Asymmetrische Objektive in der Makrofotografie

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Andreas Hurni Andreas Hurni   Beitrag 1 von 52
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Ich "kämpfe" gerade mit ein paar technischen Details betreffend der Makrofotografie.

Könnte mir jemand meine Gedanken bestätigen resp. wiederlegen?

Schauplatz 1:
Die Lichtstärke ist bestimmt durch die Eintrittspupille - aus deren Durchmesser errechnet sich die Blendenzahl, über den Abbildungsmassstab und den Pupillenmassstab die effektive Blende.

Experiment:
Ein 28mm Objektiv mit einem Pupillenmassstab 2 bei einem Auszug ~5 mal die Brennweite. Ich mache zwei unscharfe Bilder, einmal Normalstellung und einmal Retrostellung - die Belichtungszeit ist manuell auf den gleichen Wert fixiert. Beim Bild in Normalstellung, die Eintrittspupille ist kleiner als die Austrittspupille, wird das Bild jedoch (deutlich) heller als bei der Aufnahme in Retrostellung. Woraus ich schliesse, dass es für die Belichtung wohl eher auf die Austrittspupille ankommt ... soweit so gut, das ist nicht grundsätzlich falsch.

Schauplatz 2:
Die Schärfentiefe ist mir klar, hier zählt die Austrittspupille ...

Jetzt zum unübersichtlichsten Schauplatz 3: Die Beugung.
Die förderliche Blende rechnet sich ebenfalls aus der Blendenzahl, welche durch die Eintrittspupille gegeben ist. Welche Pupille ist in Retrostellung zu nehmen? Bei einem Pupillenmassstab >1 wäre jetzt die Austrittspupille eher begrenzend. Bei einem P.Massstab <1 wäre es dann die Eintrittspupille. Nimmt man hier einfach die kleinere Pupille? Wäre es nicht richtiger die physische Blende für die Berechnung zu nehmen als eine der Pupillen?

Falls hier jemand den Durchblick hat, wäre ich um ein paar ordnende Worte dankbar.

Gruss
Andreas
N. Nescio N. Nescio   Beitrag 2 von 52
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http://to.hs-heilbronn.de/wiki/Pupillen

"Beim Bild in Normalstellung, die Eintrittspupille ist kleiner als die Austrittspupille, wird das Bild jedoch (deutlich) heller als bei der Aufnahme in Retrostellung. Woraus ich schliesse, dass es für die Belichtung wohl eher auf die Austrittspupille ankommt ... soweit so gut, das ist nicht grundsätzlich falsch."
-------

gehst du eiegentlich von der selben brennweite aus, egal, ob normalstellung, oder retrostellung????

lg gusti
Andreas Hurni Andreas Hurni   Beitrag 3 von 52
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N. Nescio schrieb:

Zitat:http://to.hs-heilbronn.de/wiki/Pupillen


thanks, den link schau ich mir mal an

Zitat:gehst du eiegentlich von der selben brennweite aus, egal, ob
normalstellung, oder retrostellung?


ja, die brennweite ist beidseitig solange die gleiche wie das gleiche medium (luft) vorliegt. für fotografie ist dies weitestgehend gegeben (tauchkameras mit objektiven im wasser ausgenommen).

gruss
andreas
TiKappa TiKappa Beitrag 4 von 52
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Hallo Andreas,

vielleicht ein Hinweis: die Definition des Öffnungsverhältnisses über Eintrittspupille und Brennweite gilt nur bei unendlicher Gegenstandsweite. In der Makrofotografie sollte man dann eher mit der - ich weiß leider nur den englischen Begriff dafür - "working F-Number" arbeiten. Die ist etwas anders definiert (z.B. http://en.wikipedia.org/wiki/F-number#Working_f-number ). Vielleicht hilft Dir bei Deinen Überlegungen weiter.

Viele Grüße

TK
Andreas Hurni Andreas Hurni   Beitrag 5 von 52
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TiKappa schrieb:

Zitat:vielleicht ein Hinweis: die Definition des
Öffnungsverhältnisses über Eintrittspupille und Brennweite gilt
nur bei unendlicher Gegenstandsweite. In der Makrofotografie
sollte man dann eher mit der - ich weiß leider nur den
englischen Begriff dafür - "working F-Number" arbeiten. Die ist
etwas anders definiert (z.B.
http://en.wikipedia.org/wiki/F-number#Working_f-number ).


thanks - ja, als deutscher begriff wird meistens "effektive blende" verwendet.

es sind eigentlich zwei "dinge" die ich suche:

das eine ist die belichtung, welche auf den bildseitigen winkel des strahlenbündels reagiert - daher kommt auch dass die relative öffnung die belichtung bestimmt, und nicht die absolute. ein teleobjektiv hat bei blende 4 eine grössere eintrittspupille als ein weitwinkel, bei einem völlig diffusen bild (bei welchem die strukturen keinen einfluss haben) aber die gleiche belichtungszeit.

die knacknuss scheint mir aber die beugung zu sein ...
Michael L. aus K. Michael L. aus K.   Beitrag 6 von 52
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Zitat:>Blendenzahl, welche durch die Eintrittspupille gegeben ist. << ??


