¿Qué es el "disco de aire", en un lenguaje sencillo?

Todos los sistemas ópticos producen una imagen borrosa como resultado de la difracción. En un nivel fundamental, necesitamos una regla para medir cuánto desenfoque se ha producido en un sistema. MTF, MTF50 y otras medidas son cantidades "resueltas" matemáticamente. Se producen tomando un perfil de intensidad y realizando algunas operaciones matemáticas sobre él. Estos métodos no pueden indicar la "fuente" de la borrosidad, solo que se ha producido la borrosidad.

Sin embargo, cuando considera cosas como la aberración cromática, queda claro que las cosas tienen cierta dependencia de la longitud de onda o el color. Resulta que esto también es cierto para el comportamiento ondulatorio de la luz. La luz azul no viaja más rápido que la luz roja, pero transporta más energía por fotón y, en consecuencia, se difumina menos cuando desvía su camino alrededor de una apertura. (E = mc ^ 2 después de todo, debe ser más masivo y, por lo tanto, tener una mayor inercia).

En este sentido, usamos la longitud de onda de la luz como regla. Los fotones más masivos no se desvían tanto, por lo que permanecen apretados y producen un pequeño punto de alta intensidad.

Sin embargo, esto es en gran medida irrelevante para la fotografía , ya que las lentes de los consumidores son simplemente demasiado aberradas.

Aquí les presento las manchas de varias lentes, examinadas en un banco MTF. La lente es f/2.4 y cubre un campo de visión de 120 grados. Tal como está diseñado, está limitado por difracción (corregido a menos de ondas lambda/6 de aberración, lambda/4 generalmente se considera limitado por difracción).

Primero tenemos un excelente lugar:

También podemos ver un sistema óptico perturbado, es decir, uno con cierta cantidad de desalineación. Esta muestra en particular tiene alrededor de una onda de coma en el eje. Esto es más típico de una lente de consumo, ya que simplemente no cuestan lo suficiente para diseñarse y alinearse con esta especificación (ni es realmente necesario).

Como otro ejemplo, aquí hay una media onda de coma, pero también una onda de astigmatismo. No muy bonito.

Aquí está el MTF de los tres lugares en el mismo orden:

Ahora echemos un vistazo a una lente de consumo universalmente considerada como súper nítida y una lente que es una de mis favoritas, la Zeiss 100mm f/2 Makro Planar.

Pido disculpas por el cambio de formato. El gran truco aquí es que en ninguna parte del campo de visión el MTF a 50 lp/mm supera al de la muestra altamente perturbada. Está en alrededor de 0,6 en todo el campo, donde la lente altamente perturbada pero perfectamente diseñada alcanza alrededor de 0,7 incluso en su peor plano.

Tal vez en 10 a 25 años, cuando se diseñen lentes intercambiables para el consumidor, así como este lente fijo gran angular de $ 25,000, el disco aireado importará en la fotografía, pero hoy no es así.

Todos sabemos que los rayos de luz viajan en línea recta (haz del alemán recto como el tronco de un árbol). También sabíamos que las ondas de sonido se doblan alrededor de un obstáculo. Podemos escuchar a alguien gritando detrás de un árbol. Es posible que sepa que las ondas de agua también se doblan alrededor de un obstáculo. Pero, ¿sabía usted que los rayos de luz que rozan un borde opaco afilado se filtran en el camino de los rayos de luz que apenas atraviesan el borde del diafragma de un iris? Estamos hablando de las hojas de la apertura de la lente. Estamos hablando de difracción (del latín cambiar de dirección).

La luz que se derrama en la sombra geométrica del iris ilumina la línea de demarcación haciendo que la separación de luz y sombra sea indistinta. Sin embargo, esta difracción hace más. Los haces de luz difractados interfieren con los directos y forman una serie de bandas de interferencia que rodean cada punto de luz proyectado por la lente. Lo que vemos son bandas concéntricas que rodean este punto de luz. Estos círculos indistintos disminuyen en intensidad y espaciado desde el punto central. Solo podemos ver estas bandas si examinamos la imagen proyectada por la lente con una lupa.

En realidad estamos viendo dos fenómenos, la interferencia y la difracción. Estos se entrelazan para hacer que lo que queremos que sea un punto de luz demasiado pequeño para ser discernido como adimensional, aparezca como un círculo de luz con un borde festoneado. A esto lo llamamos “Disco de Aire” (disco de luz que vemos en el aire con la ayuda de una lupa).

Esto fue bien estudiado por John Strutt, un noble inglés, tercer barón Rayleigh 1842 - 1919 premio Nobel). El criterio de Rayleigh para lentes sigue siendo válido a pesar de nuestros mejores esfuerzos. El poder de resolución de una lente se da como líneas resueltas por milímetro. Esto significa que somos capaces de distinguir un espacio entre líneas estrechamente regladas. Poder de resolución (RP) = 1392 / número f (diferente para cada longitud de onda, sin embargo, fotográficamente usamos 1392).

f/1 = 1392

f/1.4 = 994

f/2 = 696

f/2,8 = 497

f/4 = 348

f/5,6 = 249

f/8 = 174

f/11 = 127

f/16 = 57

Nota: f/8 excede lo que es pictóricamente útil para la fotografía.