Für die Techniker: Vergleich Brennweite / Blende / Fläche

Retina schrieb:

....an der Formulierung in photographisch wenig relevanten Begriffen?

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Relevant für mich ist: Gleich Blende = Gleiche Belichtungszeit, egal ob DX oder FX, egal ob 110er- oder 6x9-Film.

Gruß
Dirk

Retina schrieb:

Volker, die Antworten auf Deine Fragen kannst Du in jedem Buch über technische Optik nachlesen, vermute ich ´mal. Damit müssen wir hier an so fortgeschrittener Stelle im Thread niemand mehr langweilen.

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Beantworte doch einfach die Frage, anstatt ständig auszuweichen.

Retina schrieb:

Was mich nur wundert ist, warum Du an solchen theoretischen Teilaspekten Interesse hast bzw. an der Formulierung in photographisch wenig relevanten Begriffen?

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Es geht dabei direkt und unmittelbar um die ursprüngliche Fragestellung, nämlich die "richtige" Belichtung. Praktischer geht es kaum.

Deine Behauptung war, die Belichtungszeit reduziere sich "genau im Verhältnis der Offenblendenflächen". Und nun hast du Gelegenheit, das am praktischen Beispiel zu überprüfen. Also ran ....

35mm f/1.4

200mm f/2

Retina schrieb:

... Ich halte Parameter wie Auflösung, Schärfentiefe, Bildausschnitt und Tonwerteumfang für photographisch wesentlich relevanter als Brennweite, Blendenwert, ... die nur im Kontext einer spezifischen Kamerakonstruktion photographisch interpretierbar sind ...

Gruß,
Burkhard

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Also für mich spielt die Brennweite z.B. eine erhebliche Rolle beim Abbildungsmaßstab, die Blende eine erhebliche Rolle bei der Schärfentiefe. Beide sind für mich photographisch relevant und nicht nur im Kontext einer bestimmten Kamerakonstruktion.

Wenn deine Behauptung der direkten (umgekehrt proportionalen) Abhängigkeit von der Offenblendfläche richtig wäre, dann bräuchten Teleobjektive gar keinen so großen Objektivdurchmesser.
Mein 4/200mm - Objektiv hat z.B. eine Offenblendfläche von ca 19,6cm². Nach deiner Theorie bräuchte man auch bei einem 800mm - Objektiv keine größere Offenblendfläche um dennoch die gleiche Bildhelligkeit zu erreichen wie beim 200mm - Objektiv.
Warum um alles in der Welt bauen dann ALLE Objektivhersteller Telobjektive mit so "unnötig" großen Linsen??? Haben die alle keine Ahnung?
Und warum ist die Offenblendfläche bei Weitwinkelobjektiven so klein, OHNE dass man zu extrem langen Belichtungszeiten greifen muss???

Gruß Wolfgang

Oder noch weiter verkürzt formuliert:

limpias schrieb:

Genau, aber das Licht das innen ankommt ist PROPORTIONAL zur Fläche!!

Damit kommt beim 85mm f/1,4 fast fünf mal mehr Licht am Sensor an als beim 50mm f/1,8.

Fand ich einfach irrwitzig.

Viele Grüße

Andreas

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Das ist richtig, wenn man statt gleicher Sensorflächen gleiche Bildausschnitte betrachtet.

Gruß,
Burkhard

Na krawuzi. Ich war zwei Tage weg und habe in diesen Thread nicht mehr rein gesehen, weil für mich das Thema eigentlich gegessen war. So wie das aber jetzt da steht, möchte ich das nicht im Fangbereich der Suchfunktion stehen lassen, wo es einem unbedarften Anfänger ins Gesicht prallen muss wie ein Zementsack.

Betrachten wir also noch einmal, wie wir die Ausführungen von Burkhard in den bereits gegebenen Konsens einordnen können.

Der Ansatz von limpias war folgender:

limpias schrieb:

...müsste eigentlich auch proportional sein. Je mehr Licht, je kürzer die Belichtung: fünf mal mehr Licht, fünf mal kürzere Belichtungszeit!