Eigentlich zählt am Ende immer, was hinten rauskommt. Also auch für die Beugung: Verhältnis Austrittspupillendurchmesser zum Abstand der Pupille vom Bild. Einfacher: Bildseitiger Aperturwinkel (u' in dem Link). Je größer, desto weniger Beugung.
N. Nescio N. Nescio   Beitrag 7 von 52
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Andreas Hurni schrieb:

Zitat:N. Nescio schrieb:

Zitat:http://to.hs-heilbronn.de/wiki/Pupillen


thanks, den link schau ich mir mal an

Zitat:gehst du eiegentlich von der selben brennweite aus, egal, ob
normalstellung, oder retrostellung?


ja, die brennweite ist beidseitig solange die gleiche wie das
gleiche medium (luft) vorliegt. für fotografie ist dies
weitestgehend gegeben (tauchkameras mit objektiven im wasser
ausgenommen).

gruss
andreas

------------------
nun, ich verstehe von optik nichts. aber wieso, wenn die brennweite in beide richtungen dieselbe ist, ändert sich der abbildungsmaßstab gewaltig, wenn ich mein om-zuiko 3.5/21mm mal normal und mal in retrostellung auf die cam gebe ?
... immer vom sensor aus gesehen ...

lg gusti



Nachricht bearbeitet (21:19)
Michael L. aus K. Michael L. aus K.   Beitrag 8 von 52
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Gusti, die "Grundformel" ist hier:
1/f = 1/g + 1/b

f Brennweite
g Abstand zum Gegenstand
b Abstand zum Bild

Und wenn Du g und b vertauschst, dann kommt trotzdem die gleiche Brennwite raus.

Und wenn du wissen willst, in Bezug auf was denn der jeweilige Abstand gemessen wird, dann wirds kompliziert.

Aber wie sagen hier schon immer die Leute in der fc: Brennweite ist Brennweite bleibt Brennweite.

Wir lernen heute: Das ist nicht nur unabhängig vom Cropfaktor, sondern auch dazu noch unabhängig davon, wierum ich mein Objektiv halte. Und wohin. Also, wie weit weg vom Sensor. Alles egal. Für die Brennweite.
Andreas Hurni Andreas Hurni   Beitrag 9 von 52
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N. Nescio schrieb:

Zitat:nun, ich verstehe von optik nichts. aber wieso, wenn die
brennweite in beide richtungen dieselbe ist, ändert sich der
abbildungsmaßstab gewaltig, wenn ich mein om-zuiko 3.5/21mm mal
normal und mal in retrostellung auf die cam gebe ?
... immer vom sensor aus gesehen ...


weil das objektiv eine retrofokuskonstruktion ist. stell dir eine einzelne linse mit 21mm brennweite vor. sie müsste 21mm von der sensorebene entfernt liegen um auf unendlich zu fokussieren. würdest du diese linse drehen würde am abbildungsmassstab genau nichts ändern.

die linse kann jedoch nicht dort liegen wegen dem schwingspiegel. deshalb wurde das objektiv als retrofokus gebaut, die hintere hauptebene liegt derart ausserhalb der optik - derart hat sich hinten nur die schnittweite geändert, nicht jedoch die brennweite.

wenn du diese optik drehst hast du hinten plötzlich viel auszug. dadurch ergibt sich dann auch der beobachtete erhöhte abbildungsmassstab.

als folge der retrofokuskonstruktion ist aber auch die austrittspupille grösser geworden - wenn du von hinten in dein zuiko schaust siehst du eine grössere pupille als von vorne. dies ist so weil die blendenzahl (z.B. 2,8) eigentlich über umwege (den doppelten tangens des halben winkels) das ausgangsseitige strahlenbündel beschreibt.
Andreas Hurni Andreas Hurni   Beitrag 10 von 52
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Michael L. aus K. schrieb:

Zitat:Zitat:>Blendenzahl, welche durch die Eintrittspupille gegeben ist.

