Blendenzahl - f-number

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Diagramm der abnehmenden Aperturen , dh der zunehmenden Blendenzahlen, in Schritten von einer Blende ; Jede Blende hat die Hälfte der Lichtsammelfläche der vorherigen.

In der Optik ist die Blendenzahl eines optischen Systems wie eines Kameraobjektivs das Verhältnis der Brennweite des Systems zum Durchmesser der Eintrittspupille ("freie Apertur "). Es ist auch als Brennweitenverhältnis , Blendenverhältnis oder Blende bekannt und in der Fotografie sehr wichtig . Es ist eine dimensionslose Zahl , die ein quantitatives Maß für die Linsengeschwindigkeit ist . Das Erhöhen der Blendenzahl wird als Anhalten bezeichnet . Die Blendenzahl wird üblicherweise unter Verwendung eines Kleinbuchstaben f mit dem Format f / N angegeben , wobei N die Blendenzahl ist.

Die Blendenzahl ist der Kehrwert der relativen Apertur (der Aperturdurchmesser geteilt durch die Brennweite).

Notation

Die Blendenzahl N ist gegeben durch:

wo ist die Brennweite und ist der Durchmesser der Eintrittspupille ( effektive Apertur ). Es ist üblich, f-Zahlen mit vorangestelltem f / zu schreiben , was einen mathematischen Ausdruck des Eintrittspupillendurchmessers in f und N bildet . Wenn beispielsweise die Brennweite einer Linse 10 mm und ihr Eintrittspupillendurchmesser 5 mm betragen würde, wäre die Blendenzahl 2. Dies würde in einem Linsensystem als " f / 2" ausgedrückt . Der Öffnungsdurchmesser wäre gleich .

Die meisten Objektive haben eine einstellbare Blende , die die Größe des Blendenstopps und damit die Größe der Eintrittspupille ändert . Dies ermöglicht es dem Arzt, die Blendenzahl je nach Bedarf zu variieren. Es versteht sich, dass der Eintrittspupillendurchmesser aufgrund des Vergrößerungseffekts der Linsenelemente vor der Öffnung nicht notwendigerweise gleich dem Öffnungsstoppdurchmesser ist.

Ohne Rücksicht auf Unterschiede in der Lichtübertragungseffizienz projiziert ein Objektiv mit einer größeren Blendenzahl dunklere Bilder. Die Helligkeit des projizierten Bildes ( Beleuchtungsstärke ) im Verhältnis zur Helligkeit der Szene im Sichtfeld des Objektivs ( Leuchtdichte ) nimmt mit dem Quadrat der Blendenzahl ab. Eine 100 mm Brennweite f / 4 - Linse hat ein Eintrittspupillendurchmesser von 25 mm. Eine 100 mm Brennweite f / 2 - Linse hat ein Eintrittspupillendurchmesser von 50 mm. Da die Fläche mit dem Quadrat des Durchmessers Pupille variiert, ist die Menge des Lichts durch die zugelassen f / 2 sind Linsen viermal die die f / 4 - Linse. Um die gleiche fotografische Belichtung zu erhalten , muss die Belichtungszeit um den Faktor vier reduziert werden.

Eine 200 mm Brennweite f / 4 - Linse hat ein Eintrittspupillendurchmesser von 50 mm. Die 200 - mm - Linse der Eintrittspupille hat vier Mal die Fläche der 100 mm f / 4 - Linse der Eintrittspupille und sammelt somit viermal so viel Licht , das von jedem Objekt in dem Feld des Objektivs aus gesehen. Im Vergleich zum 100-mm-Objektiv projiziert das 200-mm-Objektiv ein Bild von jedem Objekt, das doppelt so hoch und doppelt so breit ist und die vierfache Fläche abdeckt. Daher erzeugen beide Objektive bei der Abbildung einer Szene von a die gleiche Beleuchtungsstärke in der Brennebene gegebene Leuchtdichte.

Ein T-Stop ist eine Blendenzahl, die angepasst wird, um die Lichtübertragungseffizienz zu berücksichtigen.

Stopps, Blendenkonventionen und Belichtung

A Canon 7 befestigt mit einer 50 mm - Linse in der Lage , f /0.95
Ein 35 mm - Linse Satz f / 11, wie durch den weißen Punkt oberhalb den Blenden Skala auf dem Blendenring angedeutet. Diese Linse hat einen Blendenbereich von f /2.0 bis f / 22.

Das Wort Stop ist aufgrund seiner vielfältigen Bedeutungen manchmal verwirrend. Ein Stopp kann ein physisches Objekt sein: ein undurchsichtiger Teil eines optischen Systems, der bestimmte Strahlen blockiert. Die Blendenblende ist die Blendeneinstellung, die die Helligkeit des Bildes durch Einschränken der Größe der Eingangspupille begrenzt, während eine Feldblende eine Blende ist, die Licht ausschneiden soll, das außerhalb des gewünschten Sichtfelds liegt und bei Bedarf Streulicht oder andere Probleme verursachen kann nicht gestoppt.

