L'ottica è una delle scienze più antiche e tuttavia per gli operatori televisivi la tecnologia delle ottiche per le telecamere che utilizzano quotidianamente molto spesso non è ben conosciuta. La formazione tecnica di operatori preposti alla generazione e gestione del segnale video normalmente è di origine elettronica, disciplina che poco ha a che fare con i concetti di base legati all'ottica e quanto correlato. L'atteggiamento comune degli operatori televisivi verso il primo dispositivo di input del loro sistema di acquisizione dell'immagine è il più delle volte  quello di un "atto di fede".

Si sente sovente disquisire di prestazioni mirabolanti di telecamere con risoluzione orizzontale incredibile o con sensibilità alla luce molto elevata, telecamere in grado di fornire prestazioni impensabili sino a pochi anni addietro ma mai mi è capitato di sentir discorrere circa  le prestazioni di una particolare ottica per quelle camere o il motivo per cui è stata scelta quell'ottica piuttosto che un'altra se non per motivi di costo.

Mi è capitato molte volte di osservare accoppiamenti ottica/camera del tutto inadeguati o il veder spendere un patrimonio per una camera broadcast di alte prestazioni dotandola poi di ottica di basso livello e poco costosa.

L'ottica di una telecamera è forse il dispositivo più importante del sistema di ripresa e quindi ad essa deve essere dedicata grande attenzione acquisendo se necessario il know how indispensabile a valutarla, sceglierla, gestirla e impiegarla al meglio.

Perché ottiche a zoom?

Normalmente su una camera broadcast indifferentemente per ENG o per uso in studio viene montata un'ottica a zoom. Perché? L'ovvia risposta è "perché è l'ottica più duttile" ma se questo è vero perché nella produzione cinematografica l'ottica a zoom viene montata raramente mentre normalmente si usano ottiche a focale fissa ? Esistono molte ragioni sia di origine tecnica che pratica che derivano da aspetti diversi dei due mezzi TV e film. Per capire meglio vediamo cosa si intende per "ottica a zoom".

Principi e struttura di ottiche a zoom per la televisione

Uno zoom è un'ottica di cui può essere cambiata la lunghezza focale in modo continuo senza perdere con questo la messa a fuoco. Il nome deriva dalla forte impressione visiva ne risulta , come se l'osservatore fosse proiettato in avanti. Come fa lo zoom ad avvicinare o allontanare un'immagine ? Ecco un semplice esempio: chi ha avuto in mano un obbiettivo sa che cambiando la distanza tra la lente e l'oggetto soggetto a ripresa la grandezza dell'immagine cambia. Cambia anche la posizione in cui si forma l'immagine e per questa ragione l'immagine deve essere rimessa a fuoco ogni volta che si sposta la posizione dell'ottica relativamente al soggetto a ripresa. Se vengono combinati insieme due obbiettivi ed essi vengono mossi in modo coordinato è possibile cambiare l'ingrandimento senza distruggere il fuoco. Questo tipo di configurazione con un gruppo di lenti convergenti e un gruppo di lenti divergenti viene utilizzato negli obbiettivi a zoom per il cinema nei formati 16-35-70 mm.;  queste ottiche hanno normalmente una piccola proporzione di zoom.

Gli obbiettivi a zoom utilizzati sulle telecamere broadcast sono più complessi ma il principio di base resta il medesimo : muovere una parte della lente per cambiare l'ingrandimento e muoverne un'altra per mantenere il fuoco.

Quindi uno zoom ha due parti in movimento: la parte che viene mossa per ingrandire l'immagine viene chiamata "variatore" e la parte che viene mossa per mantenere il fuoco è detta  "compensatore".

In posizione di "a tutto grandangolare" il variatore (gruppo divergente) viene spinto in avanti creando un obbiettivo del tipo "retrofocus". In posizione "a tutto teleobbiettivo" in variatore viene spinto indietro e la struttura dell'ottica diventa quella tipica di un teleobbiettivo. Per tenere le immagini nella stessa posizione al muoversi dei due gruppi di lenti i gruppi di lenti devono muoversi secondo una precisa curva determinata dalle leggi della geometria ottica.

