Menu Sluiten

Wat is diffractie en wanneer treedt het op?

Elk objectief heeft een optimaal diafragma. Bij deze lensopening is de scherpte optimaal. Dat betekent dat een grotere lensopening een minder scherp beeld oplevert, en een kleinere lensopening ook. Dat laatste wordt veroorzaakt door diffractie. In dit artikel komt dit verschijnsel aan bod zodat ook jij er meer begrip van hebt. Wat is diffractie en wanneer treedt het op?

Geschatte leestijd: 9 minuten

Advertisements

Wanneer je met fotografie bezig bent weet je dat een kleine lensopening een grote scherptediepte geeft. Dat zou betekenen dat als je altijd de kleinst mogelijke lensopening kiest, je altijd de maximale scherptediepte hebt. Ondanks dat dit waar is, zal toch de scherpte achteruit gaan wanneer de lensopening heel klein wordt. Dit verschijnsel heet diffractie, een term die je ongetwijfeld wel eens gehoord hebt.

Lichtgolven door een opening

Die golven bewegen zich in principe in een rechte lijn. Tot ze een barrière tegenkomen. Dit kan bijvoorbeeld de diafragma opening in het objectief zijn. Die golven moeten daar doorheen waarbij die opening ware de nieuwe bron van de golven zal worden.

Die golven zullen vanuit die opening uitwaaieren, net zoals de golven die je ziet ontstaan als je een steen in het water gooit. Is de opening heel groot, dan zal dat uitwaaien heel gering zijn. Wordt die opening kleiner, dan is dat uitwaaien heel sterk.

licht door een opening.
Hoe groter de opening is, hoe minder de golven vanuit de opening zullen uitwaaieren.

Je zou dit zelf kunnen zien als je een experiment doet door een watergolf door een kleine en een grote opening te sturen. Maar natuurlijk zijn er genoeg video’s op internet te vinden die dit laten zien. Ik heb er een opgezocht voor je die het bovenstaande effect perfect laat zien.

Wat is diffractie en wanneer treedt het op?

Tot dusver is het simpel. In werkelijkheid is het iets ingewikkelder. De randen van een opening werken als het ware elk als een losstaand punt waaruit de golven opnieuw ontstaan. Die golven gaan elkaar beïnvloeden. De golven zullen elkaar op sommige punten versterken, en op andere punten uitdoven. Dit is interferentie, en het resultaat is dat het licht als een vlek met ringen er omheen op de sensor zal verschijnen. Dit wordt een Airy disc genoemd.

Wat is diffractie en wanneer treedt het op?
Doordat de randen van een diafragma elk als een bron van de lichtgolven werken, ontstaat interferentie.
Op sommige plekken doven de lichtgolven elkaar uit. Zo ontstaat een Airy disk.

Is de lensopening relatief groot, dan is het effect van de golfbeweging uit de randen van de opening klein. Wordt de lensopening kleiner, dan zal het effect van de golfbeweging uit de randen toenemen. Hierdoor zal de Airy disk groter worden.

Wat is diffractie en wanneer treedt het op?
Wanneer de lensopening kleiner wordt, heeft dit effect op de manier hoe de golven uitwaaieren. De Airy disc wordt groter.

De grootte van de Airy disc is dus afhankelijk van het diafragma. Hoe kleiner de diafragmaopening, hoe groter de spreiding van het licht wordt. De Airy disc zal daardoor in grootte toenemen.

Wat betekent dit voor de foto?

Om het heel simpel te houden kun je het op de volgende manier voorstellen. Zo lang de Airy disc kleiner is dan een pixel, zal de foto een maximale scherpte vertonen. Wordt de Airy disc groter dan een pixel, dan zal het licht over meerdere pixels verdeeld zijn en elkaar beïnvloeden. Dat is de reden dat de scherpte van de foto achteruit gaat.

airy disc bij verschillende diafragma's
De toename van grootte van een Airy disc bij een kleinere lensopening. De vierkantjes illustreren de pixelgrootte.
De afmetingen en verhoudingen zijn slechts ter illustratie.

Het moment dat de lensopening zo klein is dat de Airy disc nog net niet de naastliggende pixels zal beïnvloeden presteert het objectief optimaal wat scherpte betreft. Er wordt dan gezegd dat de sweet spot van het objectief bij (bijvoorbeeld) f/5,6 ligt. bij lensopeningen die kleiner zijn dan f/5,6 zal er diffractie optreden. Hoe kleiner de lensopening, hoe meer diffractie er is. Immers, de Airy disc wordt dan groter.

diffractie in werking
Het effect van diffractie is in deze foto’s duidelijk te zien. Bij f/2 is de onscherpte veroorzaakt door het grote diafragma f/2, bij f/5,6 is de scherpte optimaal, en bij f/16 is de onscherpte veroorzaakt door diffractie. De foto’s zijn onbewerkt niet verscherpt.
Je kunt dit ook zelf uitproberen door een serie te maken met alle diafragmawaarden.

De invloed van resolutie

Nu duidelijk is dat het formaat van de Airy disc bepaald bij welke lensopening het objectief het beste presteert. Zo lang de Airy disc binnen de grenzen van de pixel valt, is de diffractie niet te zien.

Maar wanneer het aantal pixels op een sensor toeneemt zullen de pixels in grootte veranderen. Wil je in plaats van 25 miljoen pixels een sensor van 50 miljoen pixels, dan zullen die pixels de helft in grootte moeten zijn om op hetzelfde sensoroppervlak te passen.