In der Fotografie sind Stopps auch eine Einheit, die zur Quantifizierung von Licht- oder Belichtungsverhältnissen verwendet wird, wobei jeder hinzugefügte Stopp einen Faktor von zwei und jeder subtrahierte Stopp einen Faktor von der Hälfte bedeutet. Die One-Stop-Einheit wird auch als EV-Einheit ( Belichtungswert ) bezeichnet. Auf einer Kamera, wird die Blendeneinstellung in diskreten Schritten eingestellt traditionell, bekannt als Blendenstufe . Jeder " Stopp " ist mit seiner entsprechenden Blendenzahl gekennzeichnet und repräsentiert eine Halbierung der Lichtintensität gegenüber dem vorherigen Stopp. Dies entspricht einer Abnahme des Pupillen- und Öffnungsdurchmessers um einen Faktor oder etwa 0,7071 und damit einer Halbierung der Pupillenfläche.

Die meisten modernen Objektive verwenden eine Standard-Blendenskala, bei der es sich um eine ungefähr geometrische Folge von Zahlen handelt, die der Folge der Potenzen der Quadratwurzel von 2 entspricht :   f / 1, f / 1,4, f / 2, f / 2,8, f / 4, f / 5.6, f / 8, f / 11, f / 16, f / 22, f / 32, f / 45, f / 64, f / 90, f / 128 usw. Jedes Element in der Die Sequenz ist eine Stufe tiefer als das Element links und eine Stufe höher als das Element rechts davon. Die Werte der Verhältnisse werden auf diese speziellen herkömmlichen Zahlen gerundet, damit sie leichter zu merken und aufzuschreiben sind. Die obige Sequenz wird erhalten, indem die folgende exakte geometrische Sequenz angenähert wird:

So wie eine Blende einem Lichtintensitätsfaktor von zwei entspricht, sind die Verschlusszeiten so angeordnet, dass sich jede Einstellung in ihrer Dauer um einen Faktor von ungefähr zwei von ihrem Nachbarn unterscheidet. Durch Öffnen einer Linse um eine Blende fällt in einem bestimmten Zeitraum doppelt so viel Licht auf den Film. Um bei dieser größeren Blende die gleiche Belichtung wie bei der vorherigen Blende zu erzielen, würde der Verschluss halb so lange geöffnet (dh doppelt so schnell). Der Film reagiert gleichermaßen auf diese gleichen Lichtmengen, da er die Eigenschaft der Reziprozität hat . Dies gilt weniger für extrem lange oder kurze Belichtungen, bei denen die Reziprozität versagt . Blende, Verschlusszeit und Filmempfindlichkeit hängen zusammen: Bei konstanter Szenenhelligkeit hat die Verdoppelung der Blendenfläche (eine Blende), die Halbierung der Verschlusszeit (Verdoppelung der Öffnungszeit) oder die Verwendung eines doppelt so empfindlichen Films den gleichen Effekt auf die belichtetes Bild. Für alle praktischen Zwecke ist keine extreme Genauigkeit erforderlich (mechanische Verschlusszeiten waren notorisch ungenau, da Verschleiß und Schmierung variierten, ohne dass dies Auswirkungen auf die Belichtung hatte). Es ist nicht signifikant, dass Blendenbereiche und Verschlusszeiten nicht um genau den Faktor zwei variieren.

Fotografen drücken manchmal andere Belichtungsverhältnisse in Form von "Blenden" aus. Ohne Berücksichtigung der Blendenmarkierungen erstellen die Blenden eine logarithmische Skala der Belichtungsintensität. Angesichts dieser Interpretation kann man sich dann vorstellen, einen halben Schritt entlang dieser Skala zu machen, um einen Belichtungsunterschied von "einem halben Stopp" zu erzielen.

Bruchstopps

Ändern der Blende einer Kamera in halben Blenden
Ändern der Blende einer Kamera von Null auf unendlich
Computersimulation, die die Auswirkungen einer Änderung der Blende einer Kamera in halben Blenden (links) und von Null auf unendlich (rechts) zeigt

Die meisten Kameras des 20. Jahrhunderts hatten eine stufenlose Blende unter Verwendung einer Irisblende , wobei jeder Punkt markiert war. Die Klickblende wurde in den 1960er Jahren allgemein verwendet. Die Aperturskala hatte normalerweise einen Klickstopp bei jeder ganzen und halben Blende.

