Fotografie

Objektive

Linsen braucht man wie in Physik - Abbildung erklärt, um mehr Licht auf den Film zu bekommen. In den meisten modernen Kameras sind mehrere Linsen eingebaut. Man spricht dann von einem Objektiv.

Die hier gezeigten Bilder zeigen den Aufbau der verschiedenen Objektivarten schematisch. Schnittbilder vom Aufbau verschiedener Objektive gibt es bei einigen Objektivherstellern zu sehen.

Schärfeeinstellung

Die AGFA Box hat eine einfache Linse (Fixfokus-Linse) eingebaut. Fixfokus heißt, dass man die Entfernung zum Objekt nicht einstellen kann bzw. muss. Das ganze funktioniert dadurch, dass eine kleine Blende und eine kleine Brennweite verwendet werden. Kleine Blendenöffnungen und kleine Brennweiten bewirken eine hohe Schärfentiefe, so dass solche Objektiv im Bereich zwischen circa einem Meter und Unendlich scharf abbilden. Will man aber mit größeren Blenden (kürzere Belichtungszeiten) arbeiten, im Nahbereich fotografieren oder mit selektiver Schärfe arbeiten, braucht man ein Objektiv an dem man den Fokus verstellen kann.
Dies kann unterschiedlich geschehen:

Die Grenzen, in denen ein Objektiv scharf stellen kann werden zum einen von der Bauform und zum anderen von seiner Brennweite bestimmt.
Der geringste mögliche Abstand zwischen der Hauptebene des Objektives und der Bildebene (auch Filmebene genannt) bestimmt die größte Entfernung auf die scharf gestellt werden kann. Für die Einstellung "unendlich" muss das Objektiv so nahe an die Filmebene herangebracht werden, dass der Abstand Hauptebene-Filmebene der Brennweite des Objektivs entspricht.

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Eigenschaften

Ein Objektiv besitzt zwei Eigenschaften: die Lichtstärke und die Brennweite. Die Lichtstärke gibt die größte einstellbare Blende bzw. die kleinste Blendenzahl eines Objektivs an. Diese ist zum einen von der Objektivgröße bzw. dem Durchmesser der Linsen abhängig. Umso größer der Durchmesser der Frontlinse ist, desto größer kann auch die Blende sein. Des Weiteren ist die größte Linse von der Abbildungsqualität der verbauten Optik abhängig, denn nur Linsen mit möglichst geringen Fehlern, vor allem im Randbereich, ermöglichen es, mit großen Blenden einwandfrei Bilder zu fotografieren. Theoretisch ist es sogar möglich, Objektive mit Lichtstärken kleiner 1 zu bauen, ich hab aber selbst noch keines gesehen.
Die Brennweite gibt Auskunft über die Abbildungseigenschaften eines Objektivs (siehe: Physik - Abbildung) und ist eines der Unterscheidungskriterien der Objektivarten.

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Objektivkonstruktionen

Ein Objektiv besteht aus mehreren verschiedenen Linsen, welche in einer bestimmten Art miteinander kombiniert sind. Einzelne Linsen und miteinander verbunden Linsen, nennt man (Linsen-) Gruppe oder Glied. Objektive aus 7 Linsen, bei der zwei miteinander verkittet, bestehen also aus 6 Gliedern. Kombinationen von Linsen werden verwendet, um unterschiedliche Glassorten miteinander zu kombinieren. Die einfachsten Objektivkonstruktionen bestehen aus drei Gliedern, daher auch die Bezeichnung Triplet. Dabei können aber durchaus bis zu 6 Linsen verwendet werden.


3 Triplets: Cookesches Triplet, Tessar und Sonnar

Triplets eignen sich nur bis einer Lichtstärke von maximal 1/2.8, für höhere Lichtstärken muss man auf andere Konstruktionen zurückgreifen. Beim Cookeschen Triplet kann man zum Fokussieren die Frontlinse verschieben, bei den aufwendigeren Varianten wird das ganze Objektiv im Tubus verstellt.

