Aus welchem ​​Bezugspunkt wird die Brennweite eines Objektivs berechnet?

Ich verstehe die Idee einer Brennweite für eine einzelne Linse, dh den Abstand von der Linse zu dem Punkt, an dem parallele Lichtstrahlen konvergieren. Wo genau wird bei einem Fotoobjektiv mit mehreren Linsenelementen die Brennweite des gesamten Objektivs gemessen?

Beginnen wir mit dem einfachen Fall, einem einzelnen Element:

Von oben: Positiv- / Konvexlinse, Negativ- / Konkavlinse, Konkavspiegel, Konvexspiegel.

Parallele Strahlen, die in die Linse eintreten, fokussieren an einem Punkt (F), und die Brennweite (f) ist durch den Abstand zwischen der Mitte der Linse (der optischen Mitte ) und dem Fokuspunkt gegeben.

Der Bezugspunkt ist also das optische Zentrum eines einzelnen Elements.

OK, aber was ist mit Linsen mit mehreren Elementen?

Für Linsen mit mehreren Elementen gibt es keinen Referenzpunkt, den Sie leicht finden können . Wie David sagt, ist der Bezugspunkt der Mittelpunkt eines hypothetischen Einzelelements mit derselben Brennweite.

Dieser Bezugspunkt kann sich an einer beliebigen Stelle befinden - vor dem ersten Element, innerhalb der Linse oder hinter dem letzten Element.

Wie kann das optische Zentrum außerhalb der Linse verschoben werden?

Telegruppe: Am häufigsten wird eine sogenannte Telegruppe verwendet:

In diesem Diagramm gibt es zwei Elementgruppen. Die erste Gruppe (links) verhält sich wie eine "normale" (konvexe oder positive) Linse, wodurch die Strahlen (blaue Linien) konvergieren. Die zweite Gruppe (rechts) ist die Telegruppe, die als Negativlinse fungiert und die Strahlen verbreitet.

Der Nettoeffekt ist, dass der Fokuspunkt das Äquivalent eines einzelnen positiven Elements viel weiter entfernt "sieht" (angezeigt durch rote gepunktete Linien). Es ist das optische Zentrum dieses hypothetischen "äquivalenten Einzelelements" (H '), das der Bezugspunkt für die Messung der Brennweite (f') ist.

Invertiertes Teleobjektiv: Sie können die Gruppen tauschen, um die Telegruppe in den Vordergrund zu stellen. Dann erhalten Sie ein (Weitwinkel-) Objektiv, bei dem der Abstand zwischen dem letzten Element und dem Fokuspunkt größer sein kann als die Brennweite. Diese Konstruktion wird als Retrofokuslinse bezeichnet .

Spiegel: Sie können auch Spiegel verwenden. Spiegelgläser "verwenden" ihre physikalische Länge wieder, indem sie die Strahlen vor und zurück reflektieren. Wiederum "sieht" der Fokuspunkt das Äquivalent eines einzelnen Elements viel weiter entfernt.

Spiegellinse, hier kombiniert mit Telegruppe

Warum willst du das tun?

Für lange Teleobjektive ist dies so, weil ein Standarddesign ein Objektiv ergibt, das physikalisch zu lang ist, um praktisch zu sein:

500mm Tele ohne Telegruppe. Ein 500 mm müsste mindestens 50 cm lang sein.

Bei Weitwinkelobjektiven muss zwischen Objektiv und Bildsensor mehr Platz gelassen werden. Beispielsweise gibt es 10-mm-Objektive für DSLRs, aber 10 mm zwischen dem Sensor und dem Objektiv lassen nicht genug Platz für den Spiegel. Ultrawide-Objektive sind daher in der Regel als Retrofokus-Objektive ausgeführt.

7,5 mm Fischauge ohne Retrofokus. Beachten Sie, dass der Tubus aus der Objektivhalterung herausragt, damit die Elemente nah genug am Film sind. Für die Montage des Objektivs war eine Spiegelverriegelung erforderlich, und Sie konnten weder den Sucher noch die integrierte Belichtungsmessung verwenden, während das Objektiv montiert war. (Bild von B & H )

Wie kann ich dann die Brennweite meines Objektivs überprüfen?

Siehe Brennweitenmessung .

