Forum Übersicht - Grundlagen » Was limitiert die Lichtstärke?

Hallo Zusammen,

Ich poste das hier einfach mal unter Anfängerfragen, da es vielleicht auch einige Anfänger interessiert und ich nicht wüsste, wo ich es sonst einstellen soll.

Also: ich habe schon des öfteren gelesen, dass die Lichtstärke eines Objektives auf maximal 1 limitiert ist (also F=1:1).
Kann mir jemand vielleicht mal kurz erklären, warum das so ist?

Ich meine, es geht ja darum, dass der Radius der Blende auf sqrt (Brennweite) limitiert zu sein scheint (zumindest soweit ich es bisher verstanden habe).
Klar ist es unsinnig, eine grössere Blende zu bauen, da sie dann nichts mehr nützen würde (die Strahlen würden ja einfach an der Blende vorbeiziehen).
Aber warum kann ich nicht einfach ein Objektiv mit f=50mm und Durchmesser=100mm bauen, so dass ich eine Lichtstärke von 2:1 erhalte?
Gibt es einfach keine Linsen, die so stark brechen, oder woran liegt das?

Vielen Dank schon im Voraus

Gruss

Christoph

PS: Bevor wieder die Rufe kommen: die SuFu hat MIR nichts gescheites ausgespuckt und unser Physik-Assistent an der Uni hat nach etwa einer Stunde aufgegeben (er meinte, vermutlich könne man wohl wirklich keine Linsen mit solcher Brechkraft bauen).

Hier gibt's ein paar Infos:

Wikipedia: Lichtstärke (Fotografie)

Und ein Objektive mit einer Lichtstärke größer als 1:1.0 gab's auch schon mal:
Zeiss Planar 1:0,7

Hallo,

EDITIERT VON MIR WEGEN TECHNISCHEM UNSINN
Oder ist meine Theorie ganz falsch?

Gruß
Holger

ZITAt (Holger_Schmitz @ 11.04.2006 - 16:55) Oder ist meine Theorie ganz falsch?[/quote]
Ja! Siehe dazu den Wikipedia-Artikel oben.

ZITAt (Holger_Schmitz @ 11.04.2006 - 16:55) Oder ist meine Theorie ganz falsch?[/quote]Kurzum: Ja. /smile.gif" style="vertical-align:middle" emoid="" border="0" alt="smile.gif" />

Die Lichtstärke eines Objektives, gibt an, wieviel Licht in das Objektiv eintritt. Diese Angabe erfolgt relativ zu Brennweite. Beschrieben wird damit die Öffnung des Objektives (Blendenöffnung). Bei Blende 2 ist diese Öffnung halb so groß, wie die Brennweite. Bei einem 50mm-Objektiv also 25mm. Erwähnenswert ist noch, dass damit nicht der messbare Durchmesser gemeint ist, den die Blende bildet, sondern der optisch wirksame Durchmesser. Da vor der Blende Linsen sitzen, zählt hier sozusagen die Abbildung eben dieser Blende durch die Linsen, die sich davor befinden - eben das, was man sieht, wenn man vorne reinguckt. Man sieht ja nicht die Blende direkt, sondern das vergrößerte Bild der Blende, da die Linsen davor wie eine Lupe wirken. Dieses Bild der Blende nennt sich Eintrittspupille, und somit gilt die Formel:

Blendenzahl = Brennweite / Eintrittspupille

oder

1 / Blendenzahl = Eintrittspupille / Brennweite.

Man kann also durchaus Objektive mit größeren Lichtstärken als 1 bauen, nur werden diese extrem groß und somit extrem teuer, und leiden zusehends unter optischen Fehlern, wenn sie mit einem Wellenlängen-Gemisch wie dem Tageslicht arbeiten müssen.

Mit zur effektiven Lichtstärke zählt aber noch das Transmissionsvermögen der Optik: Da die Gläser das Licht teilweise absorbieren oder reflektieren, kommt nicht alles hinten an, was vorne reinkommt.

ZITAt (Christoph @ 11. 4. 2006 - 16.33 h) Also: ich habe schon des öfteren gelesen, dass die Lichtstärke eines Objektives auf maximal 1:1 limitiert ist. Kann mir jemand vielleicht mal kurz erklären, warum das so ist?[/quote]
Das kann niemand -- weil's Quatsch ist. Es wird trotzdem wieder und immer wieder behauptet.

Die theoretische Obergrenze (für Mathematiker: eine "obere Schranke" für die Lichtstärke ist 1:0,5. Diese Grenze ist durch die Geometrie der Linsenkrümmungen gegeben -- man kann den Durchmesser einer Linse nicht beliebig weit vergrößern. Wenn ich's recht verstehe, müßte nämlich bei noch höherer Lichtstärke der Brennpunkt einer Sammellinse innerhalb ihres Glaskörpers liegen ... was natürlich unmöglich ist.

