Wie wirkt sich die Sensorgröße auf die minimale Frontelementgröße für eine bestimmte Blende und Brennweite aus?

Dies wirkt sich auf die Breite des Winkels aus, aus dem die Eintrittspupille sein sollte sichtbar, wenn Sie durch die Vorderseite des Objektivs schauen.

Beeinflusst die Sensorgröße die erforderliche Größe des vorderen Elements bei gegebener Brennweite und Blende?

Dies wirkt sich auf die Breite des Winkels aus, aus dem die Eintrittspupille sichtbar sein sollte, wenn Sie durch die Vorderseite der Linse schauen.

Für die meisten praktischen Linsenkonstruktionen bedeutet dies ein größeres Element, wenn ähnliche Materialien verwendet werden mit ähnlichen Brechungsindizes und ähnlichen Formen, um die vorderen Elemente der Linsen zu konstruieren.

Was ist wohl die Eintrittspupille? Es ist im Grunde die Blendenöffnung, gesehen durch die Vorderseite des Objektivs. Die Größe der physikalischen Apertur wird gewöhnlich durch die Linsenelemente zwischen der Vorderseite der Linse und dem physikalischen Ort der Apertur vergrößert (entweder negativ oder positiv - d. H. Verkleinert oder vergrößert). Die tatsächliche physikalische Größe der Aperturblende wird nicht zur Berechnung der Blendenzahl verwendet. Die Größe der Eintrittspupille, manchmal als effektive Apertur bezeichnet, wird tatsächlich verwendet.

Meine Intuition sagt mir, dass eine größere Der Bildkreis würde ein größeres Frontelement erfordern, um die gleiche "Lichtdichte" beizubehalten, aber ich kann nicht herausfinden, wie die genaue Beziehung ist.

Das größere Frontelement ist nicht erforderlich Behalten Sie die Lichtdichte in den Bereichen der Szene bei, die sowohl von Linsen- als auch von Sensorkombinationen erfasst werden. ¹ Die Lichtdichte wird von einer Eintrittspupille aufrechterhalten, die für beide Linsen gleich groß ist gleiche Vergrößerung aus einem ausreichend großen Blickwinkel, um einen Bildkreis bereitzustellen, der größer genug ist, um den größeren Sensor abzudecken.

Wenn beide die gleiche Brennweite und Blendenzahl haben, sammeln Objektive für größere Sensoren nicht mehr Licht aus demselben Sichtfeld als Objektive für kleinere Sensoren. Sie sammeln "mehr" Licht nur im gleichen Verhältnis in Bezug auf die Fläche zu den jeweiligen Größen der Sichtfelder, die von den beiden jeweiligen Objektiven benötigt werden.²

Bei derselben exakten Szene ist das Objektiv für Der größere Sensor sammelt die gleiche Lichtmenge aus der Mitte seines Sichtfelds, die dem gesamten Sichtfeld der Linse für den kleineren Sensor entspricht.¹ Nicht nur die Lichtmenge, die von diesem Teil von "gesammelt" wird Das Sichtfeld des Objektivs ist das gleiche, aber auch die Größe des virtuellen Bildes, das auf den Sensor von Objekten in der Szene projiziert wird, die sich innerhalb des Sichtfelds des Objektivs befinden, das für den kleineren Sensor benötigt wird.¹

Das Objektiv für den größeren Sensor "sammelt" aber auch Licht aus den Teilen seines erforderlichen Sichtfelds, die nicht innerhalb des erforderlichen Sichtfelds des Objektivs für den kleineren Sensor liegen.¹ Dort sammelt es "mehr Licht" "kommt von - den breiteren Teilen der Szene, die benötigt werden, um einen Bildkreis bereitzustellen, der breit genug ist, um das La abzudecken rger sensor.²

Einige Leute sind verwirrt, wenn wir zwei Bilder - von denselben Aufnahmepositionen mit Kameras mit zwei verschiedenen Sensorgrößen unter Verwendung von Objektiven derselben Brennweite - mit derselben Anzeigegröße betrachten. Der Grund, warum dieselben Objekte im Bild des kleineren Sensors größer aussehen, liegt nicht darin, dass dieselbe Linse mit Brennweite diese Objekte stärker vergrößert. Das tut es nicht. Beide Objektive projizieren dieselben Objekte in derselben Größe auf ihre jeweiligen Sensoren.¹ Dies liegt daran, dass wir die Größe des vom kleineren Sensor erfassten Bilds vergrößert haben, um es in derselben Größe wie das von einem größeren Sensor erfasste Bild anzuzeigen.

