Diffraktion bei Tele-Xenar

  • Moin zusammen,


    ich überlege grad, ob ich nicht doch trotz aller Nachteile meinen Frieden mit dem alten f5,6/300mm Tele-Xenar mache. Dabei wäre es für mich interessant zu wissen (oder Einschätzungen dazu zu hören), ab welcher Blende Diffraktion so zuschlägt, dass man sie unbedingt vermeiden sollte. Skaliert ist an dem Compur bis f32, ich kann die allerdings weiter schließen, was meiner subjektiven Einschätzung am Anschlag wohl f45 entspricht. Bei f32 hab ich noch 17mm Vertikalverstellung. Das ist bei den Landschaftssachen, die ich mache, wahrscheinlich meist ausreichend. Scheimpflug kann ich ja mit Rückstandartenverstellung machen. Das geht nicht so auf den Bildkreis. Dass das Objektiv im Nahbereich nicht so regelrecht die Granate ist, hab ich schon ausprobiert.


    Gruß


    Ulrich

    • Official Post

    Hallo Ulrich,


    frag nicht uns frag Dein Objektiv.


    Die Hersteller gravieren die Blendenskala so dass sie mit ihren Testmustern noch keine nicht tolerierbare Verschlechterung der Auflösung sehen. Aber was ist tolerierbar? Wenn es wirklich um höchste Auflösung in der Mitte des Bildkreises geht , liegt die "kritische Blende" irgendwo zwischen 11 und 16. Darunter gibt es noch sphärische und chromatische Abberation usw., darüber setzt die Beugung am Blendenrand schon ein. Aber dafür vergrößert sich die Abbildungstiefe. Man kann eben nicht alles haben.


    Die Tele-Xenare wurden von Schneider auch als Objektive für den Nahbereich empfohlen, wenn man das hintere Zerstreuungsglied abschraubt. Aber dann stimmt natürlich die Blendenskala nicht mehr.


    Benutzt man das komplette Teleobjektiv im Nahbereich stimmt die Blendenskala auch nicht denn diese Objektive haben eine Pupillenvergrößerung von 1,4 die man berücksichtigen muß wie ich es hier beschrieben habe.


    Das heißt mach ein paar Probeaufnahmen in den dem Bereich für den das Objektiv gedacht ist, Fernaufnahmen bis Portrait, und schau Dir an bis zu welcher Blende Dir die "Schärfe" genügt.


    Peter K

  • Hallo Peter,


    Quote from "Peter K"

    Die Hersteller gravieren die Blendenskala so dass sie mit ihren Testmustern noch keine nicht tolerierbare Verschlechterung der Auflösung sehen. Aber was ist tolerierbar? Wenn es wirklich um höchste Auflösung in der Mitte des Bildkreises geht , liegt die "kritische Blende" irgendwo zwischen 11 und 16. Darunter gibt es noch sphärische und chromatische Abberation usw., darüber setzt die Beugung am Blendenrand schon ein. Aber dafür vergrößert sich die Abbildungstiefe. Man kann eben nicht alles haben.


    Ich hatte vermutet, dass die "kritische Blende" irgendwie von der Brennweite abhängig ist. Bei meinen MF-Objektiven ist das so, dass die kleinste Blende mit zunehmender Brennweite kleiner wird. bei dem 250er Sonnar ist das f45. Ich hab da die naive Vorstellung gehabt, dass der Einfluss der Beugung abhängig von der Brennweite ist. Das ist anscheinend falsch. OK dann ist Ausprobieren angesagt.

    Quote


    Benutzt man das komplette Teleobjektiv im Nahbereich stimmt die Blendenskala auch nicht denn diese Objektive haben eine Pupillenvergrößerung von 1,4 die man berücksichtigen muß wie ich es hier beschrieben habe.


    Puh, ich glaub ich bleib vorerst bei Landschaftsaufnahmen ;)
    Danke erstmal für Deine wie immer kompetente Antwort


    Gruß
    Ulrich

    • Official Post
    Quote from "Ulrich Drolshagen"

    Ich hatte vermutet, dass die "kritische Blende" irgendwie von der Brennweite abhängig ist. Bei meinen MF-Objektiven ist das so, dass die kleinste Blende mit zunehmender Brennweite kleiner wird. bei dem 250er Sonnar ist das f45. Ich hab da die naive Vorstellung gehabt, dass der Einfluss der Beugung abhängig von der Brennweite ist. Das ist anscheinend falsch. OK dann ist Ausprobieren angesagt.


