La difracción, algo que todo fotógrafo a oído mencionar en alguna ocasión pero que pocos saben lo que es en realidad.
Para la mayoría de los mortales es un fenómeno sin mayor importancia pero los que hacemos macro sabemos que es una de la cosas que mas afecta a la calidad final de nuestras fotografías
Normalmente a diafragmas abiertos la difracción no nos afecta en absoluto, de hecho lo que limita la resolución de nuestras tomas a diafragma abierto es la calidad óptica de la lente.
Sin embargo a medida que vamos cerrando diafragma la difracción entra en acción; a f32 da igual que usemos un Zeiss de 2000€ o un objetivo ruso de segunda mano medio machacado, la calidad sera prácticamente la misma.
Alguno, sobretodo los que tengan un MP-E o trabajen a ampliaciones grandes dirá " mi MP-E a 4X y f11 es malísimo!" y es ahí donde entra la "abertura efectiva ". Un objetivo a 4X y f11 en realidad trabaja f55. La tan pequeña abertura efectiva es el mejor amigo de la difracción.
Normalmente los sensores mas pequeños tienen pixeles de menor tamaño y por consiguiente una mayor densidad de pixeles; todo esto gracias a la famosa carrera de los megapixeles de los fabricantes
No voy a profundizar demasiado en los aspectos técnicos/teóricos de la difracción, hay excelentes artículos sobre ello en internet.
En ingles: Cambridgeincolour En español: Akvis
Explicándolo de una manera resumida: la difracción es un fenómeno físico que consiste en la desviación de la luz cuando esta choca con un obstáculo (el diafragma). Cuando el diafragma esta abierto los rayos de luz entran de forma limpia pero a medida que vamos cerrando diafragma estos rayos de luz se desvían distorsionando y mermando la resolución de la imagen que capta el sensor.
Los limites teóricos de resolución se miden por pares de lineas por mm y son estos:
Debido al filtro anti-alias que es el encargado de reducir el efecto moire y a que las cámaras con patrón bayern utilizan un pixel para cada color primario, la luz puede ocupar 2-3 pixeles antes de que la difracción empiece a afectar
Hay una compañía que se dedica a quitar los filtros AA; aquí hay algunos ejemplos con y sin filtro: HOTROD
Para cada par de lineas hacen falta 2 pixeles (uno claro y otro oscuro), así que los limites teóricos para algunas cámaras son:
Vemos que a las compactas como la G12 les empieza a afectar la difracción tal como las enciendes, las 4/3 han sido igualadas por la 7D en densidad de pixeles y ya son superados por los sensores de 24mpx de Sony.
También podemos apreciar que la fama de buen sensor de la 5D clásica tiene mucho que ver con su densidad de pixeles, la primera vez que vi un raw de la 5D al 100% me quedé gratamente sorprendido. La densidad de la 5D mkII en mi opinión ya es demasiado (siempre hablando de fotografía macro), casi nunca uso la resolución completa ya que lo único que aporta es que ocupa más espacio en el disco duro.
Hay que tener en cuenta que estos valores son máximos teóricos y probablemente nuestros resultados reales estén por debajo de estos valores. La tecnología de los sensores evoluciona constantemente y elementos como la microlentes pueden mejorar la resolución de nuestras cámaras y por contra el patrón bayer y filtro anti-alias restar resolución.
Por mucho que evolucionen los sensores los máximos son estos, no se pueden mejorar estos valores.
Ver ejemplo en The digital picture:
Se puede ver un buen ejemplo de como afecta la difracción a la resolución en la 7D f5.6 es el ultimo diafragma nítido (al menos en el test), a f8 ya empieza a perder.
Así que cuando apiléis tenéis que intentar moveros dentro de unos valores en los que la difracción afecte poco a la imagen, cosa que va complicándose a medida que usamos rangos de ampliación mayores debido a la abertura efectiva.
Aparte de un montón de objetivos de microscopio, lo que veis en la imagen de arriba es un apilado de prueba a 45:1; mostrando una pequeña parte del ala de una mariposa. Las alas de mariposa son uno de los mejores sujetos para este tipo de prueba, ya que proporcionan detalle en todo el encuadre sin hacer necesario un apilado profundo
60 disparos apilados en Zerene Stacker (PMAX).