<< ??


rein per definition: blendenzahl = brennweite / durchmesser eintrittspupille bei unendlich

bei einem weitwinkel hab ich hinten die grosse pupille und vorne die kleine. da kann ich mir gut vorstellen, dass die beugung durch die eintrittspupille bestimmt ist.

wenn ich das objektiv aber drehe, dann habe ich vorne plötzlich die grosse pupille. ich frag mich nun, weshalb sollte diese pupille die beugung bestimmen wenn noch eine kleinere pupille (die austrittspupille) nachkommt.
sollte ich diese für die rechnung nehmen?

noch genauer frage ich mich, weshalb sollte ich mit den pupillen rechnen wenn deren durchmesser eh nicht dem physischen durchmesser der aperturblende entsprechen und in diesem falle eben nicht nur unwesentlich abweichen.


Zitat:Eigentlich zählt am Ende immer, was hinten rauskommt. Also auch
für die Beugung: Verhältnis Austrittspupillendurchmesser zum
Abstand der Pupille vom Bild. Einfacher: Bildseitiger
Aperturwinkel (u' in dem Link). Je größer, desto weniger
Beugung.


diese aussage hört sich schon ziemlich nach dem an was ich suche - mit der belichtung würde dies auch aufgehen.
die beugung bleibt noch offen ...
Michael L. aus K. Michael L. aus K.   Beitrag 11 von 52
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Zitat:>die beugung bleibt noch offen ...<<

Warum? Die Beugung wird durch den Öffnungswinkel in Richtung Bild (eigentlich schließt sich ja der Winkel, heißt das dann Schließungswinkel...) bestimmt. Nur der Winkel zählt.

Zitat:>rein per definition: blendenzahl = brennweite / durchmesser eintrittspupille bei unendlich<<

Wenn Du das durchrechnest, dann kommt das raus, daß das gleich ist dem Abstand zum Bild geteilt durch den Durchmesser der Austrittspupille.

Zitat:>physischen durchmesser der aperturblende<<

Das Ding liegt irgendwo zwischen verschiedenen Linsen, vielleicht sogar noch in Glas drin, und damit zu rechnen wird tierisch kompliziert.
Dame Eda Dame Eda   Beitrag 12 von 52
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Andreas Hurni schrieb:

Zitat:Michael L. aus K. schrieb:

Zitat:Zitat:>Blendenzahl, welche durch die Eintrittspupille gegeben ist.

<< ??


rein per definition: blendenzahl = brennweite / durchmesser
eintrittspupille bei unendlich

bei einem weitwinkel hab ich hinten die grosse pupille und
vorne die kleine. da kann ich mir gut vorstellen, dass die
beugung durch die eintrittspupille bestimmt ist.

wenn ich das objektiv aber drehe, dann habe ich vorne plötzlich
die grosse pupille. ich frag mich nun, weshalb sollte diese
pupille die beugung bestimmen wenn noch eine kleinere pupille
(die austrittspupille) nachkommt.
sollte ich diese für die rechnung nehmen?



Wie du ja im Folgenden selbst schreibst kommt da ja gar keine Pupille nach der anderen; die beiden Pupillen sind ja bloss zwei verschiedene Bilder ein und derselben physikalischen Blende.

Zitat:noch genauer frage ich mich, weshalb sollte ich mit den
pupillen rechnen wenn deren durchmesser eh nicht dem physischen
durchmesser der aperturblende entsprechen und in diesem falle
eben nicht nur unwesentlich abweichen.



Gute Frage...

Zitat:
Zitat:Eigentlich zählt am Ende immer, was hinten rauskommt. Also

auch
Zitat:für die Beugung: Verhältnis Austrittspupillendurchmesser zum
Abstand der Pupille vom Bild. Einfacher: Bildseitiger
Aperturwinkel (u' in dem Link). Je größer, desto weniger
Beugung.


diese aussage hört sich schon ziemlich nach dem an was ich
suche - mit der belichtung würde dies auch aufgehen.
die beugung bleibt noch offen ...


Irgendwie kann das aber doch nicht richtig sein...

Eine grosse Austrittspupille kann ja dadurch zustande kommen, dass eine kleine physikalische Blende durch die rückseitigen Linsen stark vergrössert erscheint. Und das bedeutet doch, dass eine grosse Beugung (kleine Blende) durch die starke Vergrösserung noch verstärkt wird.

Ich sehe auch nicht ein, wie eine scheinbare Vergrösserung der Blende durch die rückseitigen Linsen die Flächenhelligkeit (bei gegebenem Abbildungsmassstab) erhöhen kann - das würde ja letztlich auf eine Art optischer "Lichtverstärkung" hinauslaufen.

