Fotografia digitale all'Infrarosso

In cosa consiste la modifica per l' IR

Quella che segue e’ una descrizione di massima della procedura da effettuare. Lo scopo principale di questo articolo non e’ quello di descrivere minuziosamente tutti i passi da compiere per effettuare la modifica IR, ma quello di fornire un’informazione sul lavoro svolto per ottenere il risultato finale. Proprio per generalizzare l’operazione ed estenderla in tutto il campo della fotografia abbiamo utilizzato fotocamere diverse ed obiettivi diversi per ottenere un risultato comune.

IMPORTANTE:
Smontare la fotocamera fa decadere la garanzia del produttore.
Chi volesse effettuare questa modifica lo fa a proprio rischio e pericolo liberando gli autori di questo articolo da ogni responsabilità

La modifica in sè e’ piuttosto semplice:

1- rileggere bene la nota riportata sopra !
2- smontare la macchina
3- togliere ghiere, pulsantini, molle etc.
4- dissaldare le schermature che nascondono i punti dove dobbiamo intervenire
5- staccare tutti i cablaggi elettrici
6- separare i circuiti stampati
7- smontare il sensore CCD
8- togliere il filtro davanti al CCD (quello che si pulisce quando ci sono i pelucchi nelle foto)
9- rimuovere le guarnizioni
10- sostituire il filtro ir-cut con il filtro IR (nel caso si voglia solo l’IR)
11- correzione del tiraggio del piano focale
12- riassemblaggio di tutte le parti ripercorrendo tutti i passi tutto in senso opposto
13- accensione fotocamera

E' inoltre importantissimo ricordare che all'interno della fotocamera ci sono circuiti sensibilissimi all'elettricita` statica che possono essere danneggiati con estrema facilita`. In alcuni casi e' richiesta la rimozione di schermature e bisogna operare con il saldatore su punti molto delicati, per cui il nostro consiglio e’ di utilizzare strumenti professionali tipo la stazione di saldatura Weller Antistatic con lo stilo ad ago da 25W e braccialetto antistatico.

Non sono operazioni particolarmente complicate, ma richiedono una discreta manualita` e soprattutto mano ferma per non strappare i fili dai connettori o peggio ancora danneggiare irreparabilmente i minuscoli PCB.

Fase di disassemblaggio della fotocamera

La parte di disassemblaggio del sensore richiede un po' di cura ed un'ambiente a bassissimo (pressoche` nullo) tenore di polvere perche` se oltre alla rimozione del filtro Hot-Mirror si vuole anche posizionare un filtro davanti al sensore (il nostro caso) bisogna fare in modo che non si depositi polvere in un posto che non si potrà pulire se non smontando di nuovo tutto!

Il sensore della Canon 350D con il filtro originale

Ogni modello di fotocamera è un mondo a se, ma in linea di massima questo tipo di modifica e` applicabile al 90% delle fotocamere digitali presenti sul mercato. I casi in cui non è possibile effettuare la modifica sono quelli in cui il filtro hot-mirror è solidale con il sensore e non c'e` modo di rimuoverlo in modo non distruttivo.

Confronto in luce visibile tra il filtro per infrarossi ed il filtro Canon. Notare la differenza in spessore dei due filtri.
Per avere una corretta messa a fuoco queste differenze devono essere tenute in considerazione
e bisogna ricalcolare quale sara` il nuovo piano focale. Canon EOS 350D (formato: 26,9 x 19,5 x 2,7 mm)

Il filtro originale è stato rimosso dalla sua sede naturale ed è stato sostituito con il filtro IR.

Il vecchio filtro Hot-Mirror IR-Cut visto agli infrarossi appare completamente nero.

Il mistero dell'Autofocus (dipende... tutto dipende...)

Il vero regno dell’indeterminatezza e’ quello dell’autofocus. Chi come noi aveva gia` avuto dei dubbi sul comportamento dell’AF in luce visibile ora ne ha la certezza: l’AF non e’ un sistema infallibile … anzi.

Per poter interpretare in modo corretto le tabelle che seguiranno e le problematiche connesse con la messa a fuoco, e’ necessario introdurre i concetti di profondita’ di campo e di circolo di confusione. Chi fosse gia` a conoscenza di questi concetti puo` saltare questa parte e passare direttamente al capitolo RICALIBRAZIONE.