Also bei 50mm 1,8 = 1/100 sec
bei 85mm 1,4 = 1/500 sec

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Nein, das stimmt unter keiner noch so waghalsigen Annahme, weil wir davon ausgehen müssen, dass limpias die von ihm verwendete Kamera zu Grunde gelegt hat und der Ansicht war, mit einem 85mm f/1,4 nur ein Fünftel der Zeit belichten zu müssen, wie mit einem 50mm f/1.8. In Wahrheit beträgt der Unterschied aber nur eine halbe Blende, eben von 1.8 auf 1.4.

Ich habe versucht, das ursprüngliche Bild noch laientauglicher zu machen. Nehmen wir an, wir fotografieren das Motiv mit einer Studiokamera zweimal mit verschiedenen Brennweiten vom gleichen Standort. Die Eintrittspupille sei bei beiden Objektiven gleich, die Brennweite verhalte sich 1:2. Restliche Einflüsse wie Lichtdurchlässigkeit, Objektivfehler etc. mal beiseite. Wir werfen einen Blick auf die Mattscheibe:



In beiden Fällen fällt exakt die gleiche Menge des vom Motiv reflektierten Lichtes in das Objektiv ein, da ja die Eintrittsöffnung gleich groß ist. Wenn wir jetzt nur das Hauptmotiv betrachten, ist klar ersichtlich, dass bei der doppelten Brennweite das Motiv auf Mattscheibe/Film/Sensor die vierfache Fläche (doppelt so hoch und doppelt so breit) ausfüllt. Da vorne die gleiche Lichtmenge rein kommt und sich dieselbe auf die vierfache Fläche aufteilt, ist logischerweise die Leuchtdichte, also die pro Quadratmillimeter auf den Sensor auftreffende Lichtmenge, nur ein Viertel. Die ominösen 2 Blenden Unterschied in der Lichtstärke. Damit müsste der Sensor viermal so lange (2 Zeitstufen) belichtet werden, um pro Pixel die gleiche Lichtmenge einzusammeln. Oder anders herum, um die gleiche Leuchtdichte zu erzeugen und damit die gleiche Belichtungszeit zu haben, müsste die Lichteintrittspupille die vierfache Fläche haben, also der Durchmesser derselben doppelt so groß sein. Ergibt dann vierfache einfallende Lichtmenge aufgeteilt auf vierfache Fläche, also gleiche Leuchtdichte pro Quadratmillimeter. Damit haben wir mal abgehakt, warum die Lichteintrittspupille mit steigender Brennweite bei gleicher Lichtstärke immer größer wird. Da wird nichts "geschluckt", es verteilt sich nur auf eine immer größere Fläche.

Was wollte uns nun Burkhard sagen:

Retina schrieb:

Nehmen wir ´mal an wir betreiben die 50mm Objektive an einer fiktiven Kamera mit 12MP und Crop-Faktor 1,7 und die 85er an einer FX-Kamera mit ebenfalls 12MP. Dann nehmen wir in allen vier Fällen den gleichen Bildausschnitt auf. Jedes Pixel an gleicher Position in der Bayer-Matrix bildet dann genau das Gleiche ab. Jedes Pixel bekommt dann beim Vergleich der vier Varianten bei gleicher Belichtungszeit eine Lichtmenge ab, die proportional der von Dir berechneten Offenblendenfläche ist.

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Das Ganze übersetzt in Laiensprache:

Wenn ich beim rechten Bild einen Sensor verwende, dessen Pixel doppelt so breit und doppelt so hoch sind wie beim linken, dann sammelt jedes dieser Pixel die gleiche Lichtmenge auf wie im linken Bild. Ich erhalte auch die gleiche Abbildungsgröße, weil durch die halbe Auflösung bei doppelter Brennweite das Motiv in der Ausgabedatei die gleiche Größe hat. Allerdings ist damit limpias' obige Annahme mit der kürzeren Belichtungszeit definitiv nicht bestätigt. Selbst wenn ich mal mehr als gewagt interpolieren würde "auf Grund der vierfachen Fläche pro Pixel ist der große Chip viermal so lichtempfindlich", dann wären die Belichtungszeiten nicht kürzer, sondern der Chip würde nur mit seiner höheren Empfindlichkeit die Lichtschwäche des längerbrennweitigen Objektives ausgleichen. Es wäre also von der technischen Seite ein Nullsummenspiel, vom Standpunkt der Produktionskosten für den größeren Chip (er müsste ja doppelt so lang und so breit sein, um die gleiche Pixelzahl zu haben, es könnte also bei Standard-Wafergrößen eine entsprechend geringere Anzahl Chips aus einer Siliziumscheibe geschnitten werden) ein Verlustgeschäft. Würde ich nun für den größeren Chip ein Objektiv längerer oder kürzerer Brennweite verwenden, wären die Verhältnisse wieder die gleichen, das heisst egal wie groß oder wie klein und wie hoch oder niedrigauflösend und wie hoch oder wie niedrigempfindlich der Chip oder Film ist, die Lichtstärke wäre in allen Fällen Brennweite / Eintrittspupille.

