Kameraobjektiv - Camera lens

In diesem Abschnitt geht es um das optische System. Zum Organismus siehe Kameraobjektiv .
Verschiedene Arten von Kameraobjektiven, einschließlich Weitwinkel, Tele und Spezial

Ein Kameraobjektiv (auch bekannt als fotografisches Objektiv oder fotografisches Objektiv ) ist ein optisches Objektiv oder eine Anordnung von Linsen, die in Verbindung mit einem Kameragehäuse und einem Mechanismus verwendet werden, um Bilder von Objekten entweder auf fotografischem Film oder auf anderen Medien zu erstellen, die ein Bild chemisch speichern können oder elektronisch .

Grundsätzlich gibt es keinen großen Unterschied zwischen einem Objektiv, das für eine Fotokamera , eine Videokamera , ein Teleskop , ein Mikroskop oder ein anderes Gerät verwendet wird, aber die Details des Designs und der Konstruktion sind unterschiedlich. Ein Objektiv kann dauerhaft an einer Kamera befestigt sein oder gegen Objektive mit unterschiedlichen Brennweiten , Blenden und anderen Eigenschaften ausgetauscht werden.

Während im Prinzip eine einfache Konvexlinse ausreicht, ist in der Praxis eine zusammengesetzte Linse aus mehreren optischen Linsenelementen erforderlich, um die vielen auftretenden optischen Aberrationen (möglichst weit) zu korrigieren . Einige Aberrationen sind in jedem Linsensystem vorhanden. Es ist die Aufgabe des Objektivdesigners, diese auszubalancieren und ein Design zu erstellen, das für den fotografischen Einsatz und möglicherweise die Massenproduktion geeignet ist.

Theorie der Arbeitsweise

Typische geradlinige Linsen kann man sich als "verbesserte" Lochblenden-"Linsen" vorstellen . Wie gezeigt, ist eine Lochblende einfach eine kleine Blende, die die meisten Lichtstrahlen blockiert, idealerweise einen Strahl zum Objekt für jeden Punkt auf dem Bildsensor auswählt. Pinhole-Objektive haben einige schwerwiegende Einschränkungen:

  • Eine Lochkamera mit großer Blende ist verschwommen, da jedes Pixel im Wesentlichen der Schatten der Blendenblende ist, also nicht kleiner als die Blendengröße ist (drittes Bild). Dabei ist ein Pixel die Fläche des Detektors, die von einem Punkt auf dem Objekt belichtet wird.
  • Das Verkleinern des Pinholes verbessert die Auflösung (bis zu einer Grenze), verringert jedoch die erfasste Lichtmenge.
  • An einem bestimmten Punkt verbessert das Schrumpfen des Lochs die Auflösung aufgrund der Beugungsgrenze nicht mehr . Über diese Grenze hinaus wird das Bild durch Verkleinerung des Lochs verschwommener und dunkler.

Praktische Linsen können als Antwort auf die Frage angesehen werden: "Wie kann eine Lochblende so modifiziert werden, dass sie mehr Licht durchlässt und eine kleinere Punktgröße ergibt?". Ein erster Schritt besteht darin, eine einfache konvexe Linse mit einer Brennweite gleich der Entfernung zur Filmebene an der Lochblende anzubringen (vorausgesetzt, die Kamera nimmt Bilder von entfernten Objekten auf). Dadurch kann die Lochblende deutlich geöffnet werden (viertes Bild), weil eine dünne konvexe Linse Lichtstrahlen proportional zu ihrem Abstand zur Linsenachse biegt, sodass Strahlen direkt durch die Linsenmitte treffen. Die Geometrie ist fast die gleiche wie bei einer einfachen Lochblende, jedoch wird jeder Bildpunkt nicht von einzelnen Lichtstrahlen beleuchtet, sondern von einem fokussierten "Bleistift" aus Lichtstrahlen .

  • Prinzip einer Lochkamera. Lichtstrahlen von einem Objekt übergeben , durch ein kleines Loch ein Bild zu erzeugen.

