Sind Zooms so schwierig zu entwickeln?

[Zapilon]

Viele chinesische Firmen und auch Cosina aus Japan stellen nur Festbrennweiten her. Sind Zoomobjektive so kompliziert in der Herstellung und Entwicklung?

 

[Capellaner]

Mit Sicherheit. Nicht aus Versehen haben Zoomobjektive im Schnitt viel mehr optische Fehler (Kissenverzerrungen u.v.m.), sind vergleichsweise lichtschwach (lassen nur bei relativ kleinen Blenden Licht durch) und sind bei Perfektionisten nicht sooo beliebt.

Alleine das Problem, dass Licht abhängig von seiner Wellenlänge verschieden stark gebrochen wird (s. Regenbogen) ist ziemlich schwer in den Griff zu kriegen - und das dann auch noch für variable Brennweiten. Schau Dir mal ein Zoomkonstrukt an, da sind mit Leichtigkeit 10 und mehr Linsen verbaut.

 

[ayreon]

Es ist eine Lernkurve wenn man bedenkt, dass Samyang mittlerweile ein sehr ordentliches 24-70 2,8 rausgebracht hat.
Laowa baut ja auch Zooms (aber ohne AF) die aber mittlerweile auch ihren Preis haben.
Aber ich denke, für exotische Brennweiten ist die Zeit bei den Herausforderern noch nicht reif so dass das eher Tamron oder Sony machen.
Es wäre aber eigentlich eine interessante Lücke anstatt mit der xten Version hinterher zu hecheln

 

[Dominic F.]

Schau Dir mal ein Zoomkonstrukt an, da sind mit Leichtigkeit 10 und mehr Linsen verbaut.

Das Canon RF 28-70 L hat sogar 19 Linsen in 13 Gruppen! Und obwohl das wirklich sehr gut ist und speziell durch die hohe Lichtstärke bei sehr guter Abbildungsqualität das beste Zoomobjektiv, das ich persönlich kenne und bisher genutzt habe, reicht selbst das nicht an eine gute Festbrennweite wie z.B. das EF 35 L II heran, obwohl das 35er nur die Hälfte kostet und wiegt und die doppelte Lichtstärke bietet.

Aber was da alles an Technik reingeflossen ist. Die ganze Korrekturarbeit für die zig Abbildungsfehler bei den verschiedenen Brennweiten und Fokuseinstellungen für die unterschiedlichen Wellenlängen des Lichtes, das erforderte asphärische Linsen, Ultradispersionslinsen und spezielle Glassorten und ich weiß nicht was alles. Die Linsenrechnungen sind ja das eine, die sind ja teilweise schon alt, aber die Möglichkeit, diese Linsenrechnungen auch wirklich in der Produktion umzusetzen benötigt sehr komplexe Produktionsverfahren. Und dann will man auch noch eine geringe Serienstreuung haben, bei derart vielen Teilen - das ist schon enorm schwierig mit den Zooms.

Ich kann dazu empfehlen, mal irgendwelche teardowns von lensrentals zu lesen, da wird schön gezeigt, wie komplex so ein Objektiv (nicht spezifisch ein Zoom) ist. Der teardown des EF 35 L II hatte mich damals überzeugt, dass auch die teuren Objektive ihr Geld wert sind. Hier z.B. vergleichender Teardown von ein paar 24-70ern:
https://www.lensrentals.com/blog/2013/01/24-70mm-f2-8-lens-teardown-comparison/

 

[Gelöschtes Mitglied 132638]

Viele chinesische Firmen und auch Cosina aus Japan stellen nur Festbrennweiten her. Sind Zoomobjektive so kompliziert in der Herstellung und Entwicklung?

Ich glaube ehrlich gesagt, dass es viel mit dem gegegnwärtigen FB-Hype zu tun hat. So viel Leute kriegen glänzende Augen wenn irgendwo das Schlagwort "Freistellung" erschallt. Unsere lokalen Pressefotografen (die meisten mit einer Nikon Z unterwegs) nutzen fast ausschließlich Zoom Objektive.
Ich nutze durchaus auch gerne FB, aber dies hauptsächlich wegen des geringen Gewichts und der Größe meines Systems. Pana GX7, 1,7/20, 1,8/45 - reicht bei mir für 95% meiner Aufnahmen und kleiner und leichter geht's kaum. Mehr Freistellung als mit dem 45er brauche ich nicht. Kann man wundervolle Portraits mit machen. In den seltenen Fällen wo ich Weitwinkel oder mehr Tele brauche, kommt das 14-140 dran.

 

[Helga-Schneider]

[...] Sind Zoomobjektive so kompliziert in der Herstellung und Entwicklung?

Nein, nicht kompliziert. Schwierig ja, aber insbesondere aufwändig. Zoomobjektive erfordern viele Berechnungen / Simulationen, weshalb das verstärkte Aufkommen der Zoomobjektive ab den 70er ... 80er Jahren mit der verfügbaren Rechenleistung einherging.

