Geschichte des fotografischen Objektivdesigns - History of photographic lens design

Schnittzeichnung eines frühen fotografischen Objektivdesigns, des Petzval-Porträts

Die Erfindung der Kamera im frühen 19. Jahrhundert führte zu einer Reihe von Objektivdesigns für die Fotografie . Die Probleme des fotografischen Objektivdesigns , ein Objektiv für eine Aufgabe zu schaffen, die eine große, flache Bildebene abdecken würde, waren bereits vor der Erfindung der Fotografie aufgrund der Entwicklung von Objektiven bekannt, die mit der Brennebene der Camera Obscura arbeiten .

Frühe fotografische Kameraobjektive

Bikonvexes (oder doppelt konvexes) Objektiv mit davorliegender Blende

Die frühen fotografischen Experimente von Thomas Wedgwood , Nicéphore Niépce , Henry Fox Talbot und Louis Daguerre verwendeten alle einfache konvexe Einzelelementlinsen. Es wurde festgestellt, dass diese Linsen fehlten. Einfache Objektive konnten ein Bild nicht über eine große flache Filmebene ( Bildfeldkrümmung ) fokussieren und litten unter anderen optischen Aberrationen . Ihre starke chromatische Längsaberration führte dazu, dass das Licht, das die Fotografen sahen (im Allgemeinen gelbes Licht), und das Licht, auf das die frühen fotografischen Medien empfindlich waren, nicht auf denselben Punkt konvergierte, was die Fokussierung erschwerte.

Umgekehrtes achromatisches Objektiv

Die Pariser Optikfirma von Charles Chevalier stellte sowohl für Niépce als auch für Daguerre Objektive für ihre Experimente in der Fotografie her. Im Jahr 1829 schuf Chevalier eine achromatische Linse (eine Zwei-Element-Linse aus Kronglas und Flintglas ), um die chromatische Aberration für Daguerres Experimente zu reduzieren. Chevalier hat das Objektiv (ursprünglich als Teleskopobjektiv konzipiert ) umgedreht , um eine viel flachere Bildebene zu erzeugen, und den Achromaten modifiziert, um das blaue Ende des Spektrums schärfer zu fokussieren. Das Umkehren des Objektivs verursachte eine starke sphärische Aberration, sodass eine schmale Blendenöffnung vor dem Objektiv erforderlich war. Am 22. Juni 1839 beauftragte Daguerre Alphonse Giroux (Frankreich) mit der Herstellung seines Daguerreotypiegerätes. Die Giroux Le Daguerreotype-Kamera verwendet ein umgekehrtes achromatisches Objektiv mit einer Brennweite von fast 16 Zoll (40 cm) und einer Blende von f/16 davor, hergestellt von Chevalier, um 6½ × 8½ Zoll (ca. 16,5 × 21,5 cm) Bilder aufzunehmen.

Meniskus- oder 'Querformat'-Objektiv

1804 erfand William Hyde Wollaston eine positive Meniskuslinse für Brillen . Im Jahr 1812 passte Wollaston es als Objektiv für die Camera Obscura an, indem er es mit der konkaven Seite nach außen und einer Blende davor montierte, wodurch das Objektiv über ein weites Feld einigermaßen scharf wurde. Niépce begann 1828 mit der Verwendung von Wollaston Meniskus. Daguerre verwendete dieses Objektiv in seinen Experimenten, aber da es sich um ein Einzelelement-Objektiv handelte, dem jegliche Kontrolle der chromatischen Aberration fehlte, war es unmöglich, mit den blauempfindlichen Medien im Daguerreotypie- Verfahren genau zu fokussieren .

Bis Ende 1839 hatte Chevalier eine achromatische Version des Meniskus entwickelt, die Bildfeldabflachung und chromatische Aberrationskontrolle kombinierte. Das Objektiv hatte die umgekehrte konkave Flintglasseite, die dem Motiv zugewandt war, und eine Blende von f/16 an seinem Krümmungsradius, was es über ein weites Feld von etwa 50° ziemlich scharf machte. Das Umkehren des Objektivs erhöhte die chromatische Aberration, aber dieser Fehler konnte verringert werden, indem der Achromat so eingestellt wurde, dass Farben am blauen Ende des Spektrums fokussiert werden, um der blauempfindlichen Natur der fotografischen Emulsion zu entsprechen. Dieses Design wurde von anderen Objektivherstellern kopiert. Wegen seines großen flachen Feldes über einen weiten Bildwinkel und seiner "langsamen" f/16-Blende (die für Daguerreotypie-Aufnahmen im Freien zwanzig bis dreißig Minuten benötigt), wurde dieses Objektiv als "französisches Landschaftsobjektiv" oder einfach als " Landschaftsobjektiv".

Petzval Portrait-Objektiv

Petzval Portrait-Objektiv

Da das Achromat-Landschaftsobjektiv ziemlich langsam war, verlieh die französische Gesellschaft zur Förderung der nationalen Industrie 1840 einen internationalen Preis für ein schnelleres Objektiv. Joseph Petzval (aus der modernen Slowakei) war ein Mathematikprofessor ohne Erfahrung in optischer Physik, aber mit Hilfe mehrerer menschlicher Computer der österreichisch-ungarischen Armee nahm er die Herausforderung an, eine Linse herzustellen, die schnell genug für ein Daguerreotypie-Porträt ist.

Er entwickelte 1840 das Petzval-Porträt (das moderne Österreich), ein Vier-Element-Objektiv, das aus einem vorne zementierten Achromat und einem hinteren Luftspalt-Achromat bestand und mit f/3,6 das erste Porträtobjektiv mit großer Blende war. Es war für ein- bis zweiminütige Daguerreotypie-Expositionen im Freien geeignet. Mit dem schnelleren Kollodium (Wet Plate) -Verfahren, das in den 1850er Jahren entwickelt wurde, konnte eine mit diesem Objektiv ausgestattete Kamera ein- bis zweiminütige Innenporträts aufnehmen. Aufgrund des nationalen Chauvinismus gewann der Petzval den Preis nicht, obwohl er allen anderen Beiträgen weit überlegen war.

Ein 150-mm-Petzval-Objektiv wurde 1841 an einer konischen Voigtländer-Metallkamera für kreisförmige Daguerreotypien angebracht. Die Voigtländer-Petzval war die erste Kamera und das erste Objektiv, die speziell zum Fotografieren entwickelt wurden, anstatt einfach eine modifizierte Camera Obscura für Künstler zu sein. Das Petzval Portrait war fast ein Jahrhundert lang das dominierende Porträtobjektiv. Es hatte etwas, was man heute als starke Bildfeldkrümmung und Astigmatismus bezeichnen würde, aber es war zentral scharf (ca angenehmer Halo-Effekt um das Motiv herum. Das Petzval Portrait bleibt als Projektionsobjektiv beliebt, bei dem die Bildfeldkrümmung aufgrund der engen Winkel nicht signifikant ist.

Das Portrait wurde von jedem Objektivhersteller illegal kopiert, und Petzval hatte einen heftigen Streit mit Peter Voigtländer wegen unbezahlter Tantiemen und starb als verbitterter alter Mann. Obwohl das Portrait die erste mathematisch berechnete Objektivformel war, dominierte Versuch und Irrtum noch ein halbes Jahrhundert lang das Design von fotografischen Objektiven , trotz der etablierten physikalischen Mathematik aus dem Jahr 1856 (von Philipp Ludwig von Seidel [modernes Deutschland], der für Hugo Adolph . arbeitete). Steinheil [modernes Deutschland]), zu Lasten der Linsenverbesserung.

Überwindung optischer Aberrationen

Harrison & Schnitzer Globus
Dallmeyer Rapid-Rectilinear und Steinheil Aplanat

Auch die Achromat-Landschaft litt unter geradlinigen Verzerrungen – gerade Linien wurden als gekrümmt abgebildet. Diese Verzerrung war ein dringendes Problem, da Architektur schon früh ein wichtiges Fotomotiv war. Darüber hinaus waren Fotografien exotischer Orte (insbesondere in Stereoskopform) ein beliebtes Mittel, um die Welt bequem von zu Hause aus zu sehen – die Ansichtskarte ist eine Erfindung aus der Mitte des 19. Jahrhunderts. Die Verzerrung wurde mit zunehmendem Sichtfeld immer schlimmer, was bedeutete, dass das Achromat Landscape nicht als Weitwinkelobjektiv verwendet werden konnte.

Das erste erfolgreiche Weitwinkelobjektiv war das Harrison & Schnitzer Globe (USA) von 1862, allerdings mit f/16 maximaler Blende (f/30 war realistischer). Das Objektiv hatte ein maximales Sichtfeld von 92°, obwohl 80° realistischer waren. Charles Harrison und Joseph Schnitzers Globe hatte eine symmetrische Vier-Elemente-Formel; der Name bezieht sich auf die Überlegung, dass die beiden Außenflächen, wenn sie fortgesetzt und dann zusammengefügt würden, eine Kugel bilden würden.

Symmetrie wurde in den 1850er Jahren entdeckt, um Verzerrungen, Koma und transversale chromatische Verzerrungen automatisch zu korrigieren. Es gibt auch Dezentrierungsfehler aufgrund von Herstellungsfehlern. Ein echtes Objektiv erzeugt keine Bilder der erwarteten Qualität, wenn es nicht gemäß den Spezifikationen konstruiert ist oder diese nicht einhalten kann.

Es gibt zusätzliche optische Phänomene, die die Bildqualität verschlechtern können, aber nicht als Aberrationen betrachtet werden. Zum Beispiel sind der schräge Lichtabfall cos 4 θ, der manchmal als natürliche Vignettierung bezeichnet wird, und die seitliche Vergrößerung und die perspektivischen Verzerrungen, die bei Weitwinkelobjektiven beobachtet werden, in Wirklichkeit geometrische Effekte der Projektion dreidimensionaler Objekte in zweidimensionale Bilder, keine physikalischen Defekte.

Die symmetrische Formel des Globe beeinflusste direkt das Design des Dallmeyer Rapid-Rectilinear (UK) und des Steinheil Aplanat (modernes Deutschland). Zufälligerweise hatten John Dallmeyers Rapid-Rectilinear und Adolph Steinheils Aplanat praktisch identische symmetrische Vier-Elemente-Formeln, die 1866 fast gleichzeitig auftraten, die alle die meisten optischen Aberrationen, mit Ausnahme der sphärischen und der Bildfeldkrümmung, auf f/8 korrigierten. Der Durchbruch war die Verwendung von Glas mit maximalem Brechungsindexunterschied, aber gleicher Dispersion in jedem Achromaten. Die Rapid-Rectilinear- und Aplanat-Objektive waren über viele Brennweiten und Sichtfelder für alle zeitgenössischen Medien skalierbar und waren mehr als ein halbes Jahrhundert lang die Standard-Allzweckobjektive mit mittlerer Blende.

Die Landschaft, das Porträt, der Globus und das Rapid-Rectilinear/Aplanat bildeten das gesamte Objektivarsenal des Fotografen des 19. Jahrhunderts.