  • Bei einer großen Lochblende ist der Bildfleck groß, was zu einem verschwommenen Bild führt.

  • Mit einer kleinen Lochblende wird das Licht reduziert, aber die Beugung verhindert, dass der Bildfleck beliebig klein wird.

  • Mit einem einfachen Objektiv lässt sich viel mehr Licht scharf fokussieren.

Von der Vorderseite der Kamera wäre das kleine Loch (die Blende) zu sehen. Das virtuelle Bild der Blende von der Welt aus gesehen wird als Eintrittspupille des Objektivs bezeichnet ; idealerweise werden alle Lichtstrahlen, die einen Punkt auf dem Objekt verlassen und in die Eintrittspupille eintreten, auf den gleichen Punkt auf dem Bildsensor/Film fokussiert (vorausgesetzt der Objektpunkt liegt im Sichtfeld). Wenn man in der Kamera wäre, würde man das Objektiv als Projektor sehen . Das virtuelle Bild der Blende aus dem Inneren der Kamera ist die Austrittspupille des Objektivs . In diesem einfachen Fall befinden sich Apertur, Eintrittspupille und Austrittspupille alle an derselben Stelle, da sich das einzige optische Element in der Ebene der Apertur befindet, aber im Allgemeinen befinden sich diese drei an verschiedenen Stellen. Praktische fotografische Objektive enthalten mehr Linsenelemente. Mit den zusätzlichen Elementen können Linsendesigner verschiedene Aberrationen reduzieren, aber das Funktionsprinzip bleibt gleich: Strahlenbündel werden an der Eintrittspupille gesammelt und von der Austrittspupille nach unten auf die Bildebene fokussiert.

Konstruktion

Hauptartikel: Design von Fotoobjektiven und Geschichte des Designs von Fotoobjektiven
Das Zoomobjektiv der Canon Elph

Ein Kameraobjektiv kann aus einer Reihe von Elementen bestehen: von einem, wie bei der Meniskuslinse von Box Brownie , bis zu über 20 bei den komplexeren Zooms. Diese Elemente können selbst eine Gruppe von miteinander verkitteten Linsen umfassen.

Das Frontelement ist entscheidend für die Leistung der gesamten Baugruppe. Bei allen modernen Objektiven ist die Oberfläche beschichtet, um Abrieb, Streulicht und Oberflächenreflexion zu reduzieren und die Farbbalance anzupassen. Um die Aberration zu minimieren, wird die Krümmung üblicherweise so eingestellt, dass Einfalls- und Brechungswinkel gleich sind. Bei einem Festbrennweitenobjektiv ist das einfach, aber bei einem Zoom gibt es immer einen Kompromiss.

Die Linse ist in der Regel fokussiert durch Einstellen des Abstands von der Linsenanordnung zur Bildebene oder durch Montageelemente der Linse bewegt. Um die Leistung zu verbessern, verfügen einige Objektive über ein Nockensystem, das den Abstand zwischen den Gruppen beim Fokussieren des Objektivs anpasst. Hersteller nennen das unterschiedliche Dinge: Nikon nennt es CRC (Nahbereichskorrektur); Canon nennt es ein schwebendes System; und Hasselblad und Mamiya nennen es FLE (Floating Lens Element).

Glas ist aufgrund seiner guten optischen Eigenschaften und seiner Kratzfestigkeit das am häufigsten verwendete Material für den Bau von Linsenelementen. Andere Materialien werden ebenfalls verwendet, wie Quarzglas , Fluorit , Kunststoffe wie Acryl (Plexiglas) und sogar Germanium und Meteoritenglas . Kunststoffe ermöglichen die Herstellung stark asphärischer Linsenelemente, die in Glas schwer oder gar nicht herstellbar sind und die Linsenherstellung und -leistung vereinfachen oder verbessern. Kunststoffe werden nicht für die äußersten Elemente verwendet, außer für die billigsten Linsen, da sie leicht zerkratzen. Für die billigsten Einwegkameras werden seit vielen Jahren geformte Kunststofflinsen verwendet und haben sich einen schlechten Ruf erarbeitet: Hersteller von Qualitätsoptiken neigen dazu, Euphemismen wie "optisches Harz" zu verwenden. Viele moderne, leistungsstarke (und hochpreisige) Objektive bekannter Hersteller enthalten jedoch geformte oder hybride asphärische Elemente, so dass es nicht stimmt, dass alle Objektive mit Kunststoffelementen von geringer fotografischer Qualität sind.

