NRC Handelsblad van 21-06-2003, Pagina 37, Wetenschap & Onderwijs

Tralielens
Bruno van Wayenburg
DIFFRACTIE MAAKT DE TELELENS KORTER EN LICHTER
Een hightech-tralielens maakt het tele-objectief hanteerbaarder.
Veel fotografen zijn er niet die de adviesprijs van 8394,94 euro op tafel
leggen voor de 400 millimeter telelens van Canon, met als technische
attractie het nieuwe diffractie-optica (DO)-lenselement. Toch geldt de
grijze glasgevulde koker van 1,93 kilo en 23,3 centimeter als een
paradepaardje voor de Japanse opticagigant.
``Vergelijk maar', zegt Noud van den Boer, technicus bij Canon in
Hoofddorp, terwijl hij een normale telelens met hetzelfde brandpunt naast
het DO-objectief op tafel zet. Het oude model is een kwart hoger en weegt
ruim een derde meer. Van den Boer: ``Met de oude lens heb je altijd een
statief nodig, met de nieuwe kun je uit de hand fotograferen.'
Wie aan de voorkant het objectief in kijkt, ontwaart vaag een patroon van
concentrische ringen. Dat is het DO-lenselement. Het focusseert licht
door diffractie, waar een gewone lens door refractie (breking) de
stralenbundel door het brandpuint stuurt. Diffractie is het afbuigen van
lichtgolven rond obstakels. De DO-lens is in feite een cirkelvormige
uitvoering van wat natuurkundigen kennen als een tralie. Een tralie is
een reeks van vlak naast elkaar liggende parallelle richels op een glazen
plaatje, met tussenafstanden die ongeveer zo groot zijn als de golflengte
van het licht.
Licht dat door zo'n tralie valt vertoont interferentie. Onder bepaalde
hoeken ten opzichte van de oorspronkelijke bundel, en afhankelijk van de
afstand tussen de tralies, lopen de golven van afzonderlijke richels een
heel aantal golflengtes op elkaar achter. De top van een lichtgolf valt
dan samen met de top van een golf die uit een naburige richel treedt. Die
lichtgolven versterken elkaar en vormen een lichtvlek op een scherm
achter de tralie. Onder andere hoeken lopen de golven van de
verschillende richels juist een halve golflengte uit de pas, waardoor
toppen met dalen samenvallen, en de golven elkaar uitdoven. De tralie
buigt zo het invallende licht af in een beperkte reeks hoeken, de ordes
van de diffractie. De projectie van het licht achter de tralie is een
streeppatroon.
De groottes van de hoeken waaronder de interferentiebundels uit de tralie
treden hangt sterk af van de golflengte - ruwweg de kleur - van het
licht. Daarom zijn tralies in trek om licht te splitsen in componenten
van het spectrum. Het oppervlak van een CD werkt eigenlijk ook als een
tralie, maar dan van het reflecterende soort, waarbij de sporen van
minuscule muziek-coderende putjes de richels vormen. Onder veranderende
hoeken lichten steeds andere kleuren op. Gebruik van een diffractielens
in fotografielenzen lag niet voor de hand: de kleurafwijkingen
(chromatische aberratie) waren groot en er ging veel licht verloren in de
nulde orde en hogere ordes diffractie.
De ringen in de DO-lens, richeltjes in een plastic oppervlak, vormen in
feite ook een tralie. Het is alleen een cirkelvormige tralie. De
diffractie levert daardoor kegelvormige lichtbundels op. Daarnaast is het
profiel van de ringen in een precies berekende zaagtand uitgevoerd, met
schuine vlakken tussen de richels in plaats van horizontale. Die
oppervlakken dragen ook bij aan het interferentie-effect, en het
resultaat is dat 98 procent van het invallende licht in de eerste
diffractie-orde terechtkomt. Net als bij een gewone lens wordt dus bijna
al het licht in één richting afgebogen.
ronde zaagtand
Het lijkt contraproductief: al die moeite om een tralie zo veel mogelijk
te laten werken als een gewone glazen lens, maar er is één belangrijk
verschil. Terwijl gewone glazen lenzen blauw licht altijd sterker
afbuigen dan rood licht, dat een langere golflengte heeft, is de het bij
het DO-element precies andersom: de ronde zaagtand-tralie buigt rood
licht juist sterker af dan blauw.