I movimenti del variatore sono controllati da una "camme" che scorre in una guida elicoidale. La guida interna ha andamento lineare e la guida esterna ha andamento elicoidale e segue il movimento delle lenti. Quando la guida esterna viene mossa , il variatore e il compensatore seguono questo movimento così come si muove la guida curva. Se la camme curva non viene seguita con precisione si perderà il fuoco mentre si zoomma. Le guide e le camme vengono costruite con precisione micrometrica da macchine  controllo numerico. Un obbiettivo a zoom deve correggere anche le aberrazioni ottiche in modo che l'immagine risulti nitida durante la zoommata.

IL percorso dei raggi di luce attraverso una serie di lenti è sottoposto a variazioni complesse durante la zoommata. Per correggere queste aberrazioni in qualsiasi posizione si trovino i gruppi ottici dell'obbiettivo a zoom, l'aberrazione causata da ognuno dei gruppi di lenti deve essere minimizzata e l'aberrazione che non può essere corretta per ogni gruppo di lenti deve essere bilanciata con accuratezza in modo che un gruppo di lenti corregga l'aberrazione di un altro gruppo di lenti.  Per eliminare queste aberrazioni un obbiettivo progettato per la televisione utilizza molti più componenti che non un'ottica simile ma utilizzata per la cinematografia.

Progettare un'ottica a zoom richiede un grande studio del comportamento dei raggi luminosi e del loro percorso. Per fare questo si utilizzano potenti elaboratori e sofisticati programmi di simulazione. Esistono nel mondo pochissimi costruttori di lenti a zoom per la televisione ( 4 o 5) in possesso delle tecnologie e del know how in grado di generare queste ottiche estremamente sofisticate e di così alte prestazioni. Attualmente il costo di una telecamera broadcast è costituito per il 40% o 50% o anche più dal costo dell'ottica , se questa è di alte prestazioni.

Lo zoom con lo schema a variatore/compensatore, quello utilizzato in televisione, fu inve

ntato nel 1955 da un ingegnere ottico di Canon , il Sig. Yamaij, che diventò in seguito il presidente di Canon. Negli anni successivi il sistema fu perfezionato con l'aggiunta di altri gruppi di lenti con funzioni interdipendenti sino ad arrivare sino agli zoom per la televisione attuali che raggiungono valori di zoommata sino a 90x ovvero sino a 90 volte il valore della focale a tutto grandangolare (Per capirsi se a tutto grandangolare la focale è di 9 a tutto tele si raggiungerà una focale di 810).



Come zoommando si  cambia l'angolo di vista.

Dato che con uno zoom si cambia continuamente la lunghezza focale , l'obbiettivo cambia anche l'angolo di vista (l'angolo che la lente vede). Lo zoommare permette all'operatore di aggiustare la grandezza dell'immagine cambiando la composizione dell'immagine stessa e questo senza muovere la camera. Questa è una prestazione altamente efficace in particolare se la camera viene utilizzata in condizioni restrittive.  Più l'obbiettivo è a grandangolo e più ampio sarà l'angolo di vista e più piccola sarà la grandezza dell'immagine.

Un obbiettivo grandangolare è quindi adatto a riprese panoramiche e per situazioni in interni ove non è possibile allontanarsi dal soggetto. Uno zoom a grandangolo cattura sia il background che il foreground ( sia il davanti che il di dietro) contemporaneamente , fornendo una grande prestazione per profondità di campo (vedremo più meglio più avanti il concetto di profondità di campo). Un'ottica a teleobbiettivo a causa della sua maggiore lunghezza focale fornisce un'immagine più grande del soggetto a ripresa ma con angolo di vista più piccolo. Uno zoom in posizione di teleobbiettivo produce un'immagine piatta e senza grande profondità di campo. Questo viene chiamato "l'effetto di compressione dei teleobbiettivi".