Bei modernen Kameras, insbesondere wenn die Blende am Kameragehäuse eingestellt ist, wird die Blendenzahl häufig feiner geteilt als die Schritte einer Blende. Die Schritte von einem Drittel Anschlag ( 1 / 3 EV) sind die häufigsten, da dies das System ISO Streichhölzer Filmempfindlichkeiten . Bei einigen Kameras werden Halbstoppschritte verwendet. Normalerweise werden die Punkte markiert und die Zwischenpositionen angeklickt. Beispielsweise ist die Apertur, die um ein Drittel kleiner als f / 2,8 ist, f / 3,2, zwei Drittel kleiner als f / 3,5 und eine ganze Blende kleiner als f / 4. Die nächsten Blendenstufen in dieser Sequenz sind:

f /4.5, F / 5, F /5.6, f /6.3, f /7.1, f / 8 usw.

Um die Schritte in einem Punkt (1 EV) zu berechnen, könnte man verwenden

2 0 × 0,5 , 2 1 × 0,5 , 2 2 × 0,5 , 2 3 × 0,5 , 2 4 × 0,5 usw.

Die Schritte in einem Halbanschlag ( 1 / 2 EV) -Reihe wäre

2 0/2 × 0,5 , 2 1/2 × 0,5 , 2 2/2 × 0,5 , 2 3/2 × 0,5 , 2 4/2 × 0,5 usw.

Die Schritte in einem dritten Anschlag ( 1 / 3 EV) -Reihe wäre

2 0/3 × 0,5 , 2 1/3 × 0,5 , 2 2/3 × 0,5 , 2 3/3 × 0,5 , 2 4/3 × 0,5 usw.

Wie in den früheren DIN- und ASA-Filmempfindlichkeitsnormen wird die ISO-Empfindlichkeit nur in Schritten von einem Drittel der Stopps definiert, und die Verschlusszeiten von Digitalkameras liegen üblicherweise in reziproken Sekunden im gleichen Maßstab. Ein Teil des ISO-Bereichs ist die Sequenz

... 16/13 °, 20/14 °, 25/15 °, 32/16 °, 40/17 °, 50/18 °, 64/19 °, 80/20 °, 100/21 °, 125 / 22 ° ...

Verschlusszeiten , während in reziproken Sekunden haben einige Unterschiede in ihren herkömmlichen Zahlen ( 1 / 15 , 1 / 30 und 1 / 60 Sekunde statt von 1 / 16 , 1 / 32 und 1 / 64 ).

In der Praxis ist die maximale Apertur eines Objektivs oft keine Integralstärke von 2 (dh 2 zur Potenz einer ganzen Zahl). In diesem Fall ist es normalerweise eine halbe oder dritte Blende über oder unter einer Integralstärke von 2 .

Moderne elektronisch gesteuerte Wechselobjektive, wie sie für SLR - Kameras verwendet werden, haben f-Stop in intern festgelegt 1 / 8 -stop - Schritten, so Die Kameras 1 / 3 -stop Einstellungen durch die nächste angenähert 1 / 8 - Stoppen Sie die Einstellung im Objektiv.

Standard-Blendenzahlskala

Einschließlich Blendenwert AV:

Konventionelle und berechnete Blendenzahlen, Punktserie:

EIN V −2 −1 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 fünfzehn 16
N. 0,5 0,7 1.0 1.4 2 2.8 4 5.6 8 11 16 22 32 45 64 90 128 180 256
berechnet 0,5 0,707 ... 1.0 1.414 ... 2.0 2.828 ... 4.0 5.657 ... 8.0 11.31 ... 16.0 22,62 ... 32.0 45,25 ... 64.0 90,51 ... 128.0 181.02 ... 256,0

Typische Blendenzahlskala mit einem halben Stopp

EIN V −1 −0,5 0 0,5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5 5.5 6 6.5 7 7.5 8 8.5 9 9.5 10 10.5 11 11.5 12 12.5 13 13.5 14
N. 0,7 0,8 1.0 1.2 1.4 1.7 2 2.4 2.8 3.3 4 4.8 5.6 6.7 8 9.5 11 13 16 19 22 27 32 38 45 54 64 76 90 107 128

Typische Blendenzahlskala mit einem Drittel Stopp

EIN V −1 −0,7 −0.3 0 0,3 0,7 1 1.3 1.7 2 2.3 2.7 3 3.3 3.6 4 4.3 4.7 5 5.3 5.7 6 6.3 6.7 7 7.3 7.7 8 8.3 8.7 9 9.3 9.7 10 10.3 10.7 11 11.3 11.7 12 12.3 12.7 13
N. 0,7 0,8 0,9 1.0 1.1 1.2 1.4 1.6 1.8 2 2.2 2.5 2.8 3.2 3.5 4 4.5 5.0 5.6 6.3 7.1 8 9 10 11 13 14 16 18 20 22 25 29 32 36 40 45 51 57 64 72 80 90

Manchmal ist dieselbe Nummer auf mehreren Skalen enthalten. beispielsweise eine Öffnung von f werden /1.2 kann entweder in einem Halb Anschlag oder einer ein Drittel-Stopp - System verwendet wird ; manchmal werden f / 1,3 und f / 3,2 und andere Unterschiede für die Ein-Drittel-Stoppskala verwendet.