Und ja - auch die Herstellung ist aufwändig, insbesondere die Herstellung mancher Linsen.

[...] haben Zoomobjektive im Schnitt viel mehr optische Fehler (Kissenverzerrungen u.v.m.), sind vergleichsweise lichtschwach (lassen nur bei relativ kleinen Blenden Licht durch) [...]

Das ist so nicht korrekt, oder?
Ich habe einige Zooms, die lassen auch bei großen Blenden Licht durch. Bei kleinen ebenso, nur halt weniger Licht.

Lichtschwach?
Auch das nicht prinzipiell.
Das SIGMA 50-100mm F1,8 DC HSM Art ist weder relativ noch absolut lichtschwach.
Anfangsöffnung 1.8 und - mit der Blende - auf f/16 abblendbar.

Ein 35-50 f/1.2 ist durchaus denkbar. Möglich, dank aufwändiger Berechnungen und Fertigungsknowhow.

Gruß
Helga

 

[Borgefjell]

Bei einer Festbrennweite verschiebt sich eine Linse/Linsengruppe (stimmt heute nicht mehr zu 100%, aber bei den günstigen Konstruktionen trifft es zu)

Bei einem Zoom sind zig Linsen variabel und dann muss noch der Fokus passen, kaum einer würde da auf AF verzichten, um konkurrenzfähig zu sein, müssen beim Fokussieren ggf. sogar mehrere Linsengruppen gleichzeitig angesteuert werden...

Ganz andere Herausforderungen, zumal das mechanische Spiel dann ja auch nach zig tausend Zoom-Vorgängen noch minimale Toleranzen aufweisen muss

 

[Polyphemos]

Viele chinesische Firmen und auch Cosina aus Japan stellen nur Festbrennweiten her. Sind Zoomobjektive so kompliziert in der Herstellung und Entwicklung?

Kein Stück.

Die von Dir zitierten Firmen bringen aber primär rein manuelle Optiken raus und die Nachfrage nach manuell zu fokussierenden Zooms dürfte in 2023 gleich Null sein.

Die Firmen, die AF-Objektive anbieten haben idR auch Zooms.

 

[Helga-Schneider]

Kein Stück.
[...]

Und warum sind Zoomobjektive in den 70er, 80er und 90er Jahren viel schlechter als Festbrennweiten gewesen und sind noch immer etwas schlechter?
Warum gibt es kein 10-800 mm f2 das z.B. bezüglich Schärfe, Verzeichnung, Vignettierung etc. nicht schlechter ist als alle dazwischenliegenden verfügbaren Festbrennweiten?

Kein Stück.

[...] und die Nachfrage nach manuell zu fokussierenden Zooms dürfte in 2023 gleich Null sein.
[...]

Sie ist aber nicht 0. Ganz sicher nicht!

 

[Borgefjell]

Warum gibt es kein 800/2... weil es schon als Festbrennweite nicht tragbar wäre und als Zoom erst recht nicht.

Und ja natürlich sind Zooms schwerer zu entwickeln und erfordern mehr Aufwand bei der Konstruktion, da ja unzählige Brennweiten gleichzeitig optimiert werden müssen - es wird aber dank Computer immer einfacher

 

[Mary Mosaike]

Die Carena Zoomex (http://www.kameramuseum.net/0-filmkameras/carena/variogon-zoomex-re.html) von 1962 hat ein Zoomobjektiv 7,5-35mm Lichtstärke 1,8 durchgehend, wenn man die Größe des Objektives zum Filmformat (Doppel-8: 3,6x4,8mm) wird schnell klar, dass Zoomobjektive für größere Formate und hohe Lichtstärken schnell Ausmaße annehmen, die unhandlich werden. Auch bei lichtstarken Festbrennweiten gibt es Objektive, die extreme Ausmaße erreichen. https://petapixel.com/2010/09/15/ki...-3-lens-for-hasselblad-medium-format-cameras/

 

[Helga-Schneider]

[...] natürlich sind Zooms schwerer zu entwickeln und erfordern mehr Aufwand bei der Konstruktion, da ja unzählige Brennweiten gleichzeitig optimiert werden müssen [...]

Yepp
- sie sind schwer und
- sie sind schwierig zu entwickeln
- es gibt ehrlicherweise unendlich viele Brennweiten. Die werden aber natürlich in Stufen berechnet. Sonst würde man nie damit fertig

 

[blue:bird]

Sie sind schwieriger zu designen als herkömmliche Festbrennweiten. Das Design ist jedoch nicht alles; die Fertigung spielt ebenfalls eine Rolle.

