Pinhole, Zonenplatte, Zonensieb unt Photonensieb? [+ Fraktale Objektive]

Hallo,

ich habe mal eine Frage zu oben genannten Begriffen.
Die Lochkamera verstehe ich ja und theoretisch auch die Funktion von Zonenplatten (Physikvordiplom sei Dank), aber so richtig viel Information im Bezug auf die Photografie finde ich mit diesen Begriffen nicht.
Weiß jemand wo man darüber aufgeklärt wird, oder kann evtl. kurz etwas zu den Unterschieden zwischen, Pinhole, Zonenplatte und Zonensieb sagen?

Ich finde das Thema schon irgendwie interessant...

AW: Pinhole, Zonenplatte, Zonensieb und Photonensieb?

Bei allen drei Formen handelt es sich um Objektive, die ohne Linsen arbeiten.
Pinhole - ist zugleich die älteste Kamera überhaupt, dieses Objektiv gab es lange schon, ehe es Menschen gab.
Notwendig ist lediglich ein kleines begrenztes Loch, durch das Sonnenstrahlen fallen können. Das können sogar Blätter von Bäumen sein.
Heute wird bei Pinhole-Objektiven meist eine dünne Metallfolie oder -Platte verwendet, in die ein kreisrundes kleines Loch gebohrt ist.
Das schärfste Bild ergibt sich in Abhängigkeit von der Entfernung und vom Lochdurchmesser.
Die Bilder werden (fast unabhängig von der Entfernung) immer gleich scharf, und es gibt praktisch keine optische Verzeichnung. Nur die Lochränder sorgen für eine gewisse Strahlenbeugung, deshalb wird Verkleinerung des Durchmessers das Bild dann nicht mehr schärfer, wenn der optimale Durchmesser unterschritten wird.

Pinhole, Holga by hutschinetto, on Flickr
Pinhole-Aufnahme

Bei der Zonenplatte wird im Prinzip die Fresnellinse eine von Fresnel erfundene Linse verwendet (siehe http://de.wikipedia.org/wiki/Fresnel-Zonenplatte ). Das Objektiv besteht aus konzentrischen Kreisen. Es hat eine Brennweite, bei der die Abbildung am schärfsten ist. Außerdem ist das entstehende Bild heller als bei der Pinhole-Kamera bei gleichen Belichtungsparametern.

Das Photonensieb besteht aus kreisförmig angeodneten durchsichtigen Punkten. Auch das Photonensieb bündelt das Licht.
http://de.wikipedia.org/wiki/Photonensieb (Prinzip)

Photonensieb - Osterglocke by hutschinetto, on Flickr
Bei hellen Stellen kann man die Punktanordnung erkennen.
Das Bild hat kräftig leuchtende Stellen.

Photonensieb - Dresden, Lommatzscher Straße by hutschinetto, on Flickr
Ein anderes Bild mit Photonensieb

AW: Pinhole, Zonenplatte, Zonensieb unt Photonensieb?

Bei der Zonenplatte wird im Prinzip die Fresnellinse verwendet.

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Obacht: Die Fresnel-Zonenplatte hat mit der Fresnellinse zwar den Erfinder gemeinsam, ansonsten aber so viel miteinander zu tun, wie der Brat-Hering mit der Brat-Kartoffel oder der Brat-Pfanne.

AW: Pinhole, Zonenplatte, Zonensieb unt Photonensieb?

Das ist allerdings wahr.
Sie besteht aus konzentrischen Kreisen.
Ich habe das korrigiert. Danke, Activelle.

Bild: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Zone_plate.svg#/media/File:Zone_plate.svg

AW: Pinhole, Zonenplatte, Zonensieb unt Photonensieb?

Ich habe das korrigiert.

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+1

AW: Pinhole, Zonenplatte, Zonensieb unt Photonensieb?

Ich habe ein wenig recherchiert. Zu Photonensieb und Zonenplatten gibt es jetzt auch fraktale Varianten, und sogar welche, die mit Cantorstaub arbeiten.
Das ist die erste echte Verwendung von Cantorstaub http://de.wikipedia.org/w/index.php?title=Cantor-Menge&redirect=no, die ich kenne.

Hier eine (englische) Quelle: http://www.opticsinfobase.org/view_...-2701.pdf?da=1&id=248761&seq=0&mobile=no&org=

Dabei gibt es auch quadratische Lochformen.