Typische Blendenzahlskala mit einem Viertelstopp

EIN V 0 0,25 0,5 0,75 1 1,25 1.5 1,75 2 2.25 2.5 2,75 3 3.25 3.5 3,75 4 4.25 4.5 4,75 5
N. 1.0 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.7 1.8 2 2.2 2.4 2.6 2.8 3.1 3.3 3.7 4 4.4 4.8 5.2 5.6
EIN V 5 5.25 5.5 5,75 6 6.25 6.5 6.75 7 7.25 7.5 7,75 8 8.25 8.5 8,75 9 9.25 9.5 9,75 10
N. 5.6 6.2 6.7 7.3 8 8.7 9.5 10 11 12 14 fünfzehn 16 17 19 21 22 25 27 29 32

H-Stop

Ein H-Stop (für Loch, gemäß Konvention mit Großbuchstabe H geschrieben) ist eine Blendenzahl, die der effektiven Belichtung entspricht, basierend auf dem Bereich, der von den Löchern in den Diffusionsscheiben oder der Sieböffnung in Rodenstock Imagon- Linsen abgedeckt wird .

T-Stop

Ein T-Stop (für Übertragungsstopps, gemäß Konvention mit Großbuchstaben T geschrieben) ist eine Blendenzahl, die angepasst wird, um die Lichtübertragungseffizienz ( Transmission ) zu berücksichtigen . Eine Linse mit einem T-Stop von N projiziert ein Bild der gleichen Helligkeit als eine ideale Linse mit 100% Durchlässigkeit und eine f-Zahl von N . Der T-Stop einer bestimmten Linse, T , wird gegeben, indem die Blendenzahl durch die Quadratwurzel der Durchlässigkeit dieser Linse geteilt wird:

Zum Beispiel kann eine f /2.0 Linse mit Durchlässigkeit von 75% weist eine T-stop von 2,3:

Da echte Objektive eine Durchlässigkeit von weniger als 100% haben, ist die T-Stop-Nummer eines Objektivs immer größer als seine Blendenzahl.

Mit einem Verlust von 8% pro Luftglasoberfläche auf Linsen ohne Beschichtung ist die Mehrfachbeschichtung von Linsen der Schlüssel beim Linsendesign , um die Durchlässigkeitsverluste von Linsen zu verringern. Einige Bewertungen von Objektiven messen den Blendenwert oder die Übertragungsrate in ihren Benchmarks. T-Blenden werden manchmal anstelle von Blendenzahlen verwendet, um die Belichtung genauer zu bestimmen, insbesondere bei Verwendung externer Belichtungsmesser . Typisch sind Objektivdurchlässigkeiten von 60% –95%. T-Stopps werden häufig in der Kinematographie verwendet, wo viele Bilder schnell hintereinander zu sehen sind und selbst kleine Änderungen der Belichtung erkennbar sind. Kinokameraobjektive werden normalerweise in Blendenstufen anstelle von Blendenzahlen kalibriert. In der Standfotografie sind geringfügige Belichtungsunterschiede weniger wichtig, ohne dass eine strenge Konsistenz aller verwendeten Objektive und Kameras erforderlich ist. T-Blenden werden jedoch immer noch in einigen Arten von Spezialobjektiven verwendet, wie z. B. Smooth Trans Focus- Objektiven von Minolta und Sony .

Sonnige 16 Regel

Ein Beispiel für die Verwendung von f-Zahlen in der Fotografie ist die sonnige 16 - Regel : eine annähernd korrekte Belichtung wird durch die Verwendung eine Öffnung von an einem sonnigen Tag erhalten wird f / 16 und die Verschlusszeit am nächsten an den Kehrwert der ISO - Empfindlichkeit von der Film; beispielsweise unter Verwendung von ISO - 200 - Film, eine Apertur von f / 16 und einer Belichtungszeit von 1 / 200 Sekunden. Die Blendenzahl kann dann für Situationen mit geringerem Licht nach unten eingestellt werden. Durch Auswahl einer niedrigeren Blendenzahl wird das Objektiv "geöffnet". Wenn Sie eine höhere Blendenzahl auswählen, wird das Objektiv "geschlossen" oder "angehalten".

