Qu'est ce qu'une "limite de diffraction"?

Il y a eu de très bonnes réponses, mais il y a quelques détails qui n'ont pas été mentionnés. Tout d'abord, la diffraction se produit toujours, à chaque ouverture, car la lumière se plie autour des bords du diaphragme et crée un "Disque D'Airy". La taille du disque airy, et la proportion du disque qui comprend les anneaux extérieurs, et l'amplitude de chaque onde dans les anneaux extérieurs, augmente à mesure que l'ouverture est arrêtée vers le bas (l'ouverture physique devient plus petite.) Lorsque vous abordez la photographie de la manière dont Whuber a mentionné dans sa réponse:

Pensez à une scène comme composée de plusieurs petits points de lumière discrets.

Vous vous rendez compte que chacun de ces points de lumière, lorsqu'il est focalisé par votre objectif, génère son propre disque aéré sur le support d'imagerie.

Concernant Le Support D'Image

Il convient également de noter clairement que le diffraction limite n'est pas réellement une limitation d'un objectif. Comme indiqué ci-dessus, les lentilles créent toujours un motif de diffraction, seul le degré et l'étendue de ce motif changent lorsque la lentille est arrêtée. La "limite" de diffraction est fonction du milieu d'imagerie. Un capteur avec des photosites plus petits, ou un film avec un grain plus petit, aura une limite de diffraction plus faible que ceux avec des photosites/grains plus grands. Cela est dû au fait qu'un photosite plus petit couvre moins de la zone de disque aérée qu'un plus grand photosite. Lorsque le disque airy augmente en taille et en intensité lorsqu'une lentille est arrêtée, le disque airy affecte les photosites voisins.

Le la limite de diffraction est le point où les disques airy deviennent suffisamment grands pour qu'ils commencent à affecter plus d'un seul photosite. Une autre façon de le regarder est lorsque les disques airy de deux sources lumineuses ponctuelles résolubles par le capteur commencent à fusionner. À grande ouverture, deux sources lumineuses ponctuelles imagées par un capteur ne peuvent affecter que des photosites voisins uniques. Lorsque l'ouverture est arrêtée, le disque airy généré par chaque source de lumière ponctuelle augmente, au point où les anneaux extérieurs de chaque disque airy commencent à fusionner. C'est le point où un capteur est "diffraction limitée", puisque les sources lumineuses ponctuelles individuelles ne se résolvent plus en un seul photosite...ils fusionnent et recouvrent plus d'un photosite. Le point auquel le centre de chaque disque airy fusionne est la limite de résolution, et vous ne pourrez plus résoudre de détails plus fins quelle que soit l'ouverture utilisée. C'est la fréquence de coupure de diffraction.

Il convient de noter qu'il est possible pour un objectif de résoudre un point plus petit les pixels dans un support d'imagerie. C'est le cas lorsque les disques d'airy focalisé par une lentille ne couvrent qu'une fraction d'un photosite. Dans ce cas, même si deux sources lumineuses ponctuelles hautement résolues génèrent des disques airy qui fusionnent sur un seul photosite, le résultat final sera le même...le capteur ne détectera qu'une seule lumière ponctuelle quelle que soit l'ouverture. La" limite de diffraction " d'un tel capteur serait plus élevée (disons f/16) que pour un capteur capable de résoudre distinctement les deux sources lumineuses ponctuelles (qui pourraient être limitées par diffraction à f/8). Il est également possible, et probablement ces sources lumineuses ponctuelles ne seront pas parfaitement focalisées sur le centre d'un photosite. Il est tout à fait plausible qu'un disque d'airy soit focalisé à la frontière entre deux photosites, ou à la jonction de quatre photosites. Dans un capteur noir et blanc ou un capteur foveon (capteurs de couleur empilés), cela ne ferait que provoquer un ramollissement. Dans un capteur couleur bayer, où une jonction carrée de 4 photosites capturera un motif alternatif de couleurs GRGB, car le disque airy peut affecter la couleur finale rendue par ces quatre photosites ainsi que provoquer un ramollissement ou une mauvaise résolution.