Het opheffen van deze chromatische aberratie speelt een belangrijke rol
bij het ontwerpen van fotografische lenzen. Aan het eind van de lens, in
het beeldvormend oppervlak moeten alle lichtkleuren scherp worden
afgebeeld. In objectieven met alleen refractielenzen wordt chromatische
aberratie binnen de perken gehouden door een uitgekiende combinatie van
positieve en negatieve lenzen, van verschillende glassoorten en op
verschillende wijze aan elkaar gekit op de juiste afstanden van elkaar.
In de telelenzen met lange brandpunten lukte dit alleen door steeds een
lange lichtweg aan te houden, vandaar dat supertelelenzen vaak op de
lanceerinrichtingen van tankafweergeschut lijken.
Het DO-objectief gebruikt daarentegen een optische verdwijntruc: de
forse, maar tegengestelde chromatische aberraties van het DO-element en
de gewone lenselementen heffen elkaar precies op. Het DO-element
focusseert rood licht sterker dan blauw, maar het gewone element
compenseert die afwijking weer. De lenselementen kunnen daardoor veel
dichter bij elkaar staan, met als resultaat een kortere en lichtere lens.
De handzaamheid van de lens heeft in vakbladen en op fotografie-websites
hoge ogen gegooid, en geruchten over andere DO-lenzen doen de ronde. Een
bezwaar, naast de prijs, is wel de lichtzwakheid van de lens, die een
maximum diafragma-opening van vier heeft. De verwende fotograaf heeft een
400 mm lens van lichtsterkte 2,8. ``Sportfotografen werken vaak met korte
sluitertijden', zegt Van den Boer van Canon, ``dus die hoor ik daar over
klagen.' Andere mogelijke gebruikers, zoals uitzonderlijk goed betaalde
professionele natuurfotografen, rijke hobbyisten of paperazzi, zijn er in
Nederland ook al niet genoeg voor een stormloop op de lens. De verkoop in
Nederland ligt dan ook op ongeveer één per maand. Van den Boer: ``het is
natuurlijk ook een beetje een prestige-project.'
Canon heeft zijn 400 mm DO-lens niet in de groep lenzen met de hoogste
optische kwaliteit gezet. Dat is terecht, blijkt uit een vergelijking met
een ongeveer 30 jaar oude Leica 400 mm telelens met een lichtsterkte van
5,6. Onscherp zijn geen van beide lenzen. Op een krantenpagina, op bijna
10 meter afstand gefotografeerd, zijn in het centrum van het beeld zelfs
de kleine letters nog met moeite leesbaar, als het kleinbeeldnegatief
voldoende wordt vergroot. Iedere lens beeldt het centrum het best af. De
verschillen zijn daar niet erg groot. Meer naar de randen is de Leicalens
duidelijk beter. De afgebeelde uitvergrotingen zijn afkomstig van de
randen (links de Leicafoto, rechts het resultaat van de Canonlens). De
Leica (bestaande uit een lange lege buis met aan het uiteinde twee tegen
elkaar gekitte lenzen) wint het bij diafragama 5,6 duidelijk van de goed
met lenzen gevulde en kortere Canonlens bij het (ongeveer
overeenkomstige) diafragma 6,7.
Het voordeel van moderne Canonlens is dat hij een beeldstabilisator heeft
die elektronisch trillingen tijdens de opname corrigeert. Dat maakt het
mogelijk om één of twee stapjes langzamere sluitertijden te nemen, en het
diafragma dus één of twee diafragmastops dicht te draaien. Dat laatste
verbetert de scherpte. De Leicalens heeft geen automatische
scherpstelling en zelfs geen automatisch diafragma. Dat moet de fotograaf
eerst dichtdraaien voordat hij mag afdrukken. Een vastgeplakte krant is
er moeiteloos mee te fotograferen, maar voetballers of vogels zijn vaak
alweer gevlogen voordat de ontspanknop van de Leica is bediend.
NIEUWE LENS CORRIGEERT DE KLEURFOUT
Normale lens breekt het blauwe licht meer dan het rode licht
Meerlagige diffractielens buigt het rode licht meer af dan het blauwe
licht.
De combinatie van beide lenzen compenseert de kleurfouten van de
afzonderlijke lenzen NRCH 210603 / Bron: Canon
Het diffractie-element (hier een niet-ingebouwd exemplaar) in de Canon DO
lens is bij bepaalde inkijkhoeken te herkennen aan de concentrische
cirkels in de lens. FOTODIENST NRC HANDELSBLAD

Copyright: Wayenburg. Bruno van