Auswirkungen auf die Bildschärfe

Vergleich von f / 32 (obere linke Ecke) und f / 5 (untere rechte Ecke)
Flacher Fokus mit weit geöffneter Linse

Die Schärfentiefe nimmt mit der Blendenzahl zu, wie im Bild hier dargestellt. Dies bedeutet, dass Fotos, die mit einer niedrigen Blendenzahl (große Blende) aufgenommen wurden, dazu neigen, Motive in einer Entfernung im Fokus zu haben, während der Rest des Bildes (nähere und weiter entfernte Elemente) unscharf ist. Dies wird häufig für Naturfotografie und Porträtfotografie verwendet, da Hintergrundunschärfe (die als „ Bokeh “ bekannte ästhetische Qualität ) ästhetisch ansprechend sein kann und den Fokus des Betrachters auf das Hauptthema in den Vordergrund stellt. Die Schärfentiefe eines Bildes, das bei einer bestimmten Blendenzahl erzeugt wird, hängt auch von anderen Parametern ab, einschließlich der Brennweite , der Motiventfernung und dem Format des Films oder Sensors, der zur Aufnahme des Bildes verwendet wird. Die Schärfentiefe kann so beschrieben werden, dass sie nur vom Blickwinkel, der Entfernung des Probanden und dem Durchmesser der Eintrittspupille abhängt (wie bei der Methode von Rohr ). Infolgedessen haben kleinere Formate ein tieferes Feld als größere Formate mit derselben Blendenzahl bei gleicher Fokusentfernung und gleichem Blickwinkel, da ein kleineres Format eine kürzere Brennweite (Weitwinkelobjektiv) erfordert, um denselben Winkel zu erzeugen Sichtweite und Schärfentiefe nimmt mit kürzeren Brennweiten zu. Daher erfordern Effekte mit verringerter Schärfentiefe bei Verwendung von Kleinformatkameras kleinere Blendenzahlen (und damit möglicherweise schwierigere oder komplexere Optiken) als bei Verwendung von Großformatkameras.

Über den Fokus hinaus hängt die Bildschärfe durch zwei verschiedene optische Effekte mit der Blendenzahl zusammen: Aberration aufgrund eines unvollständigen Linsendesigns und Beugung aufgrund der Wellennatur des Lichts. Die verwacklungsoptimale Blende variiert mit dem Objektivdesign. Für die modernen Standard - Linsen mit 6 oder 7 Elementen, die schärfsten wird oft Bild erhält rund f /5.6- f / 8, während für ältere Standard - Linsen mit nur 4 Elementen ( Tessar Formel ) zu stoppen bis f / 11 wird das schärfste Bild geben. Die größere Anzahl von Elementen in modernen Objektiven ermöglicht es dem Designer, Aberrationen zu kompensieren, wodurch das Objektiv bessere Bilder bei niedrigeren Blendenzahlen liefert. Bei kleinen Aperturen werden Schärfentiefe und Aberrationen verbessert, aber die Beugung führt zu einer stärkeren Ausbreitung des Lichts, was zu Unschärfe führt.

Lichtabfall ist auch empfindlich gegen Blende. Viele Weitwinkelobjektive weisen bei großen Blendenöffnungen an den Rändern einen deutlichen Lichtabfall ( Vignettierung ) auf.

Fotojournalisten haben das Sprichwort " f / 8 und sei dabei ", was bedeutet, dass es wichtiger ist, vor Ort zu sein, als sich um technische Details zu kümmern. Praktisch f ermöglicht / 8 (in 35 mm und größeren Formaten) ausreichende Schärfentiefe und ein ausreichenden Lichtstärke für eine angemessene Basis Belichtung in den meisten Situationen Tageslicht.

Menschliches Auge

Die Berechnung der Blendenzahl des menschlichen Auges umfasst die Berechnung der physikalischen Apertur und der Brennweite des Auges. Die Pupille kann bis zu 6–7 mm breit sein, was sich in der maximalen physischen Öffnung niederschlägt.

Die f-Zahl des menschlichen Auges variiert von etwa f /8.3 in einem sehr hell erleuchteten Ort , um über f /2.1 im Dunkel. Die Berechnung der Brennweite erfordert die Berücksichtigung der Lichtbrechungseigenschaften der Flüssigkeiten im Auge. Die Behandlung des Auges als gewöhnliche luftgefüllte Kamera und Linse führt zu einer anderen Brennweite und damit zu einer falschen Blendenzahl.

