Twee weken geleden plaatste ik nog eens een fotoraadsel. Daarin vroeg ik jullie om te raden hoe onderstaande foto gemaakt was.
Vandaag is het tijd om het antwoord te onthullen, maar eerst bespreek ik de tien reacties die binnenkwamen op Weetlogs.
Hoe is deze foto gemaakt?
Marsha Tap bijt de spits af en duidt de grootste lichtvlek (links) als de ondergaande zon gezien door een raam: correct. Van de kleinere lichtvlek (rechts) denkt ze dat die van gereflecteerd zonlicht komt: helaas, niet juist. Enya V vestigt de aandacht op de lichtbreking en het stippelpatroon in de foto. Dit is inderdaad een cruciaal element om tot de juiste oplossing te kunnen komen! Enya’s hypothese is dat de foto gemaakt is met behulp van een CD (erdoorheen of in reflectie). Hiermee zou je inderdaad spectrale kleuren verwachten, maar “CD” is niet de juiste oplossing – al zit het er zéér dichtbij. Roeland merkt op dat de foto met flits gemaakt is (juist), maar denkt dat ook de grootste lichtvlek een reflectie is van de flits (niet juist). Etienne Ooghe houdt het eenvoudig bij de zon en een persoon met flitscamera in de spiegel – dit is nagenoeg correct, maar de vraag blijft dan wat er dan dienst deed als spiegel en daarbij voor de kleurrijke strepen zorgde…
Walter Valgaeren denkt bij de kleuren aan een prisma: helaas, zo eenvoudig is het niet. Persijn denkt aan reflectie op een binnenraam: helaas, ook niet juist. Bert bevestigt enkele eerdere elementen (drie ramen, grote lichtvlek van de zon en wittere lichtvlek van de flits) en voegt er een nieuwe hypothese aan toe: het zou een foto zijn van reflectie van een inox ijskastdeur. Ook Eva Sohier gokt (via Facebook) op reflectie in inox. Mooie gok: op inox zie je inderdaad ook lijnvormige uitlopers aan lichtbronnen en eerder vage reflecties, maar niet dit soort kleurpatronen. Sorry, niet juist. Luk denkt verder over de oorzaak van de lichtbrekening. Hij suggereert een spiegelend oppervlak (deur of scherm) waarop een folie bevestigd is die voor een regelmatige structuur zorgt. Als voorbeeld oppert hij zilverkleurige duct tape. Hoewel deze conclusie niet juist is, klopt de argumentatie wel.
En net toen ik dacht dat jullie het niet zouden raden, kwam Peter Rombouts met het juiste antwoord voor de dag: “het scherm van een uitgeschakeld LCD televisietoestel, waarvan het blokjespatroon redelijk goed zichtbaar is onder de reflectie van de zon”. Geen CD, zoals Enya al heel snel tipte, maar een LCD dus! Peter voegt eraan toe dat de foto genomen zou zijn met een smart phone, maar dat heb ik niet eens, mensen! Ik maak al mijn foto’s met een oude compactcamera van Olympus (te zien op het eerste plaatje bij deze post) en bijna altijd zonder flits, maar voor dit effect moest ik wel flitsen.
Als bewijs dat het inderdaad om het LCD-scherm van een televisie gaat, toon ik hier een tweede foto die op dezelfde dag gemaakt is:
Zo werd het fotoraadsel gemaakt.
Begin deze maand woonde ik de Formal Epistemology Workshop bij in München, waarvan ik hier al verslag deed. Mijn hotelkamer had een groot raam aan de westkant, recht tegenover de muur waar de televisie hing. Het licht van de ondergaande zon zorgde voor mooie diffractiepatronen op het scherm. De flits van het fototoestel zorgde voor een soortgelijk effect.
In de opgave zie je dus diffractie van de twee lichtbronnen (zon en fotoflits) aan de regelmatige structuren in het scherm. (Het scherm werkt dus deels als spiegel en deels als tralie of diffractierooster.) Als je je hoofd draait, draait de richting van het stervormige lijnenpatroon niet mee: dit hangt immers af van de richting van de structuren in het scherm. Dergelijke diffractiepatronen kun je ook zeer duidelijk zien als je door een glasgordijn of een zakdoek naar de rode achterlichten van een auto kijkt, of naar de oranje straatverlichting van natriumlampen. Voor wit licht is het nog iets complexer. Kijk maar eens door een glasgordijn naar de koplampen van een auto, of naar witte straat- of tuinverlichting. Verschillende golflengten (spectrale kleuren) zullen elk een iets ander diffractiepatroon maken. (Dit principe wordt ook gebruikt in moderne spectrometers op basis van diffractieroosters.) In wit licht komen al deze kleuren samen voor en vormen bij diffractie gezamenlijk een patroon in regenboogkleuren.
