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Optik: Bildfeldwölbung

Optische Grundlagen von Objektiven

2016 © Thomas Gade

Gekrümmtes und ebenes Bild

[Bildfeldwölbung und plane Abbildung]

Von Natur aus werfen einfache Sammellinsen oder Wassertropfen kein scharfes Bild auf eine ebene Fläche, wie eine Projektionsleinwand oder einen Kamerasensor und Film, sondern auf eine gekrümmte Oberfläche, ähnlich wie das Innere einer Kontaktlinse. Die Natur hat dies bei kugelförmigen Augen berücksichtigt. Die Optik der Augen, bestehend aus der gekrümmten transparenten Hornhaut und der Augenlinse, projiziert das Bild auf die gekrümmte Netzhaut, der inneren Wand des kugelförmigen Augapfels. Bei einer gekrümmten Abbildung kann man auf den mittleren Bereich, nahe um die optische Achse, scharfstellen und sieht mit zunehmender Distanz ein immer unschärfer werdendes Bild. Man kann aber auch auf einen Bereich zwischen der Mitte und im Bildrand scharf stellen und sieht dann eine ringförmigen scharfen Bereich um die Mitte des Bildes. Um diese Problematik zu entschärfen, kann man durch Abblenden, also durch das Verkleinern der genutzten Öffnung der Linse, die Schärfentiefe erhöhen.


Projektion auf eine gekrümmte Fläche durch eine Sammellinse

Das erklärt, warum Menschen bei hellem Sonnenschein besser sehen können als im Dämmerlicht, denn bei viel Licht schließt sich die Iris im Auge und nur der zentrale Bereich der Augenlinse wird zum projizieren der Bilder auf die Netzhaut genutzt. Mit kleiner Pupille ist die Tiefenschärfe größer als mit weit geöffneter Pupille. Dank einer hervorragenden Bildbearbeitung durch unser Gehirn und eines extrem schnellen biologischen Autofokus, können Menschen optische Schwächen ihrer Augen sehr gut kompensieren.

Die Geschichte unserer technischen Entwicklung hat dazu geführt, dass wir auf planen Papieren und Bildschirmen Bilder wiedergeben. Nicht nur das, eigentlich erzeugen sowohl die Augenlinse wie auch Objektive kreisrunde Bilder, die wir im Teleskop, Mikroskop, Fernglas und Spektiv, aber auch ohne Sehhilfen so sehen. Doch in der Fotografie oder im Druck verwendet man quadratische oder rechteckige Flächen, die nur einen Teil des Kreises darstellen. Um eine optimale Abbildung durch eine Optik auf eine plane, bzw. ebene Fläche zu erzeugen, muss man Objektive aus mehreren Linsen bauen, die durch entsprechende Formen und Kombinationen zum Ziel führen. Nutzt man Ferngläser, Mikroskope oder andere Sehgeräte rein visuell, kann man bei der Konstruktion die starke Anpassungs- und Korrekturfähigkeit unseres biologischen Sehapparates einbeziehen. In der Praxis heißt das, dass die entsprechenden Sehgeräte nicht perfekt sein müssen und ein gekrümmtes Bild erzeugen können. Dies ändert sich, wenn man solche Geräte zum Fotografieren verwendet, weil nun eine Abbildung auf einer ebenen Fläche erfolgt und der Anspruch besteht, dass die Schärfe vom äußersten Bildrand bis zur Mitte einwandfrei ist.


Projektion auf eine ebene Fläche durch ein Tessar Objektiv

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Achromatisch und apochromatisch (Apo)


 

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