Das Testchart für die USAF-Auflösung von 1951 ist eine Möglichkeit, das Auflösungsvermögen eines Objektivs zu messen. Die Qualität des Materials, der Beschichtungen und des Aufbaus beeinflussen die Auflösung. Die Objektivauflösung wird letztendlich durch die Beugung begrenzt , und nur sehr wenige fotografische Objektive erreichen diese Auflösung. Solche, die dies tun, werden als "beugungsbegrenzt" bezeichnet und sind normalerweise extrem teuer.

Heutzutage sind die meisten Linsen mehrfachvergütet, um Lens Flare und andere unerwünschte Effekte zu minimieren . Einige Gläser haben eine UV-Beschichtung, um das ultraviolette Licht fernzuhalten, das die Farbe verfälschen könnte. Die meisten modernen optischen Kitte zum Verkleben von Glaselementen blockieren auch UV-Licht und machen einen UV-Filter überflüssig. UV-Fotografen müssen große Anstrengungen unternehmen, um Objektive ohne Zement oder Beschichtungen zu finden.

Ein Objektiv hat meistens einen Blendeneinstellmechanismus, normalerweise eine Irisblende , um die durchgelassene Lichtmenge zu regulieren. In frühen Kameramodellen wurde eine Drehplatte oder ein Schieber mit unterschiedlich großen Löchern verwendet. Diese Waterhouse-Stops sind auch heute noch auf modernen Spezialobjektiven zu finden. Eine Blende , um die Zeit zu regulieren, während der Licht passieren kann, kann in die Objektivbaugruppe (für eine bessere Bildqualität), in die Kamera oder sogar selten vor dem Objektiv eingebaut sein. Einige Kameras mit Blattverschlüssen im Objektiv lassen die Blende weg, und der Verschluss hat eine doppelte Funktion.

Blende und Brennweite

Unterschiedliche Blenden am selben Objektiv.
Wie sich die Brennweite auf die Bildkomposition auswirkt: Wenn Sie den Abstand der Kamera zum Hauptmotiv anpassen, während die Brennweite geändert wird, kann das Hauptmotiv die gleiche Größe behalten, während das andere in einer anderen Entfernung die Größe ändert.

Die beiden grundlegenden Parameter eines optischen Objektivs sind die Brennweite und die maximale Blendenöffnung . Die Brennweite des Objektivs bestimmt die Vergrößerung des auf die Bildebene projizierten Bildes und die Blende die Lichtintensität dieses Bildes. Für ein gegebenes fotografisches System bestimmt die Brennweite den Bildwinkel , wobei kurze Brennweiten ein breiteres Sichtfeld ergeben als Objektive mit längerer Brennweite. Eine größere Blende, gekennzeichnet durch einen kleineren f-Wert, ermöglicht die Verwendung einer kürzeren Verschlusszeit bei gleicher Belichtung. Die Kamera - Gleichung oder G # ist das Verhältnis der Ausstrahlung der Kamerasensor zum Erreichen Bestrahlungsstärke auf der Brennebene des Kameraobjektivs.