Mon Canon 450D, un capteur APS-C de 12,2 mp, a une limite de diffraction de f/8,4. En revanche, le Canon 5D Mark II, un capteur plein format de 21,1 mp, a une limite de diffraction de f/10,3. Le capteur plus grand, bien qu'ayant presque deux fois plus de mégapixels, peut faire un arrêt supplémentaire avant de rencontrer sa limite de diffraction. En effet, la taille physique des photosites du 5D II est plus grande que celle du 450D. (un bon exemple de l'un des nombreux avantages des capteurs plus grands.)

Clés dans le mélange

Vous pouvez souvent rencontrer des tableaux sur internet qui spécifient une ouverture limitée par diffraction spécifique pour des formats spécifiques. Je vois souvent f / 16 utilisé pour les capteurs APS-C, et f/22 pour le plein cadre. Dans le monde numérique, ces chiffres sont généralement inutiles. L'ouverture de limitation de diffraction (DLA) est finalement fonction de la relation entre la taille d'un point de lumière focalisé (y compris le motif de disque d'airy) et la taille d'un seul élément de détection de lumière sur un capteur. Pour toute taille de capteur donnée, APS-C ou Full Frame, la limite de diffraction changera en fonction de la taille des photosites. Un exemple de ceci peut être vu avec la gamme D'appareils photo EOS Rebel de Canon au fil des ans:

Caméra / DLA
--------------------
350D / f / 10,4
400D / f / 9,3
450D / f / 8,4
500D / f / 7,6
550D / f / 6,8

L'histoire devrait être similaire pour la taille du grain du film. Les Films avec un grain plus fin seraient finalement plus sensibles au ramollissement par diffraction à des ouvertures plus basses que les films avec des grains plus gros.

La Fréquence De Coupure De Diffraction

La Diffraction est souvent présentée comme un tueur d'images, et les gens parlent de la "limite de diffraction" comme du point où vous ne pouvez Plus résoudre une image "utilement". Au contraire, la limite de diffraction n'est que le point où la diffraction commencer pour affecter une image pour le support d'image que vous utilisez. Le fréquence de coupure de diffraction est le point de netteté supplémentaire est impossible pour une ouverture, et c'est en effet fonction de l'objectif et de la physique de l'ouverture.

La formule de la fréquence de coupure de diffraction pour les systèmes optiques (parfaits) est la suivante:

fc = 1 / (λ * f#) cycles / mm

Ceci indique que l'inverse de la longueur d'onde de la lumière focalisée multipliée par le nombre f de la lentille est le nombre de cycles par millimètre qui peuvent être résolus. La fréquence de coupure de diffraction est généralement le point où la résolution atteint la longueur d'onde des fréquences de la lumière elle-même. Pour la lumière visible, λ entre 380-750nm, ou 0.38-0.75 microns. Jusqu'à ce que la fréquence de coupure ait été atteinte pour une ouverture donnée, plus de résolution peut être obtenue.

Des Exemples Visuels

Whubers séquence d'images ci-dessus est un bon exemple de l'effet de diffraction, ainsi que l'effet des aberrations optiques lorsque la lentille est grande ouverte. Je pense qu'il souffre un peu d'un décalage de mise au point dû à une aberration sphérique, j'ai donc créé un GIF animé qui démontre les effets de la modification de l'ouverture d'un objectif Canon 50mm f/1.4 de son ouverture la plus large à sa plus étroite, en arrêts complets.

(Remarque: l'image est grande, 3.8 meg, alors laissez-la télécharger complètement pour voir la comparaison de la netteté à chaque arrêt.) L'image présente une aberration optique marquée lors de la prise de vue grande ouverte, en particulier une Aberration chromatique et une Aberration sphérique (il peut y avoir une légère frange violette...J'ai essayé de me concentrer mort sur.) Arrêté à f / 2, CA est considérablement diminué. De f/2.8 à f/8, la netteté est à son apogée, f / 8 étant idéal. À f/11, la netteté baisse toujours aussi légèrement, en raison de diffraction. À f / 16 et en particulier f/22, la diffraction affecte visiblement la netteté de l'image. Notez que même avec le flou de diffraction, f/22 est toujours considérablement plus net que f/1.4 ou f / 2.