La profondità di campo

Idealmente un soggetto su un piano piatto, perpendicolare all'asse ottico, viene focalizzato su un piano piatto dell'immagine. Se invece un soggetto possiede una sua profondità d'immagine esso apparirà essere a fuoco solo in una certa zona prima e dopo (davanti e dietro il soggetto) il punto in cui si è effettuato il fuoco. Se una immagine è fuori fuoco rispetto all'obbiettivo e di una certa quantità (il cerchio di confusione ammissibile) il "fuori fuoco" è inavvertibile e l'immagine apparirà nitida. Il "cerchio di confusione ammissibile" di un'ottica per la televisione può essere determinato approssimativamente partendo dalla lunghezza della linea di scansione del raster (raster = area del dispositivo di rilevazione = tubo o CCD. Per raster si intende anche uno schermo TV ).  La tabella seguente mostra questi valori.

Questi valori sono indicativi e sono influenzati dall'efficienza del sistema di ripresa , dal tipo di monitor su cui si osserva l'immagine e dalle condizioni in cui si osserva il monitor.

Tuttavia dalla tabella qui sopra appare evidente che più piccolo è il dispositivo di ripresa (CCD) è minore è il diametro del cerchio di confusione ammissibile. Questo significa che focalizzare con un sistema da 1" è più facile che focalizzare con un sistema da 1/2". Questo significa che per raggiungere la stessa precisione di focalizzazione il sistema a 1/2 pollice dovrà essere costruito con accuratezza maggiore. Al contempo la minor superficie sensibile alla luce del dispositivo da 1/2 pollice avrà come risultato quello di dover far lavorare l'ottica preposta a un diaframma più aperto introducendo più luce nel percorso ottico per ottenere l'immagine. Vedremo che più il diaframma di un'ottica è aperto e minore sarà la profondità di campo offerta dal sistema.

La zona davanti e dietro il piano sul quale il fuori fuoco è inferiore al cerchio di confusione ammissibile viene chiamata "profondità di campo". La profondità di campo è la zona nella quale il soggetto forma un'immagine che è compresa nella profondità di fuoco. Qualsiasi cosa compresa nella zona di profondità di campo apparirà nitida , "come se fosse a fuoco".

La profondità di campo ha le seguenti prestazioni:

• Un numero F più alto corrisponde a una maggiore profondità di campo. Ovvero meno luce entra nell'obbiettivo e maggiore sarà la profondità di campo. Per "F" si intende il diaframma al quale sta lavorando l'obbiettivo (F4, F5.6, F8, F11, ecc.).
   

• Obbiettivi con lunghezza focale corta (grandangolare) danno una profondità di campo maggiore rispetto ai teleobbiettivi.
   

• Più il soggetto è distante e maggiore sarà la profondità di campo.
   

• La profondità di campo è maggiore dietro al soggetto che non davanti.

L'apertura del diaframma a cui si lavora non si limita quindi a controllare la quantità di luce che entra nel sistema ottico ma regola anche la profondità di campo. Quando la profondità di campo diventa importante per le caratteristiche dell'immagine che si vuole creare sarà quindi indispensabile lavorare su: che ottica utilizzare e a quale focale, a che distanza mettersi dal soggetto a ripresa, a quale diaframma si avrà la profondità di campo voluta, quanta luce utilizzare e se il diaframma in funzione della profondità di campo farà entrare troppa luce o poca luce nel sistema ottico si dovranno impiegare filtri neutri di attenuazione o modificare la condizione di illuminazione. Difficile. No, i fotografi o i direttori della fotografia lo fanno tutti i giorni, meno di frequente gli operatori televisivi i quali sovente si dimenticano di quanto importante risulti la profondità di campo nella composizione dell'immagine arrivando persino a modificarne il significato o linguaggio. Ad esempio un viso in primo piano con background fuori fuoco avrà un significato diverso rispetto allo stesso primo piano ma con background a fuoco. Il gestire la profondità di campo per ottenere il sapore dell'immagine desiderato è una delle chiavi che consentono di ottenere immagini e contenuti di alta qualità.