Dabei ist die Herstellung einzelner Linsen nicht das ausschlaggebende Kriterium. In der Herstellung ist es egal auf einer Maschine Linse 3 von 18 für ein Objektiv geschliffen/poliert wird, oder ob es Linse 2 von 6 ist. Wichtiger sind danach die Anforderungen an Montage und Justage sowie die Spezifikationen des finalen Produkts. Auch die Messtechnik spielt eine Rolle.

Reicht es bspw. bei einer Festbrennweite, die Linsen in 2 Gruppen zusammen zu bauen, die 1x vor und 1x hinter die Blende gesetzt wird und aufeinander abgestimmt werden muss, gibt es bei einem Zoom sehr viel mehr Gruppen, die aufeinander abgestimmt werden müssen. Dies erfordert höhere Anforderungen die Toleranzen der einzelnen Gruppen aber auch an den Korrektionszustand der einzelnen Gruppen.

Ein schlechtes Design zeichnet sich z.B. dadurch aus, dass die Qualität des Objektivs erst im Zusammenspiel mit den anderen Gruppen erreicht wird. D.h. z.B. die positive sphärische Aberration von Gruppe 1 wird erst durch die negative sphärische Aberration von Gruppe 2 korrigiert. Es ist praktisch nie der Fall, dass man die Aberrationen überall komplett auf 0 bekommt; es bleibt also immer ein Restfehler übrig, aber ein gutes Design unterscheidet sich von einem schlechten genau darin: Die Aberrationen sind über alle Gruppen ausgewogen verteilt, wodurch das Objektiv beim Zusammenbau nicht so stark auf eine Fehlstellung im Rahmen der Toleranz reagiert.

Das ist die Kunst des Objektivbaus. Und das gilt für alle Objektive die viele Linsen haben. Dazu gehören u.a. hochauflösende Mikroskop-Objektive, Lithographie-Objektive aber auch eben Zooms.

 

[KN-Ipser]

Warum gibt es kein 800/2... weil es schon als Festbrennweite nicht tragbar wäre und als Zoom erst recht nicht.

Jau. Um sich das mal vorzustellen: die Eintrittspupille hätte einen Durchmesser von 400mm also 40cm !! Ein Objektiv also mit einem halben Meter Durchmesser.

Ein lichtstarkes Tele-Zoom ist z.B. das Sigma 200-500/2.8. Und das ist schon ein echter Brummer: https://www.sigma-foto.de/fileadmin...mm_F2.8_EX_DG/img/200-500mm_F2_8_EX_DG_PR.pdf

 

[Helga-Schneider]

Das zuvor genannte 10-800 mm f2 wäre dann noch aufwändiger und schwerer. Sowie vermutlich schwierig in der Entwicklung und Produktion.

Beides wird es im Consumerbereich wohl nie geben ...

 

[andre_xs]

Ich finde die Diskussion sehr interessant. Gibt es hierzu eine Doku / YouTube video o.ä.?

Ich habe mich auch immer gefragt, warum selbst die grossen Hersteller Linsen so langsam (nach und nach) auf den Markt bringen. Ich schätze mal, dass bei der Komplexität die komplette "Kamera-Linsen-Abteilung" von Canon nicht an mehr als 2-3 Linsen gleichzeitig arbeiten kann?

Auch meine ich hier herausgehört zu haben, das man ein Objektiv nicht mal eben am Computer entwirft, dann einen Prototypen baut, und dann passt's schon. Sondern dass wahrscheinlich viel Handarbeit und Trial-and-Error dabei ist? Also man entwirft ein Design, baut es, und merkt dann, dass es doch nicht so ganz wie gewünscht funktioniert, also ändert man etwas, probiert nochmal, usw.

Oder liege ich da falsch?

 

[Zapilon]

Ich finde die Diskussion sehr interessant. Gibt es hierzu eine Doku / YouTube video o.ä.?

Hier ist ein Interview mit Peter Karbe von Leica: https://www.youtube.com/watch?v=HTLi-wcXBtQ

Ein Vortrag von Karbe: https://www.youtube.com/watch?v=A_1eYY8a0PU

 

[blue:bird]

Ich finde die Diskussion sehr interessant. Gibt es hierzu eine Doku / YouTube video o.ä.? [...]

Nein, normalerweise arbeitet an einem System 1 Designer. Das ist keine Arbeit, die sich parallelisieren lässt, da sich ein Objektiv nicht in einzelne Subsysteme zerlegen lässt, die von unterschiedlichen Personen entwickelt werden können.
Es gibt zerlegbare Systeme, wie z.B. Unendlich-Mikroskope (Mikroskop-Objektiv + Tubuslinse) oder optische Systeme bei denen Strahlengänge für verschiedene Anwendungen aus/eingekoppelt werden (Laser, Fluoreszenz, Kamerasysteme) uvm., aber die spielen im Foto-Bereich keine Rolle. (ein Äquivalent wären z.B. Telekonverter, Vorsatzlinsen usw.)