Doch in der Praxis ist auch diese theoretische Obergrenze gar nicht erreichbar. Die lichtstärksten Konstruktionen liegen bei etwa 1:0,7 und werden in der Halbleiterfertigung eingesetzt, um die winzigen Strukturen der Schaltkreise auf die Silizium-Wafer aufzubelichten. Diese hohe Lichtstärke wird in diesem Falle aber nicht benötigt, um auf kürzere Belichtungszeiten zu kommen (das ist nur ein gern genommener Nebeneffekt), sondern um der Beugung aus dem Wege zu gehen und somit auf höchstmögliche Auflösung zu kommen. Diese Industrie-Optiken sind trotz der gigantischen Lichtstärke voll bis an die Beugungsgrenze auskorrigiert (wenn auch "nur" für einen Abbildungsmaßstab und eine einzige Wellenlänge) und kosten ein Vermögen. Möglich, daß es ähnliche Optiken auch für militärische oder wissenschaftliche Zwecke gibt; für normale Fotokameras gibt es so etwas nicht.

Das lichtstärkste je in Serie gefertigte Foto-Objektiv hatte Lichtstärke 1:0,95. Das war aber mehr ein Marketing-Gag; es bringt gegenüber 1:1 keinerlei praktisch nutzbaren Vorteil -- aber die Null vor dem Komma machte mächtig was her. Das war ein fest eingebautes Objektiv in einer früheren Canon-Meßsucherkamera. Die lichtstärksten Wechselobjektive haben Lichtstärke 1:1; es handelt sich um zwei Kleinbild-Standardobjektive mit 50 mm Brennweite für Leica M und Canon EF.

-- Olaf

Zuerst einmal: vielen Dank für die Antworten!

@BeHo: Den Beitrag aus der Wiki kannte ich bereits. Bloss steht da keine Antwort auf meine Frage.

@Olaf: Danke für die Ausführung.
Kennst du vielleicht auch gleich den mathematischen Beweis für die Lichtstärke 1:0,5 ?
An der Uni sind wir nämlich nur so weit gekommen, dass die Linse mit der grössten Brechkraft eine Kugel ist und somit muss die Brennweite mindestens dem Kugelradius entsprechen und eine Blende (resp. Eintrittspupille), die grösser als der Doppelte Kugelradius ist, macht dann ja keinen Sinn, womit wir wieder bei Lichtstärke 1:1 gelandet sind.
Wie gesagt: so weit sind der Physik-Assistent und ich gekommen.
Den mathematischen Beweis für eine Lichtstärke F<1 haben wir leider nicht gefunden.

Gruss

Christoph

Als Nichtphysiker die Idee: kann man zwei Objektive ferart miteinander "parallel geschaltet" kombinieren - rein theoretisch, versteht sich -, dass die austretenden Strahlen deckungsgleich einen Film / Sensor belichten, und der Film somit die doppelte Lichtmenge erhält? Oder bringe ich da grundsätzlich etwas durcheinander?

Gruss, lopi

(ob so ein Monstrum praktisch ist sei natürlich dahingestellt...)

theoretisch könnte man das Problem der "dicken" Linsen durch die Verwendung von miniaturisierten Fresnel-Linsen oder konzentrischen Spiegelsystemen umgehen,-
phantasiert Hans-Dieter

ZITAt (Christoph @ 11. 4. 2006 - 20.39 h) Kennst du vielleicht auch gleich den mathematischen Beweis für die Lichtstärke 1:0,5? An der Uni sind wir nämlich nur so weit gekommen, daß die Linse mit der größten Brechkraft eine Kugel ist ...[/quote]
Nicht die mit der größten Brechkraft, sondern die mit dem größten Durchmesser bei gegebenem Krümmungsradius. Ja, genau das ist der Punkt.


ZITAt (Christoph @ 11. 4. 2006 - 20.39 h) ... und somit muß die Brennweite mindestens dem Kugelradius entsprechen und eine Blende (resp. Eintrittspupille), die größer als der doppelte Kugelradius ist, macht dann ja keinen Sinn, womit wir wieder bei Lichtstärke 1:1 gelandet sind. Wie gesagt: so weit sind der Physik-Assistent und ich gekommen.[/quote]
Na, ihr zwei seid vielleicht Helden ... /biggrin.gif" style="vertical-align:middle" emoid="" border="0" alt="biggrin.gif" />

Wenn die kürzestmögliche Brennweite einem Kugelradius entspricht und der größtmögliche Durchmesser der Eintrittspupille zwei Kugelradien ... wie groß ist dann gleich noch mal die geometrische Lichtstärke?