Wenn wir die Bilder von beiden Sensoren um denselben Vergrößerungsfaktor vergrößern, ist das Bild vom größeren Sensor größer als das Bild vom kleineren Sensor. Wenn wir beispielsweise ein Bild von einem Vollbildsensor (FF) vergrößern, um es mit 18 x 12 Zoll anzuzeigen, und für ein Bild von einer 1,5-fachen APS-C-Kamera dieselbe Vergrößerung (12,7-fach) verwenden, wird das Bild angezeigt zweites Bild in einer Größe von 12x8 Zoll. Die Objekte in beiden Bildern haben die gleiche Größe, wenn das FF-Bild mit 18 x 12 und das APS-C-Bild mit 12 x 8 angezeigt wird.¹ Wenn wir dann das 12 x 8-Bild von der APS-C-Kamera in der Mitte des 18 x 12-Bildes platzieren Von der FF-Kamera stimmen sie überein und es sieht genauso aus wie das Bild vom FF-Sensor, bevor wir das Bild vom kleineren Sensor auf seine Mitte gelegt haben (wenn beide Objektive den gleichen Projektionstyp verwenden und frei von geometrischen Verzerrungen sind ) .¹ Wenn wir jedoch das Bild von der APS-C-Kamera mit 18 x 12 Zoll betrachten, haben wir ein Vergrößerungsverhältnis von 19,05X für das APS-C-Bild verwendet, verglichen mit einem Vergrößerungsverhältnis von 12,7X, um das FF-Bild mit 18x12 zu betrachten Zoll. Die größere Größe derselben Objekte im APS-C-Bild, die mit 18 x 12 betrachtet wird, im Vergleich zum Bild der FF-Kamera, die mit 18 x 12 betrachtet wird, ergibt sich nicht aus einem Unterschied zwischen den Objektiven oder den Sensoren. Die größere Größe derselben Objekte ist die Ergebnis unseres höheren Vergrößerungsverhältnisses.¹

Der Schlüssel zum Verständnis des Unterschieds zwischen dem Licht, das für einen größeren und einen kleineren Sensor mit Linsen gleicher Brennweite und Blende "gesammelt" werden muss, besteht darin, zu verstehen, dass die Lichtdichte für beide Linsen gleich ist.¹ ist der Blickwinkel , der für den größeren Sensor größer sein muss. Die Teile der Szene, die für beide Sensoren benötigt werden, werden von beiden Objektiven (mit derselben Brennweite) mit derselben Größe projiziert.¹ Die Objekte, die sich an der Peripherie direkt außerhalb des erforderlichen Blickwinkels des kleineren Sensors befinden, müssen dies jedoch tun von der Linse für den größeren Sensor auf den größeren Sensor projiziert werden.¹ Daher muss die Vorderseite einer Linse für einen größeren Sensor in der Lage sein, Licht aus einem größeren Blickwinkel zu sammeln als die Vorderseite einer Linse mit derselben Brennweite müssen für einen kleineren Sensor sammeln.

Es ist ziemlich einfach zu beobachten. Vergleichen Sie einfach ein ziemlich weitwinkliges Objektiv für einen FF-Sensor neben einem Objektiv mit derselben Brennweite, beispielsweise für einen Micro-Four-Thirds-Sensor, der linear halb so groß und flächenmäßig ein Viertel so groß ist. In unserem Beispiel verwenden wir 17 mm 1: 4.

Ein 17-mm-Objektiv mit einem Bildkreis, der groß genug ist, um einen µ4 / 3-Sensor abzudecken, muss einen Blickwinkel von 52 ° bieten.
Ein 17-mm-Objektiv Bei einem Bildkreis, der groß genug ist, um einen FF-Sensor abzudecken, muss ein Blickwinkel von 104 ° bereitgestellt werden.

Aus jedem Winkel innerhalb des FoV jeder Linse (für ihre jeweiligen Sensorgrößen) hat die Eintrittspupille dieselbe Größe für die gleiche Blendenzahl.

Ein 17 mm 1: 4 FF-Objektiv hat eine 4,25 mm breite Eintrittspupille.
Ein 17 mm µ4 / 3-Objektiv hat eine 4,25 mm breite Eintrittspupille.

Es gibt keinen Unterschied in der Größe der einzelnen Schüler. Der Unterschied besteht darin, dass die µ4 / 3-Linse nur ein Frontelement benötigt, das breit genug ist, damit die Eintrittspupille von einem Kegel 26 ° von der Mitte der optischen Achse der Linse aus gesehen werden kann. Dies gibt dem Objektiv einen Blickwinkel von 52 °. Die FF-Linse muss dagegen einen Kegel mit dem doppelten Winkel liefern. Das vordere Element für diese Linse muss größer genug sein oder eine ausreichend hohe Brechkraft haben, damit die Eintrittspupille in einem Winkel von 52 ° von der Mitte der optischen Achse der Linse sichtbar ist. Dies gibt dem Objektiv einen Blickwinkel von 104 °.