Die maximal nutzbare Blende eines Objektivs wird als Öffnungsverhältnis oder f-Zahl angegeben , definiert als die Brennweite des Objektivs geteilt durch die effektive Blende (oder Eintrittspupille ), eine dimensionslose Zahl. Je niedriger die Blendenzahl, desto höher die Lichtintensität in der Brennebene. Größere Öffnungen (kleinere f-Zahlen) eine viel flachere Schärfentiefe als die kleineren Öffnungen, andere Bedingungen gleich sind. Praktische Objektivbaugruppen können auch Mechanismen zum Messen des Lichts, sekundäre Blenden zur Reduzierung von Streulichtern und Mechanismen zum Offenhalten der Blende bis zum Zeitpunkt der Belichtung enthalten, damit Spiegelreflexkameras mit einem helleren Bild mit geringerer Schärfentiefe fokussieren können, was theoretisch eine bessere Fokusgenauigkeit.

Brennweiten werden normalerweise in Millimeter (mm) angegeben, ältere Objektive können jedoch in Zentimeter (cm) oder Zoll angegeben werden. Für eine gegebene Film- oder Sensorgröße, angegeben durch die Länge der Diagonale, kann ein Objektiv klassifiziert werden als:

  • Normales Objektiv : Blickwinkel der Diagonale etwa 50° und eine Brennweite ungefähr gleich der Bilddiagonale.
  • Weitwinkelobjektiv : Blickwinkel größer als 60° und Brennweite kürzer als normal.
  • Long-Focus-Objektiv : Jedes Objektiv mit einer Brennweite, die länger ist als die Diagonale des Films oder Sensors. Blickwinkel ist schmaler. Die gebräuchlichste Art von Objektiven mit langer Brennweite ist das Teleobjektiv , ein Design, das spezielle optische Konfigurationen verwendet, um das Objektiv kürzer als seine Brennweite zu machen.

Ein Nebeneffekt der Verwendung von Objektiven mit unterschiedlichen Brennweiten sind die unterschiedlichen Entfernungen, aus denen ein Motiv eingerahmt werden kann, was zu einer anderen Perspektive führt . Mit einem Weitwinkel-, einem Normal- und einem Teleobjektiv kann eine Person mit ausgestreckter Hand fotografiert werden, die durch Veränderung des Abstands zum Motiv exakt die gleiche Bildgröße enthält. Aber die Perspektive wird eine andere sein. Beim Weitwinkel werden die Hände relativ zum Kopf übertrieben groß. Mit zunehmender Brennweite nimmt die Betonung der ausgestreckten Hand ab. Wenn jedoch Bilder aus der gleichen Entfernung aufgenommen und vergrößert und beschnitten werden, um dieselbe Ansicht zu enthalten, haben die Bilder die gleiche Perspektive. Für Porträtaufnahmen wird oft ein Objektiv mit mittlerer Brennweite (Tele) empfohlen, da die Perspektive, die der größeren Aufnahmeentfernung entspricht, als schmeichelhafter angesehen wird.

Das Objektiv mit der größten Blende in der Geschichte der Fotografie ist vermutlich das Carl Zeiss Planar 50 mm f/0.7 , das 1966 speziell für das Apollo- Mondprogramm der NASA entwickelt und hergestellt wurde , um die Rückseite des Mondes einzufangen. Drei dieser Objektive wurden gekauft des Filmemachers Stanley Kubrick, um Szenen in seinem Film Barry Lyndon zu filmen , wobei Kerzenlicht als einzige Lichtquelle verwendet wird.

Ein Beispiel dafür, wie sich die Objektivwahl auf den Blickwinkel auswirkt. Die Fotos wurden mit einer 35-mm- Kamera in konstantem Abstand zum Motiv aufgenommen.