    Die "kritische Blende" hängt ausschließlich von der Objektivkonstruktion ab. Sogenannte "beugungsbegrenzte" Objektive deren Leistungsfähigkeit nur von der Beugung an der Blende und an den Linsenrändern begrenzt wird, werden schon "schlechter" wenn sie nur eine Blendenstufe abgeblendet werden.


    Bei "normalen" Objektiven ist die "kritische Blende" wie gesagt der Kompromiss bei der die Linsenfehler durch Abblenden weit genug unterdrückt werden aber die Beugung an den Blendenrändern noch nicht zu viel Einfluß hat.


    Weitgeöffnete beugungsbegrenzte Objektive kann man nur als "Monochromate", also Objektive die nur für eine Wellenlänge korrigiert sind, bauen. Und selbst die kosten schon so viel wie ein kleines Haus. Bestimmte Repro-Objektive sind auch beugungsbegrenzt, haben aber nur eine kleine Anfangsöffnung. Um aber bezahlbare weitgeöffnete Objektive bauen zu können, muß man eben Fehler, hauptsächlich in den Randbereichen, bei offener Blende in Kauf nehmen.


    Die Blendenzahl ist eine dimensionslose Angabe. "Bl. 8" z. B. bedeutet dass die in die Eintrittspupille projizierte mechanische Blende eines auf Unendlich fokussierten Objektivs den Durchmesser von 1/8 der Brennweite beträgt. Daher ist der mechanische Durchmesser der Irisblende eingestellt auf "Bl. 8" bei einem langbrennweitigen Objektiv größer als bei einem kurzbrennweitigem. Da aber die Wellenlänge des grünen Lichtes immer 550 nm lang ist, macht sich die Beugung an einem Objektiv kurzer Brennweite das auf "Bl. 8" abgeblendet ist stärker bemerkbar als an einem langbrennweitigen, weil eben der Blendendurchmesser bei der kurzen Brennweite kleiner ist.


    Peter K

  • Quote from "Peter K"


    Weitgeöffnete beugungsbegrenzte Objektive kann man nur als "Monochromate", also Objektive die nur für eine Wellenlänge korrigiert sind, bauen. Und selbst die kosten schon so viel wie ein kleines Haus. .....
    Peter K


    So allgemein stimmt das nicht. Die "Foto"objektive der Aufklärungs-(soll heißen: Spionage-)satelliten sind gewiß beugungsbegrenzt UND farbkorrigiert. Das mit dem Preis stimmt allerdings ....


    Die theoretische (bildseitige!) beugungsbegrenzte Auflösung hängt NUR von der Blende ab und ist von der Brennweite komplett unabhängig. Für grünes Licht (500nm) und Blende 2 erhält man eine bildseitige Aufösung von ca. 1µm (numerische Apertur für Blende 2 ist ca 0,25 - Auflösung ist lambda/(2*NA)). Eine normale Fotoemulsion löst nur etwa 100 lp/mm auf. Das heißt - ein hochgeöffnetes, beugungsbegrenztes Fotoobjektiv hätte gar keinen praktischen Sinn.


    Stefan

  • Quote from "Peter K"


    Da aber die Wellenlänge des grünen Lichtes immer 550 nm lang ist, macht sich die Beugung an einem Objektiv kurzer Brennweite das auf "Bl. 8" abgeblendet ist stärker bemerkbar als an einem langbrennweitigen, weil eben der Blendendurchmesser bei der kurzen Brennweite kleiner ist.


    Peter K


    Wohl ist zB. der Blendendurchmesser beim Objektiv 100mm und Blende 4 halb so gross (25mm) wie bei beim Objektiv 200mm und Blende 4 (=50mm). Aber die halb so starke Beugung am Objektiv wird durch doppelte Bildweite wieder auf das doppelte vergrössert (Projektionseffekt!), so das im Ergebnis der Beugungsfehler direkt abhängig von der Blende , aber unabhängig von der Brennweite ist.