Es steht nirgends festgezurrt, dass Löcher von Lochkameras rund sein müssen.

AW: Pinhole, Zonenplatte, Zonensieb unt Photonensieb?

Hutschi schrieb:

Ich habe ein wenig recherchiert. Zu Photonensieb und Zonenplatten gibt es jetzt auch fraktale Varianten, und sogar welche, die mit Cantorstaub arbeiten.
Das ist die erste echte Verwendung von Cantorstaub http://de.wikipedia.org/w/index.php?title=Cantor-Menge&redirect=no, die ich kenne.

Hier eine (englische) Quelle: http://www.opticsinfobase.org/view_...-2701.pdf?da=1&id=248761&seq=0&mobile=no&org=

Dabei gibt es auch quadratische Lochformen.

Es steht nirgends festgezurrt, dass Löcher von Lochkameras rund sein müssen.

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Das ist die theroretische Beschreibung einer solchen Cantor basierten Platte, die gibt es noch nicht. Oder hast du eine Bezugsquelle?

AW: Pinhole, Zonenplatte, Zonensieb unt Photonensieb?

Hutschi schrieb:

Es steht nirgends festgezurrt, dass Löcher von Lochkameras rund sein müssen.

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Das stimmt. Sie sollten allerdings wenigstens einen positiven Flaecheninhalt haben.


Gruesse,
Paul

AW: Pinhole, Zonenplatte, Zonensieb unt Photonensieb?

saw0 schrieb:

Das ist die theroretische Beschreibung einer solchen Cantor basierten Platte, die gibt es noch nicht. Oder hast du eine Bezugsquelle?

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Noch nicht. Aber es gibt schon Gedanken darüber. Ich brauche eine passende Vorlage. Ich denke aber, sie wurden in den wissenschaftlichen EInrichtungen erprobt, ich glaube nicht, dass es nur Berechnungen sind.

Lochkameras und Zonenplatten usw. werden ja vor Allem für spezielle fotografische Aufgaben verwendet (z.B. Lithografie, Röntgen usw.) - auch für Wellenlängen, wo es keine geeigneten Optiken gibt oder diese sehr schwierig herzustellen sind.


Klar ist ja, dass der Cantorstaub nicht wirklich verwendet wird, sondern eine sehr endliche Annäherung.

AW: Pinhole, Zonenplatte, Zonensieb unt Photonensieb?

Aufnahme mit Photonensieb während partieller Sonnenfinsternis.
Sonnenfinsternis 20.03.2015 by hutschinetto, on Flickr

Eigenartigerweise ist die Sonne rund und keine Sichel.
Ich vermute, die Sichel wird vom Überstrahlen überdeckt und ist viel kleiner, als der Lichtkreis.

Fraktale Objektive

Eine sehr merkwürdige Sache sind die relativ neuen "fraktalen" Objektive.
Sie sind vom Photonensieb bzw. von der Zonenplatte abgeleitet, verwenden aber eine fraktale Verteilung der Zonen bzw. Punkte.
Bei einer fraktalen Zonenplatte kann man es sich so vorstellen, dass die Ringe nicht gleichmäßigen Flächeninhalt haben, wie bei der eigentlichen Zonenplatte, sondern die Ringe bilden ein fraktales Muster.
Der Vorteil ist, dass sie eine größere Schärfentiefe/Tiefenschärfe aufweisen. Sie haben zugleich mehrere "Brennweiten".

Der Haupteinsatz ist nicht bei gewöhnlicher Fotografie, sondern an Stellen, wo Glasobjektive nicht geeignet sind, zum Beispiel Lithografie (im technischen Bereich).

Es gibt zahlreiche Untersuchungen, aber vor allem in englischer Sprache.


Quelle in Englisch (mit Bildern)

Fractal photon sieve
Fernando Giménez, Juan A. Monsoriu, Walter D. Furlan, and Amparo Pons
http://arxiv.org/ftp/physics/papers/0610/0610212.pdf

Es werden auch quadratische fraktale Strukturen verwendet, die mit Cantorstaub funktionieren:
(auch englisch mit Bildern)
Cantor dust zone plates
Vicente Ferrando,1,2 Arnau Calatayud,1 Fernando Gimenez, ´ 3
Walter D. Furlan,2 and Juan A. Monsoriu1,∗

http://www.opticsinfobase.org/view_...-2701.pdf?da=1&id=248761&seq=0&mobile=no&org=

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Es ist insofern besonders interessant, dass man vielleicht auch Lochkameras mit quadratischen Löchern oder anderen Lochformen verwenden kann.

