cuando disparamos con trípode.

Lo primero no debiera sorprendernos dado que el tamaño característico de una celda de un CMOS como los que podemos encontrar en nuestras DSLRs es de entre 5 y 10 micras. Por ello oscilaciones de unas pocas centésimas de milímetro de amplitud (lo que a priori suena plausible) podrían afectar a algunas pocas celdas del sensor.

En el caso de la frecuencia contamos con los resultados de un experimento hecho por Bob Atkins y publicado en el boletín de George Lepp "Natural Image". En dicho experimento se midieron las oscilaciones de un haz láser reflejado en una cámara durante un disparo. Estas oscilaciones pueden verse en una interesante figura que representa la amplitud de la oscilación en función del tiempo, marcando en ella los instantes de tiempo relevantes (movimientos del espejo, y apertura y cierre del obturador). Esta figura es interesante porque nos permite obtener conclusiones acerca de cuándo va a ser importante el efecto de las oscilaciones. A continuación la reproduzco con algún añadido que más adelante explicaré.




En la figura se observa como la cámara empieza a oscilar desde el momento en el que se levanta el espejo. Al principio las oscilaciones parecen tener una componente de alta frecuencia que se atenúa rápidamente de manera que pasados 1/60 segundos desde que se abre el obturador sólo vemos una señal sinusoidal de 31Hz de frecuencia que se atenúa con el tiempo mucho más lentamente.

Desafortunadamente en la gráfica no tenemos indicación de la escala en el eje de amplitud por lo que no podemos saber cómo de grandes eran las oscilaciones en el experimento.

EL MODELO

Está claro que si queremos sacar conclusiones relevantes del experimento para aplicar a nuestras fotografías con trípode tendremos que cuantificar modelizando de alguna manera lo que está sucediendo cuando levantamos el espejo y la cámara se pone a vibrar. Una forma sencilla de hacerlo es considerar que la oscilación tiene lugar a lo largo de un eje y que la amplitud de la vibración en dicho eje viene dada por una sinusoide amortiguada de forma exponencial. Para los que se acuerden de las matemáticas, sería posible expresar la amplitud en función del tiempo (t) de la siguiente manera A(t) = A0 sin(w·t) exp( -t / T ). En esta expresión w es igual a 2 · pi · u donde u es la frecuencia de las oscilaciones, y T es el tiempo de vida media de la oscilación, es decir, el tiempo en el que la amplitud de la oscilación se reduce al 37% de su valor máximo. Si tratamos de ajustar la señal medida en el experimento al sencillo modelo que acabamos de expresar vemos como (curva azul en la gráfica) obtenemos un ajuste razonablemente bueno cuando u = 31 Hz y T = 1/4 sg.

En su artículo, Bob Atkins señala con argumentos cualitativos que a la vista de la gráfica las velocidades de obturación a las que se sufriría el efecto de las vibraciones serían las comprendidas entre 1/60 y 1/4, algo no muy sorprendente a la vista de los valores que hemos obtenido para los parámetros que caracterizan nuestro modelo.

Ya que hemos hecho el pequeño esfuerzo de idear un modelo matemático vamos a tratar de obener resultados de él y tratar de justificar estos números propuestos por Atkins y que sin justificación aparente circulan por varios foros y webs en la internet. Para ello vamos a considerar un sencillo experimento mental. Supongamos que tenemos un haz de luz de sección igual a la de una célula de nuestro sensor. Consideremos ahora la función inversa de la propuesta en nuestro modelo de juguete y evitemos fijarnos en complicaciones técnicas como, por ejemplo, el hecho de que se trata de una función multivaluada. Si ahora suponemos que A0 (la amplitud máxima de oscilación según nuestro modelo) es del orden de N veces el tamaño de una celda del sensor, está claro que durante una vibración completa de la cámara cuando accionemos el disparador, el haz de luz que estamos considerando podrá llegar a exponer 2 · N + 1 celdas (la central más N celdas a cada lado a lo largo del eje de vibración)[1]. Si, haciendo uso de la función inversa, sumamos ahora el tiempo durante el cual el haz de luz incide sobre cada una de las celdas a lo largo del intervalo de apertura del obturador esto nos permitirá saber qué porcentaje del tiempo de exposición sirve para exponer cada una de esas 2 · N + 1 celdas. De esta manera podemos obtener información muy relevante como la distribución de la exposición a lo largo del eje de vibración en función de la velocidad de disparo.

A continuación muestro una figura en la que se representa dicha distribución expresada como un porcentaje de la exposición total cuando N = 5 celdas (vibraciones del orden de unas centésimas de milímetro de amplitud) para distintos valores de la velocidad. Como puede verse para valores “altos” de la velocidad (1/30 p.e.) la exposición se encuentra muy distribuida a la largo del eje de vibración. Para valores más bajos de la velocidad la exposición va creciendo progresivamente en la celda central, para ser significativamente grande (> 50%) para 1/2. Esto se encuentra en notable acuerdo con lo propuesto por Atkins en su artículo en el que menciona 1/4 como velocidad “segura” a partir de la cual el efecto de la vibración debida al movimiento del espejo deja de ser significativo.




