Wir basteln uns ein Objektiv. Nur wie?

[Zersch]

Hier mal von mir wieder eine Frage, die mich brennend interessiert.

Ihr kommt frühmorgens gut gelaunt und fröhlich zu Canon auf Arbeit und dein Chef sagt dir, das du heute ein neues Objektiv entwickeln sollst. Sagen wir mal ein neues 35er. Lichtstärke 1,8.

Was mich daran jetzt interessiert, wie die Entwicklung eines Objektives geschieht. Insbesondere die Rechnungen der Linsen.

Wird da auf der optischen Bank per Try and Error experimentiert oder wird die optische Berechnung heutzutage per Computer durchgeführt.

Vielleicht habt ihr da auch Anschauungsmaterial für mich.

LG

 

[Gast_128349]

Die haben bestimmt immer ein Grundmodell. Darauf bauen die dann auf.

 

[Thunderclap]

Genau so wird es sein...
Als Basis dient eine vorhandene Rechnung... dann wird entsprechend optimiert... zum einen optisch (vermutlich sowohl am Rechner als auch auf der Optischen Bbank (wozu aber erst einmal entsprechende Linsen hergestellt werden müssten... besonders asphären sind doch sehr individuell je nach Objektiv)), zum anderen aber auch die mechanische Komponenten wie Tubusführungen, AF-Antrieb, Blendensteuerung und die Elektronik (IS-Sensorik, AF-Elektronik, etc)

 

[baXus1]

Ich glaube das quasi alles am Computer entwickelt wird. Dann wird ein Prototyp hergestellt und getestet, wenn er nicht passt, gehts zurück an PC.
http://www.youtube.com/watch?v=OkWsk9rXpcU

 

[Thunderclap]

Am besten mal den User (und Optik-Guru) "Frank Klemm" fragen

Ich könnte mir vorstellen der kann da jedes Detail von berichten...

 

[TomTom79]

Es wird meines Wissens schon seit den 70er Jahren auf dem Computer simuliert.

Ganz interessant, wenn auch eher anekdotisch und nicht als Anleitung geeignet : Geschichten zur Entstehung von Nikon Klassikern, erzählt von Entwicklungsingenieuren etc:

http://imaging.nikon.com/products/imaging/technology/nikkor/index.htm

Zum 70-200 vr f2.8: http://imaging.nikon.com/products/imaging/technology/scene/03/index_02.htm "Interviewer: What sort of simulations do you use in the design stage ?"

 

[hajue350d]

Hallo,

vielleicht wirst Du ja hier fündig: http://www.canon.com/camera-museum/tech/index.html

 

[Zersch]

Hallo,

vielleicht wirst Du ja hier fündig: http://www.canon.com/camera-museum/tech/index.html

Sehr interessanter Link. Leider aber nur über die Herstellung von Objektiven. Nicht über die Berechnung selbiger.

Also laut Nikon wird vieles am PC gerechnet und simuliert. Früher wars Try and Error wie es dem Text zu entnehmen ist.

 

[Gast_4334]

Im Canon EF Lens Work III wird die Konstruktion eines Objektivs beschrieben.

 

[HtPC]

Früher war die Rechnung das teure, da jeder Strahlengang gerechnet werden mußte. Das schafft der Computer in ein paar Sekunden. Was heute teuer sein wird ist die Optimierung der Fertigungskosten.
Anzahl der Linsen, Herstellung, Formen; Fassung; Kittung, Anzahl der Arbeitsschritte, verfügbare Fertigungslinie....

