Das Objektiv
Aufbau
Wenn eine einzelne Linse nicht mehr genügt, um die gewünschte Abbildung zu erreichen, sei es weil die die z.B. Brennweite sehr groß oder variabel sein soll, kann man auch mehrere Linsen zu einem Objektiv zusammensetzten. Dadurch kann man auch verschiedene Glassorten mit verschiedenen Eigenschaften miteinander kombinieren, um so das bestmögliche Ergebnis zu erhalten.
Dazu werden Linsen einfach hintereinander in das Gehäuse gesetzt oder auch fest zusammen gebaut. Einzelne Linsen und auch zusammengebaute Linsen nennt man eine Gruppe oder auch ein Glied.
Beispiele sind:
Links: drei Linsen in drei Gruppen; rechts: vier Linsen in drei Gruppen
Je nach Objektiv werden mehr oder weniger Linsen und Gruppen in einem Objektiv verbaut. Bei einem Zoomobjektiv sind einzelne Gruppen auch gegeneinander verschiebbar gelagert, damit die Brennweite verstellt werden kann. Bei kompakten Digitalkameras mit Zoomobjektiven sind 14 Linsen in 10 Gruppen keine Seltenheit.
Objektive haben auch den Vorteil, dass z.B. Abbildungsfehler, die durch eine Linse verursacht würden, durch eine geschickte Kombination von mehreren Linsen, weniger stark auftreten.
Ein Objektiv hat, genauso wie eine Linse, zwei Brennebenen - und damit eine Brennweite - und zwei Hauptebenen. Deswegen funktioniert die Abbildung mit einem Objektiv genauso wie mit einer Linse.
Mehr zum Thema Objektiv gibt es unter Die Kamera - Objektiv.
nach obenAbbildungsfehler
Das Prinzip mit der Linse zum Abbilden von Objekten ist relativ einfach, nur es hat ein paar Fehler, so genannte Abbildungsfehler. Das sind oft keine eigentlichen Fehler der Linse oder des Objektivs, sonder eher prinzipielle Fehler.
Diese kann man nur vermeiden, in dem man hochwertige Linsen und Objektive verwendet, die so gestaltet sind, dass diese Abbildungsfehler ausgeglichen werden. Daran ändert auch das digitale Zeitalter nichts. Das wichtigste an einer Kamera ist ein gutes Objektiv, denn wenn das Objekt nicht richtig auf den Chip projiziert wird, kann auch die beste Elektronik nicht mehr ein gutes Bild daraus machen.
Die möglichen Fehler werden hier kurz dargestellt. Es liegt nicht in der Hand des Fotografen, diese zu vermeiden, sondern in der des Objektivherstellers. Aber man kann den einen oder anderen Fehler nachträglich beheben. Dazu demnächst mehr im Kapitel: Nachbearbeitung.
Chromatische Aberration
Jede Wellenlänge hat
ihren eigenen Brennpunkt
Licht wird je nach Wellenlänge unterschiedlich stak gebrochen. Da sich normalerweise Licht aus verschieden Farben zusammen setzt (siehe auch: Farbenlehre), kommen auch verschiedene Wellenlängen darin vor, die unterschiedlich stark gebrochen werden.
Dadurch ergibt sich für jede Farbe/ Wellenlänge eine andere Brennweite bei der gleichen Linse. Diesen Fehler bekommt man mit einer Kombination verschiedener Sammel- und Streulinsen unter Kontrolle.
Sphärische Aberration
Dadurch kommt es zu
einer gewissen Unschärfe.
Wenn eine Linse eine kreisrunde (sphärisch) Form im Querschnitt hat, ergibt es sich folgendes: Strahlen, die weiter außen auftreffen werden stärker gebrochen, als sie müssten. Sprich, sie treffen sich nicht im selben Punkt wie Strahlen, die weiter innen auftreffen. Dies führt dazu, dass das Bild unscharf wird.
Einfache Abhilfen sind abblenden (somit treffen die äußeren Strahlen nicht am Bild auf) oder parabolide Linsen oder eine geschickte Kombination normaler sphärischer Linsen.
Koma
Wegen Koma ist der
Mond oval.
Koma ist eine verschärfte Form der sphärischen Aberration und fällt dann auf, wenn sich runde Gegenstände am Bildrand befinden. Diese werden dann oval abgebildet. Dies kommt daher, da die Strahlen dieser Objekte schräger auf die Linse auftreffen und dadurch die sphärische Aberration verstärkt wird.
Astigmatismus
Wenn eine Linse nicht kugelförmig ist, sondern in einer Schnittebene einen anderen Krümmungsradius hat als in der dazu senkrechten Schnittebene führt dies zu Astigmatismus. Dies ist z.B. eine bekannte Sehstörung beim Menschen, welche dazu führt, dass sich für die beiden Ebenen unterschiedliche Brennpunkte ergeben. "Astigma" bedeutet soviel wie "ohne Punkt". Man sieht also unscharf.
