¿Qué es la difracción de la lente?
Fotografía para principiantes
Los fotógrafos utilizan aperturas pequeñas para obtener una gran profundidad de campo . Pero una apertura más pequeña causa algunos problemas, como la difracción de la lente.
La difracción de la lente hace que una fotografía pierda nitidez en aperturas pequeñas. Entonces, ¿qué podemos hacer con la difracción de la lente? ¡Sigue leyendo para descubrirlo y conseguir la máxima nitidez en tus imágenes!
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¿Qué es la difracción?
La difracción es un fenómeno físico que afecta a todo tipo de ondas. Puedes observarlo en líquidos, ondas de sonido y luz. Lo encuentras todo el tiempo, incluso si no te llama la atención.
Cuando las olas encuentran una barrera en su camino, su comportamiento cambia. La barrera puede ser una rendija o puede ser un solo objeto.
Aquí, estamos observando el ejemplo de la rendija. (Lo aplicará más tarde a la abertura de apertura de su cámara).
El comienzo de la curva de las olas. Dependiendo del tamaño de la rendija en comparación con la longitud de onda, esta curvatura puede variar en tamaño. Si la rendija es ancha, no hay mucho.
Si la apertura es comparable a la longitud de onda, la difracción se producirá a una escala relativa mucho mayor.
Modelamos este cambio de comportamiento como si se crearan nuevas ondas en la línea de la rendija. A lo largo de esta línea, las nuevas olas comienzan a extenderse en diferentes direcciones. El grado de esto varía, dependiendo del tamaño de la rendija.
La idea de las ondas que se propagan circularmente y su explicación física se denomina principio de Huygens.
Las ondas luego interfieren, lo que resulta en diferencias en la fuerza de las ondas. Se cancelan entre sí en algunos lugares mientras se suman en otros.
Si observamos estas adiciones y cancelaciones a lo largo de una línea paralela a la rendija, obtenemos un patrón. En el medio, hay una suma de olas muy fuerte.
Luego, hay repetidas adiciones y cancelaciones, disminuyendo en amplitud hacia el exterior. Esto continúa hasta que el patrón se vuelve indistinguible.
El ejemplo más espectacular es la difracción en el agua .
Hecha un vistazo a la imagen de abajo.
Puede ver una hendidura, comparable en tamaño a la longitud de onda del agua. La difracción es muy notable. Observamos la fuerza de las olas en la larga línea morada.
Son más intensos en el medio, frente a la rendija misma. Sigue una caída de cancelación de onda. Luego, gradualmente hacia las orillas del río, el nivel de interferencia disminuye.
Este patrón, que se muestra en naranja, se llama el patrón Airy .
Difracción de la luz
El ejemplo del agua es bidimensional. Pero la difracción también ocurre en situaciones tridimensionales. Para nosotros, los fotógrafos, lo que importa es la difracción de la luz.
Cuando la luz atraviesa una rendija, se difracta. En fotografía, el tamaño de la rendija de apertura es mucho mayor que la longitud de onda de la luz. Esto se aplica incluso en configuraciones estrechas, como f/32.
Por lo tanto, la luz no se dobla demasiado, pero aún puede causar problemas.
Los píxeles de las cámaras modernas son diminutos. De hecho, son tan pequeños que su tamaño suele ser solo una magnitud mayor que la longitud de onda de la luz visible.
Esto implica que aunque la luz no se difracte mucho, los efectos son notables.
Volveremos a los números exactos, pero primero, veamos qué sucede cuando la luz pasa a través de una rendija.
En este ejemplo , se proyectó un láser rojo sobre un sensor a través de una apertura de 90 micrómetros.
Tenga en cuenta que 90 micrómetros es mucho más pequeño que lo que encontraría en cualquier lente. Este tamaño ayuda a visualizar mejor el efecto. En una lente de 50 mm, sería una apertura de f/550.
Puedes ver el patrón de Airy, pero en este caso es bidimensional. La parte más fuerte está en el medio: las ondas se suman allí. Los pares de cancelaciones y sumas son órdenes; hay 27 de ellos a continuación.
Este patrón bidimensional de Airy se llama disco de Airy.
¿Cómo afecta la difracción de la lente a tu fotografía?
La difracción afecta la fotografía cotidiana.
Dependiendo de la distancia entre píxeles del sensor de la cámara , la difracción de la lente puede limitar la resolución de la imagen.
A menudo causa problemas en f-stop altos. En algunos dispositivos, por ejemplo, cámaras compactas de muchos megapíxeles, puede comenzar a verlo en f-stops tan bajos como f/3.5.
A medida que detiene la lente, los efectos de la difracción de la lente se vuelven más y más evidentes.