    Gruesse
    Rainer

    • Official Post
    Quote from "rawitz"

    Wohl ist zB. der Blendendurchmesser beim Objektiv 100mm und Blende 4 halb so gross (25mm) wie bei beim Objektiv 200mm und Blende 4 (=50mm). Aber die halb so starke Beugung am Objektiv wird durch doppelte Bildweite wieder auf das doppelte vergrössert (Projektionseffekt!), so das im Ergebnis der Beugungsfehler direkt abhängig von der Blende , aber unabhängig von der Brennweite ist.


    Hallo Rainer,


    was für eine Beugung am Objektiv?


    Wir sprachen hier von Bl. 16 und kleiner. Bei Bl. 4 hat die Beugung nur Einfluß auf die Auflösung bei Objektiven die eine kürzere Brennweite als die "kritische Brennweite" haben. Nur diese Objektive können bei der größtmöglichen Öffnung den kleinsten Zerstreuungskreis liefern. Solche Objektive spielen aber in der GF-Fotografie, mit Ausnahme von Makroobjektiven, keine Rolle. Bei Objektiven größerer Brennweite geht der Korrektionszustand ein und bestimmt welche die "kritische Blende" ist. Wird die Blende weiter geschlossen verschlechter sich die Auflösung in jedem Fall. Und zwar proportional zur Fläche der mechanischen Blende. Die bei längeren Brennweiten und gleicher Blendenzahl aber größer ist als bei kürzeren Brennweiten. Weshalb Objektive längerer Brennweite auf eine kleinere Blendenzahl abgeblendet werden können.


    Peter K


    Peter K

  • Hallo Peter,


    um Beugung zu verstehen, nehmen wir am besten das Beispiel einer Lochkamera, die zwar einen definierten fixen Lichtdurchlasskreis ("Lochblende") hat hat, aber keine fixe Brennweite: den durchgelassenen Lichtstrahl kann man sich wie einen parallel fokussierten Lichtstrahl vorstellen, der aber am Rande beim Durchgang durch die Lochkreiskante etwas verschmiert (=Beugung). Diese Verschmierung/Beugung verstärkt sich, je weiter weg der Film von der Lochblende ist (=Brennweite), das ist der Projektionseffekt bei der Beugung. Vergleichbares Beispiel ist der Lichtkegel einer Taschenlampe: je weiter die Entfernung, desto grösser wird die Lichtkegelunschärfe.
    Die Pointe ist, wenn wir auf reale Objektive mit realen Blendenzahlen und realen Brennweiten zurückkommen, dass im Vergleich mit kurzen Brennweiten bei Teleobjektiven mit gleicher Blendenzahl der geringere Beugungseffekt am Blendenring ("am Objektiv") durch den längeren Lichtweg (Bildweite) wieder verloren geht, und zwar mathematisch proportional!
    Deshalb ist bei gegebener Blende die Beugung unabhängig von der Brennweite.


    Gruesse
    Rainer

  • Quote from "Peter K"

    Hallo Rainer,
    wenn dem so wäre, warum sind dann die Blendenskalen längerbrennweitiger Objektive mit kleineren Blendenskalen graviert als die von kürzeren Brennweiten?


    Hallo Peter,
    1.weil kleinere Blendenzahlen bei Teleobjektiven mechanisch exakter durchzuführen sind,
    2.weil durch die geringere Schärfentiefe bei Teleobjektiven kleinere Blenden praktisch notwendiger sind,
    3.weil Teleobjektive meist grössere Bildfehler haben als Normalobjektive, deshalb der Beugungsfehler erst später die normale Bildkorrektur durch Abblenden aufhebt.


    Gruesse
    Rainer

    • Official Post

    Hallo Rainer,


    leider habe ich meine, rhetorische, Frage warum langbrennweitige Objektive mit kleineren Blendenzahlen graviert sind nicht exakt genug gestellt. Weil es heißen muß, warum haben längerbrennweitige Objektive desselben Typs kleinere Blendenzahlen.


    Weil hier zwar auch die Auflösung durch die numerische Apertur begrenzt wird, lambda/(2*NA). Aber bei sehr kleinen mechanischen Blenden wirkt die Begrenzung der Auflösung durch Beugung an diesen stärker als an der Eintrittspupille, da die mechanische Blende in der Eintrittspupille vergrößert abgebildet wird.