Giftige Substanzen und Gifte (wie Atropin ) können den Öffnungsbereich erheblich verringern. Pharmazeutische Produkte wie Augentropfen können ebenfalls ähnliche Nebenwirkungen verursachen. Tropicamid und Phenylephrin werden in der Medizin als Mydriatika verwendet, um die Pupillen für die Netzhaut- und Linsenuntersuchung zu erweitern. Diese Medikamente wirken etwa 30 bis 45 Minuten nach der Instillation und halten etwa 8 Stunden. Atropin wird auch so angewendet, aber seine Wirkung kann zusammen mit der mydriatischen Wirkung bis zu 2 Wochen anhalten; es erzeugt Zykloplegie (ein Zustand, in dem sich die Augenlinse nicht anpassen kann, um in der Nähe von Objekten zu fokussieren). Dieser Effekt verschwindet nach 8 Stunden. Andere Medikamente bieten den gegenteiligen Effekt. Pilocarpin ist ein Miotikum (induziert Miosis); Abhängig von der Person und ihren Augenmerkmalen kann eine Pupille einen Durchmesser von nur 1 mm haben. Solche Tropfen werden bei bestimmten Glaukompatienten verwendet , um akute Glaukomattacken zu verhindern.

Brennweite in Teleskopen

Diagramm des Brennweitenverhältnisses eines einfachen optischen Systems, wobei die
Brennweite und der Durchmesser des Objektivs angegeben sind .

In der Astronomie wird die Blendenzahl üblicherweise als das als notierte Brennweitenverhältnis (oder f-Verhältnis ) bezeichnet . Es ist immer noch definiert als die Brennweite eines Objektivs geteilt durch seinen Durchmesser oder durch den Durchmesser einer Aperturblende im System:

Obwohl die Prinzipien des Brennweitenverhältnisses immer dieselben sind, kann die Anwendung, auf die das Prinzip angewendet wird, unterschiedlich sein. In der Fotografie variiert das Brennweitenverhältnis die Beleuchtungsstärke der Brennebene (oder die optische Leistung pro Flächeneinheit im Bild) und wird zur Steuerung von Variablen wie der Schärfentiefe verwendet . Bei Verwendung eines optischen Teleskops in der Astronomie gibt es kein Problem mit der Schärfentiefe, und die Helligkeit von Sternpunktquellen in Bezug auf die optische Gesamtleistung (nicht durch die Fläche geteilt) ist unabhängig von der Brennweite nur eine Funktion der absoluten Aperturfläche. Die Brennweite steuert das Sichtfeld des Instruments und den Maßstab des Bildes, das in der Brennebene einem Okular , einer Filmplatte oder einem CCD präsentiert wird .

Zum Beispiel hat das SOAR 4-Meter-Teleskop ein kleines Sichtfeld (~ f / 16), das für Sternstudien nützlich ist. Das 8,4 m lange LSST- Teleskop, das alle drei Tage den gesamten Himmel abdeckt, hat ein sehr großes Sichtfeld. Die kurze Brennweite von 10,3 m ( f / 1,2) wird durch ein Fehlerkorrektursystem ermöglicht, das Sekundär- und Tertiärspiegel, ein Drei-Elemente-Brechungssystem sowie eine aktive Montage und Optik umfasst.

Kameragleichung (G #)

Die Kameragleichung oder G # ist das Verhältnis der Strahlung, die den Kamerasensor erreicht, zur Bestrahlungsstärke in der Brennebene des Kameraobjektivs .

τ ist der Transmissionskoeffizient der Linse und die Einheiten sind in sr −1 .

Arbeitsblendenzahl

Die Blendenzahl beschreibt genau die Lichtsammelfähigkeit einer Linse nur für Objekte in unendlicher Entfernung. Diese Einschränkung wird in der Fotografie normalerweise ignoriert, wo häufig die Blendenzahl verwendet wird, unabhängig von der Entfernung zum Objekt. Beim optischen Design wird häufig eine Alternative für Systeme benötigt, bei denen das Objekt nicht weit von der Linse entfernt ist. In diesen Fällen wird die Arbeitsblendenzahl verwendet. Die Arbeitsblendenzahl N w ist gegeben durch:

,

wobei N die unkorrigierte Blendenzahl ist, NA i die numerische Apertur des Bildraums der Linse ist, der absolute Wert der Vergrößerung der Linse für ein Objekt in einem bestimmten Abstand ist und P die Pupillenvergrößerung ist . Da die Pupillenvergrößerung selten bekannt ist, wird häufig angenommen, dass sie 1 ist, was der korrekte Wert für alle symmetrischen Linsen ist.

In der Fotografie bedeutet dies, dass bei näherer Fokussierung die effektive Blende des Objektivs kleiner wird und die Belichtung dunkler wird. Die Arbeitsblendenzahl wird in der Fotografie häufig als Blendenzahl beschrieben, die um Linsenverlängerungen um einen Balgfaktor korrigiert wird . Dies ist in der Makrofotografie von besonderer Bedeutung .

Geschichte

Das System der Blendenzahlen zur Angabe relativer Aperturen entwickelte sich im späten 19. Jahrhundert im Wettbewerb mit mehreren anderen Aperturnotationssystemen.