Nachtrag: später arbeiten natürlich mehr Leute an dem objektiv/Projekt. Systemingenieure oder Monteure oder Feinoptiker eben, die unterschiedliche Aufgaben bearbeiten.

Ich würde schätzen, das Canon/Nikon usw. ein Team an Optikdesignern in der Größenordnung von 10-20 Leuten hat. Das schließt aber alle Bereich ein, also z.B. bei Nikon alles was sich hier finden lässt:
https://www.nikon.com/
Heißt: Die sitzen nicht alle das ganze Jahr da, und machen nur Foto-Optik.

Ansonsten ist der Entwicklungsprozess so ähnlich wie du es beschrieben hast: Man entwirft am PC, baut Muster auf und schaut ob es passt, und macht dann ggf. noch Schleifen zur Optimierung.
Aber das ist der Standardprozess in der Entwicklung von egal welchen Produkten. Das ist in der Automobil-Branche genauso wie in der Photonik-Branche.

Ein konkretes Video kann ich dir nicht empfehlen, aber stell einfach Fragen. Ich arbeite in der Branche, und kann dir da grundlegende Fragen beantworten.
Wenn du dich selbst dafür interessierst, empfehle ich dir ganz klar, dich mehr in Astronomie- oder Mikroskop-Foren zu lesen. Dort ist der Wissensaustausch über Optikdesign erheblich höher, allerdings beschränkt er sich v.a. auf das Optikdesign von einfacheren Systemen. In Astro-Foren ist das Thema Achromat oder Apochromat sehr beliebt ...

 

[Helga-Schneider]

Nein, normalerweise arbeitet an einem System 1 Designer. ...

Das ist vermutlich nicht so.
Es sind
- Linsen
- Linsengruppen
- Mechanik zu Kopplung der Gruppen
- Sensorik und Aktoren sowie die
- Steuerung
zu designen (CAD). Wohl von min. einem MA pro Gebiet. Hinzu kommen Festigkeitsberechnkngen, Tribologie etc.

Die Berechnung der Optik(en) wird wohl einem kleinen Expertenteam unterliegen.
Vermutlich wird es Produkt-Manager geben, die ein oder mehrere Produkte betreuen.
Schließlich wird dem ganzen noch ein Gesamt-Designverantwortlicher übergeordnet sein.

Dass das ganze bei Zoom-Objektiven aufwändiger/schwieriger
ist, leuchtet ein.


Zur Produktlaufzeit.
Je länger die ist, um so besser ist es für den Hersteller, solang die Verkaufszahlen nicht einbrechen, weil
- der Markt gesättigt oder
- die Konkurrenz besser ist.

.

 

[Krae]

Auch meine ich hier herausgehört zu haben, das man ein Objektiv nicht mal eben am Computer entwirft, dann einen Prototypen baut, und dann passt's schon. Sondern dass wahrscheinlich viel Handarbeit und Trial-and-Error dabei ist? Also man entwirft ein Design, baut es, und merkt dann, dass es doch nicht so ganz wie gewünscht funktioniert, also ändert man etwas, probiert nochmal, usw.

Oder liege ich da falsch?

Was hier immer durcheinandergeht sind Aussagen zum theoretischen Design und zu Prototypen/Vorserien und letztlich zur Produktion/Vertrieb.

Das theoretische Design der Optiken geht per Computer sehr einfach und schnell. Wenn hier auch nur ein wenig vernünftig automatisierte Software genutzt wird - wovon man bei Brnachengrößen ausgehen muss - dürfte das eine Sache von Stunden/Tagen sein, sobald die Vorgaben aus dem Produktmanagement da sind (Preis, Größe, Brennweiten etc).
Der Computer kann ja beliebig Permutationen durchprobieren. Die Lage ist da völlig anders als in den 70ern, wo noch schick per Rechenschieber eine Variante durchdacht wurde.
Heute kannst Du ja sogar mit Freeware solche Rechnungen am Rechner machen (allerdings ohne Variantendurchrechnung). Da stecken dann schon alle physikalischen Eigenschaften von Dutzenden kommerziellen optischen Glassorten drin.
Das Design der ganzen Bauteile, die keine optischen Elemente sind, dürfte eher aufwendiger sein.

Wirklich Zeit kostet überall die Strecke zur Vorserienfertigung, wo man mit echten Maschinen rumhantieren muss. Das dürfte zu einigen Iterationen führen.

Und die größte Zeitstrecke ist dann der Produktionsanlauf bis zum Endkunden. Da muss nicht nur die Massenfertigung höchstqualitativ eingerichtet werden, sondern auch laufen und es müssen Bestände aufgebaut werden, Händler geschult, Werkstätten geschult usw.

Ich denke, die Gewichtung der drei Zeitstrecken geht in die Richtung 10%/30%60%.