    Quote from "rawitz"

    1.weil kleinere Blendenzahlen bei Teleobjektiven mechanisch exakter durchzuführen sind,


    zumindest GF-Objektive unterschiedlicher Brennweiten werden in die selben Verschlüsse eingebaut deren Blenden, Lamellenanzahl und -form, auch gleich sind

    Quote from "rawitz"

    2.weil durch die geringere Schärfentiefe bei Teleobjektiven kleinere Blenden praktisch notwendiger sind,


    das trifft auch für langbrennweitige "Normal-" Objektive zu

    Quote from "rawitz"

    3.weil Teleobjektive meist grössere Bildfehler haben als Normalobjektive, deshalb der Beugungsfehler erst später die normale Bildkorrektur durch Abblenden aufhebt.


    selbst wenn das Objektiv nur aus einem einzelnen Meniskus besteht sind die Abbildungsfehler wie sphärische Abberation bei Bl. 32 so weit "ausgeblendet" dass weiteres Abblenden in dieser Hinsicht nichts mehr bringt.


    Den "Projektionseffekt" habe ich weder bei v. Rohr und Born noch bei Pohl, Merté und Flügge gefunden. Hast Du eine Literaturangabe dazu?


    Peter K

  • Hallo Peter,


    ich versuche, deine Argumente zu vereinfachen und dann vielleicht zu beantworten.
    Nehmen wir als Objektivtyp ein Symmar-S, das ich mit dem Brennweiten 100, 150, 210 und 300, habe. Die optische Konstruktion ist immer gleich, aber der Bauumfang nimmt proportional mit der Brennweite zu. Was können wir damit erklären?


    Ad 1. Blende 64 hat am 300er einen Durchmesser von ca. 4,7 mm, ist also mechanisch noch immerhalb der DIN-Spezifikation (1/3 Bl.-Abweichung, glaube ich …) machbar. Blende 64 am 100er hätte ca. 1,5mm Durchmesser, das ist nicht mehr mechanisch exakt machbar.


    Ad 2. Schärfentiefe ist in der Ultra-Grossformatfotografie ein Fremdwort.Mit meinem Tele-Xenar 800 habe ich selbst bei Blende 16 auf 300 Meter fokussiert immer noch Unschärfe bei Unendlich! Es ist zum Verfluchen !! Da die Aufnahmen aber oft eine gewisse Schärfetiefe verlangen, brauchen wir kleine und kleinste Blenden und scheren uns dann nicht mehr um den zunehmenden Beugungsfehler...


    Ad 3. Der Vergleich der Schärfe aller Symmar-S zeigt deutlich, dass die MTV-Kurven mit zunehmenden Brennweite immer schlechter werden – obwohl die Optikkonstruktion und -Materialien gleich bleiben (sagt Schneider, kann ich nicht überprüfen, ist aber plausibel.).
    Während die 20LP-Kurve bei Blende 22 und 100 mm Brennweite in der Bildmitte durchaus schon Beugungsfehler aufweist (am Rand überwiegen optische Fehler), überwiegen bei den langen Brennweiten die Optikfehler den Beugungsfehler auch im der Bildmitte.


    Machen wir ein theoretisches Experiment: Wenn der Beugungsfehler bei längerer Brennweite ceteris paribus geringer wäre, müssten bei entsprechend kleiner Blende die langbrennweitigen Symmare-S einen besseren MTV-Wert aufweisen als die kurzbrennweitigen (zumindest in der Bildmitte). Niemand von Schneider hat das bisher behauptet.


    Gruesse
    Rainer


    PS. „Projektionseffekt“ ist eine Begriffsbezeichnung von mir, um den ausführlich erklärten Sachverhalt zusammenzufassen.

    • Official Post

    Hallo Rainer,


    auch ich habe nie behauptet dass der Beugungsfehler bei längeren Brennweiten desselben Objektives geringer wäre weil das absurd ist.


    Aber wir sprechen hier von zwei verschiedenen Phänomenen: einmal von der Beugung die allgemein die Auflösung begrenzt und zum zweiten von dem Phänomen das Kingslake wie folgt beschreibt: "If the aperture of a lens is very small, say in the order of one millimeter, diffraction may cause a general loss of definition in a photograph."