Ursprung der relativen Apertur

Im Jahr 1867 definierten Sutton und Dawson "Apertal Ratio" als im Wesentlichen den Kehrwert der modernen Blendenzahl. In dem folgenden Zitat ein "apertal ratio" von " 1 / 24 " ist als das Verhältnis von 6 Zoll (150 mm) , berechnet auf 1 / 4 - Zoll (6,4 mm), entsprechend einem F / 24 f-stop:

In jeder Linse gibt es entsprechend einem gegebenen Aperturverhältnis (dh dem Verhältnis des Durchmessers der Blende zur Brennweite) einen bestimmten Abstand eines nahen Objekts von diesem, zwischen dem und unendlich alle Objekte gleich gut sind Fokus. Zum Beispiel in einer einzigen Ansicht Linse von 6-Zoll - Fokus, mit einem 1 / 4 in. Anschlag (apertal Verhältnis von 1 bis 20-Vierter), alle Objekte in Entfernungen , die zwischen 20 Fuß von der Linse und ein unendlicher Abstand liegen von es (zum Beispiel ein Fixstern) ist ebenso gut fokussiert. 20 Fuß werden daher als "Brennweite" des Objektivs bezeichnet, wenn dieser Anschlag verwendet wird. Der Fokusbereich ist folglich die Entfernung des nächsten Objekts, die gut fokussiert ist, wenn das Mattglas auf ein extrem weit entferntes Objekt eingestellt wird. Bei derselben Linse hängt der Brennweitenbereich von der Größe der verwendeten Blende ab, während bei verschiedenen Linsen mit demselben Blendenverhältnis die Brennweiten größer werden, wenn die Brennweite der Linse vergrößert wird. Die Begriffe "Aperturverhältnis" und "Brennweite" sind nicht allgemein gebräuchlich, aber es ist sehr wünschenswert, dass sie verwendet werden, um Mehrdeutigkeiten und Umschreibungen bei der Behandlung der Eigenschaften von fotografischen Objektiven zu vermeiden.

Im Jahr 1874 nannte John Henry Dallmeyer das Verhältnis das "Intensitätsverhältnis" einer Linse:

Die Geschwindigkeit einer Linse hängt von der Beziehung oder dem Verhältnis der Blende zum äquivalenten Fokus ab. Um dies festzustellen, teilen Sie den äquivalenten Fokus durch den Durchmesser der tatsächlichen Arbeitsapertur des betreffenden Objektivs. und notieren Sie den Quotienten als Nenner mit 1 oder Eins für den Zähler. Um das Verhältnis einer Linse mit einem Durchmesser von 2 Zoll und einem Fokus von 6 Zoll zu ermitteln, teilen Sie den Fokus durch die Blende, oder 6 geteilt durch 2 entspricht 3; dh 1 / 3 ist das Intensitätsverhältnis.

Obwohl er noch keinen Zugang zu Ernst Abbes Theorie der Blenden und Pupillen hatte, die Siegfried Czapski 1893 allgemein zur Verfügung stellte , wusste Dallmeyer, dass seine Arbeitsöffnung nicht mit dem physikalischen Durchmesser der Blende übereinstimmte:

Es ist jedoch zu beachten, dass zum Ermitteln des tatsächlichen Intensitätsverhältnisses der Durchmesser der tatsächlichen Arbeitsöffnung ermittelt werden muss. Dies ist bei Einzellinsen oder bei Doppelkombinationslinsen mit voller Öffnung leicht zu erreichen, wobei lediglich ein Kompass oder eine Regel angewendet werden muss. Wenn jedoch Doppel- oder Dreifachkombinationslinsen verwendet werden, bei denen zwischen den Kombinationen Blenden eingefügt sind , ist dies etwas problematischer. denn es ist offensichtlich, dass in diesem Fall der Durchmesser des verwendeten Anschlags nicht das Maß für den tatsächlichen Lichtstift ist, der von der Frontkombination übertragen wird. Um dies festzustellen, fokussieren Sie auf ein entferntes Objekt, entfernen Sie den Fokussierschirm und ersetzen Sie ihn durch den Kollodium-Objektträger, nachdem Sie zuvor ein Stück Pappe anstelle der vorbereiteten Platte eingelegt haben. Machen Sie mit einem Piercer ein kleines rundes Loch in die Mitte des Kartons und entfernen Sie es in einen abgedunkelten Raum. Bringen Sie eine Kerze in der Nähe des Lochs an und beobachten Sie den beleuchteten Fleck auf der vorderen Kombination. Der sorgfältig gemessene Durchmesser dieses Kreises ist die tatsächliche Arbeitsöffnung der betreffenden Linse für den jeweiligen verwendeten Anschlag.

Dieser Punkt wird von Czapski im Jahr 1893 weiter betont. Laut einer englischen Rezension seines Buches im Jahr 1894 wird "die Notwendigkeit einer klaren Unterscheidung zwischen effektiver Apertur und Durchmesser des physischen Anschlags nachdrücklich betont".