Dit heeft als effect dat de Airy disc, die bij 25 megapixels nog binnen de afmeting van de pixel paste, bij 50 megapixels dat niet meer doet. Met andere woorden, hoe meer resolutie je sensor heeft, hoe sneller diffractie zal optreden.

Wat is diffractie en wanneer treedt het op?
Als de pixel op de sensor kleiner wordt, zal diffractie sneller optreden. De afbeelding is slechts ter illustratie; de afmetingen zijn niet in verhouding.

De invloed van de sensormaat

De afmeting van de Airy disc wordt bepaald door de lensopening van je objectief. Niet door een sensorgrootte. Dat betekent dat de afmeting van de Airy disc bij een bepaald diafragma (en brandpunt) gelijk zal zijn voor zowel een fullframe camera als een crop camera. Immers, het enige verschil is het formaat van de sensor.

Zo lang de hoeveelheid pixels per oppervlakte gelijk blijft, zal er geen verschil zijn wanneer diffractie optreedt. Dat heb ik in het vorige hoofdstuk laten zien. Het maakt dan niet uit welke sensorafmeting je hebt. Met andere woorden, een 1,5x cropsensor met ongeveer 16mp heeft ongeveer evenveel pixels per oppervlakte als een fullframe sensor van 25mp. De diffractie zal bij beiden op hetzelfde moment, bij hetzelfde diafragma optreden.

Wat is diffractie en wanneer treedt het op?
De Airy disc blijft even groot bij gelijk diafragma en brandpunt, ongeacht de sensormaat.

Heeft de cropsensor echter evenveel pixels als de fullframe, bijvoorbeeld 25mp, dan zullen die pixels bij de cropsensor over een kleiner oppervlakte verdeeld zijn. Met andere woorden, ze zitten dichter bij elkaar waardoor diffractie weer eerder optreedt.

De invloed van brandpuntafstand

Nu wordt het wat ingewikkelder. Stel je hebt een 50mm met f/8. Dan is de werkelijke lensopening bij dat diafragma 50/8 = 6,25mm. Heb je een 100mm objectief met f/8, dan is de werkelijke lensopening met dat diafragma 100/8 = 12,5mm. Met andere woorden, de opening waar het licht doorheen gaat is twee keer zo groot.

Wil je meer weten over diafragma openingen?
Lees dan mijn tutorial wat je over diafragma moet weten

Waarom is het diafragma getal dan toch gelijk ondanks dat de opening waar het licht doorheen gaat 2x zo groot is? Dat komt omdat de afstand van het diafragma tot aan het sensor ook twee keer zo lang wordt (die afstand is het brandpunt). Er gaat er zoveel licht verloren dat de uiteindelijke hoeveelheid licht die bij de sensor komt gelijk is.

We hebben gezien dat een grotere lensopening een kleinere Airy disc veroorzaakt. Hierdoor zou je kunnen beredeneren dat bij een langer brandpunt je minder snel diffractie hebt dan bij een korter brandpunt. Immers, bij een gelijk diafragma is de werkelijke lensopening groter.

Toch is dit niet het geval. Dat komt omdat we tot op heden de brandpuntsafstand buiten beschouwing hebben gehouden. Om terug te grijpen op de 50mm en 100mm brandpunt, het beeld dat door de 100mm brandpunt wordt geprojecteerd op de sensor is 2x vergroot ten opzichte van de 50mm. Maar dat betekent ook dat de Airy disc 2x vergroot wordt.

airy disc versus brandpuntafstand en diafragma
Hetzelfde diafragma zal bij een langer brandpunt een grotere lensopening geven. De Airy disc zal daardoor kleiner zijn. Maar de vergroting van dat langer brandpunt zal de Airy disc wel vergroot weergeven.
Met andere woorden, de mate van diffractie is onafhankelijk van de brandpuntafstand.

Hoewel bij een grotere fysieke lensopening van de 100mm bij f/8 de Airy disc kleiner is dan bij een 50mm op f/8, zal de 2x vergroting ervoor zorgen dat de uiteindelijke Airy disc projectie op de sensor even groot is geworden als bij 50mm en f/8. Kortom, dit maakt het mogelijk om de werkelijke lensopening weg te strepen tegen de vergroting van het objectief. Dit betekent dat de Airy disc die op de sensor verschijnt bij een gekozen diafragma altijd hetzelfde zal zijn, ongeacht de brandpuntafstand.

Resolutie bepaalt hoeveel diffractie zichtbaar is

Als we alles bij op een rijtje zetten zien we dat diffractie altijd optreedt, maar steeds sterker wordt naarmate het diafragma kleiner wordt. Op het moment dat de Airy disc groter is dan de afmetingen van een pixel wordt diffractie ook daadwerkelijk zichtbaar.

Hoewel de werkelijke lensopening bij een diafragma waarde groter zal worden naarmate de brandpuntafstand toeneemt, en daardoor de diffractie verminderd, zal een langer brandpunt de aanwezige diffractie evenredig vergroten. Daardoor heeft de brandpuntsafstand geen effect op de mate van de zichtbaarheid van diffractie.

Of diffractie bij een bepaald diafragma zichtbaar wordt hangt dus helemaal af van de resolutie van de sensor, of beter gezegd de pixeldichtheid – het aantal pixels dat per oppervlakte aanwezig is. Hoe hoger de resolutie wordt, hoe eerder diffractie zichtbaar wordt.


Deze berichten vind je misschien ook interessant

Abonneer
Laat het weten als er
guest
0 Reacties
Inline feedbacks
Bekijk alle reacties
0
Zou graag je gedachten willen weten, s.v.p. laat een reactie achter.x
()
x