Esto mismo podemos observarlo en la siguiente figura donde observamos directamente cómo varía el porcentaje de la exposición en cada celda (cuando N=5) en función de la velocidad. Podemos ver como en la celda central (curva azul) la exposición comienza a crecer significativamente a partir de1/2.




Por supuesto todos estos resultados son orientativos dado que, 1-desconocemos la amplitud real de las vibraciones de la cámara y 2-como menciona Atkins en su artículo el patrón de vibración depende de factores muy diversos y de difícil control. Sin embargo creo que, a pesar de todo, lo resultados son significativos y el hecho de plantear el modelo nos ha servido para entender por qué la disminución en la velocidad de disparo puede reducir el efecto de la vibración debida al movimiento del espejo, algo que, a priori, pudiera parecer poco intuitivo.

LAS SOLUCIONES

Bien. Hasta ahora lo único que hemos hecho es mostrar que cuando disparamos con trípode a velocidades moderadas podemos encontrarnos con ciertos problemas con la nitidez de nuestras imágenes debido a las vibraciones inducidas por el movimiento del espejo. Queda por contestar a la pregunta de ¿cómo podemos resolver este problema? Aquí es donde entra en juego el llamado “bloqueo del espejo” o MLU (de las siglas en ingles de “mirror lock-up”). ¿Y en qué consiste el MLU? Básicamente lo que nos permite el MLU es realizar los disparos en dos fases: 1-movimiento del espejo y 2- obturación, separadas entre sí por un intervalo de tiempo lo suficientemente grande para que las oscilaciones inducidas por el movimiento del espejo se amortigüen de manera que no trepiden nuestra fotografía.

En realidad cuando activamos el MLU de nuestras cámaras deberemos hacer dos disparos. En el primero lo único que conseguiremos será levantar el espejo. En el segundo disparo (que realizaremos pasado un intervalo de tiempo a nuestra elección) por fin abriremos y cerraremos el obturador exponiendo el sensor, tras lo cual el espejo volverá a su sitio. Ni que decir tiene que deberemos realizar ambos disparos con un disparador remoto.

El tiempo entre el primer y el segundo disparo queda indefinido y a la elección del “afotador” de turno, pero si nos fijamos en la gráfica de Atkins y en nuestro particular modelo en el que el tiempo de vida media de las oscilaciones era aproximadamente de un cuarto de segundo, podemos ver que al cabo de un segundo la amplitud de las oscilaciones se ha reducido hasta un 2% de su valor original y a los dos segundos es únicamente un 0,03% de dicho valor. Por tanto no parece que tenga mucho sentido estirar más allá de esos 2 segundos el tiempo transcurrido entre los dos disparos. Más aún cuando Canon nos advierte de la posibilidad de dañar las cortinillas del obturador en el caso de que una luz intensa incida sobre ellas mientras el espejo está levantado.

Alguien podrá preguntarse si existe alguna otra opción para evitar las vibraciones a parte del MLU… La verdad es que parece no haber gran cosa. Una posibilidad comentada por uno de los visitantes del artículo de Bob Atkins sería diseñar un mecanismo interno en las cámaras, a modo de giróscopo, que compensara la rotación del espejo. A pesar de la ventaja obvia de un sistema que no necesite ser activado o desactivado según demanda, la complejidad mecánica de dicho sistema y el probablemente sustancioso incremento en el coste de fabricación de tal añadido no parece que pueda hacerlo viable (aunque el autor del comentario sugiere que algunas Leica réflex pudieran tener este tipo de sistema). Otra opción, implementada en algunas cámaras, son los espejos semi-transparentes “de película” cuyo mayor problema es que se comen la luz (2/3 de apertura según Atkins en su artículo). Finalmente una posibilidad sería introducir entre cámara y trípode un elastómero que absorbiera las vibraciones con frecuencias en el rango de las provocadas por el movimiento del espejo, disminuyendo el tiempo de vida media de dichas vibraciones (algo parecido a los silentblocks de los motores de los coches). Quedaría por ver en tal caso cómo afectaría el añadido a la estabilidad del soporte en otras situaciones.

CONCLUSIONES

En este pequeño artículo hemos descrito el problema asociado a las vibraciones inducidas por el movimiento del espejo en cámaras réflex. Hemos cuantificado el efecto de dichas vibraciones mediante un sencillo modelo basándonos en los datos experimentales publicados en un artículo de Bob Atkins [ Mirror Lock Up - photo.net ] Se ha hallado buen acuerdo entre lo obtenido a partir del modelo y los observado. Hemos explicado en qué consiste el “bloqueo del espejo” o MLU y cómo dicha funcionalidad resuelve el problema de las vibraciones. Finalmente hemos discutido muy brevemente alguna alternativa al bloqueo del espejo.

[1] De hecho es esto lo que provoca la pérdida de nitidez en nuestras fotografías dado de que la luz que en ausencia de vibraciones expondría una única celda, por efecto de la vibración “reparte su exposición” entre varias.