    Dieses, zweite, Phänomen ist auch der Grund dass Irisblenden für die Fotografie nicht vollständig schließen bzw. unterhalb des Durchmessers von ca. 2 mm nicht mehr genau sind. Machbar ist das schon, würde aber nur die Kosten in die Höhe treiben.


    Peter K

  • Quote

    Ad 1. Blende 64 hat am 300er einen Durchmesser von ca. 4,7 mm, ist also mechanisch noch immerhalb der DIN-Spezifikation (1/3 Bl.-Abweichung, glaube ich …) machbar. Blende 64 am 100er hätte ca. 1,5mm Durchmesser, das ist nicht mehr mechanisch exakt machbar.


    Da ich eher ein Praktiker, denn ein Theoretiker bin, musste ich jetzt schnell das Hinterglied meines 120 mm SW Nikkor demontieren und auf f 64 abblenden und was sehe ich da ziemlich genau 1,5 mm Blendendurchmesser und ich kann sogar noch über den Wert f 64 weiter abblenden mit dem Effekt das die Blende noch 1 mm Durchmesser hat und erstaunlich rund sogar trotz nur 7 Blendenlamellen ist und ich weiss mein f 4,5 90mm SW Nikkor geht auch bis f 64, aber vielleicht haben wir das ja nur der group f 64 zu verdanken;--)))
    Also die 2 Objektive wiedersprechen also mindestens deiner obigen Theorie und soll mir keiner sagen die Japaner hätten von Objektivbau keine Ahnung, denn wenn ich mich richtig erinnere ist der Pupillentrick bei den Weitwinkelobjektiven von einem Japaner erfunden worden.


    MFG Armin

    " You push the button and we do the rest."
    Kodak Werbespruch!
    Today
    "You push the button and the pixels do the rest"

  • Hallo Armin,
    ich glaube Peter hat deinen Einwand schon vorweg beantwortet - mehr sage ich auch nicht. Die Nikon Grossformatobjektive kamen erst sehr spät (glaube Ende 70ger bis Anfang 80er Jahre) auf den Weltmarkt, Nikon musste deshalb mit einigen "Features" beeindrucken, wozu mE. auch die tollen Blenden gehören. Mach mal einen Belichtungsvergleich bei Bl. 8 und 64 (bei entsprechender Zeitanpassung) - ob beide Filme gleich belichtet sind !? Von der Bildschärfe ganz zu schweigen ..


    Interessant ist Peter Hinweis auf zusätzliche Diffraktionsfehler bei superkleinen Blenden! Hier könnte die (unveränderliche) Dicke der Blendenlamellen einen zusätzlichen "Tunneleffekt" mit Makroreflektionen an der Blendenkante ua. einiges erklären.
    Wer weiss mehr?


    Kleine Denkaufgabe zum Schluss: Bei echten Teleobjektiven ist bauartbedingt der absolute Blendendurchmesser kleiner als bei gleichbrennweitigen Standardobjektiven. In Prinzip ist vorne eine Sammellinse mit höherer Brechung als die Nominalbrennweite, hinten eine Zerstreuungslinse. Da die Blende dazwischen liegt, zählt die Blende praktisch für die kurzbrennweitige Vorderlinse, ist also kleiner, und scheint also eine höhere Beugung zu produzieren. Oder was sagen die Optikfachleute dazu?


    Gruesse
    Rainer

    • Official Post
    Quote from "johnars"

    Also die 2 Objektive wiedersprechen also mindestens deiner obigen Theorie und soll mir keiner sagen die Japaner hätten von Objektivbau keine Ahnung, denn wenn ich mich richtig erinnere ist der Pupillentrick bei den Weitwinkelobjektiven von einem Japaner erfunden worden.


    Welcher Pupillentrick?


    Wenn Du die extremen Weitwinkelobjektive wie die vom Biogon-Typ meinst, die hat Bertele zuerst gebaut, bei Wild das Avigon und bei Zeiss das Biogon. Zur selben Zeit hatte Roosinov der in Leningrad am Institut für Optik und Mechanik arbeitete schon ein Patent auf solch ein Objektiv angemeldet.


    Oder meinst Du das "fish-eye" Objektiv. So eines hat R. W. Wood schon 1919 für Hill in London gebaut. Miyamoto bei Nikon hat es 1964 dann perfektioniert als Nikkor 1:2,8/8mm.