Blende stoppt

Im 16. Jahrhundert war bekannt, dass eine Blendenöffnung die Bildqualität von Objektiven verbessern würde. Es stellte sich heraus, dass dies daran lag, dass eine Mittelblende, die peripheres Licht blockiert, die Queraberrationen (Koma, Astigmatismus, Bildfeldkrümmung, Verzerrung und seitliche Farbgebung) begrenzt, es sei denn, die Blende ist so klein, dass die Beugung dominant wird. Noch heute erzeugen die meisten Objektive ihre besten Bilder bei ihren mittleren Blendenöffnungen, bei einem Kompromiss zwischen Queraberrationen und Beugung.

Daher hatte auch der Meniskus einen dauerhaften Halt. Dennoch hatten die frühesten Objektive keine einstellbaren Blenden: Aufgrund ihrer kleinen Arbeitsöffnungen und der mangelnden Empfindlichkeit des Daguerreotypie- Verfahrens wurden Belichtungszeiten in vielen Minuten gemessen. Fotografen wollten das durch das Objektiv fallende Licht nicht einschränken und die Belichtungszeit verlängern. Als 1851 das Nasskollodium-Verfahren mit erhöhter Empfindlichkeit perfektioniert wurde, wurden die Belichtungszeiten drastisch verkürzt und einstellbare Blenden wurden praktisch.

Die frühesten wählbaren Haltestellen waren die Waterhouse-Haltestellen von 1858, benannt nach John Waterhouse . Dies waren Sätze von Zubehörmessingplatten mit großen Löchern, die durch einen Schlitz in der Seite der Linsenstruktur montiert wurden.

Um 1880 erkannten Fotografen, dass die Blendengröße die Schärfentiefe beeinflusste . Die Blendensteuerung gewann an Bedeutung und einstellbare Blenden wurden zu einer Standardfunktion des Objektivs. Die Irisblende tauchte in den 1880er Jahren als verstellbare Linsenblende auf und wurde um 1900 zur standardmäßigen verstellbaren Blende. Die Irisblende war in Cameras obscura des frühen 19. Jahrhunderts üblich, und Niépce verwendete eine in mindestens einer seiner experimentellen Kameras . Der spezielle Iristyp, der in modernen Objektiven verwendet wird, wurde jedoch 1858 von Charles Harrison und Joseph Schnitzer erfunden. Die Irisblende von Harrison und Schnitzer war in der Lage, schnelle Öffnungs- und Schließzyklen durchzuführen, eine absolute Notwendigkeit für Objektive mit automatischer Blendensteuerung der Kamera.

Die modernen Blendenmarkierungen von Blendenzahlen in geometrischer Folge von f/1, 1,4, 2, 2,8, 4, 5,6, 8, 11, 16, 22, 32, 45, 64, 90 usw. wurden 1949 standardisiert. Zuvor konkurrierte dieses britische System mit der kontinentalen (deutschen) Sequenz von f/1.1, 1.6, 2.2, 3.2, 4.5, 6.3, 9, 12.5, 18, 25, 36, 50, 71, 100 ratios. Darüber hinaus ist die Sequenz des Uniform System (US, erfunden UK) von 1, 2, 4, 8, 16, 32, 64, 128 usw. (wobei US 1 = f/4, US 2 = f/5,6, US 4 = f/8 usw.), wurde Anfang des 20. Jahrhunderts von Eastman Kodak bevorzugt.

Teleobjektiv

Dallmeyer- und Miethe-Teleaufnahmen
Busch Bis-Telar

Ein Einzelelement-Kameraobjektiv ist so lang wie seine Brennweite; zum Beispiel erfordert ein Objektiv mit einer Brennweite von 500 mm 500 mm vom Objektiv zur Bildebene. Ein Teleobjektiv wird physikalisch kürzer als seine Nennbrennweite gemacht, indem eine vordere positive Abbildungszelle mit einer hinteren negativen Vergrößerungszelle gepaart wird. Die leistungsstarke vordere Gruppe bricht das Bild zu stark, die hintere stellt die Fokusebene wieder her, wodurch die Backfokuslänge stark verkürzt wird. Ursprünglich wurden als Zubehör negative Zellen verkauft, um sie an der Rückseite einer normalen Linse zu befestigen. Die Barlow-Linse, eine 1833 von Peter Barlow erfundene negative Achromat-Lupe , wird immer noch verkauft, um die Okularvergrößerung von Amateurteleskopen zu erhöhen. Der Telekonverter ist das moderne fotografische Äquivalent.

1891 versuchten Thomas Dallmeyer und Adolf Miethe gleichzeitig, neue Objektivkonstruktionen mit nahezu identischen Formeln zu patentieren – komplette fotografische Teleobjektive bestehend aus einem vorderen Achromat-Dublett und einem hinteren Achromat-Triplett. Für das erste Teleobjektiv wurde nie ein Primat etabliert und nie ein Patent erteilt.

Die vorderen und hinteren Zellen der frühen Teleobjektive waren unübertroffen und die hintere Zelle vergrößerte auch alle Aberrationen sowie das Bild der Abbildungszelle. Auch der Zellenabstand war einstellbar, weil damit die effektive Brennweite eingestellt werden konnte, was aber die Aberrationsprobleme nur verschlimmerte. Das erste als System optisch korrigierte und fixierte Teleobjektiv war das f/8 Busch Bis-Telar (Deutschland) von 1905.

Anastigmat-Linse

Zeiss Protar

Das fotografische Objektiv machte 1890 mit dem Zeiss Protar (Deutschland) einen Sprung nach vorne . Paul Rudolphs Protar war das erste erfolgreiche Anastigmat-Objektiv (hochkorrigiert [für die Ära] für alle Aberrationen, einschließlich richtig für Astigmatismus). Es war von f/4,5 Hochformat bis f/18 Superweitwinkel skalierbar. Das Protar wurde ursprünglich Anastigmat genannt , aber dieser beschreibende Begriff wurde schnell zum Gattungsbegriff und das Objektiv erhielt 1900 einen fantasievollen Namen.

Das Protar gilt als das erste "moderne" Glas, da es eine asymmetrische Formel hatte, die durch die neue Designfreiheit ermöglicht wurde, die durch die neu erhältlichen optischen Kronengläser aus Bariumoxid eröffnet wurde. Diese Gläser wurden 1884 von Ernst Abbe , einem Physiker, und Otto Schott , einem Chemiker, (beide Deutschland) erfunden , die für die Jenaer Glashütte von Carl Zeiss arbeiteten. Schott-Gläser haben einen höheren Brechungsindex als Kalk-Natron-Kronglas ohne höhere Dispersion. Der vordere Achromat des Protar verwendete älteres Glas, aber der hintere Achromat verwendete Glas mit hohem Index. Praktisch alle fotografischen Objektive guter Qualität seit etwa 1930 sind Anastigmatkorrigiert. (Die primären Ausnahmen sind absichtlich "Weichfokus"-Porträtobjektive.)

Der heutige Stand der Technik von fotografischen Objektiven ist die apochromatische Korrektur, die grob gesagt doppelt so streng ist wie die Anastigmatik. Solche Linsen erfordern jedoch eine Korrektur für Aberrationen höherer Ordnung als die ursprünglichen sieben mit Seltenerd- (Lanthanoxid) oder Fluorit- ( Calciumfluorid ) Gläsern mit sehr hohem Brechungsindex und/oder sehr geringer Dispersion der Erfindung aus der Mitte des 20. Jahrhunderts. Das erste apochromatische Objektiv für Consumer-Kameras war das Leitz APO-Telyt-R 180 mm f/3.4 (1975, BRD) für 35-mm-Spiegelreflexkameras der Leicaflex-Serie (1964, BRD). Die meisten professionellen Teleobjektive seit den frühen 1980er Jahren sind apochromatisch. Beachten Sie, dass für wissenschaftliche/militärische/industrielle Arbeiten bessere Objektive als Apochromate erhältlich sind.

Cooke-Drilling

Taylor, Taylor & Hobson Cooke Drilling

Die Quintessenz des fotografischen Objektivs des 20. Jahrhunderts war das Taylor, Taylor & Hobson Cooke Triplet von 1893 . Harold Taylors (UK, nicht mit den Taylors von T, T & H verwandt) Cooke Triplet war eine täuschend einfach aussehende asymmetrische Anastigmat-Formel mit drei Elementen, die durch eine erneute Überprüfung des Linsendesigns von den ersten Prinzipien her geschaffen wurde, um die Fortschritte bei den neuen optischen Gläsern von Schott optimal zu nutzen. Die Elemente waren alle von so starker Leistung, dass sie sehr empfindlich auf Fehlausrichtungen reagierten und für die damalige Zeit enge Fertigungstoleranzen erforderten.

Das Cooke Triplet wurde zum Standard-"Economy"-Objektiv des 20. Jahrhunderts. Das Argus Cintar 50mm f/3.5 für die Argus C3 (1937, USA), die wahrscheinlich meistverkaufte Messsucherkamera aller Zeiten, verwendet beispielsweise ein Cooke-Triplet.

Das Triplet war für Kontaktabzüge von Mittelformat-Rollfilmkameras und kleine Vergrößerungen von Kleinbildkameras ausreichend , aber nicht für große. Auch die Filme der ersten Hälfte des 20. Jahrhunderts hatten wenig Auflösungsvermögen, das war also nicht unbedingt ein Problem.

Tessar

Zeiss Tessar

Paul Rudolph entwickelte das Tessar aus Unzufriedenheit mit der Leistung seines früheren Protar, obwohl es auch dem Cooke-Triplett ähnelt. Das Tessar war ursprünglich ein f/6,3 Objektiv. Es wurde bis 1930 auf f/2.8 verfeinert, obwohl f/3.5 die realistische Grenze für die beste Bildqualität war.

Das Tessar war das Standardobjektiv des 20. Jahrhunderts mit mäßiger Blende und normaler Perspektive . Das Kodak Anastigmat Special 100 mm f/3.5 auf der Kodak Super Six-20 (1938, USA), der ersten Standbildkamera mit automatischer Belichtung, war ein Tessar, ebenso wie das D. Zuiko 2.8 cm f/3.5 auf dem Olympus Pen (1959, Japan ), die ursprüngliche Pen-Halbbildkamera; das Schneider S-Xenar 40mm f/3.5 auf der späten Version der Rollei 35 (1974, Westdeutschland/Singapur); und die AF Nikkor D 45mm f/2.8P Special Edition für die Nikon FM3A (2001, Japan), die letzte 35-mm-Spiegelreflexkamera mit manuellem Fokus, die von einem großen Hersteller herausgebracht wurde. Passend dazu hatte die letzte Kamera der Zeiss Stiftung, die Zeiss Ikon S 312, ein Zeiss Tessar 1:2,8/40 mm (1972, BRD).

Es wird oft fälschlicherweise behauptet, dass das Leitz Elmar 1:3,5 50 mm fest mit der Leica A (1925, Deutschland), Leitz' erste Kamera, ein Tessar war. Doch zum Zeitpunkt der Einführung der Leica war das 50mm f/3.5 Kino Tessar nur für das Cine-Format 18x24mm ausgelegt, was für das neue 24x36mm-Format der Leica nicht ausreichte, und Leitz musste dafür ein neues Objektiv entwickeln ausreichende Vollbildabdeckung. Erst als Zeiss Ikon die Contax als Reaktion auf den Erfolg der Leica entwarf, wurde ein 50mm Tessar entworfen, der das Format 24x36mm abdecken konnte. Die Elmar basierte auf einem modifizierten Cooke Triplet mit einer anderen Berechnung als die Tessar und mit dem Stopp im ersten Luftraum.