ZITAt (Hans-Dieter @ 12. 4. 2006 - 0.13 h) Theoretisch könnte man das Problem der "dicken" Linsen durch die Verwendung von miniaturisierten Fresnel-Linsen oder konzentrischen Spiegelsystemen umgehen ...[/quote]
Hmm, ich weiß nicht. Meine naturwissenschaftliche Intuition sagt mir, das geht so nicht. Die Limitierung der geometrischen Lichtstärke durch den Kugelradius erscheint mir so fundamental, daß die Sache nicht so einfach zu umgehen sein dürfte. Sowohl für Spiegel als auch für die einzelnen Flächenelemente einer Fresnellinse gelten ja grundsätzlich dieselben geometrischen Beschränkungen ...

Was schon eher funktionieren dürfte, wäre eine parallele Belichtung durch mehrere Objektive gleichzeitig, wie von Lopi vorgeschlagen. Oder der Einsatz elektronischer Restlichtverstärkung. Doch beides ändert nichts an der Existenz der Obergrenze für die geometrische Lichtstärke eines Objektives.

-- Olaf

@Olaf

ZITATNa, ihr zwei seid vielleicht Helden ... biggrin.gif

Wenn die kürzestmögliche Brennweite einem Kugelradius entspricht und der größtmögliche Durchmesser der Eintrittspupille zwei Kugelradien ... wie groß ist dann gleich noch mal die geometrische Lichtstärke?[/quote]

Ich fürchte, 11 Stunden Vorlesungen und Praktika und DANACH noch solche Überlegungen - das war gestern einfach zu viel (für mich sowie den Assi).

Danke nochmals und Gruss /give_rose.gif" style="vertical-align:middle" emoid="" border="0" alt="give_rose.gif" />

Christoph

Hier noch die zugehörige Blendenreihe:

http://www.mi-fo.de/forum/index.ph...st&p=122551

Die Dynax 7D ist übrigens für den Blendenbereich Blende 1 bis Blende 90, also Lichtstärke 1:1 bis 1:90 ausgelegt. Woher ich das weiß, wenn es keine Objektive gibt, mit denen man diese Werte einstellen könnte? Einfach mal die Firmware anschauen. :-)

Viele Grüße,

Matthias

EDIT: Hier gibt es eine gegenteilige Meldung, demnach die Kamera Blenden bis 128 unterstützen würde:

http://www.mi-fo.de/forum/index.ph...st&p=172279

ZITAt (matthiaspaul @ 12.04.2006 - 12:18) Hier übrigens die zugehörige Blendenreihe:

http://www.mi-fo.de/forum/index.ph...ndpost&p=122551

Die Dynax 7D ist übrigens für den Blendenbereich Blende 1 bis Blende 90, also Lichtstärke 1:1 bis 1:90 ausgelegt. Woher ich das weiß, wenn es keine Objektive gibt, mit denen man diese Werte einstellen könnte? Einfach mal die Firmware anschauen. :-)

Viele Grüße,

Matthias[/quote]
... oder im Scheibel-Buch Dynax 7D auf Seite 107 nachlesen "Wenn sich kein kompatibles AF-Objektiv an der Dynax 7D befindet ... In den EXIF-Daten solcher Aufnahmen erscheint als Blende 1,0 (f/1.0 oder F1 ...)" steht da im Zusammenhang mit T2-Adaptierungen und Ähnlichem.
Gruß von Digifoto

ZITAt (matthiaspaul @ 12.04.2006 - 13:18) Einfach mal die Firmware anschauen. :-)[/quote]

Was hast Du denn da noch rausgekizelt? /smile.gif" style="vertical-align:middle" emoid="" border="0" alt="smile.gif" />

ZITAt ("Digifoto @ 12. 4. 2006 - 16.02 h) ZITATDie Dynax 7D ist übrigens für den Blendenbereich Blende 1 bis Blende 90 [...] ausgelegt. Woher ich das weiß, wenn es keine Objektive gibt, mit denen man diese Werte einstellen könnte? Einfach mal die Firmware anschauen.[/quote]... oder im Scheibel-Buch "Dynax 7D" auf Seite 107 nachlesen: "Wenn sich kein kompatibles AF-Objektiv an der Dynax 7D befindet [...] In den EXIF-Daten solcher Aufnahmen erscheint als Blende 1,0" steht da im Zusammenhang mit T2-Adaptierungen und ähnlichem.[/quote]
Ja ... und? Was soll das mit der Information von Matthias zu tun haben? Die Kamera trägt in Ermangelung besseren Wissens kurzerhand den Blendenleitwert LWk 0 in die EXIF-Daten ein (und für die Brennweite ebenfalls 0). Null bedeutet in diesem Falle "weiß nicht". Es bedeutet nicht zwangsläufig, daß dies der jeweils kleinst- oder größtmögliche Wert sei. Würde sie größere Blenden als f/1 unterstützen (also negative Blendenleitwerte), so trüge sie für ungekuppelte Objektive trotzdem immer noch LWk 0 = f/1 ein.

Matthias, wie genau hast du dir "die Firmware angeschaut"? Siehst du irgend eine Chance, die Firmware selber neu- bzw. umzuprogrammieren?

-- Olaf