Der Sohn von JH Dallmeyer, Thomas Rudolphus Dallmeyer , Erfinder des Teleobjektivs, folgte 1899 der Terminologie des Intensitätsverhältnisses .

Blenden-Nummerierungssysteme

Ein Kodak von 1922 mit einer in den USA markierten Blende stoppt. Der Benutzer hat eine Umrechnungstabelle für Blendenzahlen hinzugefügt.

Gleichzeitig gab es eine Reihe von Aperturnummerierungssystemen, die mit dem Ziel entwickelt wurden, die Belichtungszeiten in direktem oder umgekehrtem Verhältnis zur Apertur und nicht zum Quadrat der Blendenzahl oder zum inversen Quadrat des Aperturverhältnisses oder der Intensität zu variieren Verhältnis. Diese Systeme enthielten jedoch alle eine beliebige Konstante im Gegensatz zu dem einfachen Verhältnis von Brennweite und Durchmesser.

Beispielsweise wurde das Uniform System (US) der Öffnungen in den 1880er Jahren von der Photographic Society of Great Britain als Standard übernommen . Bothamley sagte 1891: "Die Stopps aller besten Macher sind jetzt nach diesem System angeordnet." US 16 ist die gleiche Blende wie f / 16, aber Blenden, die durch einen Punkt größer oder kleiner sind, verwenden eine Verdoppelung oder Halbierung der US-Zahl, z. B. f / 11 ist US 8 und f / 8 ist US 4. Die Belichtungszeit erforderlich ist direkt proportional zur US-Nummer. Eastman Kodak verwendete zumindest in den 1920er Jahren US-Stopps für viele seiner Kameras.

1895, Hodges wider Bothamley und sagte , dass das f-Zahl - System übernommen hat: „Das ist das aufgerufen wird , f / x . System und die Membranen aller modernen Linsen guter Konstruktion sind so markiert“

Hier ist die Situation von 1899:

Membran Numbers.gif

Piper diskutiert 1901 fünf verschiedene Systeme der Aperturmarkierung: das alte und das neue Zeiss- System basierend auf der tatsächlichen Intensität (proportional zum reziproken Quadrat der Blendenzahl); und die US-, CI- und Dallmeyer-Systeme basierend auf der Exposition (proportional zum Quadrat der Blendenzahl). Er nennt die Blendenzahl "Verhältnisnummer", "Aperturverhältnisnummer" und "Verhältnisapertur". Er nennt Ausdrücke wie f / 8 den "Bruchdurchmesser" der Öffnung, obwohl er buchstäblich gleich dem "absoluten Durchmesser" ist, den er als einen anderen Begriff unterscheidet. Manchmal verwendet er auch Ausdrücke wie "eine Apertur von f 8" ohne die durch den Schrägstrich angegebene Unterteilung.

Beck und Andrews im Jahr 1902 Vortrag über den Royal Photographic Society Standard von f / 4, f /5.6, f / 8, f /11.3 usw. Der RPS ihren Namen geändert hatte und zog aus dem US - System einige Zeit zwischen 1895 und 1902 .

Typografische Standardisierung

Vorderansicht der
Yashica-D TLR- Kamera. Dies ist eine der wenigen Kameras, auf denen tatsächlich "F-NUMBER" steht.
Von oben verwendet das Fenster für die Blendeneinstellung des Yashica-D die Notation "f:". Die Blende ist stufenlos ohne "Anschläge".

Bis 1920 wird der Begriff f-Zahl erschien in Bücher sowohl als F - Zahl und f / Zahl . In modernen Veröffentlichungen sind die Formen f-Nummer und f-Nummer häufiger, obwohl die früheren Formen sowie die F-Nummer noch in einigen Büchern zu finden sind; Nicht selten wird der anfängliche Kleinbuchstabe f in f-Nummer oder f / Nummer in einer kursiven Form gesetzt: f oder f .

Die Notationen für Blendenzahlen waren zu Beginn des 20. Jahrhunderts ebenfalls sehr unterschiedlich. Sie wurden manchmal mit einem Großbuchstaben F geschrieben, manchmal mit einem Punkt (Punkt) anstelle eines Schrägstrichs und manchmal als vertikaler Bruch gesetzt.

Der ASA- Standard PH2.12-1961 des amerikanischen Standards für fotografische Belichtungsmesser für allgemeine Zwecke (photoelektrischer Typ) von 1961 legt fest, dass "das Symbol für relative Aperturen f / oder f sein muss, gefolgt von der effektiven f- Nummer". Sie zeigen das kursive f nicht nur im Symbol, sondern auch im Begriff f-number , der heute häufiger in einem gewöhnlichen nicht kursiven Gesicht verwendet wird.

Siehe auch

Verweise

Externe Links