Doppel-Gauß
Neben den oben gezeigten unsymmetrischen Objektiven gibt es auch eine Reihe von symmetrischen Objektiven.

Um möglichst lichtstarke Objektive mit geringen Abbildungsfehlern bauen zu können, muss man verschiedene Linsen, Gläser und Oberflächenvergütungen mit einander kombinieren.

Floating Element

Das Floating Element wird in einem Objektiv eingesetzt, um Abbildungsfehler im Nahbereich zu korrigieren.
Bei den meisten Objektive treten im Nahbereich Abbildungsfehler wie Abberation und Randunschärfe verstärkt auf. Um diese zu korrigieren kann eine Linsengruppe eingesetzt werden, welche diese Abbildungsfehler minimiert. Diese wird dann im Nahbereich so verschoben, dass sie diese Aufgabe erfüllen kann. Dies geschieht automatisch, wenn der Fokus des Objektivs in den Nahbereich verstellt wird
Makroobjektive sind eigentlich immer mit einem Floating Element ausgestattet.

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Objektivarten

Die geringste mögliche Entfernung zum Objekt bestimmt zum einen der Objektivkonstrukteur, in dem er den größten möglichen Abstand Hauptebene-Filmebene, also den Auszug des Objektives festlegt. Zum anderen aber die Physik: die Brennweite des Objektives ist der geringste mögliche Abstand zwischen Objekt und Hauptebene. Da die Hauptebene aber hinter der vordersten Kante des Objektives liegt, ergibt sich ein etwas Mindestabstand Objektiv-Objekt, der etwas größer ist, als die Brennweite..
Je nach Brennweite, Filmformat (in den folgenden Beispielen KB - Kleinbild: 24 mm x 36 mm), Eigenschaften und Aufgabengebiet unterscheidet man folgende Objektivarten:

Normalobjektiv

Nach Definition hat ein Normalobjektiv die Brennweite, Normalobjektiv
Normalobjektiv
welcher der Diagonalen des Filmformates entspricht. Beim Kleinbild misst die Diagonale ca. 43 mm, damit müsste ein Normalobjektiv für dieses Filmformat 43 mm Brennweite haben. Im Spiegelreflexbereich haben sich aber 50 mm durchgesetzt.
Bei Kompaktkameras wie der Canon Canonet-Serie wurden Brennweiten von 40 mm eingesetzt, welche näher an der Definition liegen.
Bei anderen Formaten wie APS, Mittel-, Großformat oder Digitalkameras kann man sich nach folgender Formel die entsprechende Normalbrennweite Ausrechen:
Normalbrennweite = Wurzel (Höhe^2 + Breite^2)
Die Angaben Höhe und Breite beziehen sich auf das Film- bzw. Sensorformat.



Normalobjektiv
Normalobjektiv

Normalobjektiv -
6 Gruppen, 7 Linsen

Normalobjektive sind die einfachsten Objektive. Durch die geringe Anzahl an Linsen wird eine hohe Abbildungsqualität erreicht. Soll eine hohe Lichtstärke erreicht werden, müssen verschiedene Linsen kombiniert werden.
Ein lichtstarkes Normalobjektiv sollte zu jeder guten Fotoausrüstung gehören.
Normalobjektive haben einige Vorteile:

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Weitwinkel

Unter Weitwinkelobjektiven versteht man Objektive, deren Brennweite kleiner als 50 mm (je nach Quelle: keiner als 35 mm) bezogen auf das KB-Format ist.
Objektive mit kleinen Brennweiten haben das Problem, das zwischen Objektiv und Bildebene wenig Platz bleibt, da zur Aufnahme von unendlich weit entfernten Objekten der Abstand zwischen bildseitiger Hauptebene und Bildebene der Brennweite entsprechen muss. Das bei normal konstruierten Objektiven diese Hauptebene im Bereich der Linsen liegt, bleibt dementsprechend wenig Platz zwischen Objektiv und Bildebene.
Dieses Problem kann man durch die Verwendung so genannter retrofokaler Objektive lösen.
Bei diesem Objektivtyp wurde durch geschickte Anordnung von verschiedenen Linsen die bildseitige Hauptebene aus dem Linsenpaket Richtung Bildebene gelegt, so dass wieder genügend Platz zwischen der hintersten Linse und der Bildebene ist, um z.B. einen Klappspiegel (Spiegelreflexkamera) einzubauen. Den Abstand zwischen der hinteren Linse und der Bildebene nennt man auch Schnittweite.
Eine große Schnittweite erreicht man dadurch, dass das erste Glied eine Streuwirkung hat hat. Durch diese Linse wird der Strahlengang erst einmal vergrößert und durch eine Sammellinse hinten wieder gebündelt.

retrofokales Objektiv
retrofokales Objektiv
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Fischauge

Das Fischauge ist eine extreme Form des Weitwinkelobjektivs. Fischauge
Fischauge
Es deckt durch seine kurze Brennweite (16 mm und kleiner) einen Formatwinkel von bis zu 180° ab. Dadurch lassen sich Bilder aus extremen und ungewöhnlichen Blickwinkeln erzeugen.
Bedingt durch den großen Formatwinkel darf um die Frontlinse kein Rand stehen bleiben. Der würde nämlich sonst im Bild erscheinen. Filter müssen deswegen auf der Seite des Flansches eingeschraubt werden.
Das abgebildete Objektiv hat einen horizontalen Formatwinkel von 180°, der vertikale ist kleiner, deswegen stören die die zwei Erhöhungen nicht.

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Teleobjektiv

"Tele" ist griechisch und bedeutet "Ferne". Also kann man mit Teleobjektiven ferne Gegenstände groß aufnehmen. Damit das funktioniert braucht man eine große Brennweite. Diese wiederum setzt ein langes Objektiv voraus.
Um Teleobjektive konstruktiv kürzer zu gestallten, werden diese als umgekehrte Retrofokusobjektive gebaut. Dies bedeutet, dass bei einem Teleobjektiv die bildseitige Hauptebene vor den Linsen liegt. Objektive dieser Bauart nennt man auch "echte" Teleobjektive. Dadurch wird eine Verkleinerung der Baulänge um 30% erreicht.
Dies erreicht man, in dem man das Licht zuerst durch eine Sammellinse bündelt und dann am Ende des Objektivs wieder streut.
Diese Konstruktion wird vor allem bei Objektiven zwischen 100 und 400 mm Brennweite eingesetzt.

Teleobjektiv
Teleobjektiv
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Makro-Objektiv

Umso näher man mit dem Objektiv an ein Objekt ran kommt, desto größer wird es abgebildet. Um ein Objekt, welches sich nahe am Objektiv befindet scharf stellen zu können, muss der Abstand zwischen bildseitiger Hauptebene und Bildebene möglichst groß werden. Deswegen haben Makroobjektive einen größeren Auszug als vergleichbare Normalobjektive.
Des Weiteren müssen Makroobjektive eine hohe Abbildungsgenauigkeit aufweisen um Objekte so unverzerrt und gut ausgeleuchtet wie möglich darzustellen.
Um noch näher an das Objekt zu kommen und den Abbildungsmaßstab zu vergrößern gibt es Zwischenringe, die man zwischen Objektiv und Kamera schauben kann, um den Abstand zwischen Optik und Bildebene noch zu vergrößern. Dabei handelt es um reine Objektivverlängerungen ohne eingebaute Linsen oder ähnlichem.