Zusamenfassend:

• Machen Sie ein Foto von zwei entfernten Punkten
• Messen Sie den Winkel zwischen den Punkten
• Messen Sie den Abstand zwischen den Punkten auf dem Bildsensor (Zählen Sie die Pixel zwischen den Punkten im Foto und leiten Sie den Sensorabstand aus der Auflösung und der Sensorgröße ab).
• Brennweite = Abstand-zum-Sensor-in-mm / Winkel-in-Grad * (180 / pi)

Quellen:

• http://en.wikipedia.org/wiki/Telephoto_lens
• http://en.wikipedia.org/wiki/Optical_centre
• http://en.wikipedia.org/wiki/Focal_length
• http://en.wikipedia.org/wiki/Ang%C3%A9nieux_retrofocus
• http://www.bobatkins.com/photography/technical/measuring_focal_length.html

Bilder: Fisheye-Objektiv von B & H, andere Bilder mit freundlicher Genehmigung von Wikipedia.

Wikipedia gibt die Antwort ...

Wenn ein fotografisches Objektiv auf "unendlich" eingestellt ist, ist sein hinterer Knotenpunkt in der Brennebene durch die Brennweite des Objektivs vom Sensor oder Film getrennt.

Was führt zu der Frage ... Was ist ein Knotenpunkt? Auch von Wikipedia beantwortet als:

"Die vorderen und hinteren Knotenpunkte haben die Eigenschaft, dass ein Strahl, der auf einen von ihnen gerichtet ist, von der Linse so gebrochen wird, dass er von dem anderen zu kommen scheint, und mit demselben Winkel in Bezug auf die optische Achse."

Bei einer komplexen Struktur, bei der es sich um ein modernes Kameraobjektiv handelt, befindet sich der hintere Knotenpunkt nicht immer an derselben Stelle, sodass die Frage der Genauigkeit vom Objektiv abhängt.

So erweitern Sie den Knotenpunkt:

Einfache Definition: Es befindet sich in der Mitte der äquivalenten Einzelelement-Meniskuslinse, die die gleiche Brennweite und Apertur wie die getestete Verbundlinse aufweist.

Der praktischste Aspekt des Knotenpunkts eines Objektivs ist, dass er der Punkt ist, um den das Objektiv geschwenkt werden kann, ohne dass es zu einer Bewegung im Bild kommt. Bei einer einfachen Linse mit einem Element befindet sich der Knoten in der Mitte der Linse. Bei einem System mit gefalteten Optiken wie einem Schmidt-Cassegrain-Teleskop befindet sich der Knoten weit außerhalb der Linse.

Es ist etwas schwierig, einen physischen Test einzurichten, um den Knotenpunkt einer Linse zu finden. Ich werde versuchen, es ohne visuelle Hilfsmittel zu erklären:

Betrachten Sie eine Stativhalterung. Die vertikale Drehachse des Stativkopfes ist der Ort, an dem der Objektivknoten platziert wird. Dazu muss das Objektiv auf einer Platte montiert werden, mit der der Abstand zur Stativachse variiert werden kann. Außerdem muss das Bild auf eine Leinwand projiziert werden, die nicht am Objektiv angebracht ist (daher kann das Kameragehäuse nicht verwendet werden!). Wir suchen nach einer Kombination aus Bildschirmposition und Schieberegler, bei der der Stativkopf gedreht werden kann und der einzige Effekt auf das Bild die Vignettierung ist, wenn sich die optische Achse des Objektivs in eine Linie mit dem Bildschirm bewegt.

Wenn Sie Panoramaaufnahmen machen, kommt eine echte praktische Implikation ins Spiel. Um die geringste Verzerrung zwischen den Bildern und damit eine bessere Stitching- oder Tracking-Funktion zu erzielen, muss die Kamera um ihren Knotenpunkt gedreht werden. Wenn Sie also Ihre Taschenkamera - oder sogar Ihre ausgefallene DSLR-Kamera - direkt auf das Stativ setzen und dabei den Montagepunkt des Körpers verwenden, bedeutet dies, dass Sie sich irgendwo zwischen dem Knotenpunkt und der Bildebene drehen, außer möglicherweise mit einigen Weitwinkelobjektiven.

Im Allgemeinen befindet sich der Knoten bei einem scheinbaren 1: 1-Fov-Objektiv (50 mm bei einem Imager in voller Größe oder bei einem 35 mm-Filmkörper) irgendwo in der Mitte des Objektivs. Bei einem Zoomobjektiv mit Vollzoom ist es wahrscheinlich, dass es vorne herausragt, und bei einem Weitwinkelobjektiv befindet es sich irgendwo hinter der Objektivmitte. Unabhängig davon, was Sie verwenden, befindet sich der Knoten auf der angegebenen Brennweite vor dem Kamerasymbol.

(Dies war das Thema eines meiner intensiveren Physiklabors damals, und obwohl ich ein A dafür habe, gibt es ab und zu eine Speicherlücke von 45 Jahren, aber ich denke, ich habe die allgemeinen Details noch richtig.) .