Disclaimer:
Selbstverständlich möchte ich mit diesen Ausführungen dem Kollegen limpias nicht seinen Sparwillen auf ein 85mm f/1.4 vermiesen. Ist ein feines Objektiv, auch wenn es nur um eine halbe Blende lichtstärker ist.

tengris schrieb:

In Wahrheit beträgt der Unterschied aber nur eine halbe Blende, eben von 1.8 auf 1.4.

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Das sind zwei Drittelblenden, ansonsten :up:

Maik

tengris schrieb:

In beiden Fällen fällt exakt die gleiche Menge des vom Motiv reflektierten Lichtes in das Objektiv ein, da ja die Eintrittsöffnung gleich groß ist. Wenn wir jetzt nur das Hauptmotiv betrachten, ist klar ersichtlich, dass bei der doppelten Brennweite das Motiv auf Mattscheibe/Film/Sensor die vierfache Fläche (doppelt so hoch und doppelt so breit) ausfüllt. Da vorne die gleiche Lichtmenge rein kommt und sich dieselbe auf die vierfache Fläche aufteilt, ist logischerweise die Leuchtdichte, also die pro Quadratmillimeter auf den Sensor auftreffende Lichtmenge, nur ein Viertel. Die ominösen 2 Blenden Unterschied in der Lichtstärke.

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Zunächst eine formale Bemerkung: Was Du "Leuchtdichte" nennst, heißt eigentlich Beleuchtungsstärke. Die Leuchtdichte definiert, photographisch gesprochen, die photometrischen Eigenschaften des Motivs.

tengris schrieb:

Damit müsste der Sensor viermal so lange (2 Zeitstufen) belichtet werden, um pro Pixel die gleiche Lichtmenge einzusammeln.

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Nicht bei gleicher Pixelzahl, da die Pixel dann viermal so groß wären. Das ist der entscheidende Punkt. Er muss also genauso lang belichtet werden! (q.e.d.) Nun dient der Pixel hier eigentlich auch wieder nur als Hilfsobjekt. Man kann es auch ohne das Wort "Pixel" ausdrücken (siehe unten).

tengris schrieb:

Oder anders herum, um die gleiche Leuchtdichte zu erzeugen und damit die gleiche Belichtungszeit zu haben, müsste die Lichteintrittspupille die vierfache Fläche haben, also der Durchmesser derselben doppelt so groß sein. Ergibt dann vierfache einfallende Lichtmenge aufgeteilt auf vierfache Fläche, also gleiche Leuchtdichte pro Quadratmillimeter. Damit haben wir mal abgehakt, warum die Lichteintrittspupille mit steigender Brennweite bei gleicher Lichtstärke immer größer wird. Da wird nichts "geschluckt", es verteilt sich nur auf eine immer größere Fläche.

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Vor allem steigt die Eintrittspupille mit der Brennweite bei gleicher Objektivlichtstärke, weil sie (die Objektivlichtstärke) so definiert ist... :winkgrin:

tengris schrieb:

Was wollte uns nun Burkhard sagen:
...
Das Ganze übersetzt in Laiensprache:

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Ich hatte dafür ja schon eine entsprechende Formulierung: Gleichen Bildausschnitten steht pro Zeiteinheit eine Lichtmenge zur Verfügung, die proportional zur Eintrittspupillenfläche ist.

tengris schrieb:

Wenn ich beim rechten Bild einen Sensor verwende, dessen Pixel doppelt so breit und doppelt so hoch sind wie beim linken, dann sammelt jedes dieser Pixel die gleiche Lichtmenge auf wie im linken Bild. Ich erhalte auch die gleiche Abbildungsgröße, weil durch die halbe Auflösung bei doppelter Brennweite das Motiv in der Ausgabedatei die gleiche Größe hat. Allerdings ist damit limpias' obige Annahme mit der kürzeren Belichtungszeit definitiv nicht bestätigt. Selbst wenn ich mal mehr als gewagt interpolieren würde "auf Grund der vierfachen Fläche pro Pixel ist der große Chip viermal so lichtempfindlich", dann wären die Belichtungszeiten nicht kürzer, sondern der Chip würde nur mit seiner höheren Empfindlichkeit die Lichtschwäche des längerbrennweitigen Objektives ausgleichen. Es wäre also von der technischen Seite ein Nullsummenspiel, vom Standpunkt der Produktionskosten für den größeren Chip (er müsste ja doppelt so lang und so breit sein, um die gleiche Pixelzahl zu haben, es könnte also bei Standard-Wafergrößen eine entsprechend geringere Anzahl Chips aus einer Siliziumscheibe geschnitten werden) ein Verlustgeschäft. Würde ich nun für den größeren Chip ein Objektiv längerer oder kürzerer Brennweite verwenden, wären die Verhältnisse wieder die gleichen, das heisst egal wie groß oder wie klein und wie hoch oder niedrigauflösend und wie hoch oder wie niedrigempfindlich der Chip oder Film ist, die Lichtstärke wäre in allen Fällen Brennweite / Eintrittspupille.

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Auch wenn ich Probleme mit dem Begriff "Lichtstärke" in diesem Zusammenhang habe, glaube ich zu verstehen, was Du meinst. Ja, genau so isses. Letztlich verlagert ein kleinerer Sensor das Problem der Lichtempfindlichkeit des gesamten Systems darauf, bei gleicher Eintrittspupille stärker gekrümmte Linsen verwenden zu müssen. Genau an diesem Punkt waren wir vor etwa einem Jahr bei einer der vielen Vollformatsdiskussionen angelangt. Erinnert sich noch jemand?

Viele Grüße,
Burkhard

Das erinnert mich an die Worte meines Professors, Messtechnik mit Spezialgebiet Rauschen:


"Mit jeder Lampe wird es heller."



:nacht::

Hallo,
nach dieser abgehobenen Diskussion hier ein einfacher Erklärungsversuch, so wie ich die Sache verstanden habe, lasse mich aber gerne korrigieren:

1. Die maximale Lichtstärke eines Objektivs ist das Verhältnis Brennweite zu Durchmesser der Eintrittsöffnung, gemessen in Blendenöffnung. Übertragt dies einmal insbesondere auf die Teleobjektive. Da erklärt sich einiges.

2. In der heute üblichen Blendenreihe 1 – 1,4 – 2 – 2,8 – 4 – 5,6 – 8 – 11 – 16 – 22 – 32 – … (http://de.wikipedia.org/wiki/Blendenreihe_(Optik) wird die Lichtstärke je Stufe halbiert.

3. Blende 2.8 ist Blende 2.8. Punkt!

mfg Johannes

JoJoSchla schrieb:

lasse mich aber gerne korrigieren

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Nicht korrigieren, nur präzisieren:

Wir haben hier bewusst von "Eintrittspupille" gesprochen. Die Begriffe "Durchmesser der Eintrittsöffnung" (ungenau) oder "Durchmesser der Blendenöffnung" (falsch) tauchen zwar immer wieder auf, nur neigt der Laie dazu, sich darunter etwas Falsches vorzustellen. Wenn du dir die Bilder im Beitrag #27 von mir und im Beitrag #59 von volkerm ansiehst, siehst du was ich meine. Die Eintrittspupille ist die Fläche, auf der ein paralles Lichtbündel das Objektiv durchqueren kann, also der runde Fleck, wo du aus größerer Entfernung durch das Objektiv sehen kannst. Bei Teleobjektiven ist der Durchmesser des Filtergewindes üblicherweise nur unwesentlich größer als die Eintrittspupille, weil ja niemand unnötigerweise zu große Frontlinsen aus teurem ED Glas einbauen wird. Da stimmt das mit der Eintrittsöffung in etwa. Bei kurzbrennweitigen Objektiven ist der Durchmesser der Frontlinse wesentlich größer, da sonst für schräg einfallende Lichstrahlen Fassungsvignettierung auftreten würde. Aber das lassen wir jetzt im Detail. Wir wollen ja nicht schon wieder abheben.