Objetivo: Nikon CF Plan 50x 0.55 ∞/- EPI ELWD
Lente de tubo: lente de $9 surplus
Cámara: Canon 5DmkII
Iluminación: Un flash Nikon SB-400 difuminado a través de un envoltorio de plástico alrededor del objetivo
John escribió este documento para que la gente tenga una referencia cuando busca consejo respecto objetivos de microscopio para fotografía. Lo considera un documento "vivo" que puede estar sujeto a modificaciones y actualizaciones futuras
Basicamente hay dos tipos de objetivos de microscopio: Los que están corregidos para infinito y los que están corregidos para una distancia de tubo fija ( Conocidos como objetivos infinitos y objetivos finitos respectivamente)
Objetivos finitos
Los objetivos finitos forman una imagen a cierta distancia de la montura del objetivo. En un sistema infinito normalmente se usa un ocular (o dos en los estereoscopios) para enfocar esta imagen.
También se puede utilizar un dispositivo de captura de imagen (pelicula o sensor digital) a esta distancia para capturar la imagen a través del objetivo. La distancia entre la montura del objetivo y el ocular es lo que se conoce como "longitud de tubo" del sistema. Hay unos cuantos estándares de longitudes de tubo dependiendo de quien fue el fabricante y cuando se hizo. Las distancias de tubo mas comunes son 160 y 210 mm pero existen mas (170, 250, etc...).
Para capturar una imagen con un objetivo finito usando una Reflex digital se necesita posicionar el sensor en el plano focal de ese objetivo. Montado sobre tubos de extensión o sobre fuelle un objetivo finito se comportara como cualquier otra lente - mayor extensión dará una mayor ampliación y viceversa-. Un objetivo marcado como "10X" dará 10X cuando se use de acuerdo a su longitud de tubo especifica. Los objetivos diseñados para una longitud de tubo de 160mm deben de usarse con una extensión de 150mm de la montura del objetivo al sensor y los diseñados para una longitud de tubo de 210mm usarse a 200mm de la montura del objetivo al sensor. La razón por la que hay una diferencia de 10mm es por que los oculares están diseñados para enfocar en la imagen formada 10mm dentro del tubo
No es sorprendente que estos objetivos funcionen mejor cuando se usan a la ampliación o con la extensión para la que fueron diseñados (o cerca de). Sin embargo un problema común en muchos objetivos es que su circulo de imagen no es lo suficientemente grande como para cubrir todo el sensor, así que en ocasiones es necesario aumentar la ampliación/extensión de estos objetivos ligeramente
Vale la pena mencionar que mucho (probablemente casi todos) objetivos finitos han sido diseñados para producir una buena calidad de imagen en combinación con ciertos oculares. La serie de objetivos que mejor reputación tiene en lo que se refiere a buena calidad de imagen en una reflex digital es la serie CF de Nikon (CF probablemente se refiere a libre de aberraciones cromáticas "Chromatic aberration Free"). Desafortunadamente a veces estos objetivos no son fáciles de identificar ya que solo unos pocos incluyen la marca "CF". Vale la pena vigilar los marcados como "Nikon M plan", "Nikon BD Plan" o "Nikon N plan" ya que posiblemente sean del elusivo tipo CF
Se avisa de que si no estas seguro de lo que estas haciendo (o estas preparado para lidiar con resultados pobres) es aconsejable consultar a alguien con mas experiencia antes de gastarte un montón de dinero en objetivos de microscopio. Incluso algunos objetivos de fabricantes muy reputados como Olympus, Nikon, Zeiss o Leitz se conocen por dar resultados pobres en un sistema basado en Camara/fuelle
Objetivos infinitos
La mayoría de sistemas modernos de microscopia están corregidos a infinito. Esto significa que los rayos de luz que salen del objetivo van paralelos en vez de converger, como en un sistema finito. Por supuesto para que se forme la imagen estos rayos deben finalmente converger. Para ello, en un sistema infinito se necesita de una lente adicional -normalmente conocida como lente de tubo, su único propósito es el de hacer converger los rayos de luz en el plano de imagen. La focal mas común de esta lente de tubo es 200mm. La combinación de un objetivo infinito y la lente de tubo es equivalente a un objetivo finito.
