Sifraccion De Ondas Luminosas

Marín Ramírez Luis Fernando

Vázquez Estefes Alejandro

Nogues Garcia Jose Angel

CARRERA

(1) PLAN DE

ESTUDIOS

(2) NOMBRE DE LA ASIGNATURA

(3) CLAVE DE LA

ASIGNATURA

(4)

ING ELECTRICA

COMPETENCIA FISICA MODERNA

ELR1011

´

PRÁCTICA No. (5) LABORATORIO DE

(6) NOMBRE DE LA PRÁCTICA

(7) DURACIÓN

(8)

ELECTRICA Y ELECTRONICA

DIFRACCION DE ONDAS LUMINOSAS EN LAS CAMARAS FOTOGRAFICAS

I. Marco Teórico (9)

El fenómeno de la difracción ya hemos dicho que apenas si se menciona a un nivel sumamente cualitativo. Sin embargo, podemos encontrar aspectos de la vida cotidiana muy relacionados con la difracción, sin necesidad de adentrarnos en el complejo estudio matemático de la difracción de Fresnel o la de Fraunhofer. Uno de estos aspectos tiene que ver con todos los instrumentos ópticos, cuya resolución óptica (poder de separación de dos puntos próximos) está limitada exclusivamente por el tamaño de la apertura circular de las lentes y resto de soportes físicos que puedan tener. El ejemplo sobre el que vamos a trabajar nos pondrá de manifiesto la importancia de la difracción para saber lo que podemos esperar de la evolución de la tecnología aplicada alas cámaras digitales en un futuro próximo. Es muy probable que la tecnología microelectrónica nos ofrezca unas prestaciones superiores a las que nos ofrece la calidad óptica de nuestros instrumentos ópticos. En ese caso estaríamos ante un esfuerzo inútil del que no se va a derivar una mejora en la calidad de la imagen obtenida. Las cámaras digitales se han convertido ya en una opción ineludible dentro del mundo de la fotografía.

No solamente los profesionales y aficionados medios en este arte están rehaciendo sus técnicas de trabajo frente a los nuevos sopor-tes de imagen, sino los usuarios básicos e inexpertos los han asumido dentro de la constante novedad tecnológica

Conceptos básicos sobre la difracción

El fenómeno de la difracción se debe a la alteración que experimenta una onda cuando encuentra un obstáculo en su camino. La interpretación de fenómeno debemos hacerla utilizando el principio de Huygens según el cual todo punto afectado por una perturbación ondulatoria se convierte en un nuevo foco emisor de ondas. Si un obstáculo se encuentra en el camino de un frente de ondas, el fenómeno de la difracción supone que existe una región de

Penumbra entre la zona iluminada por la onda y la zona de sombra producida por el objeto.

Si el tamaño del objeto es menor que la longitud de onda, la sombra desaparece y el frente de ondas apenas experimenta modificación alguna ocultando de este modo la presencia del obstáculo. Cuando el obstáculo consiste en una rendija que deja pasar una fracción de la onda (figura 1), la difracción actúa de modo similar. En este caso, suponiendo que utilicemos luz como fenómeno ondulatorio, la mancha luminosa de un

Foco puntual recogida en una pantalla tras una rendija circular, ofrece una estructura de anillos claro-obscuros.

Este comportamiento afecta a la formación de imágenes por cualquier tipo de sistema óptico con rendijas.

Cuando se quiere observar la imagen de dos puntos próximos, puede ocurrir que las manchas anulares de sus imágenes no nos permitan observarlos como elementos individuales sino como una mancha más extendida. Se dice entonces que ambos puntos no están resueltos. La condición para poderlos ver realmente como dos puntos viene dada por el denominado

criterio de Rayleigh

para rendijas circulares, representa-do en la fórmula y explicado mediante la figura