Wenn ich mehr Licht durch eine Blende von gegebener Grösse bringen will, muss ich doch sicherlich eine Linse vor die Blende setzen - und nicht dahinter; damit verändere ich aber die Position und Grösse der Eintrittspupille.
Andreas Hurni Andreas Hurni   Beitrag 13 von 52
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Michael L. aus K. schrieb:

Zitat:Warum? Die Beugung wird durch den Öffnungswinkel in Richtung
Bild (eigentlich schließt sich ja der Winkel, heißt das dann
Schließungswinkel...) bestimmt. Nur der Winkel zählt.


ok, ich nehm das mal, gefällt mir an sich gut :-)

Zitat:Wenn Du das durchrechnest, dann kommt das raus, daß das gleich
ist dem Abstand zum Bild geteilt durch den Durchmesser der
Austrittspupille.


jein - das stimmt in unendlichstellung - ein pupillenmassstab von 2 ergibt genau die doppelte distanz von austrittpupille zu bildebene.
wenn man nun einen auszug hinzufügt stimmen die verhaltnisse nicht mehr. ein auszug um den betrag der brennweite ergibt beim symmetrischen obj. einen dist. pupille-bild von 2f, beim asymmetrischen (p-massstab = 2) von 3f. jetzt sind die öffnungswinkel des austrittstrahlenbündels nicht mehr identisch.

Zitat:Zitat:>physischen durchmesser der aperturblende<<

Das Ding liegt irgendwo zwischen verschiedenen Linsen,
vielleicht sogar noch in Glas drin, und damit zu rechnen wird
tierisch kompliziert.


kompliziert wäre zwar unglücklich, falsch kann aber nicht wirklich eine alternative sein.

ein punkt den ich nirgends nachlesen kann aber mein gefühl mir sagt dass es wohl so sein könnte:

wenn ich das objektiv in retrostellung drehe habe ich hinten die kleinere pupille. die schärfentiefe ist dann auch grösser.
wenn ich für die beugung mit der austrittpupille rechne ist die beugung grösser - ergo die sache mit der grösseren schärfentiefe relativiert sich - nichts zu gewinnen hier

montiere ich das objektiv in normalstellung ist die grössere pupille hinten, die schärfentiefe ist in dieser position geringer, aber ich kann auch nicht abbblenden weil ich ansonsten die eintrittspupille zu stark schliesse ...

es könnte darauf hinauslaufen, dass symmetrische objektve im makrobereich bez. beugung versus schärfentiefe optimal sind - nicht unwesentlich beeinflusst ist dieser gedanke von der beobachtung, das grossformatobjektive für den makrobereich symmetrisch sind.
Michael L. aus K. Michael L. aus K.   Beitrag 14 von 52
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Zu deinem Jein:
Zitat:>rein per definition: ... bei unendlich<<. Du gehst ja selber von unendlich aus!


Irgendwie ist mir das ganze zu kompliziert. Tatsache ist, daß sowohl für geometrische wie auch für Beugungsbetrachtungen jeweils die gleichen Winkel ("u'") gelten (solange man Aberrationen u.s.w. wegläßt). Damit gibt es kein bauartbedingtes "optimal" von Schärfentiefe vs. Beugung. Egal ob symmetrisch oder nicht. Und wenn man sich nicht verrechnet, muß das auch so rauskommen. Sowohl für Betrachtungen der Schärfentiefe- wie auch für die Beugung kannst Du der Einfachheit halber von einer einfachen dünnen Linse ausgehen.

Ob jetzt symmetrisch oder nicht, das hängt nur damit zusammen, auftretende Linsenfehler möglichst im erforderlichen Maß zu korrigieren. Symmetrisch führt dabei i. A. zur geringsten Verzeichnung, aber nicht unbedingt zum geometrisch schärfsten Bild (Unschärfe wegen Linsenfehlern). Und bei GF ist die Schärfe nicht so erforderlich wie bei modernen Digiknipsen.

Also die nächste Betrachtungsrunde wäre: Gibt es ein Optimum Schärfentiefe vs. Beugung abhängig vom Aufnahmeformat? Das kann ich jetzt mal nicht einfach so aus dem Ärmel schütteln, aber ich vermaute mal, nicht.
Dame Eda Dame Eda   Beitrag 15 von 52
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Andreas Hurni schrieb:

Zitat:...
es könnte darauf hinauslaufen, dass symmetrische objektve im
makrobereich bez. beugung versus schärfentiefe optimal sind -
nicht unwesentlich beeinflusst ist dieser gedanke von der
beobachtung, das grossformatobjektive für den makrobereich
symmetrisch sind.


Dass im Makrobereich eine Symmetrische Objektivbauweise besonders sinnvoll ist, liegt wohl daran, dass dann beim Massstab 1:1 der Strahlengang ebenfalls symmetrisch ist...
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