Este método de formar imágenes aun siendo mas complejo tiene unos cuantos beneficios. El mas importante es que el sistema se vuelve mas flexible en cuanto a la longitud del tubo. Como los rayos de luz entre el objetivo y la lente de tubo son paralelos la distancia entre estos se puede variar hasta cierto punto sin que ello afecte a su rendimiento(Ampliación, calidad de imagen, foco, etc..) Esto hace posible que se puedan añadir y quitar cierto tipo de accesorios usados en microscopia (Polarizadores, iluminadores verticales, etc..) También, comparado con los rayos de luz convergentes los rayos paralelos tienen menos posibilidades de distorsionarse al pasar a traves de filtros, prismas y otros componentes ópticos. Un sistema finito tiene mas posibilidades de producir halos y aberraciones cromáticas cuando se usan estos tipos de accesorios. Para sacar lo máximo de estos sistemas infinitos los fabricantes tienden a aumentar la "distancia parafocal". La "distancia parafocal" es la distancia desde la montura del objetivo hasta el plano focal delante del objetivo (o dicho de otro modo, es la longitud del objetivo menos longitud de la rosca mas distancia de trabajo)
Tradicionalmente la distancia parafocal era de 45mm pero en los nuevos objetivos de Nikon a aumentado a 60mm (a estos objetivos se les conoce como CFI60) y Mitutoyo a dado un paso mas aumentándola a 95mm. Una distancia parafocal mas grande permite objetivos de mayor distancia focal y al mismo tiempo mayores distancias de trabajo
Mas información aqui(en ingles)
¿Que sistema es mejor para la fotografía macro?
He probado tanto los sistemas finitos e infinitos pero hasta ahora creo que es difícil anunciar un ganador. El sistema finito es mas simple ya que tiene un componente menos (la lente de tubo) del que preocuparse. Puedes tener un sistema en el que alternar objetivos de microscopio con objetivos de ampliadora u otros objetivos normales. He visto muy buenos resultados con los objetivos CF de Nikon y también con algunos objetivos metalúrgicos de Reichert. Los buenos objetivos finitos estan muy buscados y cada vez son mas caros en el mercado de segunda mano ya que la mayoría de ellos ya no se fabrica. Con un poquito de paciencia aun se puede conseguir alguna ganga!!
También hay buenos argumento para seguir la ruta infinita. El requerimiento de una lente de tubo no tiene porque ser un obstáculo ya que una gran variedad de alternativas de fácil acceso han probado ser de gran utilidad. Por ejemplo, un zoom barato usado a 200mm y enfocado a infinito puede dar muy buenos resultados (Leer mas al respecto en este post de Rik Littlefield en photomacrography.net). Después de todo un zoom barato es mas facil de localizar que un fuelle, para el fotografo medio. Los teleobjetivos de focal fija tambien pueden dar buenos resultados (ref 1, ref 2, ref 3) y hasta una lente de aproximacion puede hacer el trabajo (ref). Algunos objetivos infinitos como los mitutoyo ofrecen distancias de trabajo muy largas. Por ejemplo, su 10x/0.28 M plan APO tiene unos 33.5mm de distancia de trabajo a 10:1, el triple que un objetivo finito de similar NA. Desde el punto de vista de calidad óptica algunas combinaciones de objetivo mas lente de tubo ofrecen una calidad mas consistente de esquina a esquina (especialmente en formato completo) que la mayoria de sistemas finitos que he probado
Como montar estos objetivos
Hoy en día hay gran variedad de adaptadores para montar prácticamente cualquier objetivo que puedas encontrar. Los objetivos en si tienen monturas roscadas y como es habitual, varios estándares diferentes existen. Uno de los mas comunes es "RMS" (Royal Microscope Society). RMS es 0.8"x 36TPI (20,3mm de diámetro) y una búsqueda en ebay te puede llevar a varios adaptadores de diferentes precios. Estos adaptadores normalmente te llevan a un tipo de montura habitual en fotografía como T2 o M42, desde aquí solo necesitas un adaptador mas a la montura de tu elección
Otro tipo de montura común es 26mmx0.75. Esta es la montura usada en los Nikon BD plan finitos también la usada en los Mitutoyo M plan infinitos. Los objetivos Nikon infinitos usan montura 25mm x0.75 (CFI 60) o 27mmx0.75 (BD CFI60)
Una lista completa de monturas se puede encontrar aqui
Diferentes roscas: 26mm (izquierda) y RMS (derecha). Notar el material negro que se pone en la parte trasera de estos objetivos para minimizar los reflejos internos que pueden causar degradación de la imagen.