AW: Fraktale Objektive

Hutschi schrieb:

Es ist insofern besonders interessant, dass man vielleicht auch Lochkameras mit quadratischen Löchern oder anderen Lochformen verwenden kann.

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Die klassischen Lochkameras leben eigentlich von den damals ueblichen grossen "Sensoren''. Die heutigen Sensoren sind relativ klein. Um ausreichende Tiefenschaerfe zu bekommen, koennte man zwar das Loch kleiner machen, haette dann aber mehr Beugungsunschaerfe.

Es scheint da zwei Auswege zu geben:

1. Man laesst das Loch gross und schaerft optisch nach mit einer geeigneten Sammellinse.

2. Man verkleinert das Loch und versucht die Beugung durch eine geeignete zusaetzliche ("fraktale'') Blende in den Griff zu bekommen.

Irgendwie finde ich beides nicht so toll. Der Charme des einfachen Loches ist weg.


Gruesse,
Paul

AW: Fraktale Objektive

Hallo, Paul,

die klassischen Lochkameras haben prinzipbedingt, außer im äußersten Nahbereich, überall ungefähr die gleiche Schärfe.

Für das Loch gibt es eine optimale Größe, diese ist vom Abstand des Loches zur Bildebene abhängig und bedingt durch Beugung (Loch größer machen) und Geometrie (Loch kleiner machen).

Die Größe des Loches bedingt aber die Lichtstärke. Die ist bei Lochkameras sehr klein.

Bei Photonensieben und Zonenplatten wird sie (viel) größer.
Dafür müssen diese wieder auf die Entfernung des zu fotografierenden Objektes eingestellt werden.

Das "normale" Loch entspricht zum Beispiel einer Blende von 256.
Das Zonenplattenloch vielleicht ca. 80.
Das fraktale Loch ist dann etwas lichtschwächer, weil einige der lichtdurchlässigen Teile ausgelassen werden.

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Die Objektive sind völlig verschieden.

Hier ein Beispiel für (nichtfraktales) Photonensieb:

Photonensieb - Osterglocke by hutschinetto, on Flickr

(Ohne Nachbearbeitung)

Man sieht deutlich die Abbildung des Siebs im Bild.

(Leider habe ich noch kein fraktales Objektiv).

Mit Photonensieben und Zonenplatten kann man sehr kleine Objektive bauen, viel kleiner als mit Glas.
Sie werden zum Beispiel in der Lithographie verwendet.
Und dort kann man die höhere Lichtstärke gut gebrauchen.

Ein anderer Anwendungsfall ist für spezielle Augenoperationen, der wurde in der Literatur angegeben, ob es gemacht wurde oder nur erst Forschung ist, weiß ich nicht. Man hat sozusagen den Nah- und den Fernbereich zusammen. (So habe ich es verstanden).

PS:
http://optics.org/article/26836
Jacqueline Hewett: Fractals improve imaging performance
Es funktioniert auch mit Röntgenstrahlen.

AW: Fraktale Objektive

Hutschi schrieb:

Hier ein Beispiel für (nichtfraktales) Photonensieb:

Photonensieb - Osterglocke by hutschinetto, on Flickr

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Mit APS-C Sensor? Dafuer kann man schon ganz schoen viele Details erkennen. Ich denke mit einem einfachen Loch waere das nicht moeglich. Der Beugungsschleier ueber dem ganzen Bild ist halt schon gewoehnungsbeduerftig.

Ich persoenlich bin ein grosser Fan der unscharfen Fotografie, tendiere aber mehr zum optischen Nachschaerfen mit einer Sammellinse. Dadurch kann man Beugungsschleier praktisch vollkommen eliminieren. Ist wohl letztendlich Geschmackssache.


Gruesse,
Paul

AW: Fraktale Objektive

Ja, APS-C

Photonensieb - Osterglocke by hutschinetto, on Flickr
Hier ein anderes Beispiel.
Im Vergleich zu einer normalen Lochkamera gibt es zwei Effekte:

Strahlende Farbflächen
Abbildungen der Objekttivöffnung an mehreren Stellen.

Fraktale Zonenplatten und -siebe werden noch selten für Kunst, meist für technische Zwecke verwendet.

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Ich habe kurze Belichtungszeiten und hohe Empfindlichkeit verwendet, das führt auch mit zum Rauschen.