 

[Gast_57713]

Das ist ein weites Feld. Nicht ohne Grund kommen die besten Objektive von Herstellern, die dieses Gebiet seit vielen Jahrzehnten bis über ein Jahrhundert beackern. Das ist sehr sehr viel immer wieder weitergegebene Erfahrung drin, sowohl was die Konstruktion, als auch die Fertigungstechnologien betrifft. Nur mal eben so ein Objektiv konstruieren, das funktioniert nicht.
Für einen Überblick:
http://www.foto-net.de/net/objektive/kostruktion.html
(auch weiterführenden Links folgen)
http://www.mikroskopie-muenchen.de/pankrat.html
http://de.leica-camera.com/culture/history/leica_products/
Wenn ich mich recht erinnere, dann hatte ein Leica-Objektiventwickler (Schaefer hieß der Mann glaube ich) mal von 400 Freiheitsgraden gesprochen, die unter einen Hut gebracht werden müssen. Dabei sind die Tricks zur Verhinderung von Streulicht und die Vergütungstechnologien noch nicht eingerechnet. Vor ca. 30 Jahren waren mit der Berechnung einer Festbrennweite ca. 30 Ingenieure 1 Jahr lang beschäftigt. Es gibt Programme, die bei der Entwicklung unterstützen, diese sind aber auch nur so gut wie die Erfahrung und das Können der Optik-Entwickler und über die Jahre immer besser optimiert worden. Während und nach der reinen Optik kommt dann die Konstruktion der Fassung. Das ist auch wieder eine Wissenschaft für sich. Das hochpräzise Fassen der Linsen ist dann je nach geforderter Präzision ein Fall für lange geübte und erfahrene Hände. Das kann man nicht eben mal in ein paar Wochen lernen. Eine wirklich gute Fassung mit exakter Zentrierung geht noch immer nicht mit Automaten. Deshalb haben wirklich gute Objektive eben ihren Preis.

 

[Tonsillus]

Das ist sehr sehr viel immer wieder weitergegebene Erfahrung drin, sowohl was die Konstruktion, als auch die Fertigungstechnologien betrifft. Nur mal eben so ein Objektiv konstruieren, das funktioniert nicht.

Genau so ist es. Im Laufe der Optikentwicklung hat es sich herausgestellt, daß nur ganz wenige Grundkonstruktionen für fotografische Optik geeignet sind. So sind z.B. alle lichtstarken Normalobjektive (50/1,8, 50/1,4) vom Gaußtyp. Dieses Objektiv wurde bereits 1896 von Dr. Paul Rudolf (Zeiss) als Gaußsches Doppelobjektiv (Planar) vorgestellt. Egal ob also Nikon oder Canon, Minolta oder Pentax draufsteht, es ist das gleiche Grundmodell. Seine Weiterentwicklung hängt entscheidend von den verfügbaren Gläsern ab. Immer, wenn die Glasindustrie Fortschritte bei den optischen Sondergläsern macht, profitieren auch diese Optiken davon.

Zum Rechenaufwand, ich habe mal ein Foto gesehen, auf dem die Berechnungsunterlagen (Reinschrift) für das 1936 zur Olympiade in Berlin hergestellte Olympia-Sonnar 2,8/180 gezeigt wurden. Das war ein über anderthalb Meter hoher Papierstapel.

Foto-Objektive hoher Güte gibt es nicht erst seit heute. Das kurz nach 1900 hergestellte Goerz Dagor 6,8 hat eine extreme Schärfe über das ganze Bildfeld. Es war ein symmetrischer Sechslinser in zwei Gruppen, selbstverständlich unvergütet.

Auch extreme Weitwinkel gab es schon um 1900, z. B. das Hypergon mit 135°(!) Bildwinkel.

Die Reihenfolge, erst Rechnen dann Bauen, ist schon seit etwa 1850 Standard in der optischen Fertigung. (Durch Joseph Fraunhofer eingeführt)

Die heutige Spitze im Objektivbau stellen wohl die Objektive zur Maskenbelichtung in der Halbleiterindustrie dar. Es sind zentnerschwere Konstruktionen, die Fassungspräzision liegt weit unter einem Mikrometer, sie sind nur für eine Lichtfarbe und einen Abbildungsmaßstab konstruiert, liefern dann aber streng beugungsbegrenzte Bilder, völlig verzeichnungfreie Bilder.

Ohne großen Aufwand selber bauen lassen sich sogn. Landschaftslinsen (einfaches Brillenglas) oder Periskope (zwei Brillengläser, die hohlen Seiten gegeneinander, Mittelblende) Letzteres ist sogar verzeichnungsfrei!