Pensez à une scène comme composée de nombreux petits points de lumière discrets. Un objectif est censé convertir chaque point en un autre point à un endroit approprié sur l'image. La Diffraction provoque la propagation de chaque point dans un motif semblable à une onde circulaire, le Disque d'Airy. Le diamètre du disque est directement proportionnelle au nombre f: c'est le "la limite de diffraction."

Comme le nombre f est augmenté par rapport à son minimum (un objectif grand ouvert), la lumière tombant en un point de l'image proviendra d'une région plus étroite de l'objectif. Cela tend à rendre l'image plus nette. À mesure que le nombre f augmente, les disques Airy deviennent plus grands. À un moment donné, les deux effets s'équilibrent pour créer l'image la plus nette. Ce point est généralement dans la gamme f / 5.6 à f/8 sur les appareils photo reflex. Avec des nombres f plus petits, les propriétés globales de l'objectif (ses aberrations) prennent le relais pour créer une image plus douce. Avec des nombres f plus grands, la douceur est dominée par l'effet de diffraction.

Vous pouvez mesurer cela raisonnablement bien avec vos propres lentilles et aucun équipement spécial. Montez l'appareil photo sur un trépied devant une cible plate nette, détaillée et bien éclairée ayant beaucoup de contraste. (J'ai utilisé une page d'un magazine, cela a bien fonctionné.) Utilisez vos meilleurs paramètres: ISO le plus bas, exposition appropriée, miroir verrouillé, Distance focale moyenne pour un zoom (ou faire varier la distance focale, aussi), distance moyenne, parfaitement au point, format RAW. Prenez une série de photos dans lesquelles vous variez seulement le f/stop et le temps d'exposition (pour conserver l'exposition constante). Regardez la séquence d'images à 100% sur un bon moniteur: vous verrez où se trouve le "sweet spot" de votre appareil photo et vous verrez les effets de l'utilisation d'ouvertures plus larges ou plus étroites.

La séquence suivante est tiré d'une série pour L'objectif Canon 85 mm f/1.8, qui est un très bon. De haut en bas sont 100% cultures (converti en JPEG de haute qualité pour L'affichage Web) à f/1.8, 2.8, 5.6, 11 et 22. Vous pouvez voir les effets croissants de la diffraction à f / 11 et f/22 dans les deux images inférieures. Notez que pour cet objectif particulier utilisé avec cette caméra (EOS T2i, un capteur APS-C), la douceur de diffraction à des nombres f élevés ne s'approche pas de la douceur vue avec l'objectif grand ouvert. Avoir des informations comparables pour vos propres objectifs, qui peuvent être obtenues en quelques minutes, peut être utile pour choisir les paramètres d'exposition dans les photos importantes.

f/1,8

f/2,8

f/5,6

f/11

f/22

La Diffraction se produit. C'est un fait de la vie. Lorsque les lentilles sont utilisées grandes ouvertes, les autres abberations de lentilles sont beaucoup trop proéminentes pour que vous puissiez remarquer une perte de netteté mineure due à la diffraction. Arrêtez-vous un peu, et ces abberations sont minimisées the l'objectif semble aller de mieux en mieux. La Diffraction est là, mais vous ne le remarquez toujours pas vraiment parce que la lumière qui ne passe pas près des bords l'emporte de manière significative sur la lumière qui être en passant un peu trop près des lames d'ouverture.

À un moment donné, pendant que vous arrêtez l'objectif, les gains que vous faites en éliminant les différences optiques entre les parties centrale et extérieure des éléments de l'objectif commencent à disparaître there il n'y a plus assez de lumière focalisée pour noyer l'image hors foyer causée par la flexion de la lumière sur les bords du chemin optique (diffraction). L'objectif ne va pas s'améliorer lorsque vous vous arrêtez plus -- trop de lumière est diffractée par rapport à la lumière qui passe par le milieu. À partir de ce moment, l'arrêt rendra l'image plus douce.