Ernostar und Sonnar

Ernemann Ernostar 10.5cm f/1.8
Zeiss Sonnar 50mm f/1.5

Mit der erreichten Anastigmat-Bildqualität richtete sich die Aufmerksamkeit als nächstes auf die Vergrößerung der Blendengröße, um das Fotografieren bei schwachem Licht oder mit kürzeren Verschlusszeiten zu ermöglichen. Das erste gebräuchliche Objektiv mit sehr großer Blende, das für die Fotografie mit offenem Licht geeignet war, war das Ernemann Ernostar (Deutschland) von 1923. Die Formel von Ludwig Bertele war ursprünglich ein 10 cm f/2- Objektiv, aber er verbesserte es auf 10,5 cm und 85 mm f/1,8 1924. Der Ernostar war auch ein Cooke-Triplett-Derivat; es hat ein zusätzliches vorderes positives Element oder eine Gruppe.

Montiert auf der Kamera von Ernemann Ermanox (1923, Deutschland) und in den Händen von Erich Salomon war der Ernostar Wegbereiter des modernen Fotojournalismus. Der französische Premier Aristide Briand sagte einmal: "Für eine internationale Konferenz braucht es nur drei Dinge: ein paar Außenminister, einen Tisch und Salomon." Beachten Sie, dass amerikanische Fotojournalisten bis in die 1950er Jahre die Verwendung von Blitzlicht bevorzugten (siehe Arthur Fellig [Weegee]).

Bertele setzte die Ernostar-Entwicklung unter dem bekannteren Namen Sonnar fort, nachdem Ernemann 1926 von Zeiss übernommen wurde. Er erreichte 1932 mit dem Zeiss Sonnar 50 mm 1: 1,5 für die 35-mm- Messsucherkamera Contax I (1932, Deutschland) f/1.5 .

Das Sonnar war (und ist) auch als Teleobjektiv-Design beliebt – das Sonnar ist aufgrund seiner starken Front-Positiv-Elemente immer zumindest leicht Teleobjektiv. Das Zeiss Olympia Sonnar 180mm f/2.8 für die Contax II (beide 1936, Deutschland) ist ein klassisches, wenn nicht sogar mythisches Beispiel.

Asymmetrischer Doppel-Gauss

1817 verbesserte Carl Friedrich Gauss das Fraunhofer- Teleskopobjektiv, indem er seine einfache konvexe und konkave Linsenkonstruktion um eine Meniskuslinse ergänzte . Alvan Clark verfeinerte das Design 1888 weiter, indem er zwei dieser Linsen nahm und sie Rücken an Rücken platzierte. Das Objektiv wurde zu Ehren von Gauß benannt. Das aktuelle Design lässt sich bis ins Jahr 1895 zurückverfolgen, als Paul Rudolph von Carl Zeiss Jena verkittete Dubletts als zentrale Linsen zur Korrektur der chromatischen Aberration verwendete .

Später wurde das Design mit zusätzlichen Gläsern entwickelt, um Hochleistungsobjektive mit großer Öffnung zu erhalten. Die Hauptentwicklung war Taylor Hobson in den 1920er Jahren zu verdanken , was zum f/2.0 Opic und später zu den Speed ​​Panchro Designs führte, die an verschiedene andere Hersteller lizenziert wurden. Das Design bildet die Grundlage für viele heute im Einsatz befindliche Kameraobjektive, insbesondere die lichtstarken Standardobjektive von Kleinbild- und anderen Kleinbildkameras. Es kann gute Ergebnisse bis zu f/ 1,4 mit einem weiten Sichtfeld liefern und wurde manchmal bei f/ 1,0 hergestellt.

Das Design wird derzeit in preiswerten, aber hochwertigen lichtstarken Objektiven wie dem Canon EF 50 mm f/ 1,8 und dem Nikon 50 mm f/ 1,8D AF Nikkor verwendet . Es wird auch als Grundlage für schnellere Designs verwendet, wobei Elemente hinzugefügt werden, wie z. B. ein siebtes Element wie bei Canon und Nikons 50 mm f / 1,4-Angeboten oder ein asphärisches siebtes Element in Canons 50 mm f / 1,2. Das Design kommt auch in anderen Anwendungen zum Einsatz, bei denen ein einfaches lichtstarkes Normalobjektiv benötigt wird (~53° diagonal) wie beispielsweise in Projektoren.

Entwicklung des Double Gauss

Antireflexbeschichtung

Die Oberflächenreflexion war ein wichtiger limitierender Faktor im Linsendesign des 19. Jahrhunderts. Bei einem Reflexionslichtverlust von vier bis acht Prozent (oder mehr) an jeder Glas-Luft-Grenzfläche, der die Lichtdurchlässigkeit verdunkelt, plus der überall reflektierten Lichtstreuung, die Streulicht erzeugt, wäre eine Linse mit mehr als sechs oder acht Verlusten nicht von praktischem Nutzen. Dies wiederum begrenzte die Anzahl der Elemente, die ein Designer verwenden konnte, um Aberrationen zu kontrollieren.

Einige Objektive wurden mit T-Stops (Durchgangsstufen) anstelle von Blendenstufen markiert, um die Lichtverluste anzuzeigen. T-Stops waren "echte" oder effektive Blendenstufen und waren für Filmobjektive üblich, so dass ein Kameramann sicherstellen konnte, dass von allen verschiedenen Objektiven, die zum Erstellen eines Films verwendet wurden, konsistente Belichtungen vorgenommen wurden. Dies war für Fotokameras weniger wichtig und nur eine Fotolinsenlinie wurde jemals in T-Stopps markiert: für die Bell & Howell Foton 35-mm-Entfernungsmesserkamera. Bell & Howell war normalerweise ein Hersteller von kinematografischen Geräten. Das Standardobjektiv des Foton war das Taylor, Taylor & Hobson Cooke Amotal Anastigmat 2 Zoll f/2 (T/2.2) (1948; Kamera USA; Objektiv UK, ein Double Gauss). Die Viertelblende-Differenz zwischen f/2 und T/2.2 ist ein Verlust von 16%.

1886/1890 wurde das Naturphänomen von Lord Rayleigh (Rayleigh's Film) und später von Dennis Taylor im Jahr 1896 bemerkt , dass einige Linsen mit altersfleckigem Glas widersinnigerweise hellere Bilder erzeugten. Untersuchungen ergaben, dass die Oxidationsschicht Oberflächenreflexionen durch destruktive Interferenz unterdrückt. Linsen mit Glaselementen künstlich „single-coated“ durch Vakuumabscheidung einer sehr dünnen Schicht (etwa 130-140 Nanometer) , von Magnesium oder Calciumfluorid zur Unterdrückung von Oberflächenreflexionen wurden erfunden Alexander Smakula Arbeits für Zeiss 1935 und die erste im Jahr 1939 verkauft. Antireflexbeschichtung könnte die Reflexion um zwei Drittel reduzieren. Antireflexbeschichtungen waren von sofortigem Interesse für die Technicolor Corporation, die bei Bausch und Lomb die ersten kommerziellen beschichteten Projektionslinsen für 25 Loew-Theater in den größeren US-Städten für die ersten Vorführungen von Vom Winde verweht bestellt, wo "Verbesserungen der Bildschirmbeleuchtung, Bild" Kontrast und Schärfe" wurden notiert. "Ähnliche Verbesserungen wurden bei professionellen Kameraobjektiven festgestellt. Ein typisches unbeschichtetes Hochgeschwindigkeits-Anastigmat-Objektiv wie das Astro Pan-Tachar erlitt Lichtverluste von über 41 Prozent aufgrund von Reflexionen von den acht Luft-Glas-Oberflächen, bestehend aus seine Linsenformel." Aufgrund der effektiven Erhöhung der Lichtdurchlässigkeit um 1 Blende könnten f/2,3-Objektive f/1.6-Objektive ersetzen und die gleiche Helligkeit bei einer kleineren Blende und damit eine überlegene optische Qualität und Definition sowie eine größere Schärfentiefe bieten.

1941 wurde das Kodak Ektra (USA) 35 mm RF mit der ersten komplett entspiegelten Objektivserie für eine Consumer-Kamera eingeführt: dem Kodak Ektar 35 mm f/3.3 , 50 mm f/3.5 , 50 mm f/1.9 , 90 mm f/3.5 , 135 mm f/3.8 und 153 mm f/4.5 . Der Zweite Weltkrieg unterbrach die gesamte Produktion von Consumer-Kameras und vergütete Objektive erschienen erst Ende der 1940er Jahre in großer Zahl. Sie wurden Anfang der 1950er Jahre zum Standard für hochwertige Kameras.

Die Verfügbarkeit einer Antireflexbeschichtung ermöglichte es der Double Gauss, die Vorherrschaft über die Sonnar zu erlangen. Der Sonnar hatte vor dem Zweiten Weltkrieg mehr Popularität, weil die drei Zellen des Sonnar mit sechs Luft-Glas-Oberflächen im Vergleich zu den vier und acht des Double Gauss ihn vor der Antireflexbeschichtung weniger anfällig für Fackeln machten. Der Tele-Effekt machte das Objektiv auch kürzer, ein wichtiger Faktor für die kompakten Leica und Contax 35mm RFs .

Als die maximale Blendenöffnung weiter zunahm, versprach die größere Symmetrie des Double Gauss eine einfachere Aberrationskorrektur. Dies war besonders wichtig für Spiegelreflexkameras, da sie ohne den Parallaxenfehler von HFs auch viel kürzere Fokussierentfernungen (normalerweise einen halben statt einem ganzen Meter) anbieten. Das Double Gauss wurde in den 1950er Jahren mit der Verfügbarkeit einer Antireflexbeschichtung und einer neuen Generation optischer Seltenerdgläser mit extra hohem Brechungsindex zum bevorzugten normalen Linsendesign. Die Beschichtung von Linsen mit bis zu einem Dutzend oder mehr verschiedenen Chemikalienschichten zur Unterdrückung von Reflexionen im gesamten visuellen Spektrum (statt nur einer Kompromisswellenlänge) war eine logische Weiterentwicklung. Darüber hinaus wurden Beschichtungen verwendet, um die Farbbalance (Transmission) und den Kontrast (und damit die MTF-Auflösung) über die Linsen hinweg zu modulieren, um entweder eine konsistente Leistung oder höchste Effizienz zu erzielen.