 

[Frank Klemm]

Hier mal von mir wieder eine Frage, die mich brennend interessiert.

Ihr kommt frühmorgens gut gelaunt und fröhlich zu Canon auf Arbeit und dein Chef sagt dir, das du heute ein neues Objektiv entwickeln sollst. Sagen wir mal ein neues 35er. Lichtstärke 1,8.

Objektiventwicklung ist an sich ganz einfach ;-), wenn es um so etwas wie eine mittellichtstarke Festbrennweite geht.

• Grundaufbau festlegen (Anzahl der Linsen, Materialien, minimale Radien, maximale Dicken, ...)
• Wertungsfunktion festlegen (optische Fehler, Materialbedarf, ...)
• Optimierung der Flächen starten

Bei einem 35/1.8 hat man Erfahrung aus 8 Jahrzehnten, dort wird man mit einem 6-linsigen Gauss anfangen. Die eigentliche Optimierung dauert vielleicht ein paar Minuten.

Der große Aufwand besteht dahingehend, das System hinsichtlich Abbildungsfehler, Aufwand und Empfindlichkeit gegenüber Herstellungstoleranzen zu optimieren. Damit ist man Monate beschäftigt, alternative Möglichkeiten durchzuprobieren. Was kann man dem Anwender zumuten, wie läßt sich das herstellen, wieviel könnte man davon verkaufen?

Komplexer zu berechnen sind Zoomobjektive, der Suchraum ist dort ungleich größer als bei Festbrennweiten. Statt 10 bis 12 Flächen sind dort 35 bis 40 Flächen durchzurechnen, es gibt mehr Materialkombinationen und der gesamte Zoommechanismus muß auch noch mechanisch machbar sein. Das ganze gleicht trotz moderner Numerik der Suche einer Stecknadel in hunderten von Heuhaufen.

Prinzipiell gibt es zwei Wege der Optimierung von Optiken. Die ältere, einfachere und nicht ganz so komplexe beschreibt die Linse in Form von Matrizen (Mathematik) und optimiert das ganze als Gleichungssystem.
Neuere Verfahren benutzen Raytracing, sind aufwendiger, können aber auch komplexere Optiken (in denen optische Fläche mehrfach durchlaufen werden) und Streustrahlung mit berücksichtigen.

http://www.zemax.com/kb/articles/68...on-Quality-Graphics-and-Animations/Page1.html

Optimierung von optischen Elementen ist eine der größeren Anwendungen von Rechentechnik (angefangen Mitte der 1950er Jahre) gewesen. Heutige Zoom wären ohne sie nicht möglich.

Nähere Angaben kann ich nicht machen, da ich mich damit nicht auskenne.

 

[el.nino]

und auch hierzu mein "lieblingslink" vom immer noch besten objektivhersteller

http://de.leica-camera.com/assets/file/download.php?filename=file_140.pdf
(seite 4-14)

Es ist klar, dass jeder Hersteller optischer Geräte nicht mehr ohne den Einsatz von Rechenanlagen auskommt. Es stimmt, dass moderne Rechenprogramme neue, auf vorgegebene Spezifikationen abgestimmte optische Konstruktionen fast ohne menschliche Beeinflussung oder Führung erstellen können.
Die Wahrscheinlichkeit, dass eine derartige Konstruktion die ideale Lösung für den vorgesehenen Zweck darstellt, ist etwa eins zu einer Milliarde. Deshalb ist die Kreativität des Konstrukteurs für die optimale Leistung eines optischen Systems maßgebend, sogar entscheidend.
Man könnte es als merkwürdig empfinden, dass ich auf die Bedeutung der Kreativität und der Kunst des Konstrukteurs im Zusammenhang mit optischen Rechnungen hinweisen möchte....

