Pinhole fotografie
.
   
   
1
   
.
 

 

 

Wat is pinhole fotografie?

 

Bij pinhole fotografie fotograferen we zonder lens.
In een gesloten (licht dichte) doos is op de achterkant een lichtgevoelige film aangebracht. In de voorkant van de doos is een klein gaatje. Het beeld van een voorwerp wordt door het gaatje op de lichtgevoelige laag geprojecteerd.

Omdat er geen lens aanwezig is, is in principe alles scherp en is de DOF oneindig.
Er hoeft dus niet scherpgesteld te worden. Bij pinhole fotografie treed er ook geen vervorming op, zoals bij lenzen het geval is.
Deze techniek geeft dan ook heel specifieke foto's.
In plaats van een lichtgevoelige film kan ook de sensor van een digitale reflex camera gebruikt worden.

Beeld scherpte

Niettegenstaande de oneindige DOF is de scherpte van het beeld het grootste probleem bij pinhole fotografie.
De beeldscherpte wordt in hoofdzaak bepaald door de constructie van de pinhole.

    • Is de pinhole te groot dan wordt de verstrooiing te groot, waardoor verlies aan scherpte.
    • Is het gaatje echter te klein dan treed diffractie (breking) van het licht op, en daardoor scherpte verlies.
      De optimale pinhole diameter kan men berekenen, (zie verder), deze hangt af van de afstand van de pinhole tot de gevoelige laag of sensor (focal length) .
      Voor een voldoende scherp beeld moet de pinhole diameter kleiner of gelijk zijn aan 1/100 ste van de afstand tussen de pinhole en de gevoelige laag.
      Voor ""normale toepassingen" is de pinhole diameter is meestal 0.2-0.4 mm
    • Ook de dikte van het plaatje waarin het pinhole gaatje is gemaakt is belangrijk, het moet zo dun mogelijk zijn om diffractie zoveel mogelijk te vermijden.
    • Om dezelfde reden dient de gat-rand zo zuiver mogelijk te zijn.

Berekening van de pinhole diameter.

Voor de berekening van de optimale pinhole diameter kan je volgende formules gebruiken:

Voor focus op oneindig: .................................d² = k.b.λ
Voor focus tussen 0 en oneindig
..................d² =k.λ.a.b.(a+b)

Waarin:
d = pinhole diameter
k= overlap factor , tussen 1 en 4.
.....1 geeft de beste scheiding tussen 2 lijnen, maar meer diffractie, 4: minder scheiding en minder diffractie.
.....De beste resultaten liggen bij k=2-3
λ= golflengte van het licht (550 nm voor geel licht)
a= voorwerp tot gat afstand
b= Gat tot sensor afstand

Grafiek overgenomen met toestemming van: www.excilas.nl

Voorbeeld:
Onderstel : we boren in het body-deksel van een Nikon D70 een 4mm diameter gaatje.
Achter dit gaatje plaatsen we een dun metalen plaatje met een pinhole erin.
Voor een Nikon D70-pinhole combinatie is de gemeten afstand sensor tot pinhole : 47mm
Wat is de optimale diameter van de pinhole?
We kiezen voor k =2,3

De pinhole diametervoor focus op oneindig:

= 2,3 . 47. 0,000550...............d =0,24mm

 

Berekening diafragma - belichtingstijd

  • Met welk diafragma komt een pinhole van 0.24mm overeen ?
    Bij focusering op oneindig staat het beeld in het brandpunt dus: b = f

Uit de rubriek "Lenzen " leren we dat diafragma = f/d
Waarbij f = brandpuntsafstand = 47mm , d = pinhole diameter= 0.3mm

De formule levert ons: diafragma F= 47/0.24= 195

Deze waarde hebben we straks nodig voor het berekenen van de belichtingstijd.
Ter herhaling nog even de opeenvolgende diafragma stappen die telkens een verdubbeling van de belichting betekenen:
1-1.4-2.0-2.8-4.0-5.6-8-11-16-22-32-45-64-90-128-181-256-312-512

  • Welke belichtingstijd ?

Stel we nemen een foto van een landschap met een D70 camera met een lens met brandpuntsafstand = 47mm
De ISO waarde hebben we manueel ingesteld op 200
We noteren de (automatische) instelling van belichtingstijd en diafragma : 1/60 en F 5.6 voor een goed belichte foto.

We schroeven nu de lens er af en plaatsen de pinhole er op.
Welke belichtingstijd hebben we nodig voor opname van hetzelfde panorama ?

* We weten dat de 0.24mm pinhole overeenkomt met een diafragma van 195
van 5.6 naar 195 betekend : iets meer dan 10 lichtstops (10 komt overeen met diafragma 181)
Dit lichtverlies moeten we opvangen door langere belichtingstijd.

Ter herhaling nog even de opeenvolgende verdubbelingen voor de belichtingstijden:
1/125-1/60-1/30-1/15-1/8-1/4-1/2-1-2-4-8-16-32-64-128-256 sec

Om de 10 lichtstops op het halen moet de belichtingstijd dus 16 sec zijn

De belichtingstijd bij pinhole fotografie is zeer lang, een statief is dus onontbeerlijk.
De lange sluitertijd kan gedeeltelijk gecompenseerd worden door een iets hogere ISO gevoeligheid, maar in het geval een digitale camera wordt gebruikt, kiest men de ISO best niet te hoog om de ruis toename te beperken.
De sluiter wordt meestal manueel bediend.

Op de site van :www.excilas.nl :kan je op deze link een spreadsheet downloaden om de pinholediameter te berekenen bij verschillende focusafstanden.