Il circolo di confusione è definito come il più piccolo cerchio che l'occhio umano riesce a distinguere come un puntino visto ad una determinata distanza, detto in altre parole e’ quella percentuale di sfocatura che il nostro occhio non e’ in grado di rilevare per cui anziche` un cerchio noi vediamo un puntino. Prendendo come riferimento un occhio normale, si e’ rilevato che e’ in grado di distinguere 5 coppie di linee per millimetro osservando un negativo di 20x25cm alla distanza di 25 centimetri.

Una coppia di linee e’ costituita da una riga nera e una riga bianca.
[ 5 coppie = 10 linee per millimetro x 25,4 (millimetri x pollice) = 254 lpi/dpi ]

Il CdC e’ uguale al reciproco della risoluzione dell’occhio e vale 0.2 per un negativo di 20x25cm (0,2=1/5). Partendo da questo valore e’ possibile ricavare il CdC per i formati inferiori effettuando una semplice proporzione.

Per ottenere il CdC delle fotocamere digitali basta dividere il CdC del formato 35mm per il fattore di moltiplicazione introdotto dalla piu` piccola dimensione del sensore.

Tabelle del circolo di confusione per i piu` comuni formati e per alcune fotocamere digitali.

La profondita’ di campo e’ la zona che verra’ percepita come ‘a fuoco’ e generalmente si estende da 1/3 prima del punto di fuoco a 2/3 dopo. L’ampiezza di quest’area dipende dalla focale utilizzata, dalla distanza di ripresa, dal valore del circolo di confusione e dal diaframma utilizzato. Ricordatevi, non dipende invece dal formato della pellicola!

La profondita` di campo e’ definita come la regione dove la dimensione del CdC e’ inferiore alla capacita` di distinguerlo dell’occhio umano. Tutti i cerchi con diametro inferiore a quello del CdC ci appariranno come a fuoco. (Wikipedia)

La distanza iperfocale e’ la distanza alla quale l’oggetto piu` vicino appare nitido quando una lente e’ messa a fuoco all’infinito. Quando una lente e’ messa a fuoco alla sua distanza iperfocale, tutto quello che si trova dalla meta` della distanza iperfocale all’infinito avra` una nitidezza accettabile per la realizzazione di una fotografia.

Nota1: Per ottenere dei risultati corretti e’ importante che le unita` di misura adottate siano congruenti, per cui se si mette la focale espressa in mm allora anche tutti gli altri valori dovranno essere espressi in mm.

Nota2: Quando la lunghezza focale e’ molto piu’ piccola rispetto alla distanza di messa a fuoco, allora e’ possibile utilizzare la versione semplificata delle precedenti equazioni.

La ricalibrazione

Quello che nella descrizione delle modifiche sarà descritto come taratura/ricalibrazione AF in realtà si tratta di un ricalcolo del disegno ottico che e’ costituito dalla sostituzione del filtro hot-mirror o della sua eventuale rimozione completa.
RICALIBRAZIONE

Detto in parole povere, tutti i filtri sono delle lenti ed ogni tipologia di vetro ha un proprio indice di rifrazione caratteristico che 'devia' il raggio di luce che lo attraversa. Questa deviazione e' data dall'indice tipico del materiale con cui e' realizzato e cosi` se un vetro ottico di tipo BK7 ha un valore di 1,517 altri materiali hanno costanti diverse in base alla loro formulazione.

Il filtro 'aggiuntivo' e' parte integrante del cammino ottico e gioca un ruolo importante al fine di proiettare l'immagine sul sensore esattamente a fuoco, e pochi decimi o centesimi di mm fanno gia` una bella differenza.

All'atto della modifica e' quindi indispensabile prendere in considerazione tutti questi fattori affinche` il risultato rispecchi le specifiche richieste e, ove possibile, bisogna mantenere e regolare il corretto posizionamento dei piani di messa a fuoco (MAF).

Nel caso di piccole discrepanze e’ anche possibile effettuare una regolazione dell'AF del box specchio, ma quando e’ possibile e’ meglio far in modo che tutte le correzioni aggiuntive si bilancino automaticamente in modo da non dover fare regolazioni approssimate.

Per far questo e’ necessario effettuare il calcolo della differenza del percorso ottico usando la seguente formula derivata dalle formule per il calcolo della distanza iperfocale:

Compensazione = (n - 1) / n * DeltaSpessore

Dove:

n =	Indice di rifrazione (1.517 per vetro BK7)
DeltaSpessore =	Differenza tra lo spessore del filtro originale e quello del filtro sostitutivo
Compensazione =	Spostamento del piano di fuoco

n = indice refrattivo (1.517 per vetro BK7)
DeltaSpessore = Differenza tra lo spessore del filtro originale e quello del filtro sostitutivo
Compensazione = Spostamento del piano di fuoco

Nel caso della modifica per l’infrarosso bisognera` quindi fare in modo che la luce visibile che percorre il tragitto fino al mirino ottico e la porzione infrarossa che andra` a focalizzarsi sul sensore, anche se differiscono a causa dei fenomeni di aberrazione cromatica della lente usata, siano opportunamente bilanciati.

