¿Cómo funcionan las lentes zoom de apertura constante?

Probablemente la primer decepción que lleva el lente kit 18-55mm es lo poco luminoso que es. No me malinterpreten, es una lente excelente para comenzar cualquier carrera fotográfica. Pero a la hora de tomar fotografías de noche o en situaciones lumínicas adversas, esta lente muestra su lado flaco. Una apertura de f/3,5 es muy pobre en esas situaciones y al extender el zoom al máximo sucede algo curioso: ¡la apertura se reduce aun más! A los 18mm tiene una apertura de f/3,5 (que en comparación no parece tan mal al final) y a los 55mm es de f/5,6. ¿Como puede ser que no se mantenga de manera constante la apertura? ¡Si la apertura del diafragma permanece con el mismo tamaño! Haz tu mismo la prueba: dispara a f/3,5 y a f/5,6 mirando a las palas del diafragma y veras que no hay cambio en su tamaño. Es más, ¡ni siquiera se ven las palas!; a esa apertura el diafragma no entra en acción.
Pero no todo es el lente kit y hay lentes ahí afuera que tienen la capacidad de "hacer zoom" y aun así conservar la apertura configurada. Son las lentes de apertura constante y utilizan un pequeño truco para poder realizar su cambio en la longitud focal sin que la apertura sufra.
Primero que nada hay que entender que el numero f en realidad no esta definido por la apertura del diafragma, sino que en realidad es el resultado de una ecuación. Es por esto mismo que se escribe f/x, ya que su formula es f = distancia focal/diámetro de la apertura. En el articulo dedicado a este parámetro expliqué el asunto de esta manera:

Algo de matemática básica nos diría que una distancia focal de 50mm dividida por un diámetro de apertura de 17,86mm da 2,8 o f/2,8, como estamos acostumbrados a leerlo. Ya que acordarse de diámetros tan precisos es difícil, que ademas cambian dependiendo de la lente y la longitud focal, utilizar números f es mucho más sencillo ya que son constantes y compatibles con todas las lentes.

Aquí ya tenemos el primer indicio de porque cambia la apertura al desplazar el zoom. Ya que su longitud cambia, la formula da un resultado distinto y por lo tanto cuando se alarga la longitud focal el numero f da más alto.
Por otro lado, al mover el zoom de la lente pueden producirse dos tipos de movimientosdependiendo del modelo: algunas lentes mueven los cristales por delante de la apertura, mientras que otras mueven los lentes por detrás o una combinación de ambos.
Olvidemos este asunto un momento e imaginemos que estas viendo un anillo con una lupa. El anillo esta por sobre la mesa, parado y dejando ver que hay detrás de el. Colocas tu lupa justo detrás de este y comienzas a ver a través del anillo y la lupa. Por más que muevas tu mano para adelante o para atrás, el anillo sigue viéndose igual. Su tamaño aparente no cambia. Ahora haces la prueba al revés y colocas la lupa por frente de este. Al desplazar tu mano en un plano horizontal, el tamaño aparente del anillo se agranda y se achica. Imagina entonces que la lupa son los cristales de zoom y el anillo es el diafragma.

Volvamos entonces al asunto de la lente. Ya que si una lente mueve solo sus cristales frontales - aquellos por delante del diafragma - aumenta su longitud focal pero a la vez también hace aumentar el tamaño aparente del diafragma - el anillo en nuestra analogía - esta lente tendrá la capacidad de mantener su apertura constante. La formula cambia, ya que la longitud focal aumenta, pero al magnificar el tamaño del diafragma, la formula se equilibra manteniendo el numero f a lo largo de todo su zoom. Es por esto que al diafragma aparente se lo llama pupila de entrada: ya no son palas que bloquean o dejan pasar la luz; son la magnificación aparente de esas palas.
¿Y porque no todas las lentes mueven sus elementos frontales? Como siempre, por dinero. El diseño de una lente de apertura constante es más caro que el de una de apertura variable. ¿Vale la pena entonces invertir en una de estas lentes? Depende que estés fotografiando. Para el usuario amateur puede que no haga diferencia pero, por ejemplo, un fotógrafo de vida salvaje nocturna puede hacer un mundo de diferencia tener un zoom que por más que este en su máxima extensión siga otorgando la misma cantidad de luz al sensor.
Foto: Andy Welsher
Fuente: http://altfoto.com/2013/01/como-funcionan-las-lentes-zoom-de-apertura-constante