    Und dann gibt es noch die Pupillenverengung nach dem Gebrauch von Morphinen. :wink:
    Aber auch die Pupillenerweiterung :shock:


    Peter K

  • Rainer,
    ich habe gerade für gleichen Blendenwert (F 11) die Irisdurchmesser eines Tele und eines normalgebauten Objektivs miteinander verglichen. Beim Graphic Kowa 305mm ist das "Loch" ca. 23,5mm groß; beim alten Tele-Tessar mit etwas längerer Brennweite (32cm) hingegen nur ca. 18,5 Millimeter. Die Eintrittspupillen (die sich beim Tele bei Durchsicht von hinten zeigt, da die EP vor der Frontlinse liegt) sind selbstverständlich fast gleich. Andernfalls würden ja die relativen Blendenwerte nicht übereinstimmen.


    Ich ziehe daraus ebenfalls den Schluss, dass Telekonstruktionen prinzipiell höhere Beugung produzieren müssten. Ob das Licht nach dem Durchtritt durch die Blende noch Glas passieren muss, oder nur noch Luftweg folgt (wie etwa beim Objektiv mit nachgesetzter Blende), ist hinsichtlich der Diffraktion ja unerheblich. Bestimmend sind hier nur zwei Dinge: Die Abbildungsgröße (bei gleicher Brennweite identisch), und der Durchmesser des die Beugungsringe erzeugenden Lochs. Ergo müsste das oben genannte Tele bei Blende 11 schon fast so viel Beugung zeigen wie ein langgebautes Objektiv derselben Brennweite erst bei Blende 16. In der Praxis dürfte das freilich kaum eine Rolle spielen.


    Gruß
    Uli

  • Quote from "fourbyfive"

    Rainer,


    Ich ziehe daraus ebenfalls den Schluss, dass Telekonstruktionen prinzipiell höhere Beugung produzieren müssten.
    (*) Ob das Licht nach dem Durchtritt durch die Blende noch Glas passieren muss, oder nur noch Luftweg folgt (wie etwa beim Objektiv mit nachgesetzter Blende), ist hinsichtlich der Diffraktion ja unerheblich. Bestimmend sind hier nur zwei Dinge: Die Abbildungsgröße (bei gleicher Brennweite identisch), und der Durchmesser des die Beugungsringe erzeugenden Lochs. [gelöscht]


    Das stimmt nicht. Es ist sehr wohl für die Größe der Beugungsscheibchen wichtig, was die Lichtwelle (in Ausbreitungsrichtung des Lichtes) nach der Blende noch erlebt. Am Schluß ist die bildseitige numerische Apertur entscheidend.


    Es ist wichtig, welche Größe die Austrittspupille der Objektivs animmt. Die Austrittspupille entsteht dadruch, daß die Systemblende durch die nachfolgende Optik ("alle Linsen hinter der Blende") abgebildet wird. Da Zahl und Gestalt der Linsen ganz unterschiedlich sind, haben die Irisblenden für verschiedene Objektivkonstruktionen gleicher Brennweite bei gleichen f-Zahlen etwas unterschiedliche Durchmesser.


    Bei gleicher Brennweite und f-Zahl sind die Durchmesser der Beugungsscheibchen gleich.


    Stefan

  • Danke Stefen,
    für die überzeugende Antwort!
    Meine Vermutung war, was der Film in der Filmebene an realer Blende und realer Brennweite "sieht", auch für die Beugung gelten muss, unabhängig von der optischen Konstruktion im Detail. Ich hätte es aber nicht so genau erklären können!


    Gruesse
    Rainer

  • Stefan,
    was immer "die Lichtwelle nach der Blende noch erlebt" - kleiner als durch den Irisdurchmesser vorgegeben können die Beugungsringe nicht mehr werden. Wäre es anders, müsste zwischen Blende und Bildebene ein optisches Element liegen, das die Beugung mindert. Von einer Linse, oder was immer jene Komponente sein soll, die das vollbrächte, ist mir nichts bekannt. Sie hätte die wunderbare Eigenschaft, das Gesetz von der öffnungsbedingten theoretischen Auflösungsgrenze optischer Systeme aufzuheben.


    Gruß
    Uli

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