Como interpretar las inscripciones en los objetivos
Aquí abajo un pequeño diccionario, las sugerencias para modificaciones o añadidos serán bienvenidas
Achromat- Acromático El objetivo esta corregido contra las aberraciones cromáticas. De acuerdo a la definición de acromático debería de corregir las aberraciones en dos longitudes de onda ( Ver APO)
APO- Apocromático El objetivo esta altamente corregido de aberraciones cromáticas. De acuerdo a la definición de apocromático este tipo de objetivo deberia de corregir tres longitudes de onda . (Ver Plan APO)
BD- Campo claro/campo oscuro. A veces llamados HD (Del alemán: Hell/Dunkel). Objetivos diseñados para trabajar con un sistema de iluminación a través del chasis del objetivo. Estos objetivos tienen una camara hueca rodeando los elementos ópticos a través de la cual se puede iluminar el sujeto mediante fuente de luz especial. Para uso normal esta cámara debe ser sellada para que no entre luz, a parte de esto opticamente son como los equivalentes no-BD. Los famosos Nikon M plan tiene equivalentes marcados como BD que son iguales ópticamente y que trabajan igual de bien en macro fotografía. Al menos si se desenrosca la parte de la carcasa del objetivo(ya que si no la distancia de trabajo es muy corta), se impida el paso de luz a través de la cámara hueca y que la montura (mas grande de lo habitual) no sea un problema.
CF- Libre de aberraciones cromáticas. Nikon ha utilizado esta inscripción para denominar a sus mejores objetivos. Los objetivos CF hacen la mayor parte de las correcciones necesarias en el mismo objetivo lo cual los hace diferentes de otros objetivos que necesitan el ocular para dar una imagen corregida. Por esta razón se les considera de los mejores objetivos para este tipo de fotografía. Solo algunos de estos objetivos estan marcados como tal, lo que hace su identificación mas difícil.
DIC- Óptica de contraste interdiferencial Una técnica de iluminación para aumentar el contraste en sujetos trasparentes. A veces llamada NIC (Contraste interdiferencial Nomarski) Los elementos ópticos de estos objetivos están hechos de cristal " libre de manchas" Para la fotografía normal esto no importa y se comportan como sus análogos no-DIC Mas información en wikipedia (En ingles)
EPI- Estos objetivos están diseñados para que trabajen bien con cierto tipo de sistema de iluminación donde el sujetos es iluminado por luz que pasa a través del objetivo (Por medio de un accesorio de iluminación EPI que contiene prismas y/o espejos) Cuando no se usa dicho sistema de iluminación estos objetivos se comportan como objetivos normales (Mirar BD)
ELWD- Distancia de trabajo extra larga (Ver también LWD y SLWD)
Fluor- Fluorescente El objetivo esta diseñado para funcionar bien en un equipo para fluorescencia. La fluorescencia es una técnica en la que los átomos del sujeto son excitados usando iluminación intensa. Cuando se vuelven a relajar emiten un fotón y esta luz es capturada por el equipo. Separando la luz excitada de la luz emitida desde el sujeto se obtiene una imagen donde la luz proviene mas bien del propio sujeto en vez de provenir de una fuente de luz. Los objetivos fluor están muy corregidos de aberraciones (casi al nivel de un Plan APO) Significado alternativo Fluorite El objetivo tiene elementos hechos con cristal con fluorita- mas caro que el cristal normal y tiene propiedades interesantes en términos de resistencia a las aberraciones. Normalmente son objetivos con distancia de trabajo corta.