Minolta (als Chiyoda Kōgaku Seikō ) produzierte 1956 das weltweit erste mehrfachvergütete Consumer-Fotoobjektiv für seine 'Minolta 35 Model II' Messsucherkamera - die Rokkor 3.5cm f/3.5 - mit ihrer patentierten achromatischen Beschichtung. Neue Objektive für das 1958er Minolta 35 Model IIB mit Achromatischer Beschichtung, darunter das Super Rokkor 5cm f/1.8 und 3.5cm f/1.8. Alle anderen Linsenoberflächen des 5cm f/1.8 wurden einfach beschichtet, wobei zumindest die Frontgruppe mehrfach beschichtet war. Obwohl sich das 3,5 cm f/3,5 Objektiv aufgrund der langsamen Blende nicht gut verkaufte, wurde später kurz vor der Einstellung des Systems ein moderneres, mehrfach vergütetes Super Rokkor 3,5 cm f/1.8 für das 35 IIB produziert, und daher ist das Objektiv extrem heute selten. Für den eingestellten Minolta Sky M-Mount-Entfernungsmesser wurde während seiner Entwicklung auch ein Prototyp eines mehrfach beschichteten 5cm f/1.4-Objektivs hergestellt, obwohl nicht bekannt ist, ob die Beschichtung fortschrittlicher war als die, die bei früheren Objektiven verwendet wurde. 1958 waren einlagige Antireflexbeschichtungen auf Fotoobjektiven auf der ganzen Welt üblich, aber erst 1966 mit der Einführung von MC-Objektiven ('Meter-Coupled') wurden alle Minolta-Brennweiten auf eine vollständige Mehrfachvergütung aktualisiert, wobei jede optische Oberfläche wurde mindestens zweimal beschichtet, wobei die freiliegende Vorderseitenbeschichtung relativ kratzfester war. Zuvor wurde zwischen 1958 und 1965 hauptsächlich nur auf die Standard-Spiegelreflexobjektive der 55\58mm AR ('Auto-Rokkor')-Serie eine vollständige Mehrfachvergütung angewendet 1962 16-mm-Firmenfilm-Promotion mit dem Titel This is Minolta , wegen der vorherrschenden grünen Reflexion der Vorderseitenbeschichtung, die sich von den Beschichtungen anderer Unternehmen unterschied. Ihre achromatische Beschichtung bestand ursprünglich aus einer zweischichtigen, in der Dicke variierenden Aufdampfung von Magnesium-Fluorid, aber keiner "harten" Beschichtung, was bedeutet, dass viele Beispiele der Linse heute aufgrund unsachgemäßer Reinigung vernarbte Oberflächen aufweisen. Nachdem Minolta 1958 die Entwicklung von Wechselobjektiv-Entfernungsmesserprodukten beendete und sich auf austauschbare SLR-Kameras und -Objektive konzentrierte, wurde ihre achromatische Beschichtung während der gesamten Produktion kontinuierlich aktualisiert, wobei 1966 (MC), 1973 (MC-X) und schließlich große Fortschritte bei der Beschichtung zu verzeichnen waren bis 1977 bis 1984 (MD-I, II, III). Hartbeschichtungen wurden zunächst in den Objektiven der unmittelbaren SR SLR-Serie verwendet. MC entspricht dem Auftragen von achromatischen Schichten auf allen Linsenoberflächen mit neuen "Zutaten" ("Double Achromatic"), während MC-X noch mehr Schichten neuer "Zutaten" ("Super Achromatic Coating") ähnlich der SMC von Pentax einführte und erreichte eine empirische Verbesserung von etwa 1 Blende in Bezug auf Streulicht und Kontrastkontrolle von dominierenden Lichtquellen. Beginnend mit den Objektiven der MD-Serie wurden standardmäßig zusätzliche Schichten eingeführt, obwohl klar ist, dass bei allen Objektiven jeder Serie im Laufe der Entwicklung nach und nach Verbesserungen der Beschichtungen in die Produktionslinsen eingeführt wurden. Eine der wichtigsten Marketingaussagen von Minoltas Achromatic-Beschichtung war, dass die Farbkonsistenz über alle Objektive hinweg erreicht wurde, was die Anforderung von Farbkorrekturfiltern (üblich in den 1920er bis 30er Jahren) bei Aufnahmen unter konstanten Lichtverhältnissen mit verschiedenen Objektiven ablehnte, obwohl dies nicht der Fall ist nachgewiesen wurde und ein Unterschied in der Farbkonsistenz zu konkurrierenden Marken nicht klar ist. Es ist auch nicht klar, ob Minolta den Prozessnamen als Hinweis auf achromatische ("neutrale") Farbe (weiß, grau und schwarz) oder Achromatismus (ein Fehlen von rot-blauer chromatischer Aberration) beabsichtigte.

Asahi Optical behauptete, seine SMC- Takumar- Objektive (1971, Japan) seien die ersten vollständig mehrfachvergüteten (Super-Multi-Coated) Objektive für Consumer-Kameras ( M42 Asahi Pentax SLRs mit Schraubanschluss ), obwohl alle anderen großen Hersteller bereits ihre eigenen verwendeten proprietäre Beschichtung ähnlich dem Double Achromatic-Verfahren von Minolta, neben Fujifilms fortschrittlicher 11-Schicht-EBC (Electron Beam Coating) - jedoch wurde EBC nur um 1964 auf einige kommerzielle Filmkameraobjektive aufgetragen. SMC war keine Erfindung von Pentax, sondern ein patentiertes und lizenziertes Verfahren erfunden von den Beschichtungspionieren OCLI (Optical Coating Laboratory Incorporated).

Moderne hochkorrigierte Zoomobjektive mit fünfzehn, zwanzig oder mehr Elementen wären ohne Mehrfachvergütung nicht möglich. Die Transmissionseffizienz einer modernen mehrfachvergüteten Linsenoberfläche beträgt etwa 99,7% oder besser. Damals wie heute galten die SMC-Beschichtungen von Pentax als die effizientesten, um Streulicht zu reduzieren und den Kontrast aufrechtzuerhalten. Heute gelten Fujis Super EBC, Pentax's Super-SMC und Zeiss' T* als die fortschrittlichsten verfügbaren Beschichtungen für fotografische Objektive, obwohl die technischen Unterschiede zwischen den Herstellern mittlerweile vernachlässigbar sind. Nicht alle Schichten in Multicoating sind auf Antireflexion ausgelegt - einige beziehen sich auf die Oberflächenhaftung (Argon/Stickstoff-Abrasion) oder das Substrat und die Zwischenschichten als Teil des Herstellungsprozesses, die äußere "harte" Beschichtung für Haltbarkeit und λ-Filterschichten (z. B. Tōkyō Kōgaku 'UV Topcor' Linsen) zur Erhöhung oder Verringerung der Transmission bestimmter Wellenlängen und andere Veredelungsschichten wie oleophobe und hydrophobe Beschichtungen, um die Oberfläche leicht zu reinigen.

Die Antireflexbeschichtung macht eine Gegenlichtblende nicht überflüssig (ein konischer Tubus, der auf die Vorderseite eines Objektivs geschoben, angeklemmt, geschraubt oder mit einem Bajonett versehen wird, um das Eindringen von nicht bildgebenden Strahlen in das Objektiv zu verhindern), da Streulicht auch durch starke Streulichtreflexion entstehen kann von anderen unzureichend geschwärzten internen Objektiv- und Kamerakomponenten.

Retrofokus-Weitwinkelobjektiv

Angénieux Retrofocus 35mm f/2.5
Zeiss Biogon 21mm f/4.5

Normale Weitwinkelobjektive (also Objektive mit einer Brennweite, die viel kürzer als die Formatdiagonale ist und ein breites Sichtfeld erzeugt) müssen nah am Film montiert werden. Jedoch SLR - Kameras erforderlich , daß die Linsen weit genug vor dem Film um Raum für die Bewegung des Spiegels angebracht werden (das „Spiegelfeld“); etwa 40 mm für eine 35-mm-Spiegelreflexkamera im Vergleich zu weniger als 10 mm bei 35-mm-Kameras ohne Spiegelreflexkamera. Dies führte zur Entwicklung von Weitwinkelobjektiven mit komplexeren optischen Retrofokus-Designs. Diese verwenden sehr große negative Frontelemente, um Back-Fokus-Abstände zu erzwingen, die lang genug sind, um Abstand zu gewährleisten.

1950 war das Angénieux Retrofocus Type R1 35mm f/2.5 (Frankreich) das erste Retrofokus-Weitwinkelobjektiv für 35mm SLRs (Exaktas). Bis auf das Frontelement war Pierre Angénieux ' R1 ein Fünf-Elemente-Tessar. Beachten Sie, dass "Retrofocus" eine Marke von Angénieux war, bevor sie den exklusiven Status verlor. Der ursprüngliche Oberbegriff war "invertiert" oder "umgekehrtes Tele". Ein Teleobjektiv hat eine vordere positive Zelle und eine hintere negative Zelle; Retrofokus-Objektive haben die negative Zelle vorne und die positive Zelle hinten. Das erste invertierte Teleobjektiv war das Taylor, Taylor & Hobson 35 mm f/2 (1931, UK), das entwickelt wurde, um den Backfokusraum für das Strahlteilerprisma zu schaffen, das von der Vollfarb-Technologie über drei Negative Technicolor- Filmkamera verwendet wird. Andere frühe Mitglieder der Retrofocus-Reihe von Angénieux waren das 28 mm 1: 3,5 Typ R11 von 1953 und das 24 mm 1: 3,5 Typ R51 von 1957.

Retrofokus-Objektive sind mit ihren großen Frontelementen extrem asymmetrisch und daher mit herkömmlichen Mitteln nur sehr schwer auf Verzerrungen zu korrigieren. Auf der anderen Seite begrenzt das große negative Element auch den schrägen Lichtabfall von cos 4 θ herkömmlicher Weitwinkelobjektive.

Das Retrofokus-Design beeinflusste auch Objektive ohne Retrofokus. Zum Beispiel das Zeiss Biogon 21 mm f/4.5 von Ludwig Bertele , das 1954 für das Contax IIA (1950, Westdeutschland) 35 mm RF herausgebracht wurde , und seine Weiterentwicklung, das Zeiss Hologon 15 mm f/8 von 1969, das auf dem Zeiss Ikon Hologon Ultrawide ( Westdeutschland), waren grob symmetrische Designs. Jede Hälfte kann jedoch als Retrofokus visualisiert werden. Die Designs von Biogon und Hologon nutzen die großen negativen Elemente, um den Lichtabfall normaler Weitwinkelobjektive zu begrenzen. Bei einem Sichtfeld von 110° hätte der Hologon sonst einen Eckenlichtabfall von 3¼ Stopps, der breiter ist als der Belichtungsspielraum von zeitgenössischen Filmen. Nichtsdestotrotz hatte das Hologon als Standardzubehör einen radial abgestuften 2-Stufen-Neutraldichtefilter, um eine völlig gleichmäßige Belichtung zu gewährleisten. Der Abstand vom hinteren Element des Hologons zur Folie betrug nur 4,5 mm.

Viele normale perspektivische Objektive für heutige digitale Spiegelreflexkameras sind retrofokussiert, da ihre Bildsensoren mit einem kleineren als 35-mm-Filmrahmen viel kürzere Brennweiten erfordern, um äquivalente Sichtfelder zu erhalten, aber die fortgesetzte Verwendung von 35-mm-Spiegelreflex-Objektiven erfordert einen langen Backfokus. Entfernungen.

Fischaugenlinse

Beck Hill Sky

Ein Fisheye-Objektiv ist eine spezielle Art von Ultraweitwinkel-Retrofokus-Objektiv mit wenig oder keinem Versuch, geradlinige Verzerrungen zu korrigieren. Die meisten Fischaugen erzeugen ein kreisförmiges Bild mit einem Sichtfeld von 180°. Der Begriff Fischauge kommt von der Annahme, dass ein Fisch, der in den Himmel schaut, genauso sehen würde.

