Diffraktion – skärpedjupets fiende

Ljuset är en mystisk varelse som ibland kan spela oss spratt. Ibland kan det verka magiskt, ibland tråkigt, ibland hårt, ibland mjukt, ibland varmt och ibland är det kallt. Men oavsett hur vi med våra ögon och hjärnor upplever ljuset så styrs det av fysikens lagar. Dessa lagar kan ibland skapa lite problem för oss. I alla fall när vi ska fotografera.

Bländarval

Möjligen har du hört talas om ett fenomen som heter diffraktion . Det är ett av de problem som uppstår i våra objektiv när vi ska fotografera, om och hur kraftigt det förekommer beror på vilken bländare du valt. Även andra saker spelar in, så som objektivets brännvidd och konstruktion, men bländaren är det vi enklast kan justera själva så i den här texten kommer vi att förklara vad diffraktion är, hur det uppstår och hur du undviker det när du ska fotografera. Förklaringarna kommer också att vara förenklade för att de ska bli överskådliga och dessutom få plats i artikeln. Det diffraktionen gör med dina bilder är att den försämrar upplösningen och därmed skärpan. Och skärpa är ju något som oftast brukar vara önskvärt i ett fotografi. Därför behöver man veta hur man på enklast sätt undviker det. Men innan vi kommer dit ska vi gå igenom, kortfattat, hur diffraktion uppstår.

Diffraktion

I ditt objektiv finns en öppning som kallas för bländare, igenom denna passerar ljuset på sin väg mot sensorn. Så långt kan vi kanske vara överens. Bländaren kan justeras i storlek beroende på hur mycket ljus man vill släppa in genom den vilket i sin tur styr vilken slutartid man kan ha för en korrekt exponering. Men bländarstorleken styr också skärpedjupet. En liten bländare ger ett större skärpedjup, alltså att en större del av bilden blir skarp, medan en större bländare ger ett kortare skärpedjup vilket ger motsatt effekt. Den skarpa delen av bilden blir alltså mindre. Men bländaren påverkar också ljuset som passerar genom den olika mycket beroende på vilken storlek den har. Väljer man en liten bländare kommer en större del av ljuset att passera kanten av bländaren. Och när ljuset passerar kanten på bländaren ändrar det riktning.

Den här riktningsförändringen gör att ljusstrålarna förlorar sin bana och börjar korsa varandras spår. Man kan jämföra det munstycket till en trädgårdsslang. Om du väljer att skruva åt munstycket hårt så kommer vattnet att pressas ut och spridas ut åt olika håll och du får en väldigt oprecis stråle, väljer du däremot att ha ett större hål i munstycket så kommer du att få en rak och fin stråle med större precision.

På varje punkt på den yta som ljuset träffar kan man mäta hur ljuset träffar. På den punkten bildas ett mönster som kallas för en Airydisk (efter mannen som upptäckte det George Airy). Airydisken kan beskrivas som en punkt med heltäckande ljus som omringas av allt luddigare ringar av ljus. Ju större centrum av disken är, ju högre diffraktion.

Men varför gör det att bilden blir oskarp då? Jo, det beror på diskens storlek i kombination med storleken på pixlarna på sensorn. När diskens storlek blir densamma eller större än pixeln kommer ljuset som träffar varje enskild pixel att blandas med ljuset som träffar pixeln bredvid. Om vi tänker oss vattenslangsanalogin igen, om du ska fylla ett glas med vatten med hjälp av en vattenslang och väljer att använda dig av ett munstycke som sprider vattnet väldigt mycket då kommer ganska mycket vatten att hamna utanför dit glas (som i det här fallet representerar pixeln).

Det optimala i det här fallet är att vattnet från slangen bara träffar glaset och inget annat. Det motsvarar att ljust den ljusstrålen endast träffar en pixel, så fort disken är större än pixeln börjar man tappa upplösning och när diskarna är så pass stora att de överlappar varandra med hälften så har upplösningen halverats på den punkten. Diffraktion ökar gradvis, men redan innan upplösningen försämras märkbart kan man tappa kontrast i bilden.

Större pixlar ger alltså fördelar i kampen mot diffraktionen eftersom en större pixel rymmer en större disk innan upplösningen börjar bli sämre. Med andra ord kan du få större skärpedjup med bibehållen upplösning med större pixlar. Och det är inte beroende av sensorstorlek.

I praktiken

Om man tittar på fotograferande i verkligheten så finns det många ingredienser som ger en skarp bild, diffraktionen är en av dem. Den går bara att mäta exakt rent teoretiskt eller om man har ett helt perfekt konstruerat objektiv. Men hur gör man då för att undvika att få försämrad upplösning och skärpa genom diffraktion? Man får helt enkelt hitta den bländare där diffraktion börjar uppstå i din kamera. Oftast brukar man säga att objektiv är som skarpast mellan bländare 5,6 och bländare 8. Det är en ganska generell regel.

Nu har vi ju lärt oss att om du har en kamera med större pixlar på sensorn så kan du gå upp ytterligare i bländartal utan att diffraktionen blir ett problem, och det omvända om du har en kamera med små pixlar på sensorn. Om du vill kan du göra ett test, välj ut ett finmönstrat motiv, till exempel ett tyg eller varför inte en liten streckkod. Ställ kameran på ett stativ och ta samma bild, gärna på ett motiv med stor detaljrikedom till exempel ett tyg, med en korrekt exponering vid flera olika bländare, sen jämför du dessa i datorn i efterhand för att se när din kamera börjar tappa upplösning. Då får du en ganska bra uppskattning av när diffraktionen inträder i din kamera med olika objektiv.