  • 28 mm Objektiv

  • 50 mm Objektiv

  • 70 mm Objektiv

  • 210 mm Objektiv

Anzahl der Elemente

Hauptartikel: Fotografisches Objektivdesign

Die Komplexität eines Objektivs – die Anzahl der Elemente und ihr Grad der Asphärizität – hängt unter anderem vom Blickwinkel, der maximalen Blende und dem beabsichtigten Preis ab. Ein extremes Weitwinkelobjektiv mit großer Öffnung muss einen sehr komplexen Aufbau haben, um optische Aberrationen zu korrigieren, die am Rand des Bildfelds schlimmer sind und wenn der Rand eines großen Objektivs zur Bilderzeugung verwendet wird. Um eine vergleichbare Bildqualität zu erreichen, kann ein Objektiv mit großer Brennweite und kleiner Blende sehr einfach aufgebaut sein: oft reicht ein Dublett (zwei Elemente) aus. Einige ältere Kameras waren mit konvertierbaren Objektiven (deutsch: Satzobjektiv ) normaler Brennweite ausgestattet. Das Frontelement konnte abgeschraubt werden, so dass ein Objektiv mit der doppelten Brennweite und dem halben Bildwinkel und der halben Öffnung übrig blieb. Die einfachere Halblinse war für den engen Bildwinkel und die kleine relative Öffnung von ausreichender Qualität. Offensichtlich musste der Balg auf das Doppelte der normalen Länge ausgefahren werden.

Hochwertige Objektive mit einer maximalen Blendenöffnung von nicht mehr als f/2.8 und fester, normaler Brennweite benötigen mindestens drei (Triplett) oder vier Elemente (der Handelsname " Tessar " leitet sich vom griechischen tessera ab , was "vier" bedeutet). Die Zooms mit dem größten Bereich haben oft fünfzehn oder mehr. Die Lichtreflexion an jeder der vielen Grenzflächen zwischen verschiedenen optischen Medien (Luft, Glas, Kunststoff) verschlechterte den Kontrast und die Farbsättigung früher Objektive, insbesondere Zoomobjektive, ernsthaft , insbesondere wenn das Objektiv direkt von einer Lichtquelle beleuchtet wurde. Die Einführung optischer Beschichtungen vor vielen Jahren und die Fortschritte in der Beschichtungstechnologie im Laufe der Jahre haben zu großen Verbesserungen geführt, und moderne hochwertige Zoomobjektive liefern Bilder mit einem recht akzeptablen Kontrast, obwohl Zoomobjektive mit vielen Elementen weniger Licht durchlassen als Objektive mit weniger Elementen hergestellt (alle anderen Faktoren wie Blende, Brennweite und Beschichtungen sind gleich).

Objektivhalterungen

Hauptartikel: Objektivhalterung

Viele Spiegelreflexkameras und einige Messsucherkameras haben abnehmbare Objektive. Einige andere Typen tun dies auch, insbesondere die Mamiya TLR-Kameras und SLR, Mittelformatkameras (RZ67, RB67, 645-1000s) andere Unternehmen, die Mittelformatgeräte wie Bronica, Hasselblad und Fuji herstellen, haben ähnliche Kamerastile, die eine Austauschbarkeit ermöglichen auch die Objektive und spiegellose Wechselobjektivkameras . Die Objektive werden mit einer Objektivhalterung an der Kamera befestigt , die mechanische Verbindungen und oft auch elektrische Kontakte zwischen Objektiv und Kameragehäuse enthält.

Das Design der Objektivfassung ist ein wichtiges Thema für die Kompatibilität zwischen Kameras und Objektiven. Es gibt keinen universellen Standard für Objektivhalterungen, und jeder große Kamerahersteller verwendet normalerweise sein eigenes proprietäres Design, das mit anderen Herstellern nicht kompatibel ist. Einige ältere Objektivfassungen mit manuellem Fokus, wie die Leica M39-Objektivfassung für Entfernungsmesser, die M42-Objektivfassung für frühe Spiegelreflexkameras und die Pentax-K-Fassung, sind bei mehreren Marken zu finden, aber dies ist heute nicht üblich. Einige wenige Mount-Designs, wie die Olympus / Kodak Four Thirds System- Montierung für DSLRs, wurden auch an andere Hersteller lizensiert. Die meisten Großformatkameras nehmen auch Wechselobjektive auf, die normalerweise in einem Objektivbrett oder auf dem Frontstandard montiert sind.