Das erste Fisheye-Objektiv war das Beck Hill Sky (oder Cloud ; UK) Objektiv von 1923. Robin Hill beabsichtigte, es gerade nach oben zu richten, um 360°-Azimut-Tonnenverzerrte hemisphärische Himmelsbilder für wissenschaftliche Studien zur Wolkenbedeckung aufzunehmen. Es verwendete einen gewölbten negativen Meniskus, um das 180 ° -Feld auf 60 ° zu komprimieren, bevor das Licht durch eine Blende zu einem mäßigen Weitwinkelobjektiv geleitet wurde. Der Himmel war 21 mm f/8 und erzeugte Bilder mit 63 mm Durchmesser. Paare wurden im Abstand von 500 Metern verwendet, um Stereoskope für das British Meteorological Office herzustellen.

Beachten Sie, dass es aufgrund des Lichtabfalls unmöglich ist, eine geradlinige Abdeckung von 180 ° zu erreichen. 120° (12 mm Brennweite für das 35-mm-Filmformat) ist ungefähr die praktische Grenze für Retrofokus-Designs; 90° (21 mm Brennweite) für Objektive ohne Retrofokus.

Makro-Objektiv

Streng genommen handelt es sich bei der Makrofotografie um technische Fotografie mit einer tatsächlichen Bildgröße von nahezu lebensgroß (1:1 Bild-zu-Objekt-Verhältnis) bis etwa zehn- oder zwanzigmal lebensgroß (Verhältnis 10 oder 20:1, bei dem die Mikrofotografie beginnt). . "Makro"-Objektive waren ursprünglich normale Formelobjektive, die für kurze Objektentfernungen optimiert wurden und auf einem langen Verlängerungsrohr oder einem Balgzubehör montiert waren, um die erforderliche Nahfokussierung zu ermöglichen, aber die Fokussierung auf entfernte Objekte zu verhindern.

Das Kilfitt Makro-Kilar 4 cm f/3.5 (Westdeutschland/Liechtenstein) von 1955 für Exakta 35-mm-Spiegelreflexkameras änderte jedoch die alltägliche Bedeutung von Makroobjektiven. Es war das erste Objektiv, das eine kontinuierliche Nahfokussierung ermöglichte. Version D von Heinz Kilfitts (Westdeutschland) Makro-Kilar fokussiert von unendlich bis 1:1 (Lebensgröße) auf zwei Zoll; Version E, zu 1:2 Verhältnis (halbe Lebensgröße) bei 10 cm. Der Makro-Kilar war ein Tessar, der in einer extralangen Dreifachspirale montiert war. Spiegelreflexkameras waren am besten für Makroobjektive geeignet, da Spiegelreflexkameras bei sehr kurzen Fokusentfernungen nicht unter Sucherparallaxenfehlern leiden.

Nahlinsen zu entwerfen ist gar nicht so schwer – eine Bildgröße nahe der Objektgröße erhöht die Symmetrie. Das Fotogravur-Objektiv von Goerz Apo-Artar (Deutschland/USA) war 1904 apochromatisch, obwohl eine ultrastrenge Qualitätskontrolle half. Es ist schwierig, kontinuierlich von Unendlich bis in die Nähe ein scharfes Bild zu erhalten – vor dem Makro-Kilar fokussierten Objektive im Allgemeinen nicht kontinuierlich auf ein Verhältnis von näher als 1:10. Die meisten SLR-Objektivserien enthalten weiterhin Makroobjektive mit mittlerer Blende, die für hohe Vergrößerungen optimiert sind. Ihre Brennweiten sind jedoch tendenziell länger als beim Makro-Kilar, um einen größeren Arbeitsabstand zu ermöglichen.

"Makro-Zoom" -Objektive kamen in den 1970er Jahren auf den Markt, aber Traditionalisten lehnen es ab, die meisten von ihnen als Makro zu bezeichnen, weil sie zu weit von der technischen Definition abweichen – sie fokussieren normalerweise nicht näher als 1:4 bei relativ schlechter Bildqualität.

Zusatzlinse

Zeiss Tele-Mutar und Weitwinkel-Mutar
Schneider Retina-Xenon C-System

Ein Zusatzobjektiv ist ein an der Vorderseite eines Hauptobjektivs befestigtes, angeschraubtes oder bajonettes Zusatzobjektiv, das die effektive Brennweite des Objektivs verändert. Wenn es sich nur um eine positive (konvergierende) Ergänzung handelt, wird die Brennweite verkürzt und der Unendlich-Fokus des Objektivs auf die Brennweite des Ergänzungsobjektivs zurückgesetzt. Diese sogenannten Nahlinsen sind oft unkorrigierte Einzelelement-Menisken, sind jedoch eine kostengünstige Möglichkeit, eine Nahfokussierung für ein Objektiv mit ansonsten begrenztem Fokusbereich bereitzustellen.

Ein afokaler Vorsatz ist ein anspruchsvolleres Zusatzobjektiv. Es ist ein sogenanntes Galilei-Teleskopzubehör, das an der Vorderseite eines Objektivs montiert wird und die effektive Brennweite des Objektivs ändert, ohne die Brennebene zu verschieben. Es gibt zwei Arten: das Teleobjektiv und das Weitwinkelobjektiv. Der Tele-Typ ist eine Kombination aus vorderen positiven plus hinteren negativen Zellen, die die Bildgröße erhöht; der Weitwinkel hat eine vordere negative und hintere positive Anordnung, um die Bildgröße zu reduzieren. Beide haben eine Zelltrennung gleich der Brennweitendifferenz der Zelle, um die Brennebene beizubehalten.

Da afokale Vorsätze kein wesentlicher Bestandteil der Formel des Hauptobjektivs sind, verschlechtern sie die Bildqualität und sind für kritische Anwendungen nicht geeignet. Sie sind jedoch seit den 1950er Jahren für Amateurfilm-, Video- und Standbildkameras verfügbar. Vor dem Zoomobjektiv waren afokale Aufsätze eine Möglichkeit, einer Kamera mit ansonsten festem Objektiv ein billiges Wechselobjektivsystem zur Verfügung zu stellen. In der Ära der Zoomobjektive sind sie eine kostengünstige Möglichkeit, die Reichweite eines Zooms zu erweitern.

Einige afokale Vorsätze, wie der Zeiss Tele-Mutar 1.5× und Wide-Angle-Mutar 0.7× (1963, BRD) für verschiedene Festobjektive von Franke und Heidecke Rolleiflex Marke 120 Rollfilm Doppelreflex-Spiegelreflexkameras waren von höherer Qualität und Preis, aber in der Bildqualität immer noch nicht mit echten Wechselobjektiven zu vergleichen. Die sehr sperrigen Mutars könnten die Betrachtungs- und Abbildungsobjektive Heidosmat 75 mm f/2.8 und Zeiss Planar 75 mm f/3.5 (1956, Westdeutschland) von Rolleiflex 3.5E/C in 115-mm- und 52-mm-Äquivalente umwandeln. Für digitale Point-and-Shoot-Kameras sind weiterhin afokale Aufsätze erhältlich.

Die 35-mm-Messsucherkameras Kodak Retina IIIc und IIc (USA/Westdeutschland) mit zusammenklappbarem Objektiv von 1954 trieben die Idee des Zusatzobjektivs mit ihren Wechselobjektiv-"Komponenten" auf die Spitze. Dieses System ermöglichte den Austausch der Frontzellenkomponente ihrer standardmäßigen Schneider Retina-Xenon C 50 mm f/2 Objektive (ein Double Gauss) gegen Schneider Retina-Longar-Xenon 80 mm f/4 Langfokus und Schneider Retina-Curtar-Xenon 35 mm f/ 5.6 Weitwinkelkomponenten. Das Design von Komponentenlinsen wird durch die Notwendigkeit, die hintere Zelle wiederzuverwenden, stark eingeschränkt, und die Linsen sind im Vergleich zu vollständig austauschbaren Objektiven extrem sperrig, die Reichweite begrenzt und komplex, aber der Synchro-Compur- Blattverschluss der Retina schränkte die Objektivoptionen ein.

Zoomobjektiv

Voigtländer-Zoomar 36-82mm f/2.8

Das Zoomobjektiv hat sich aus den Brennweitenkompressionselementen entwickelt, die in Teleobjektiven zu finden sind. Das Variieren des Abstands zwischen den vorderen positiven und hinteren negativen Zellen eines Teleobjektivs ändert die Vergrößerung des Objektivs. Dies stört jedoch die Fokus- und Aberrationsoptimierung und führt zu einer Kissenverzerrung. Ein echtes Zoomobjektiv braucht eine Kompensationszelle, um die Fokusebene wieder an die richtige Stelle zu verschieben und hat Jahrzehnte der Entwicklung gebraucht, um praktikabel zu werden. Die ersten Zooms kamen zwischen 1929 und 1932 für professionelle Filmkameras heraus und hießen "Traveling", "Vario" und "Varo" Objektive.

Das erste Zoomobjektiv für Fotokameras war das Voigtländer-Zoomar 36-82 mm f/2.8 (USA/Westdeutschland) von 1959 für die Voigtländer Bessamatic-Serie (1959, Westdeutschland) 35-mm-Blattverschluss-Spiegelreflexkameras. Es wurde von Zoomar in den USA entworfen und von Kilfitt in Westdeutschland für Voigtländer hergestellt. Der Zoomar 36-82 war sehr groß und schwer für die Brennweite – 95 mm Filtergröße.

Frank Back (Deutschland/USA) war der frühe Meister der Zoomobjektive und seine Zoomars würden die Lanze der Entwicklung und Popularität von Zoomobjektiven weit in die Zukunft werfen , beginnend mit seinem ursprünglichen Zoomar 17-53mm f/2.9 (1946, USA) für 16mm Filmkameras. Die Bildqualität früherer Zoomobjektive könnte sehr schlecht sein – das Zoomar wurde als "ziemlich verrottet" beschrieben.

Entwicklung

Vivitar Serie 1 70-210 mm 1:3,5
Fuji Fujinon-Z 43-75mm 1:3,5-4,5
Sigma 21-35mm f/3.5-4

Die meisten frühen Zoomobjektive lieferten mittelmäßige oder sogar schlechte Bilder. Sie waren für niedrige Auflösungsanforderungen wie Fernseh- und Amateurfilmkameras ausreichend, aber normalerweise nicht für Standfotografie. Zum Beispiel hat Nippon Kogaku immer entschuldigend eingeräumt, dass das Zoom-Nikkor Auto 43-86mm f/3.5 von Takashi Higuchi , das erste beliebte Zoomobjektiv, nicht seinen normalen Bildqualitätsstandards entsprach. Die Bemühungen, sie zu verbessern, waren jedoch im Gange.

1974 wurde das Ponder & Best ( Opcon/Kino ) Vivitar Series 1 70-210mm f/3.5 Macro Focusing Zoom (USA/Japan) weithin als das erste sehr nah fokussierende "Makro" -Zoomobjektiv auf professionellem Niveau für 35-mm-Spiegelreflexkameras gefeiert . Opcon Associates von Ellis Betensky (USA) perfektionierte die Formel aus fünfzehn Elementen, zehn Gruppen und vier Zellen der Serie 1 durch Berechnungen auf den neuesten Digitalcomputern. In den 1960er Jahren von der Plackerei der Handberechnung befreit, wurden Designs von einer solchen Vielfalt und Qualität möglich, von denen frühere Generationen von Optikingenieuren nur träumen konnten. Moderne computererzeugte Zoom-Designs können so komplex sein, dass sie keine Ähnlichkeit mit den klassischen, von Menschen erstellten Designs haben.

