Einfluss des Filterglases vor Sensor - Adaptierte Linsen

[Maximus]

http://www.lensrentals.com/blog/2014/06/the-glass-in-the-path-sensor-stacks-and-adapted-lenses

http://www.lensrentals.com/blog/2014/06/sensor-stack-thickness-when-does-it-matter
Kurzfassung:

Objektive werden so gerechnet, dass sie das Filterglas vor dem Sensor berücksichtigen und das ist auch bitter nötig.

Konsequenzen hat dies, wenn man Objektive an Kameras adaptiert, die eine andere Filterdicke vor dem Sensor haben, als das Ursprungssystem. Die Objektive erreichen dann nur einen Bruchteil ihrer optischen Leistungsfähigkeit.

 

[Gast_430858]

Konsequenzen hat dies, wenn man Objektive an Kameras adaptiert, die eine andere Filterdicke vor dem Sensor haben, als das Ursprungssystem. Die Objektive erreichen dann nur einen Bruchteil ihrer optischen Leistungsfähigkeit.

Interessant. Sieht erst mal dramatisch aus, vor allem, wenn man an die Adaption von alten Linsen denkt. Um den Effekt einschaetzen zu koennen, waere es gut zu wissen, wie dick diese Filter sind und welchen Brechungsindex das Material hat. Weiss das jemand?


Gruesse,
Paul

 

[Maximus]

Das ist Inhalt des zweiten Artikels Roger Cigala fängt gerade an eine solche Datenbank aufzubauen.

 

[Gast_430858]

Das ist Inhalt des zweiten Artikels

Ach, da steht ja so etwas. Danke! Das finde ich jetzt aber wirklich erschreckend. Wenn ich von einer Dicke von 1mm und einem Brechungsindex von 3/2 ausgehe, dann sorgt so ein Filter bei Strahlen, die vom Rand der Austrittspupille kommen und eigentlich (ohne Filter) im Zentrum des Sensors landen sollten fuer einen Versatz (senkrecht zur optischen Achse) von etwa 1/(6*F) mm (F Blendenzahl), unabhaengig von der Position des Filters. Das sind bei Blendenzahl F=16 etwa 10µm Versatz. Kommt mir komisch vor.


Gruesse,
Paul

 

[burkhard2]

Ach, da steht ja so etwas. Danke! Das finde ich jetzt aber wirklich erschreckend. Wenn ich von einer Dicke von 1mm und einem Brechungsindex von 3/2 ausgehe, dann sorgt so ein Filter bei Strahlen, die vom Rand der Austrittspupille kommen und eigentlich (ohne Filter) im Zentrum des Sensors landen sollten fuer einen Versatz von etwa 1/(6*F) mm (F Blendenzahl), unabhaengig von der Position des Filters. Das sind bei Blendenzahl F=16 etwa 10µm Versatz. Kommt mir komisch vor.

Das wäre das Ergebnis, wenn man wie ohne Filter fokussiert. Für achsnahe Strahlen wandert der Brennpunkt ja einfach um (n-1)d vom Objektiv weg, das würde man durch entsprechende Fokussierung ausgleichen. Dann ist die Abweichung bei Blende 16 nur noch bei 8,5 nm. Bei Blende 2,8 komme ich auf 1,6 µm, bei Blende 2 dann auf 4 µm, bei Blende 1,4 auf 12 µm (jeweils bei 1 mm Dicke, bei 2 mm ist es jeweils der doppelte Wert).

L.G.

Burkhard.

 

[Gast_430858]

.....das würde man durch entsprechende Fokussierung ausgleichen.

Gute Idee! Das sollte funktionieren.

Gruesse,
Paul

 

[ZoneV]

Das wäre das Ergebnis, wenn man wie ohne Filter fokussiert. Für achsnahe Strahlen wandert der Brennpunkt ja einfach um (d-1)n vom Objektiv weg, das würde man durch entsprechende Fokussierung ausgleichen...

Das macht freundlicherweise schon der Kamerahersteller.
Das Auflagemaß ist ein optisch gemessenes Maß, das mechanische Maß weicht also vom Sollwert (z.B. 44mm bei Canon EOS) ab.

 

[ZoneV]

...
Kurzfassung:

Objektive werden so gerechnet, dass sie das Filterglas vor dem Sensor berücksichtigen und das ist auch bitter nötig.
...

Nicht jeder Objektivhersteller macht das bei allen Optiken.
Zudem gibts ja z.B. bei Canon oder Nikon Optiken die zu Analog-Zeiten berechnet wurden, aber auch an der DSLR nutzbar sind - und zum Teil auch noch verkauft werden. Da die Fehler erst bei hoher Lichtstärke gravierend werden, kann das bei vielen Optiken auch vernachlässigt werden.