Zu den gängigsten austauschbaren Objektivfassungen auf dem heutigen Markt gehören die Canon EF- , EF-S- und EF-M- Autofokus-Objektive, die manuellen und Autofokus-Fassungen von Nikon F , die Olympus/Kodak Four Thirds und Olympus/Panasonic Micro Four Thirds nur digital Montierungen, die Pentax K-Mount- und Autofokus-Varianten, die Sony Alpha- Mount (abgeleitet von der Minolta- Mount) und die Sony E -Nur-Digital-Mount.

Arten von Linsen

"Nahaufnahme" oder Makro

Ein Makroobjektiv, das in der Makro- oder "Nahaufnahme" verwendet wird (nicht zu verwechseln mit dem kompositorischen Begriff " Nahaufnahme" ), ist jedes Objektiv, das ein Bild in der Brennebene (dh Film oder ein digitaler Sensor) erzeugt, das ein Viertel von Lebensgröße (1:4) auf die gleiche Größe (1:1) wie das abgebildete Motiv. Es gibt keinen offiziellen Standard, um ein Makroobjektiv zu definieren, normalerweise ein Festbrennweitenobjektiv , aber ein Verhältnis von 1:1 wird normalerweise als "echtes" Makro betrachtet. Die Vergrößerung von Lebensgröße zu größer wird als "Mikrofotografie" bezeichnet (2:1, 3:1 usw.). Diese Konfiguration wird im Allgemeinen verwendet, um sehr kleine Motive aus der Nähe aufzunehmen . Ein Makroobjektiv kann eine beliebige Brennweite haben, wobei die tatsächliche Brennweite durch seine praktische Verwendung bestimmt wird, unter Berücksichtigung der Vergrößerung, des erforderlichen Verhältnisses, des Zugangs zum Objekt und der Beleuchtungserwägungen. Es kann ein spezielles Objektiv sein, das optisch für Nahaufnahmen korrigiert wurde, oder es kann ein beliebiges Objektiv modifiziert werden (mit Adaptern oder Distanzstücken, die auch als "Verlängerungsrohre" bezeichnet werden) um die Brennebene für sehr nahe Aufnahmen "vorwärts" zu bringen. Je nach Entfernung und Blende zwischen Kamera und Motiv kann die Schärfentiefe sehr gering sein, wodurch die lineare Tiefe des fokussierten Bereichs begrenzt wird. Objektive werden normalerweise abgeblendet, um eine größere Tiefenschärfe zu erzielen.

Zoomen

Hauptartikel: Zoomobjektiv

Einige Objektive, Zoomobjektive genannt , haben eine Brennweite, die sich ändert, wenn interne Elemente bewegt werden, typischerweise durch Drehen des Tubus oder Drücken eines Knopfes, der einen Elektromotor aktiviert . Normalerweise kann das Objektiv von mäßigem Weitwinkel über Normal bis hin zu mäßigem Tele zoomen; oder vom normalen bis zum extremen Tele. Der Zoombereich ist durch Herstellungsbeschränkungen begrenzt; das Ideal eines Objektivs mit großer Lichtstärke, das vom extremen Weitwinkel bis zum extremen Tele zoomt, ist nicht erreichbar. Zoomobjektive werden häufig für Kleinbildkameras aller Art verwendet: Foto- und Cine-Kameras mit festem oder austauschbarem Objektiv. Masse und Preis schränken ihre Verwendung für größere Filmformate ein. Motorisierte Zoomobjektive können auch den Fokus, die Blende und andere Funktionen motorisiert haben.

Sonderzweck

Ein Tilt/Shift-Objektiv, das auf den maximalen Neigungsgrad relativ zum Kameragehäuse eingestellt ist.

Geschichte und technische Entwicklung fotografischer Kameraobjektive

Weitere Informationen: Geschichte des fotografischen Objektivdesigns

Linsendesigns

Hauptartikel: Fotografisches Objektivdesign

Einige bemerkenswerte fotografische optische Linsendesigns sind:

Zusammenklappbares Leica- Entfernungsmesserobjektiv

Siehe auch

Verweise

Quellen

Externe Links