Die optische Zoomfunktion der Serie 1 unterschied sich von den meisten früheren Zooms wie dem Zoomar. Der Zoomar war ein "optisch kompensierter" Zoom. Seine Zoomzelle und die Brennebenenkompensationszelle wurden zusammen fixiert und zusammen mit einer stationären Zelle dazwischen bewegt. Die Serie 1 war ein "mechanisch kompensiertes" Zoom. Seine Zoomzelle wurde mechanisch mit einer Brennebenenkompensationszelle versehen und mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten bewegt. Der Kompromiss für eine größere optische Designfreiheit war diese Zunahme der mechanischen Komplexität.

Auch die externe Steuerung der Serie 1 war mechanisch aufwendiger als die des Zoomar. Die meisten frühen Zooms hatten separate Drehkontrollringe, um den Fokus und die Brennweite zu variieren – ein "Zwei-Touch"-Zoom. Die Serie 1 verwendet einen einzigen Steuerring: Drehen zum Fokussieren, Push-Pull zum Zoomen – ein Zoom mit nur einer Berührung. Für kurze Zeit, etwa 1980-1985, dominierten One-Touch-Zooms aufgrund ihrer einfachen Handhabung. Die Einführung von Autofokus-Kameras mit Wechselobjektiven im Jahr 1985 mit der Minolta Maxxum 7000 (Japan; in Japan Alpha 7000 genannt, in Europa 7000 AF) erzwang jedoch zwangsläufig die Entkopplung von Fokussier- und Zoomsteuerung und zwei Touch-Zooms erlebten ein sofortiges Comeback.

1977 waren die Zoomobjektive so weit fortgeschritten, dass das Fuji Fujinon-Z 43-75 mm 1:3,5-4,5 (Japan) das erste Zoomobjektiv wurde, das als Hauptobjektiv für eine Wechselobjektivkamera, die Fujica AZ-1 ( 1977, Japan) 35-mm-SLR, anstelle einer Prime.

Kleine "supernormale" Zooms mit schneller Bildeinstellung von etwa 35-70 mm Brennweite wurden 1980 in Japan zu einem beliebten Ersatz für 50 mm. In den Vereinigten Staaten gewannen sie jedoch nie viel Fuß, obwohl 70-210 mm Telezooms als Zweitobjektive sehr beliebt waren. Die erste Auto-Alles-35-mm-Point-and-Shoot-Kamera mit eingebautem Zoomobjektiv, der Kameratyp, der die 1990er Jahre dominierte, war die Asahi Optical Pentax IQZoom (1987, Japan) mit Pentax Zoom 35-70 mm 1:3,5-6,7 Tele -Makro .

Das nächste bahnbrechende Zoomobjektiv war das Sigma 21-35mm f/3.5-4 (Japan) von 1981. Es war das erste Superweitwinkel-Zoomobjektiv für Fotokameras (die meisten 35-mm-Spiegelreflexkameras). Bisher schien es unmöglich, die Komplexität von geradlinigen Superweitwinkelobjektiven, Retrofokusobjektiven und Zoomobjektiven zu kombinieren. Die alles bewegliche Elf-Elemente/Sieben-Gruppe/Drei-Zellen-Formel des Sigma war ein Triumph des computergestützten Designs und der Mehrfachbeschichtung.

Neben der optischen Komplexität erforderte die mechanische Komplexität des Sigma mit drei Zellen, die sich mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten bewegen, die neueste Fertigungstechnologie. Superweitwinkel-Zoomobjektive sind für die meisten heutigen digitalen Spiegelreflexkameras noch komplizierter, da die normalerweise kleineren als 35-mm-Filmbildsensoren viel kürzere Brennweiten erfordern, um äquivalente Sichtfelder zu erhalten, aber die fortgesetzte Verwendung von 35-mm-Spiegelreflexkameras Objektivfassungen erfordern die gleichen großen Back-Focus-Abstände.

Die japanische Produktion von Zoom-Wechselobjektiven übertraf 1982 die von Festbrennweiten.

Weit verbreitete Nutzung

Kiron 28-210 mm 1:4-5,6 (auf einer Nikon FM2N)
Tokina SZ-X 70-210 mm 1:4-5,6 SD

Der Bedarf an einem Objektiv, das alles oder zumindest so viel wie möglich kann, beeinflusste das Objektivdesign im letzten Vierteljahrhundert. Das Kino Precision Kiron 28-210 mm 1:4-5,6 (Japan) von 1985 war das erste Zoomobjektiv mit sehr großem Brennweitenverhältnis für Fotokameras (die meisten 35-mm-Spiegelreflexkameras). Die 14-Elemente/Eleven-Gruppe Kiron war das erste 35-mm-SLR-Zoomobjektiv, das vom Standard-Weitwinkel bis zum langen Tele (manchmal als " Superzoom " bezeichnet) erweitert wurde und in der Lage war, 28, 35, 50, 85, 105, 135 und 200 mm Festbrennweiten zu ersetzen , wenn auch auf eine kleine variable maximale Blende beschränkt, um Größe, Gewicht und Kosten im Rahmen zu halten (129 × 75 mm, 840 g, 72 mm Filter, 359 US-Dollar Liste).

Frühe 35-mm-SLR-Zoom-Zooms überstiegen aufgrund von inakzeptablen Bildqualitätsproblemen selten das Brennweitenverhältnis von 3 zu 1. Die Zoom-Vielseitigkeit nahm jedoch trotz zunehmender optischer Komplexität und strengerer Fertigungstoleranzen weiter zu. Trotz vieler Kompromisse bei der Bildqualität wurden in den späten 1990er Jahren praktische Weitbereichs-Zoomobjektive (manchmal mit Verhältnissen über 10 zu 1 und vier oder fünf unabhängig beweglichen Zellen) bei 35-mm-Spiegelreflexkameras auf Amateurniveau üblich. Sie bleiben ein Standardobjektiv bei heutigen digitalen Amateur-SLRs und erreichen bis zu 19X. Weitreichende "Superzooms" verkaufen sich auch millionenfach auf digitalen Point-and-Shoots.

Der Wunsch nach einem All-in-One-Objektiv ist kaum ein neues Phänomen. Konvertible Objektive , die noch immer von Großformat-Filmfotografen verwendet werden (sofern Großformat-Fotografie verwendet wird), bestehend aus zwei Zellen, die einzeln verwendet oder zusammengeschraubt werden können, was drei Linsen in einem ergibt, stammen mindestens aus dem Zeiss Convertible Protar (Deutschland) von 1894.

Komfort der anderen Art war das Hauptmerkmal des Tokina SZ-X 70-210 mm 1:4-5,6 SD (Japan) von 1985. Es war das erste ultrakompakte Zoom (85 × 66 mm, 445 g, 52 mm Filter) ; halb so groß wie die meisten früheren 70-210-Zooms (die dritte Generation der Vivitar Serie 1 70-210 mm 1:2,8-4 [1984, USA/Japan] war 139 × 70 mm, 860 g, 62 mm Filter). Wie das Kiron 28-210mm hatte das Tokina mit zwölf Elementen/acht Gruppen/drei Zellen eine kleine variable maximale Blendenöffnung, fügte jedoch Glas mit geringer Dispersion und eine neue bidirektionale nichtlineare Zoomfunktion hinzu, um Größe und Gewicht auf ein absolutes Minimum zu reduzieren.

Objektive mit kleiner Blende wurden durch die Verfügbarkeit von Schnappschussqualität, hochempfindlichen ISO 400-Farbfilmen in den 1980er Jahren (und ISO 800 in den 1990er Jahren) sowie Kameras mit eingebauten Blitzgeräten praktisch gemacht. In den 1990er Jahren waren Point-and-Shoot-Kameras mit kompakten Zooms mit kleiner Blende der vorherrschende Kameratyp. Kompakte Zoomobjektive mit variabler Blende (einige Weitbereichsobjektive, andere nicht) bleiben ein Standardobjektiv moderner digitaler Kompaktkameras.

Ungefähr zu dieser Zeit wurde festgestellt, dass die Bildqualität von Zooms der von Primzahlen ebenbürtig war.

Beachten Sie, dass viele der heutigen Weitbereichs-Zoomobjektive nicht "parfokal" sind; das heißt, keine echten Zooms. Sie sind „varifokal“ – der Fokuspunkt verschiebt sich mit der Brennweite – aber einfacher zu konstruieren und herzustellen. Die Fokusverschiebung bleibt normalerweise unbemerkt, da sie auf Autofokus-Kameras montiert sind, die automatisch neu fokussieren.

Aufstieg der japanischen optischen Industrie

Nippon Kogaku Nikkor-P Auto 10.5cm f/2.5
Nippon Kogaku Zoom-Nikkor Auto 43-86mm f/3.5

Die japanische Objektivproduktion stammt aus dem Jahr 1931 mit dem Konishiroku ( Konica ) Hexar 10,5 cm f/4,5 für die Konishiroku Tropical Lily Kleinplattenkamera. Die Japaner machten jedoch schnell Fortschritte und konnten bis 1950 sehr hochwertige Objektive herstellen – die "Entdeckung" der Nikkor-Objektive durch den LIFE Magazin- Fotografen David Douglas Duncan ist eine oft erzählte Geschichte.

Im Jahr 1954 begann die Japan Camera Industry Association (JCIA) die Entwicklung einer hochwertigen Fotoindustrie zu fördern, um die Exporte als Teil der wirtschaftlichen Erholung Japans nach dem Zweiten Weltkrieg zu steigern. Zu diesem Zweck verboten das Japan Machine Design Center (JMDC) und das Japan Camera Inspection Institute (JCII) das sklavische Kopieren von Designs und den Export von minderwertiger Fotoausrüstung, die durch ein Testprogramm vor der Ausstellung von Versandgenehmigungen erzwungen wurden.

Ende der 1950er Jahre forderten die Japaner die Deutschen ernsthaft heraus. Das Nippon Kogaku Nikkor-P Auto 10,5 cm f/2,5 von 1959 für die Nikon F 35mm SLR (1959) gilt beispielsweise als eines der besten jemals hergestellten Porträtobjektive mit hervorragender Schärfe und Bokeh . Es entstand als Nikkor-P 10,5 cm f/2,5 (1954) für das Nikon S-Serie 35 mm RF, wurde 1971 optisch aufgerüstet und war bis 2006 erhältlich.

1963 kam die Tokyo Kogaku RE Auto-Topcor 5,8 cm f/1.4 zusammen mit der Topcon RE Super/Super D (1963) 35-mm-Spiegelreflexkamera auf den Markt . Das Topcor gilt als eines der besten Normalobjektive aller Zeiten. Der Nikkor und der Topcor waren sichere Zeichen dafür, dass die japanische optische Industrie die deutsche in den Schatten stellte. Insbesondere Topcon war mit der Produktion zweier ultralichtstarker Objektive bis 1960 – dem R-Topcor 300 F2.8 (1958) und dem R-Topcor 135 F2 (1960) – eine große Avantgarde. Ersteres wurde erst 1976 in den Schatten gestellt. Deutschland war ein Jahrhundert lang optisch führend gewesen, aber die Deutschen wurden nach dem Zweiten Weltkrieg sehr konservativ; es nicht gelingt, einen einheitlichen Zweck zu erreichen, innovativ zu sein oder auf Marktbedingungen zu reagieren. Die japanische Kameraproduktion übertraf 1962 die westdeutsche Produktion.