In de foto zijn de diagonale lijnen het duidelijkst. Dit is anders bij een glasgordijn: bij een stof met een vierkant weefpatroon bestaat het diffractiepatroon uit horizontale en verticale lijnen, die bovendien variëren in intensiteit, waardoor je blokjes lijkt te zien. Verder zie je in de foto horizontale banen van rood, groen en blauw (RGB). Ook dit effect zou er bij de gordijn niet bij zijn, want dit is afkomstig van de drie kleuren in de pixels van het televisiescherm. Je wordt er zo dus aan herinnerd dat een televisie in feite maar drie verschillende kleuren licht uitzendt in verschillende verhoudingen, wat voor ons niet te onderscheiden is van een heel spectrum aan kleuren.
Zelden zo geboeid naar de televisie gekeken! :-)
Voor een wetenschapper geldt: één meting is geen meting. Als je een ongewone observatie doet, wil je die kunnen reproduceren. Na thuiskomst probeerde ik dus nieuwe foto’s te maken van het “Münchense hotelkamer-effect”.
Eerste poging: eigen televisie. Wij hebben thuis enkel een draagbare televisie, die met zijn kathodestraalbuis even diep is als breed en hoog. (Er zit zelfs geen Teletekst op, maar dat geeft niet, want dat blijkt intussen al uit de mode te zijn.) Het scherm van zo’n ouderwetse TV bestaat wel uit pixels, regelmatige structuren dus, maar de flits reflecteerde op het scherm als een wazige, witte bol – niet als een gekleurd diffractiepatroon.
Tweede poging: computerscherm. We hebben wel LCD-schermen in huis (laptop en vaste computer), maar ook daarin kon ik het effect van het fotoraadsel niet reproduceren. De flits smeerde wel uit in een horizontale lijn en in mindere mate ook verticaal, maar er waren geen spectrale kleuren te zien in deze lijnen, er waren geen diagonale lijnen en ook geen horizontale RGB-banen.
Derde poging: zoeken op internet. Ik vond verhalen van mensen die klagen over reflectie in hun gloednieuwe (en peperdure) TV-scherm en ook wel enkele foto’s met een stervormige reflectie van een flits op een scherm (onder andere hier), maar geen systematische bespreking.
Uiteindelijk zat er niets anders op: gisteren – op tau-dag – ging ik naar een elektrowinkel om daar foto’s te maken. Vermits ik – bij gebrek aan een ondergaande zon – wel foto’s mét flits nodig had, was het onmogelijk om dit discreet te doen. Gelukkig hebben de verkopers me laten begaan. Het was meteen duidelijk dat niet alle LCD-schermen hetzelfde zijn: bij sommige was er nauwelijks reflectie of diffractie, bij andere was het effect net zo uitgesproken als bij de TV in mijn hotelkamer. Hieronder zie je een compilatie.
Diffractie van straatlichten door glasgordijn (linksboven). Diffractie van flits op LCD-schermen (rechtsboven: Sony, linksonder: Panasonic, rechtsonder: Samsung).
Op de foto’s hierboven zie je dat de hoek van de gekleurde lijnen varieert tussen de schermen van verschillende merken. Dit zou te maken kunnen hebben met het patroon waarin de (sub-)pixels in het scherm zitten (zie deze afbeelding voor enkele mogelijkheden).
Als je nog meer details wil uitpluizen van deze diffractiepatronen, dan wordt het noodzakelijk om optische berekeningen te doen. Dan Piponi, een computergraficus uit San Francisco die schrijft onder de naam ‘sigfpe’, raakte ook geïntrigeerd door dit effect en deed de oefening: hij analyseerde een foto met behulp van Fourier optica. Zo slaagde hij erin om het diffractiepatroon op een LCD-scherm te simuleren. Hij schrijft de schuine lijnen toe aan structuren binnen de subpixels (zie deze pagina voor enkele mogelijkheden), dus niet aan het patroon waarin de (sub-)pixels in het scherm zitten. Ook de Noorse fysicaleraar Chris Hamper komt tot dezelfde conclusie.
En zo moet het zijn: een optisch effect dat enkel in München optreedt, bestaat niet – maar dit effect is echt. :-)
Als afsluiter nog een foto die ik ook in München maakte: een regenboog, mijn favoriete optische effect, waargenomen in de fijne waterdruppeltjes rond een fontein. (Als je de saturatie van de foto opdrijft, kun je zelfs de secundaire boog zien.)
Regenboog bij een fontein in München.
Ik gebruik een schoolagenda om mijn werk te plannen en dus wissel ik bij deze overgang van juli naar augustus ook van boekje. Het vorige stond tot de laatste dag helemaal vol gekriebeld. Sommige blaadjes waren overplakt met post-its om nog meer te kunnen inplannen op één dag. Ik weet nog dat het lente was en dat ik dacht over wat ik deze zomer allemaal zou kunnen doen, omdat ik dan zeeën van tijd zou hebben. Nu juli voorbij is, kan ik officieel melden dat “zomerrust” weer een illusie is gebleken. Ook in juli was mijn agenda een dubbeldekker.