Le point auquel la lentille est arrêtée aussi loin qu'elle peut aller sans augmenter la douceur est la limite de diffraction. Sur certains objectifs, C'est aussi loin que vous pouvez arrêter vers le bas Nikon Nikon, par exemple, a traditionnellement gardé une ouverture minimale relativement large (f/16) sur beaucoup de leurs conceptions. Sur d'autres objectifs (macros, en particulier), vous pouvez toujours avoir quelques arrêts ou plus à votre disposition; les considérations de profondeur de champ peuvent être plus importantes que la netteté absolue dans certaines applications.

Tous les de la photographie est un compromis. Il peut y avoir des moments où vous voulez arrêter plus loin que l'optimum, mais il est utile d'être conscient des compromis que vous faites. Arrêter est une réponse facile à DOF, mais si vous êtes accro aux paysages et les prendre tous à f/22 ou F/32, Il est peut-être temps de jeter un oeil à un objectif tilt/shift.

Alors que les réponses déjà ici décrivent diffraction Bien. La limite de Diffraction est le plus souvent utilisé pour décrire le point auquel l'arrêt de votre objectif ne vous donne pas plus de détails par rapport à la taille des pixels du capteur de votre appareil photo.

Lorsque vous avez atteint la limite de diffraction de votre appareil photo, tout objectif arrêté au-delà de cette ouverture vous donnera des résultats plus doux. Il est directement lié à la taille des pixels individuels, pas la taille du capteur.

Sur les reflex numériques modernes, la limite de diffraction sera atteinte entre F/11 et F/16. Sur les caméras avec de petits capteurs, il peut être F / 8 ou même moins. Vous remarquerez que la plupart des petites caméras n'utilisent pas d'ouvertures plus petites que F/8 pour cette raison même. Certains utilisent même une ouverture fixe (f / 3.5 environ) et simulent moins de lumière entrant en glissant un filtre ND au lieu de s'arrêter. Malheureusement, ils ont effectivement mis le F-stop simulé dans L'EXIF, vous devez donc connaître l'appareil photo pour réaliser qu'il utilise un filtre ND plutôt qu'une ouverture normale.

Cette page sur le site Cambridge in Color a une explication technique détaillée de la limite de diffraction. Il dispose également d'un calculateur en ligne pour vérifier si une combinaison particulière d'ouverture, d'appareil photo, de taille d'impression et de distance de visualisation est limitée par diffraction ou non.

Réponse Courte…

Le La Limite De Diffraction est le plus petit point qu'un système d'objectif donné peut créer/résoudre / mettre au point.

Agitant les bras: les lentilles peuvent concentrer la lumière sur une petite tache mais pas un point. La taille du spot peut varier avec la longueur d'onde, avec des longueurs d'onde courtes formant des tailles de spot plus petites que les plus longues. Lorsqu'une très bonne lentille sans aberration (limitée par diffraction) est utilisée, la lumière collimatée produit un disque aéré comme point de mise au point. Un disque airy est toujours le plus petit point qui peut être produit avec cette lentille à cette ouverture avec cette longueur d'onde (en utilisant la lumière collimatée). De plus grandes ouvertures produisent de plus petites tailles de tache avec une mise au point plus serrée et une profondeur de mise au point réduite que de plus petites ouvertures.

Notez que vous ne pouvez pas produire un disque airy avec une scène picturale. La lumière collimatée ne forme pas une image.

Waouh, s'Arrêter là: Des ouvertures numériques plus grandes produisent des taches plus petites est logique si vous considérez que dans la formule, l'ouverture est utilisée comme valeur réciproque. La Dispersion joue également un rôle ici aussi.

La limite de Diffraction est la limite de netteté maximale d'un objectif en raison des lois de la physique. Fondamentalement, vous ne pouvez pas obtenir de photo plus nette, peu importe le nombre de pixels de votre appareil photo ou la perfection du système optique.

L'effet indésirable est lorsque vous définissez un zoom plus grand que la limite de diffraction ne le permet, et qu'une photo ne devient pas plus nette, mais plus grande. Cela se produit souvent dans les télescopes et les microscopes. C'est aussi pourquoi les microscopes électroniques sont utilisés à la place de l'optique, car les optiques ne peuvent pas voir clairement plus nettes que X.

Les liquides d'Immersion permettent d'augmenter la limite pour faire des photos de plus haute résolution en microscopie optique.