 

[Gast_4334]

Komplexer zu berechnen sind Zoomobjektive, der Suchraum ist dort ungleich größer als bei Festbrennweiten. Statt 10 bis 12 Flächen sind dort 35 bis 40 Flächen durchzurechnen, es gibt mehr Materialkombinationen und der gesamte Zoommechanismus muß auch noch mechanisch machbar sein. Das ganze gleicht trotz moderner Numerik der Suche einer Stecknadel in hunderten von Heuhaufen.

Komisch nur das so gut wie keine neuen Festbrennweiten kommen von Canon, Nikon, Pentax, Sony, wenn die so "einfach" zu konstruieren sind, und Zooms so "komplex".

 

[Graumagier]

Komisch nur das so gut wie keine neuen Festbrennweiten kommen von Canon, Nikon, Pentax, Sony, wenn die so "einfach" zu konstruieren sind, und Zooms so "komplex".

Wieso sollte das Eine was mit dem Anderen zu tun haben? Gerade besagte "mittellichtstarke" Festbrennweiten (50mm f/2,8) sind sicherlich nicht aufwendig zu konstruieren, warum werden sie wohl trotzdem nicht produziert?

 

[Frank Klemm]

Komisch nur das so gut wie keine neuen Festbrennweiten kommen von Canon, Nikon, Pentax, Sony, wenn die so "einfach" zu konstruieren sind, und Zooms so "komplex".

Berechnen ist das eine, Herstellen, Verkaufen, Service das andere.

Das Optikdesign macht vielleicht 5 bis 10% der Entwicklungsaufwände aus. Danach fängt der eigentliche Spaß an. Prototypenbau, erste Tests, Modifikationen, Bau der Nullserie, Herstellen aller für die Herstellung notwendigen Werkzeuge, Produktion, Werbung, Service, Vorrätighalten von Ersatzteilen, Analyse von Servicefällen, Modifikationen in der laufenden Serie zum Vermeiden von Garantiefällen, ...

Da sind für ein neues Produkt schnell 2 bis 5 Millionen € gebunden.

Das ganze muß man dann gegenüber dem Nutzen abwägen. Wenn ich nicht gerade richtige Löcher stopfe, verkaufe ich kaum mehr. Was würde es z.B. Canon bringen, ein EF 85/1.4 für 900 € zu verkaufen? Oder ein EF-S 63/1.8 für 350 €? Außerdem werden nicht so große Mengen an Festbrennweiten verkauft, das ist ein Randgeschäft. Und da noch rentable Löcher zu finden, ist nicht sonderlich einfach.

Es kostet Geld, die Verkaufszahlen von "benachbarten" Objektiven reduzieren sich leicht und ein neues Produkt wird verkauft.

Ausnahme sind vielleicht Prestige-Objektive, die man als Werbung ansehen kann. Trotz 11.000 € kann es z.B. sein, das sich ein EF 800/5.6 nicht rentiert, aber Leute zu Canon greifen, weil es das gibt, wenn sie es brauchen würden.

 

[el.nino]

die nachfrage danach dürfte wohl im "alles muss schnell gehen und bloß kein aufwand"-zeitalter einfach nicht hoch genug sein.

zumal viele der festbrennweiten hervorragend sind und sich der konstruktionsaufwand für marginale verbesserungen nicht lohnen würde.

 

[Frank Klemm]

Wieso sollte das Eine was mit dem Anderen zu tun haben? Gerade besagte "mittellichtstarke" Festbrennweiten (50mm f/2,8) sind sicherlich nicht aufwendig zu konstruieren, warum werden sie wohl trotzdem nicht produziert?

Kein Markt. Für EF-S gibt es das 60/2.8 (was gut ist), für EF das 50/1.2 (was teuer ist) und das 50/1.4 (was sehr streulichtempfindlich ist). Außerdem gibt es noch Zooms, die auch Blende 2,8 haben (EF-S 17-55, EF 24-70).

Ich glaube nicht, daß der Markt für Festbrennweiten mit Blende 2,8 so groß ist. Entweder Zoom oder Blende 2 und lichtstärker. Oder Macro. Oder UWW.

 

[Gast_57713]

Da wäre auch noch ein Link: http://www.leica-camera.de/assets/file/download.php?filename=file_560.pdf