Pinhole calculator

Bovenstaande berekeningen kunnen ook automatisch met een pinhole calculator berekend worden.
Op het web zijn veel Pinhole calulators te vinden.
Hier is een voorbeeld : Photostuff.co.uk

Wat leert ons deze calculator?
Vooreerst dien je een aantal gegevens in te vullen.
Nemen we het bovenstaand voorbeeld van Nikon D70

  • In te vullen gegevens:
    * Depth of camera= 47mm
    *Aperature diameter: 0,3mm
    *Metered aperature :F=5.6
    *Metered exposure: 1 / 60

  • Berekeningsresultaten:
    * Optimum hole diameter = 0.3mm
    * Overeenkomstig diafragma: F=157
    * Belichtingstijd= 13,1 sec
    * Image diameter : 61mm

 

Beeld diameter - Beeldhoek


Afhankelijk van de brandpuntsafstand zal het oppervlak die belicht wordt groter of kleiner zijn.
In ons voorbeeld is de beeld (image) diameter= 61mm.
De sensor diameter van een D70 is = wortel uit (15.6 x 23.7 )= 28.4mm

De beeldhoek kan berekend worden met de formule:

α =2 x arctan (x/2f)

hierin is
α = de diagonaal beeldhoek
x: diagonaal afmeting van de sensor,
f: de pinhole-sensor afstand.

In ons voorbeeld:
α =2 x arctan (x/2f)= 2xarctan (28,4/2x57) = 28

 

Brandpuntsafstand- kleinbeeld referentie

Een 50 mm kleinbeeld lens komt overeen met een diagonaal beeldhoek van 46.8 (zie "lenzen")
Ons D70- pinhole objectief komt dus overeen met 50 x 46.8/28= 80mm kleinbeeld objectief

Beeld grootte:

Van het belichte oppervlak (61mm diameter) wordt dus maar een klein gedeelte (15.6x23.7mm) gebruikt.
Het beeld wordt dus als het ware digitaal uitvergroot, waardoor niet alleen licht intensiteit verloren gaat, maar ook het beeld minder scherp wordt (verstrooiing cirkel wordt ook uitvergroot).

Praktisch:

Hoe maak je een pinhole ?
De meeste pinholes hebben een diameter van 0.2-0.4mm, het metalen plaatje waarin een pinhole gemaakt wordt, moet zo dun mogelijk zijn :20-50 m.
* Een mogelijkheid is de volgende:
Een blanco enkelzijdige FR2 (papier) printplaat waarmee gedrukte schakelingen worden gemaakt, heeft een koperfolie laag van 35 m.
Met een strook van 10mm en wat opwarmen kan je de koper laag er af trekken. Nu heb je een koperfolie van 35 m dikte, met een naald prik je een klein gaatje. Met fijn schuurpapier schuur je het op, daarna steek je de naald opnieuw in het gaatje en schuurt opnieuw. Dit herhaal je tot het gaatje mooi rond is en de juiste diameter heeft en geen bramen meer. De gat diameter kan je meten met een 10x loupe.
* Een andere mogelijkheid is het metalen plaatje van een drank blikje te nemen, de dikte is meestal +/- 100 m. Je prikt er een gaatje in en schuurt op bovenvermelde manier de plaats rond het gaatje op tot minder dan halve dikte.
Kontroleer in beide gevallen dat het gaatje mooi rond is en geen bramen heeft.
* Je kunt de pinholes ook kopen.
Wil je het professioneler aanpakken, dan bieden heel wat firma's pinholes aan met verschillende diameters .
* Is de beschikbare pinhole te groot dan kan je met een tussenring de gat-sensor afstand vergroten, en daarmee vergroot ook de optimale pinhole diameter. De openingshoek wordt kleiner.

Een eerste test opstelling:
Nikon Body deksel met 4mm gaatje, daarop een dubbelzijdige kleefband (met 4mm gat), waarop een 35 koper plaatje is gekleefd met gaatje van 0.4mm diameter.
Brandpunt afstand = 47mm, equivalent kleinbeeld : 80mm . Diafragma: F=118

 

Resultaten

Belichtingstijden:resp. 1 en 3 sec

Conclusie:
Alhoewel de beelden niet scherp zijn t.g.v. een te grote pinhole diameter (optimaal =0.24mm) vind ik dit als een eerste oefening niet slecht en bied zeker mogelijkheden voor het bekomen van speciale effecten.


Resultaten met 200µm lasergeboord pinhole


Toepassingen:

    • Miniatuur bewakingscamera's: door het feit dat er geen lenzen zijn kan het geheel zeer compact gemaakt worden, alsook het feit dat scherpstellen niet hoeft is natuurlijk ook een pluspunt.
    • Fotograferen van een zon eclips .
      Pinhole lenzen met grote brandpuntsafstand zijn eenvoudig te construeren, daarvan kan bij fotograferen van zon-eclipsen dankbaar gebruik gemaakt worden.


Pinhole fotografie met indirecte belichting

Het beeld komt op een wit reflecterend vlak terecht, waarna het gefotografeerd wordt met een camera.

Voordelen:

    • Eenvoudig te construeren, vooral voor lange brandpuntsafstanden.
    • Groter belicht oppervlak mogelijk, geen beperking meer door de sensor grootte.
    • Geen gevaar voor stof in de camera, via de pinhole

Nadelen.

    • Licht verlies, doordat het beeld niet 100% weerkaatst wordt.
    • Camera en pinhole liggen niet op dezelfde as, waardoor vervorming, dit is echter eenvoudig te corrigeren met een fotobewerkingsprogramma.

Speciale effecten

Met pinhole fotografie kan je ook speciale effecten bekomen door:

    • 2 gaatjes naast elkaar te boren
    • het scherm waarop het beeld geprojecteerd wordt hol of bol te maken.

Voorbeelden van pinhole foto's

Pinhole.cz
pinholeview

 

Beertje
11/9/2010
Update 21/11/2016