Bei derselben Szene unter derselben Beleuchtung, derselben Kameraposition, derselben Brennweite und derselben Blendenzahl. sub>

_{² Bei gleicher Szene unter derselben Beleuchtung, die im gesamten Sichtfeld konstant ist, derselben Kameraposition, derselben Brennweite und derselben Blendenzahl. sub>}

Das Kameraobjektiv projiziert ein kreisförmiges Bild der Außenwelt auf die Oberfläche eines Films oder eines digitalen Sensors. Das resultierende Bild ist in der Mitte am hellsten und schärfsten. Dieser Bildabfall wird typischerweise als Vignette bezeichnet. Die mit Negativfilm beladene Filmkamera hat den Vorteil. Das resultierende Negativ zeigt eine Vignette. Wenn wir nun dieses Negativ durch Projektion mit einem Vergrößerungsgerät drucken, werden auch dessen Linsen vignettiert. Ich beschreibe das negative / positive System. Es hat einen subtilen Vorteil, dass die Vignette der Kamera und die Vignette des Vergrößerungsgeräts häufig gegensteuern. Richtig beim Drucken eines Negativs, aber die Vignette wird beim Drucken eines Positivs (Objektträgers) auf Umkehrpapier verstärkt. Eine digitale Systemanzeige ist eine Verstärkung, sofern sie nicht per Software eingestellt wird.

Die optische Vignette enthält viele Inhaltsstoffe. Die Hauptverantwortung liegt in der Geometrie der Projektion des Bildes durch das Kameraobjektiv. Die Kanten der Projektion sind weiter von der Linse entfernt als die Mitte. Das Gesetz des umgekehrten Quadrats fordert seinen Tribut, die Kanten erhalten weniger Licht. Das Licht, das an den Rändern auf Film oder Sensor spielt, kommt in einem Winkel an. Wenn wir von den Grenzen zurück auf die Linse schauen, sehen wir eine ovale Öffnung, keinen Kreis. Die ovale Apertur hat weniger Oberfläche, daher spielt weniger Licht an den Grenzen. Denken Sie an einen Taschenlampenstrahl, der tot ist, es ist ein Kreis. Halten Sie die Taschenlampe in einem Winkel und das Licht spielt als Oval und es ist weniger hell. Dies hat den Namen "cosign error".

Das Weitwinkelobjektiv leidet am meisten unter einem Mangel an Gleichmäßigkeit des Feldes. Die Gleichmäßigkeit des Weitwinkelobjektivs kann verbessert werden, wenn wir das Objektiv irgendwie weiter vom Film oder vom digitalen Sensor entfernt montieren könnten. Ein erhöhter Rückfokus mildert den Winkel des ankommenden Lichts an den Grenzen. Weitwinkel werden somit mit erhöhtem Rückfokus konstruiert. Ein invertiertes Tele-Design macht diesen Trick. Der Messpunkt für die Brennweite ist der hintere Knoten. Wenn ein Teleobjektiv umgekehrt wird, erhalten wir einen Weitwinkel und der hintere Knoten wird nach vorne verschoben. Das Ergebnis ist ein längerer Hintergrundfokus und eine größere Gleichmäßigkeit des Bildes.

Wenn der Weitwinkel nicht für eine höhere Gleichmäßigkeit ausgelegt ist, führt ein Blickwinkel von 70 ° zu einem Verlust. Der Unterschied zwischen Mitte und Rand beträgt mehr als 45%. Wir gehen auch auf den Verlust der Sehschärfe an den Grenzen ein.

Um eine gleichmäßigere Abdeckung und Sehschärfe zu erzielen, wird der Fokus des Rückens verlängert. Der Objektivtubus ist so konstruiert, dass er eine klare Sicht bietet und nicht den vollen Durchmesser der Objektive beschattet. Symmetrische Linsen mit mittlerer Apertur liefern größere Kreise mit guter Auflösung. Um einen größeren Kreis mit guter Definition zu erhalten, opfert der Objektivdesigner Korrekturen für die Zwischenzonen (leicht außerhalb der Achse), um eine verbesserte Randdefinition zu erzielen. Mit anderen Worten, ein gutes Objektiv ist eine Reihe von Kompromissen.

Die einfache Antwort, die dieser Befragte wünscht, wurde von den Zeiss-Ingenieuren in Jena vor dem Zweiten Weltkrieg entwickelt. Um M = 1 zu erhalten, sollte die Brennweite des Objektivs gleich der Diagonale der Sensorgröße sein. In Bezug auf den Film hat ein 35-mm-Film eine Bildgröße (Sensorgröße) von 36 mm x 24 mm. Die Diagonale = sq rt (36 ^ 2 + 24 ^ 2) = 43 mm, genau die Brennweite des ersten 35-mm-Kameraobjektivs. Die weltweite Abhängigkeit davon, das 50-mm-Objektiv als "Standard" zu bezeichnen, ergab tatsächlich M = 1,16 / p>