Frühe japanische Objektive waren keine neuartigen Designs: Das Hexar war ein Tessar; der Nikkor war ein Sonnar; der Topcor war ein Double Gauss. Um 1960 begannen sie Neuland zu betreten : Das Nippon Kogaku Auto-Nikkor 8,5–25 cm f/4–4,5 (1959) für die Nikon F war das erste Telezoomobjektiv für Kleinbildkameras (und das zweite Zoomobjektiv nach dem Zoomar). , das Canon 50 mm f/0.95 (1961) für das Canon 7 35 mm RF mit seiner superweiten Blende war das erste japanische Objektiv, das ein Fotograf begehrt , und das Nippon Kogaku Zoom-Nikkor Auto 43-86 mm f/3.5 (1963 .) ), die ursprünglich auf der Nikkorex Zoom 35mm SLR befestigt war, später für die Nikon F herausgebracht wurde, war trotz mittelmäßiger Bildqualität das erste beliebte Zoomobjektiv.

Deutsche Objektive verschwinden an dieser Stelle aus dieser Geschichte. Nachdem sie in den 1960er Jahren marode waren, gingen so berühmte deutsche Namensschilder wie Kilfitt, Leitz, Meyer, Schneider, Steinheil, Voigtländer und Zeiss in Konkurs, wurden verkauft, verlagerten die Produktion nach Ostasien oder wurden in den 1970er Jahren zu Boutique-Marken. Auch Namen für Designtypen verschwinden an dieser Stelle. Anscheinend sind die Japaner keine Fans von Objektivnamen, sie verwenden nur Markennamen und Feature-Codes für ihre Objektivserien.

Das JDMC/JCII-Testprogramm, das seine Ziele erreicht hatte, endete 1989 und sein goldener "BESTANDEN"-Aufkleber ging in die Geschichte ein. Die JCIA/JCII wurde 2002 in die Camera & Imaging Products Association (CIPA) umgewandelt.

Katadioptrische "Spiegel"-Linse

Beispiel für ein katadioptrisches Objektiv mit rückseitigen Manganspiegeln (Minolta RF Rokkor-X 250 mm 1:5,6)

Katadioptrische Fotoobjektive (kurz „ CAT “) vereinen viele historische Erfindungen wie den katadioptrischen Mangin-Spiegel (1874), die Schmidt-Kamera (1931) und das Maksutov-Teleskop (1941) zusammen mit Laurent Cassegrains Cassegrain-Teleskop (1672). Das Cassegrain-System faltet den Lichtweg und der konvexe Sekundärteil fungiert als Teleobjektiv , wodurch die Brennweite noch länger als beim gefalteten System wird und der Lichtkegel auf einen Brennpunkt weit hinter dem Hauptspiegel erweitert wird, damit er die Filmebene des angeschlossene Kamera. Das katadioptrische System , bei dem ein sphärischer Reflektor mit einer Linse mit entgegengesetzter sphärischer Aberration kombiniert wird, korrigiert die üblichen optischen Fehler eines Reflektors wie das Cassegrain-System und eignet sich damit für Geräte, die eine große aberrationsfreie Brennebene (Kameras) benötigen.

Das erste katadioptrische Allzweckobjektiv war Dmitri Maksutov 1944 MTO ( Maksutov Tele-Objectiv ) 500 mm f/8 Maksutov-Cassegrain- Konfiguration, adaptiert von seinem 1941 Maksutov-Teleskop . Es folgten Designs mit anderen optischen Konfigurationen, einschließlich Schmidt-Konfiguration und massiven katadioptrischen Designs (hergestellt aus einem einzigen Glaszylinder mit einer Maksutov- oder asphärischen Form, die in die Vorderseite poliert und die hintere sphärische Oberfläche versilbert wurde, um den "Spiegel" zu bilden). 1979 war Tamron in der Lage, eine sehr kompakte, leichte Katadioptrik mit versilberten Spiegeln auf der Rückseite herzustellen, einer "Mangin-Spiegel" -Konfiguration, die Masse sparte, indem die Aberration durch das durch den Spiegel selbst fallende Licht korrigiert wurde.

Die Blütezeit des katadioptrischen Kameraobjektivs war in den 1960er und 1970er Jahren, vor apochromatischen refraktiven Teleobjektiven. CATs mit einer Brennweite von 500 mm waren üblich; einige waren so kurz wie 250 mm, wie das Minolta RF Rokkor-X 250 mm 1:5,6 (Japan) von 1979 (ein Mangin-Spiegel CAT etwa so groß wie ein 50 mm 1: 1,4-Objektiv).

Dedizierte fotografische Spiegelobjektive gerieten in den 1980er Jahren aus verschiedenen Gründen in Ungnade. Es sind jedoch kommerzielle reflektorastronomische Maksutov-Cassegrain- und Schmidt-Cassegrain-Teleskope mit Primärspiegeln mit 14 bis 20 Zoll (oder noch größerem) Durchmesser erhältlich. Mit einem zusätzlichen Kameraadapter entsprechen sie 4000 mm f/11 bis f/8.

Festbrennweite mit beweglichem Element

Nippon Kogaku Nikkor-N Auto 24mm f/2.8
Nippon Kogaku Nikkor 200mm 1:2 ED IF

Auch die komplexen internen Zoombewegungen wurden an Festbrennweiten-Designs angepasst. Traditionell wurden Festbrennweiten für starre Kameras näher fokussiert, indem das gesamte Objektiv in einer Schräg- oder Zahnstangenhalterung physisch zum Objekt hin verschoben wurde. (Kameras mit Faltenbälgen erweiterten die Faltenbälge, um das Objektiv nach vorne zu verschieben.) Der Elementabstand für die beste Aberrationskorrektur kann jedoch bei nahen und fernen Objekten unterschiedlich sein.

Daher begannen einige Festbrennweiten dieser Ära mit "Floating Elements" - Zoom-ähnlichen Differentialzellenbewegungen in verschachtelten Helix-Objektiven für eine bessere Nahaufnahmeleistung. Zum Beispiel Retrofokus- Weitwinkelobjektive übermäßige sphärische Aberration und Astigmatismus bei Aufnahmen aus kurzer Entfernung und so das zu neigen Nippon Kogaku Nikkor-N Auto 24mm f / 2.8 (Japan) 1967 für Nikon 35mm SLRs hatte ein Close Range Correction System mit einer Rück Drei-Elemente-Zelle, die sich getrennt vom Hauptobjektiv bewegt, um eine gute Bildqualität mit großer Blendenöffnung bis zu einem Nahfokusabstand von 30 cm zu gewährleisten.

Andere Prime Objektive begann „Innenfokussierung“ , wie die Verwendung von Kiyoshi Hayashi ‚s Nippon Kogaku Nikkor 200mm f / 2 ED IF (Japan) von 1977. Die Konzentration von nur ein paar interne Elemente bewegen, statt der gesamten Linse, um die Linse gewährleistet ist ‘ Gewichtsbalance würde beim Fokussieren nicht gestört.

Die Innenfokussierung war ursprünglich bei schweren, lichtstarken Teleobjektiven für professionelle Presse-, Sport- und Naturfotografen beliebt, da sie deren Handhabung erleichterte. IF erlangte im Autofokus-Zeitalter allseitige Bedeutung, da das Verschieben weniger interner Elemente anstelle des gesamten Objektivs zum Fokussieren nur begrenzte Batterieleistung sparte und den Fokussiermotor entlastete.

Beachten Sie, dass Floating-Elemente und interne Fokussierung einen Zoomeffekt erzeugen und die effektive Brennweite eines FE- oder IF-Objektivs bei der kleinsten Fokussierentfernung ein Drittel kürzer als die markierte Brennweite sein kann.

Bokeh

Minolta Varisoft Rokkor-X 85mm f/2.8

Bokeh ist die subjektive Qualität des unscharfen oder verschwommenen Teils des Bildes. Herkömmlicherweise beschränkte zeitaufwendige Handberechnungen die Linsendesigner darauf, Aberrationen nur für das scharfgestellte Bild zu korrigieren, wobei dem unscharfen Bild wenig Beachtung geschenkt wurde. Bei Annäherung an und außerhalb des spezifizierten Zerstreuungskreises oder der Schärfentiefe bauen sich die Aberrationen im unscharfen Bild in verschiedenen Objektivfamilien unterschiedlich auf. Unterschiede im unscharfen Bild können die Wahrnehmung der Gesamtbildqualität beeinflussen.

Es gibt keine genaue Definition von Bokeh und keine objektiven Tests dafür – wie bei allen ästhetischen Urteilen. Symmetrische optische Formeln wie Rapid-Rectilinear/Aplanat und Double Gauss werden jedoch normalerweise als angenehm angesehen, während asymmetrische Retrofokus-Weitwinkel- und Teleobjektive oft als hart angesehen werden. Das einzigartige "Donut"-Bokeh, das von Spiegellinsen aufgrund der Behinderung des Strahlengangs des Sekundärspiegels erzeugt wird, ist besonders polarisierend.

In den 1970er Jahren, als sich immer leistungsfähigere Computer verbreiteten, begannen die japanischen Optiker, Rechenzyklen zu sparen, um das unscharfe Bild zu untersuchen. Ein frühes Ergebnis dieser Forschungen war das Minolta Varisoft Rokkor-X 85mm f/2.8 (Japan) von 1978 für Minolta 35mm SLRs. Es verwendete schwebende Elemente, um es dem Fotografen zu ermöglichen, die sphärische Aberration des Linsensystems absichtlich zu unterkorrigieren und unscharfe Glanzlichter als sanfte, unscharfe Blobs wiederzugeben, ohne den Fokus oder andere Aberrationen zu beeinträchtigen.

Bokeh ist heute ein normaler Linsendesignparameter für sehr hochwertige Linsen. Bokeh ist jedoch für die jährlich zig Millionen verkauften Smartphones mit sehr kleinen Sensoren und digitalen Point-and-Shoot-Kameras praktisch irrelevant . Ihre sehr kurze Brennweite und Objektive mit kleiner Blende haben eine enorme Schärfentiefe – fast nichts ist unscharf. Da Objektive mit großer Blendenöffnung heute selten sind, verwechseln die meisten zeitgenössischen Fotografen Bokeh mit geringer Schärfentiefe, da sie beides noch nie gesehen haben. Viele sind sich sogar ihrer Existenz nicht bewusst.

Verbesserung der Qualitätsstandards

Objektive haben sich im Laufe der Zeit verbessert. Im Durchschnitt sind Objektive heute schärfer als früher.

Die Bildformatgrößen sind in den letzten zwei Jahrhunderten stetig geschrumpft, während die Standarddruckgrößen in etwa gleich geblieben sind. Das zunehmende Auflösungsvermögen neuer Linsengenerationen wurde genutzt, um im Vergleich zu früheren Epochen eine relativ gleiche Druckqualität – und damit höhere Vergrößerungsgrade – aufrechtzuerhalten. Zum Beispiel: Das menschliche Auge kann in einem Abstand von 30 cm (etwa ein Fuß) etwa fünf Linien pro Millimeter auflösen. Daher muss ein Objektiv eine Mindestauflösung von vierzig Linien pro Millimeter auf einem 24×36 mm 35-mm-Filmnegativ erzeugen, wenn es eine lineare Vergrößerung um das Achtfache auf einen A4-Abzug (210×297 mm oder 8,27×11,69 Zoll) liefern soll und aus einer Entfernung von 30 cm immer noch scharf erscheinen.