La difracción limita la resolución. No importa cuán bueno sea su lente, siempre es cierto. El alcance de esto se da en esta fórmula (simplificada):
p = (1,22 λ A) / 2
Aquí, p es el paso de píxel más pequeño que puede recibir información a nivel de píxel de la lente. λ es la longitud de onda de la luz entrante y A es el f/stop.
Calculemos con la cámara del iPhone XR. Tiene un sensor de 12MP, con un pixel pitch de 1,3 micrómetros. Tiene una apertura fija de f/1.8.
La longitud de onda de la luz visible es de aproximadamente 0,5 µm.
p = (1,22 * 0,5 µm * 1,8) / 2
La p resultante es 1,1 µm .
Si dos objetos están más cerca uno del otro en el sensor que p , se mezclarán. No se pueden resolver, sin importar qué tan apretados estén los píxeles.
Lo que esto significa es que el iPhone XR (con su paso de píxel de 1,3 µm) está muy cerca de tener una difracción limitada.
Entonces, incluso si la lente es ópticamente perfecta, libre de aberraciones, está en su punto máximo. No puede acomodar píxeles más pequeños.
Toma otro ejemplo.
En f/16, la p resultante es de 7,3 µm. Esto significa que las cámaras con un tamaño de píxel en torno a este valor solo se ven afectadas por la difracción por encima de f/16.
Por lo tanto, el 5D original con su paso de píxeles de 8 µm solo tiene difracción limitada después de f/16.
Esto coincide con mis experiencias. Cuando uso la Canon 5D original, tiendo a salirme con la mía incluso con f/16 sin que disminuya la nitidez. En las cámaras 5D MkIII y MkIV , es más como f/11 y f/9.
Mire esta ilustración que tomé con la Canon 5D MkIV y el lente macro Canon 100mm f/2.8L IS . Ambas tomas están perfectamente enfocadas; el ablandamiento se debe a la difracción de la lente.
Encontrar la apertura más nítida
Probablemente haya aprendido que cuanto más baje la lente, más nítida será la imagen que obtendrá. Y puede que te sorprenda que este principio sea parcialmente erróneo.
La verdad está en algún lugar en el medio, en todos los aspectos.
Si los usa completamente abiertos, las lentes sufren aberración esférica y posibles problemas de diseño. Su nitidez aparente es menor debido a la menor profundidad de campo .
Si los detiene demasiado, se ven afectados por la difracción.
En las lentes DSLR y sin espejo , encontrará que las aperturas más nítidas suelen ser de 2 a 3 pasos más altas que la apertura máxima.
En el objetivo Canon 50mm f/1.8 II (a menudo llamado ingenioso cincuenta), es de alrededor de f/4. Mi objetivo Canon 24 mm f/1.4 no se vuelve más nítido más allá de f/2.8.
Prueba tu lente para conocer su comportamiento en diferentes aperturas.
Profundidad de campo y difracción de la lente
Tenga en cuenta que es posible que desee utilizar aperturas estrechas en determinadas situaciones.
Si necesita mantener la mayor parte de la escena enfocada, detenerse es generalmente el método más fácil. Los fotógrafos de paisajes a menudo tienen que disparar a f/16 y más allá.
De esa forma, la profundidad de campo será mayor, lo que dará como resultado una imagen aparentemente más nítida. Las partes con un enfoque perfecto no serán tan nítidas como lo serían con f/8, pero la mayor parte de la escena será casi tan nítida.
Una técnica para lograr una gran profundidad de campo y la mayor nitidez posible al mismo tiempo se denomina apilamiento de enfoque.
Es un proceso bastante meticuloso con limitaciones, pero puede producir grandes resultados. Para hacerlo a la perfección, debe tomar una serie de imágenes de un sujeto completamente estable, utilizando un trípode .
Cambia gradualmente el enfoque entre las tomas, cubriendo todo, desde los sujetos más cercanos a los más lejanos. Posteriormente, los combinas en un editor, por ejemplo, Photoshop .
Conclusión
La difracción de la lente es un tema confuso, pero puedes ver los efectos que tiene en tu imagen. Vale la pena saber acerca de esto cuando estás filmando tus escenas.
La difracción de la lente siempre estará presente. A menos que tenga cuidado, sus imágenes perderán nitidez.
Una vez que vea la difracción de la lente y comprenda cómo funciona, se convertirá en una segunda naturaleza para manejarla en su fotografía.
Para obtener más consejos excelentes, consulte nuestras publicaciones sobre el tamaño del sensor de la cámara , cómo reducir el desenfoque o disparar con aperturas más grandes a continuación.
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