 

[Stuessi]

Die Dicke der Scheiben vor den Sensoren variieren wahrscheinlich auch von Kamera zu Kamera beim gleichen Hersteller!? Gibt es dann zu jeder Kamera neu berechnete Objektive?
Nun muss man untersuchen, welchen Einfluss auf die Bildqualität die erwähnten Abweichungen haben.

In analoger Zeit gab es keine Scheiben vor dem Film, die lichtempfindliche Filmschicht hatte (und hat) aber auch eine gewisse Dicke.
In alten Datenblättern habe ich diese Werte für Emulsionsschicht + Schutzschicht (und für das maximale Auflösungsvermögen) gefunden:

AGFAPAN 25: 5,5 µm (185 Lp/mm)
AGFAPAN 100: 9 µm (145 Lp/mm)
AGFAPAN 400: 13 µm (90 Lp/mm)
AGFAPAN 1000: 18 µm (80 Lp/mm)

 

[Stuessi]

erledigt

 

[Waartfarken]

Als ich davon zum 1. Mal gehört habe (das war vor Jahren), klang es für mich so, als könne man "eigentlich" mit fremden Objektiven gar nicht fotografieren. Man kann es aber in vielen Fällen doch, wenn auch nicht in allen.

Das Problem hier entsteht ja durch Teilstrahlen von gegenüberliegenden Rändern der Austrittspupille. Deren Ortsfehler wird natürlich um so größer, je größer die Austrittspupille ist, je näher am Sensor (bzw. Filterglas) sie liegt und je achsferner der betrachtete Bildpunkt liegt. Und das sind wohl im wesentlichen lichtstarke Weitwinkel.

Wenn man sich den Ortsfehler dieser Randstrahlen mal ausrechnet, kommt man zu teilweise erschreckenden Werten. Dass man dann trotzdem noch brauchbare Bilder erhalten kann, hängt wohl auch damit zusammen, dass die Randstrahlen nur relativ wegen zur Belichtung beitragen und das Problem in wesentlichen an Bildrand/-ecke bei weit offener Blende mit Weitwinkelobjektiven auftritt. Die haben da möglicherweise sowieso noch ganz andere Probleme (Bildfeldwölbung usw.) und oft genug hat man in solchen Fällen ohnehin keine bildwichtigen Motivteile in der Bildecke, die "knackscharf" werden müssten.

Beim Abblenden wird der Effekt immer kleiner und es bleibt am Ende eine minimale tonnenförige Verzeichnung.

 

[burkhard2]

Du hast Dich vertippt, richtig ist

(n-1)d

… hab's gleich geändert …

 

[burkhard2]

Wenn man sich den Ortsfehler dieser Randstrahlen mal ausrechnet, kommt man zu teilweise erschreckenden Werten. Dass man dann trotzdem noch brauchbare Bilder erhalten kann, hängt wohl auch damit zusammen, dass die Randstrahlen nur relativ wegen zur Belichtung beitragen und das Problem in wesentlichen an Bildrand/-ecke bei weit offener Blende mit Weitwinkelobjektiven auftritt. Die haben da möglicherweise sowieso noch ganz andere Probleme (Bildfeldwölbung usw.) und oft genug hat man in solchen Fällen ohnehin keine bildwichtigen Motivteile in der Bildecke, die "knackscharf" werden müssten.

Wobei der Effekt bei lichtstarken Objektiven und Offenblende auch in der Bildmitte deutlich sein dürfte. Könnte ein Grund sein, warum ältere lichtstarke Optiken bei Offenblende oft etwas schwächeln, aber bestimmt nicht der einzige. Dazu kommt, dass der Effekt durch den Filter entgegengesetzt zur sphärischen Aberration wirkt – ist sie also nicht vollständig auskorrigiert, dann wird die Gesamtschärfe in der Bildmitte durch den Filter nicht unbedingt deutlich schlechter.

L.G.

Burkhard.

 

[Gast_430858]

Für achsnahe Strahlen wandert der Brennpunkt ja einfach um (n-1)d vom Objektiv weg, das würde man durch entsprechende Fokussierung ausgleichen.

Irgendwie stehe ich hier noch auf dem Schlauch. Das d ist wohl die Dicke des Filters. Sollte n tatsaechlich der Brechungsindex des Filters sein?

Ich wuerde eigentlich erwarten, dass bei (theoretisch) sehr grossem Brechungsindex die Verschiebung des Brennpunktes die Dicke des Filters approximiert.

Gruesse,
Paul

 

[burkhard2]

Irgendwie stehe ich hier noch auf dem Schlauch. Das d ist wohl die Dicke des Filters. Sollte n tatsaechlich der Brechungsindex des Filters sein?