II. Desarrollo de la Práctica (10)

Algunos conceptos fotográficos

La realización de fotografías consiste básicamente en la proyección de una imagen sobre un soporte capaz de retener la información gráfica. La imagen se construye con la ayuda de una lente o un conjunto de ellas. El primer parámetro que

hay que controlar es el mismo enfoque de la imagen, cosa que se consigue desplazando la lente u objetivo a una distancia conveniente del soporte de la imagen. Muchas cámaras de fotografiar nos permiten realizar esta operación de modo inteligente y automático. El campo de enfoque, esto es, el intervalo de distancias que dan un enfoque relativa-mente aceptable, determinan una profundidad de campo variable que depende básicamente de la iluminación y, por ello, según veremos a continuación, de la apertura del diafragma. Las cámaras baratas de foco fijo utilizan esta propiedad para ofrecer unas imágenes de una calidad no demasiado exigente .Además del enfoque de la imagen debemos tener en cuenta la cantidad de luz que llega al soporte sensible. La fotografía basada en película de sales de plata ha funcionado desde el siglo XIX utilizando una relación simple: Imagen = Iluminación × Tiempo La “iluminación” la controlamos mediante una abertura circular variable denominada diafragma y el tiempo de exposición mediante algún tipo de mecanismo mecánico (muelle) o electromecánico, acoplado a la cortinilla u obturador. La abertura del diafragma se da como medida relativa respecto la distancia focal de la lente (en realidad, respecto a la distancia lente - pantalla):Diámetro diafragma (D)/ distancia focal (F)La inversa de este cociente se conoce como

número de diafragma f = F / D.

De ello se deduce que a mayor número de diafragma, menor abertura de éste y, por lo tanto, menos luz dejan pasar al interior de la cámara. Las cámaras fotográficas con control manual de la exposición poseen una serie de posiciones estándar para el valor f. Su valor es tal que encada salto la iluminación se reduce aproximadamente a la mitad. Puesto que la iluminación es proporcional al área dela abertura, al ser esta circular, la reducción de la iluminación en un factor ½ equivale a multiplicar el número de diafragma por el factor √

2. Un conjunto normal de estos valores puede ser el mostrado en la Tabla I

Para conocer más detalles podemos tomar algunas referencias interesantes de catálogos. El tiempo de exposición lo controla el obturador y se representa mediante unos números cuya inversa es dicho tiempo expresado en segundos.

Como puede verse en la Tabla II, los números consecutivos indicativos de la velocidad también guardan la proporción aproximada 1:2. Ello significa que si hemos tomado una instantánea con un número de diafragma 11 y velocidad 125(11/125), también podría tomarse con las relaciones 8/250 ó16/60. La elección de una relación u otra está determinada por las necesidades de tema o por los efectos que queramos realzar en la fotografía. Altas velocidades de obturación con diafragmas bajos, exigirán una buena iluminación del motivo, reducen la profundidad de campo, aumentan el contraste y disminuyen la gradación de la tonalidad. Velocidades lentas con diafragmas altos requieren motivos estáticos, aumentan la profundidad de campo así como la gradación y tonalidad de la fotografía. En la fotografía tradicional de película de plata se juega además con la sensibilidad de ésta. La utilización de películas de alta sensibilidad (rápidas) permite obtener instantáneas en condiciones desfavorables pero, a cambio, poseen un grano (mínima cantidad de material sensible) más grueso que el de las películas de baja sensibilidad (lentas).

El fotógrafo aficionado que esté interesado en realizar exposiciones con gran nitidez y definición podría pensar que, en ese caso, será mejor utilizar diafragmas de número f elevado. Esto es, tomar la foto con el diafragma lo más cerrado posible. Aunque este procedimiento nos asegura, cierta-mente, una mejora de la profundidad de campo, necesaria si existen planos superpuestos, olvida un fenómeno fundamental: la difracción. La relación (1) nos indica que a menor diámetro de la rendija circular menor resolución. Por lo tanto, la utilización de diafragmas de número f alto contrarresta, debido a la difracción, la ganancia de la aproximación a las condiciones de la

Óptica paraxial.

Características de las cámaras digitales

Una cámara digital posee casi todos los elementos de una cámara fotográfica de película diferenciándose, fundamentalmente, en el soporte de imagen. Este tipo de dispositivos utiliza sensores del tipo CCD o CMOS con un alto grado de integración de sus componentes. Aunque existe una gran variedad de marcas comerciales, la inmensa mayoría utiliza sensores similares a los de la Figura 3. En ella aparecen los tamaños de los sensores más habituales, expresados según el radio en pulgadas la oblea circular en la que están inmersos. En las direcciones electrónicas [7] y [8], podemos encontrar algunos datos interesantes al respecto. Conviene recordar que el término

mega píxel

es numéricamente equivalente al de

megabyte

y viene determinado por la cantidad

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