HD- Hell/Dunkell Ver BD. También podría signifigar Alta definición, pero solo he visto esto en objetivos que no son de microscopio
HMC- Modulación de contraste Hoffman Una teécnica destinada a aumentar el contraste mediante el uso de filtros de modulado en la parte trasera del objetivo. No estoy seguro de como se comportan los objetivos HMC una vez le quitas ese filtro pero creo serán bastante similares a un objetivo no HMC (Corregirme si me equivoco) mas informacion aqui
LWD- Distancia de trabajo larga El objetivo esta diseñado para aumentar la distancia entre el sujeto y el objetivo . Mirar también ELWD y SLWD
NA- Abertura numérica Este numero indica la luminosidad del objetivo (parecido al numero f de un objetivo normal)Cuanto mas alto el NA, mayor potencial resolutivo tendrá la lente. Para calcular el numero f equivalente (abertura máxima) F=1/(2*NA)*M/(M+1) donde F seria abertura máxima (por ejemplo 1.8 en un 50mm 1.8), NA es la abertura numárica del objetivo (por ejemplo 0.25 en un 10/0.25) y M es la ampliación para la que esta diseñado el objetivo.
NIC- Contraste interdiferencial Normanski Ver DIC
M- Metalúrgico EL objetivo a sido diseñado para aplicaciones metalúrgicas. Normalmente significa que esta corregido para su uso sin cubierta de cristal.
OIL-Inmersión en aceite A veces Oel (Alemán) Objetivos diseñados para usarse con una gota de aceite de inmersión entre el elemento frontal y el porta objetos. Estos objetivos suelen tener NAs muy altos y se usan en ampliaciones grandes. No funcionan bien si el aceite y tienen distancias de trabajo muy cortas, con lo que no valen para macro fotografía.
Plan-El objetivo esta corregido parta la curvatura de campo, por debajo están los semi-plan o no plan
Planachromat- Objetivo corregido de aberraciones cromáticas y esféricas
Planapo- A veces Plan Apo. Un objetivo altamente corregido para las aberraciones cromáticas y esféricas. Normalmente indica que es un objetivo de gama alta. Ver también Plan y APO
PH- contraste de fase Una a técnica de microscopia usada para mostrar ciertas estructuras y detalles. Normalmente la abreviación va seguida de un numero (ejemplo Ph 5.) lo que indica el tamaño del anillo de contraste, lo que facilita usar el condensador apropiado. Mirando a través de estos objetivos es fácil ver lo que parece un aro donde la imagen se muestra mas oscura. Para uso normal no son objetivos deseables, no es que no valgan para nada pero si puedes escoger mejor evitarlos. Charles Krebs hizo una buena comparación aquí
Semiplan- Indica menos curvatura de campo que los objetivos normales pero es inferior a los Plan- Ver también Plan
SLWD- Distancia de trabajo super larga Usado por Nikon y otros para designar la mayor distancia de trabajo de estos objetivos.Normalmente significa que su NA es menor Mirar también LWD, ELWD, ULWD
ULWD- Distancia de trabajo super larga Usado por Olympus para designar a los objetivos con mayor distancia de trabajo. Normalmente estos objetivos tienen NA mas bajo Ver también LWD, ELWD, SLWD
WI-Immersión en agua El objetivo esta diseñado para ser sumergido en agua. Como el agua tiene unas propiedades diferentes que el aire para transmitir la luz estos objetivos con el elemento frontal dentro del agua funcionan mejor que fuera Sin embargo algunos de estos objetivos se les puede desenroscar la caperuza frontal, convirtiéndose en objetivos normales (Como muestra David Millard aquí)
Una lista similar de abreviaciones se puede encontrar en esta pagina de Nikon o en esta de Olympus , ambas en ingles
Este articulo fue publicado por John Hallmen en su flickr el 22 de Enero del 2011, para ver el articulo original con información adicional pulsa aquí