Treffen nun Lichtstrahlen eines Objektes in der Nähe des Randes der normal sphärischen Linse auf, ergeben sich zwangsläufig zwei unterschiedlich große Radien und dadurch entsteht auch hier ein Astigmatismus.
r1 > r2, dadruch werden die roten Strahlen stärker gebrochen als die grünen
Bildfeldwölbung
Bei den bisherigen Beispielen war das Objekt (der Pfeil) wurde folgendes nicht beachtet:
Die Punkte eines geraden Objekts haben unterschiedlichen Abstand zur Linse. Im folgenden Bild sind nun drei Lichtstrahlen eines Objektes und die Ebene, auf der sie ein scharfes Bild geben würden, abgebildet.
Die gewölbte Linie zeigt einen Schnitt durch die gewölbte Schärfeebene
Dagegen hilf, falls es überhaupt auffällt, eine kleine Blende (also große Blendenzahl).
nach obenVerzeichnung
Verzeichnung tritt auf, wenn die Blende nicht in der Nähe der bildseitigen Hauptebene ist. Das sieht dann so aus:
Links: die Blende ist vor der Ebene H';
Mitte: die Blende ist nahe der H';
Rechts: die Blende ist nach der H'
Ist die Blende vor der bildseitigen Hauptebene, ist das Bild tonnenförmig verzeichnet, ist sie dahinter, wird es kissenförmig verzeichnet.
Tonne und Kissen
Tonnenförmig heißt, gerade Linien am Bildrand werden nach außen gebogen abgebildet.
Bei der kissenförmigen Verzeichnung werden sie nach innen gebogen abgebildet.
Diesen Fehler kann man vermeiden, in dem man Objektive symmetrisch aufbaut und die Blende in der Nähe der bildseitigen Hauptebene positioniert. Dies kann natürlich nur bei Objektiven mit einer festen Brennweite geschehen. Wobei sich diese Art der Konstruktion z.B. negativ auf die Baulänge auswirkt (dazu demnächst mehr unter Kamera - Objektiv).
Moderne Objektivkonstruktion zeigen deswegen immer eine leichte Verzerrung: Weitwinkelobjektive verzeichnen tonnenförmig und Teleobjektive Kissenförmig.
Wie stark diese Verzeichnung ausfällt und wie stark sie sich im Bild auswirkt hängt von der Qualität des Objektives und der Art des Objektes aus
Vignettierung
Durch die Vignettierung
werden die Bildränder
abgedunkelt.
Die Vignettierung bedeutet, als dass die Ränder des Bildes abgedunkelt sind. Dies liegt daran, dass Licht, das schräg auf die Linse fällt, mit einer geringeren Helligkeit auf die Bildebene auftrifft, wie Licht, das senkrecht auf die Linse fällt.
Den Zusammenhang soll folgende Darstellung verdeutlichen:
Jeder der zwei Punkte an den Pfeilspitzen leuchtet gleich hell. Der Abstand zur Linse ist auch annähernd gleich groß. Der Lichtkegel, der von jedem Punkt auf die Linse fällt und damit zum Bild beiträgt, hat jeweils einen Durchmesser dn.
- Der Lichtkegel der vom unteren Punkt kommt und somit senkrecht auf die Linse fällt, hat den größten Durchmesser.
- Der Kegel vom oberen Punkt hat effektiv einen kleineren Durchmesser und deswegen fällt sein Abbild dunkler aus.
Diesen Effekt nennt man auch "natürliche" Vignettierung, da sie immer auftritt und sozusagen in der Natur der Abbildung mit Linsen liegt. - Im Gegensatz dazu wird die "künstliche Vignettierung" vom Objektiv verursacht. Die bedeutet, dass das Objektivgehäuse den Lichtkegel noch weiter einengt.
- Die natürliche Vignettierung kann man nicht vermeiden. Bei der künstlichen hilft Abblenden. Dabei muss die Blende zu eingestellt werden, dass der senkrecht einfallende Lichtkegel annähernd denselben Durchmesser hat, wie der schräg einfallende - der Durchmesserunterschied durch die natürliche Vignettierung bleibt natürlich erhalten.
Teilreflexion
Wie auch bei einer Glasscheibe wird bei einer Linse nicht alles Licht durchgelassen, sondern es wird ein kleiner Teil reflektiert. Wie viel das ist, hängt vom Glas der Linse und vom Einfallswinkel der Lichtstrahlen ab.
Dabei wird nicht nur beim Eintritt des Lichtes in die Linse ein Teil reflektiert, sondern auch wieder beim Austritt.
Teilreflexion bei Linsen
Was dann dazu führt, dass dieses reflektierte Licht dann auch auf das Bild trifft. Bei Objektiven mit mehreren Linsen wird die Sache noch schlimmer. Es ergeben sich dann Lichtflecken oder Phantombilder.
Das ganze lässt sich durch eine Vergütung der Linsen deutlich verbessern. Dazu wird eine Metallsalzverbindung auf die Linsen aufgedampft. Das ist im Prinzip dasselbe wie die Entspiegelung von Brillen.
Wenn es der Hersteller gut meint, dann lässt er die Linsen mehrfach bedampfen um die Bildqualität weiter zu verbessern. Man nennt solche Objektive auch "Multicoated-Objektive".
Was wir sehen sind Licht und Farben.