Bisogna anche tener presente che ogni lente si comporta in modo diverso perche` anche se quelle valide sono state disegnate per avere una risposta apocromatica, nessuna di queste e’ stata progettata per garantire l'apocromaticita` anche al di fuori dello spettro visibile, quindi ricordiamoci sempre che stiamo lavorando fuori dalle specifiche e che dobbiamo accettare un minimo di indeterminatezza. Apocromaticita` vuol dire che la lente e' disegnata per far si che, all'interno di un intervallo di lunghezze d'onda, queste mettano a fuoco esattamente sullo stesso piano (vedi aberrazione cromatica assiale). Ogni tipologia di lente ha un disegno ottico diverso e quindi risponde in modo diverso alla radiazione infrarossa.

La correzione della messa a fuoco per l’infrarosso, di cui abbiamo parlato nella parte riguardante la messa a fuoco, non e’ una costante valida per tutte le lenti ma varia da lente a lente in base disegno ottico. Non dimenticate oltretutto che questa correzione (cioe’ il puntino rosso) e’ specifica per una determinato e ristretto intervallo di lunghezze d’onda IR, quindi e’ sempre comunque buona norma fotografare con il diaframma un po’ chiuso per sfruttare l’aumentata profondita’ di campo.


Ottica focheggiata all’infinito in luce visibile (rif. punto nero)		Ottica focheggiata all'infinito in luce IR (rif. punto rosso)

Il problema della diffrazione

Purtroppo chiudere il diaframma comporta una serie di problemi aggiuntivi se si fotografa in IR. E’ ben noto a chi fotografa che chiudere il diaframma in modo sostanziale per aumentare la profondita’ di campo risulta in un progressivo degrado della qualita’ dell’immagine dato dal fenomeno della diffrazione, che e’ proporzionale alla chiusura del diaframma (il numero f, in altre parole). Quello che e’ meno noto e’ che la diffrazione e’ anche direttamente proporzionale alla lunghezza d’onda. Cio’ significa che quando operiamo negli infrarossi (che hanno lunghezza d’onda superiore a quella della luce visibile) siamo molto piu’ a rischio per l’insorgere di fenomeni di diffrazione, e quindi chiudere il diaframma va fatto con ancora maggiore prudenza rispetto a quando si fotografa in luce visibile.

La correzione IR

Quando si effettua la correzione di messa a fuoco per l’infrarosso il gruppo ottico si sposta leggermente in avanti aumentando il tiraggio e comportandosi cioe` come se il soggetto fosse leggermente piu` vicino. A titolo di pura curiosita` ci siamo messi su un piano di riscontro ed misurato con un comparatore (risoluzione 0.01mm) di quanto si spostava il barilotto delle lenti.

Abbiamo effettuato le misurazione su ottiche che hanno un disegno semplice tipo i 50mm perche` diversamente in base al tipo di disegno (RF, IF etc.etc.) i vari gruppi di lenti si muovono internamente in modo da ottenere il risultato desiderato e questo tipo di misurazione perderebbe di significato.

I 50mm di casa Nikon hanno un'unico blocco lenti che si muove in modo solidale e proprio per questo l’ho utilizzata come riferimento. Il 55micro e' un'ottica specialistica e la sua misurazione e' riportata unicamente titolo informativo.

Abbiamo effettuato piu` misurazioni per ciascuna lente focheggiando in corrispondenza dei simboli di 1m ed ∞ e poi effettuando la correzione IR. Proprio perche` correzione per l’IR e’ in realta` una procedura approssimata, il risultato ottenuto e' la media di piu` letture in modo da appianare inevitabili errori di posizionamento della ghiera di MAF.

Dalla tabella risulta che lo spostamento e’ tra gli 0.15 ed i 0.18mm: Una media di 0.16mm di allungamento del tiraggio che (almeno per il 50mm) sembra essere una costante per tutte le distanze analizzate. Nel caso del 50mm f1.4 Ai Nikon questo spostamento si ottiene spostando la ghiera di circa 2.3mm oppure, meglio, eseguendo una rotazione di 1°18’.