Ja.

Ich wuerde eigentlich erwarten, dass bei (theoretisch) sehr grossem Brechungsindex die Verschiebung des Brennpunktes die Dicke des Filters approximiert.

Ich hab' mal eine kleine Skizze mit Koordinatensystem gemacht (s. Anhang).


Die Steigung des einfallenen Strahls ist -tan(alpha), die des ausfallenen Strahls -tan(beta). Für kleine Winkel ist bekanntermaßen sin ≈ tan, und damit die Steigung des ausfallenden Strahls nach dem Brechungsgesetz um den Faktor n kleiner. Also liegt der Schnittpunkt mit der Achse um einen Faktor n weiter rechts (wie gesagt, näherungsweise nur für Strahlen, die flach einfallen).

Die Fokusänderung ist dann natürlich d · (1-1/n) … … damit stimmt natürlich deine Vermutung für große n.

L.G.

Burkhard.

 

[Gast_430858]

Die Fokusänderung ist dann natürlich d · (1-1/n) …

Das passt, denke ich. Vielen Dank!

Das ganze ist wohl so ein nichtlinearer Effekt, der darauf beruht, dass fuer besonders schraege Strahlen der Cosinus des Winkels deutlich kleiner als eins ist. Scheint wohl doch nicht so dramatisch zu sein. Ich habe gerade mit Blende 1,8 gegen Blende 5,6 experimentiert und sehe selbst mit Lupe im LV gar keinen Unterschied im Zentrum beim Fokussieren.

Gruesse,
Paul

 

[Waartfarken]

Ich habe da jetzt ein bisschen skizziert und rumgerechnet und komme mit einem einfachen strahlenoptischen Modell und bei kleinen Winkeln auf das für mich etwas verblüffende Ergebnis, dass die "Zerstreuungskreise" in der Sensorebene auf der gesamten Bildfläche gleich sind, also unabhängig von der Sensorgröße (solange "sin=tan" gilt). Angenommen habe ich dabei, dass ohne Glasschicht auf die Sensorebene fokussiert wurde und dann ein Glas eingefügt wird. Ansonsten alles klassische ebene Geometrie. Ist das so oder habe ich irgendwo was verstolpert? Dann wäre das bei Lensrentals beschriebene Phänomen eher ein Sekundäreffekt oder bei sehr lichtstarken der dann unzulässigen Näherung "sin=tan" zuzuschreiben?

Ich komme übrigens auf eine Fokusverschiebung d*(n-1), auch das unabhängig von der Bildhöhe, solange "sin=tan" angenommen werden kann. Und ich finde auch, dass das passt. Je größer der Brechungsindex des Glases, desto "achsparalleler" werden die Ausgangstrahlen und schneiden sich ggf. erst in sehr großer Entfernung hinter der Sensorebene.

 

[Magrat]

das ist jetzt ein bisschen spontan assoziiert, aber zu dem thema ist mir wieder dieser köstliche scherzartikel von der selben seite mit dem filter"turm" eingefallen:
http://www.lensrentals.com/blog/2011/06/good-times-with-bad-filters
;D

 

[Maximus]

Der relative Fehler, den man bei sin(x)=tan(x) macht ist cos(x). Bei 25° beträgt dieser 10%.

 

[burkhard2]

Ich habe da jetzt ein bisschen skizziert und rumgerechnet und komme mit einem einfachen strahlenoptischen Modell und bei kleinen Winkeln auf das für mich etwas verblüffende Ergebnis, dass die "Zerstreuungskreise" in der Sensorebene auf der gesamten Bildfläche gleich sind, also unabhängig von der Sensorgröße (solange "sin=tan" gilt).

Das ist normal – in dem Fall vereinfacht sich das Brechungsgesetz so, dass jeder Strahl senkrecht zur Glasoberfläche einfach um den Faktor n (Brechungszahl) gedehnt wird.

Ich komme übrigens auf eine Fokusverschiebung d*(n-1), auch das unabhängig von der Bildhöhe, solange "sin=tan" angenommen werden kann.

Wenn du nur die Glasplatte einsetzt, ist das im Prinzip richtig, aber dann liegt der Fokus nicht mehr auf dem Sensor, sondern weit dahinter. Die Unschärfe wäre riesig (und du hättest einen gewaltigen Backfokus).

Normalerweise setzt du die Glasplatte ein und justierst den Abstand des Objektivs neu (bzw. stellst einfach scharf), so dass der Fokus wieder auf dem Sensor ist. Dazu muss der Fokus ohne Glasplatte um d * (1-1/n) vor dem Sensor liegen. Daher die andere Formel.

L.G.

Burkhard.