Optische Ingenieure verwenden immer genauere Linsenformeln. Im neunzehnten Jahrhundert gruben Optiker bis auf das Niveau der Seidel-Aberrationen - mathematisch die Aberrationen dritter Ordnung genannt -, um eine grundlegende anastigmatische Korrektur zu erreichen. Mitte des 20. Jahrhunderts mussten Optiker die Aberrationen fünfter Ordnung berechnen, um eine hochwertige Linse herzustellen. Heutige Objektive erfordern Aberrationslösungen siebter Ordnung.

Die besten fotografischen Objektive der Vergangenheit hatten eine hohe Bildqualität (das Doppelte der oben genannten Mindestauflösung) und es ist möglicherweise nicht möglich, die Überlegenheit der besten heutigen Objektive ohne Vergleich der Postergröße (ca. 610 × 914 cm oder 24 × 36 Zoll) inch) Vergrößerungen der exakt gleichen Szene nebeneinander.

Preiswerte Asphäre

Kodak (Disc) asphärische 12,5 mm 1:2,8
Kodak Ektar 25mm f/1.9

Typische Linsenelemente haben sphärisch gekrümmte Oberflächen. Dies führt jedoch dazu, dass außeraxiales Licht näher an der Linse fokussiert wird als axiale Strahlen (sphärische Aberration); besonders schwerwiegend bei Weitwinkel- oder Weitwinkelobjektiven. Dies kann durch die Verwendung von Elementen mit gewundenen asphärischen Kurven verhindert werden. Obwohl dies 1637 von René Descartes theoretisch bewiesen wurde , war das Schleifen und Polieren von asphärischen Glasoberflächen äußerst schwierig und teuer.

Das erste Kameraobjektiv mit einem kostengünstigen, in Massenproduktion hergestellten asphärischen Glaselement war das unbenannte 12,5 mm f/2,8 Objektiv, das 1982 in die Kodak Disc 4000, 6000 und 8000 (USA) Kameras eingebaut wurde. Es soll 250 Zeilen auflösen können pro Millimeter. Die Vier-Elemente-Linse war ein Triplet mit einem zusätzlichen rückwärtigen Bildfeldglätter. Die Kodak Disc-Kameras enthielten eine sehr ausgefeilte Technik. Sie hatten auch eine Lithiumbatterie, Mikrochip-Elektronik, programmierte automatische Belichtung und motorisierten Filmaufzug für eine Liste von 68 bis 143 US-Dollar. Es war das Disc-Filmformat, das keine 250 lpm aufnehmen konnte.

Kodak begann 1957 mit der Verwendung von massenproduzierten Kunststoffasphären in Sucheroptiken, und die Kodak Ektramax (USA) Pocket Instamatic 110 Filmkamera hatte ein eingebautes Kodak Ektar 25mm f/1.9 Objektiv (ebenfalls ein Vierelement-Triplet) mit einem geformten Kunststoff asphärisches Element im Jahr 1978 für 87,50 US-Dollar Liste. Kunststoff lässt sich leicht in komplexe Formen formen, die einen integrierten Befestigungsflansch enthalten können. Glas ist jedoch Kunststoff für die Linsenherstellung in vielerlei Hinsicht überlegen – Brechungsindex, Temperaturbeständigkeit, mechanische Festigkeit und Vielfalt sind höher.

Autofokus-Objektiv

Da der Autofokus in erster Linie ein elektromechanisches Merkmal der Kamera und kein optisches des Objektivs ist, hat er das Objektivdesign nicht wesentlich beeinflusst. Die einzigen Änderungen, die der AF bewirkte, waren mechanische Anpassungen: die Popularität der "Innenfokussierung", die Rückkehr zum "Two-Touch"-Zoom und die Aufnahme von AF-Motoren oder -Antriebswellen, Getrieben und elektronischen Steuermikrochips im Objektivgehäuse.

Aber fürs Protokoll: Das erste Autofokus-Objektiv für eine Fotokamera war das Konishiroku Konica Hexanon 38 mm f/2.8, das in das Konica C35 AF (1977, Japan) 35 mm Point-and-Shoot eingebaut wurde; das erste Autofokus-Objektiv für eine SLR-Kamera war das namenlose 116 mm f/8, das in die Sofortbild-Spiegelreflexkamera Polaroid SX-70 Sonar (1978, USA) eingebaut war; das erste austauschbare Autofokus-SLR-Objektiv war das Ricoh AF Rikenon 50 mm f/2 (1980, Japan, für jede Pentax K- Bajonett- Spiegelreflexkamera), das ein in sich geschlossenes passives elektronisches Entfernungsmesser-AF-System in einem sperrigen Aufsatzkasten hatte; der erste dedizierte Autofokus-Objektivanschluss war der Pentax KF-Anschluss mit fünf elektrischen Kontaktstiften an der Asahi Optical Pentax ME F (1981, Japan) 35-mm-Spiegelreflexkamera mit einem TTL-Phasenerkennungs-AF-System für den einzigartigen SMC Pentax AF 35 mm-70 mm f/2.8 Zoom Objektiv ; das erste eingebaute TTL-Autofokus-SLR-Objektiv war das Opcon/Komine/Honeywell Vivitar Series 1 200 mm f/3.5 (1984, USA/Japan, für die meisten 35-mm-Spiegelreflexkameras), das über ein eigenständiges TTL-Passiv-Phasenerkennungs-AF-System in einem unterschlungenen Box und die erste vollständige Autofokus - Objektiv Linie war die zwölf Minolta AF A Linsen Halterung ( 24 mm f / 2,8 , 28 mm f / 2,8 , 50 mm f / 1,4 , 50 mm f / 1,7 , 50 mm f / 2,8 Macro , 135 mm f / 2,8 , 300mm f/2.8 APO , 28-85 mm f/ 3.5-4.5 , 28-135 mm f/ 4-4.5 , 35-70 mm f/4 , 35-105 mm f/ 3.5-4.5 und 70-210 mm f/4 ) eingeführt mit der Minolta Maxxum 7000 (1985, Japan) 35-mm-SLR und sein passives TTL-AF-Phasenerkennungssystem.

Bildstabilisiertes Objektiv

1994 war das namenlose 38-105mm f/4-7.8 Objektiv, das in die Nikon Zoom-Touch 105 VR (Japan) Kleinbildkamera eingebaut war, das erste Consumer-Objektiv mit integrierter Bildstabilisierung. Sein Bildstabilisator-System kann Unstetigkeiten von Handkameras/Objektiven erkennen und entgegenwirken und ermöglicht scharfe Fotos von statischen Motiven bei viel längeren Verschlusszeiten als normalerweise ohne Stativ möglich. Obwohl die Bildstabilisierung ein elektromechanischer Durchbruch und kein optischer Durchbruch ist, war sie die größte Neuerung der 1990er Jahre.

Das Canon EF 75-300mm 1:4-5,6 IS USM (Japan) von 1995 war das erste Wechselobjektiv mit integrierter Bildstabilisierung (genannt Image Stabilizer; für Canon EOS 35mm SLRs). Bildstabilisierte Objektive waren anfangs sehr teuer und wurden hauptsächlich von professionellen Fotografen verwendet. Die Stabilisierung drängte 2006 auf den Markt für digitale Amateur-Spiegelreflexkameras. Die digitale Spiegelreflexkamera Konica Minolta Maxxum 7D (Japan) führte jedoch 2004 das erste kamerabasierte Stabilisierungssystem ein, und es gibt jetzt einen großen Kampf zwischen Ingenieuren und Marketing darüber, ob das System geeignet sein sollte objektivbasiert (Counter-Shift-Objektive) oder kamerabasiert (Counter-Shift-Bildsensor).

Beugende optische Linse

Canon EF 400mm 1:4 DO IS USM

Mit computergestütztem Design, Asphären, Multicoating, sehr hochbrechendem/niedrigdispersem Glas und unbegrenztem Budget ist es nun möglich, die monochromatischen Aberrationen nahezu beliebig zu begrenzen – vorbehaltlich der absoluten Beugungsgrenze, die von den Gesetzen der Physik gefordert wird. Bei vielen praktischen Anwendungen bleiben jedoch chromatische Aberrationen resistent gegen diese Lösungen.

2001 war das Canon EF 400mm f/4 DO IS USM (Japan) das erste Objektiv mit diffraktiver Optik für Consumer-Kameras (für Canon EOS 35mm SLRs). Normalerweise verwenden fotografische Kameras lichtbrechende Linsen (mit gelegentlichen reflektierenden Spiegeln) als ihr bildgebendes optisches System. Die 400 DO-Linse hatte ein mehrschichtiges diffraktives Element mit konzentrischen kreisförmigen Beugungsgittern, um die entgegengesetzte Farbdispersion der Beugung (im Vergleich zur Brechung) zu nutzen, um chromatische und sphärische Aberrationen mit weniger Glas mit geringer Dispersion, weniger asphärischen Oberflächen und weniger Volumen zu korrigieren.

Ab 2010 gab es nur zwei teure professionelle diffraktive Optikobjektive für Consumer-Kameras, aber wenn sich die Technologie als nützlich erweist, werden die Preise sinken und ihre Popularität wird steigen.

Objektive im digitalen Zeitalter

Im Jahr 2004 wurde die digitale Spiegelreflexkamera Kodak ( Sigma ) DSC Pro SLR/c (USA/Japan) mit optischen Leistungsprofilen auf 110 Objektiven geladen, damit der Bordcomputer die seitliche chromatische Aberration dieser Objektive auf der fliegen als Teil des Fangprozesses. Ebenfalls im Jahr 2004 wurden die Computersoftwaremodule DxO Optics Pro (Frankreich) von DO Labs eingeführt, die mit Informationen zu bestimmten Kameras und Objektiven geladen sind, die Verzerrungen, Vignettierung, Unschärfe und seitliche chromatische Aberration von Bildern in der Nachbearbeitung korrigieren können.

Es sind bereits Objektive erschienen, deren Bildqualität im Filmzeitalter marginal oder inakzeptabel gewesen wäre, im digitalen Zeitalter aber akzeptabel sind, weil die Kameras, für die sie gedacht sind, ihre Defekte automatisch korrigieren. Die integrierte automatische Software-Bildkorrektur ist beispielsweise eine Standardfunktion des 2008er Micro-Four-Thirds-Digitalformats. Bilder des 2009er Panasonic 14-140 mm 1:4-5,8 G VARIO ASPH. MEGA OIS und die 2010er Olympus M. Zuiko Digital 14-150mm f/4-5.6 ED Objektive (beide Japan) haben ihre starke tonnenförmige Verzerrung bei den Weitwinkeleinstellungen automatisch durch eine Panasonic LUMIX DMC-GH1 und Olympus Pen E-P2 reduziert. bzw. Das Panasonic 14-140mm Objektiv hat auch seine chromatische Aberration korrigiert. (Olympus hat noch keine Korrektur der chromatischen Aberration implementiert.)

Verweise

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