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Spiegeltele

Objektive mit Brennweiten über 400 mm werden häufig nicht mehr als Teleobjektiv, sondern als einfache Konstruktionen aus wenigen Linsen ausgeführt. Man spricht dann von Fernobjektiven.
Spiegeltele 500 mm 1:8
Spiegeltele 500 mm 1:8
Durch die einfache Konstruktion und die langen Brennweiten entstehen sehr große Objektivlängen. Diese sind ohne Stativ nicht mehr handhabbar.
Durch einen Trick kann man aber die Objektivlänge auf mehr als die Hälfte verkürzen: man setzt zwei Spiegel im Objektivtubus ein. Dadurch erreicht man die benötigte Länge des Strahlengangs, ohne dass das Objektiv zu groß wird.
Durch den zweiten Spiegel in der Mitte der Frontlinse werden die Unschärfekreise zu Unschärferingen. In den richtig fokussierten Bereichen des Bildes fällt dies aber nicht auf.
Bei Spiegelteleobjektiven wird auch keine verstellbare Blende eingebaut, sondern es wird mit einer festen Lichtstärke gearbeitet.







Spiegeltele
Spiegeltele
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Vario-Objektive

Zoom-Objektive
Zoom-Objektive

Hierbei handelt es sich um Objektive deren Brennweite sich, meist stufenlos, in gewissen Grenzen verändern lässt. Die Vario-Objektive oder auch Zoom-Objektive gibt es sowohl im Weitwinkel oder Telebereich. Am weitesten verbreitet sind solche, die beide Bereich abdecken.
Bei den Objektiven von Kompaktkameras gibt es neben Weitwinkel-, Normal- du Telebrennweiten meist auch noch einen Bereich für Makroaufnahmen im selben Objektiv.
Dazu wird ein Bereich von Linsen im Objektiv beweglich zu den anderen gelagert. Beim Verstellend er Brennweite wird dieser dann bewegt.
Zoomobjektive haben meist geringere Lichtstärken als vergleichbare Festbrennweiten und umso mehr ein Objektiv kann (Einstellung von Schärfe und Brennweite), desto mehr Linsen und Verstellmechanik müssen verbaut werden. Dadurch wird das Objektiv mechanisch anfälliger und [link: Abbildungsfehler] werden verstärkt.
Zoomobjektive leiden vor allem, je nach eingestellter Brennweite unter tonnen- oder kissenförmiger Verzeichnung. Fehler, welche bei Verwendung von Festbrennweiten weitestgehend vermieden werden können.
Moderne Zoom-Objektive bauen kleiner als das abgebildete Canon FD 70 - 210 mm 1:4 und decken einen größeren Brennweitenbereich ab. Rekord ist zurzeit ein 30-fach Zoom an einer digitalen Kampaktkamera. Die Möglichkeiten, die sich damit bieten, zählen meist mehr, wie die dadurch erkauften Nachteile.
Für Kompaktkameras, egal ob analog und digital, sind Zoom-Objektive die einzige Chance, mehrere Brennweiten abzudecken, da es hier keine Möglichkeit zum Objektivwechsel gibt. Einzig durch Objektivvorsätze lässt sich die Brennweite ändern.
Die Brennweitenänderung wird erreicht, in dem das Zoomobjektiv aus einem Grundobjektiv und einem Variator besteht. Der Variator wird, z.B. durch Drehen an einem Ring, vom Grundobjektiv weg oder zum Grundobjektiv hin bewegt. Dadurch ändert sich die Vergrößerung bzw. die Brennweite. Damit die Schärfenebene gleich bleibt, man also nach dem Verstellen der Brennweite nicht neu fokussieren muss, werden im Variator Linsenpakete zueinander in ihrer Lage verändert.
Diese Einrichtung ist vor allem bei Filmkameras nötig, um den Bildausschnitt während des Filmens verändern zu können. Bei einem Fotoobjektiv ist es sinnvoll, dass sich die Frontlinse nicht verdreht, so dass Verlaufs- oder Polfilter immer in der gleiche Stellung bleiben.


Vario-Objektiv

Weitergeht es mit den verschiedenen Kameratypen.

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