Hi Epp und andere Interessierte,

weil es im anderen Diskussions-Thread off-topic wäre, mache ich hier einen neuen auf.

Die üblicherweise für teueres Geld verkauften etwas "besseren" Objektiv-Qualitäten treiben mich ebenfalls um. Dabei sind sie in Wirklichkeit gar nicht so extrem gut wie uns die Werbung glauben machen will.

Mich würde interessieren, ob es wirklich unknackbare technische Limits gibt, oder ob manche zu beobachtenden Effekte eher politisch / fiskale Gründe haben dürften, um nicht das herzustellen und zu vernünftigen Preisen auf den Markt zu bringen, was heutzutage technisch machbar wäre.

Hintergrund dieser Frage: gute Astronomie-Teleskope, die teilweise sogar nur um €1000,- kosten, sind laut Hersteller-Angaben "diffraktions-limitiert". Ich interpretiere diese Angabe so, dass sowohl die Konstruktion als auch die Fertigungs-Qualität / Toleranzen nicht die Auflösung limiteren, sondern ausschließlich das physikalisch unvermeidbare Diffraktions-Gesetz (Abhängigkeit vom Spiegel-Durchmesser bzw effektiver Blende).

Zeigt dieses Beispiel, dass es doch geht, wenn man nur will?

Wenn ich die Preise für Astronomie-Teleskope mit denjenigen auch nur halbwegs entsprechender Teleobjektive vergleiche, kriege ich die Krise. Krasser könnten Unterschiede im Preis-Leistungs-Verhältnis nicht sein. Nur weil sich das Marketing an unterschiedliche Zielgruppen richtet.

Nun muss man allerdings aufpassen: Teleskope haben generell einen anderen Brennweiten-Bereich, der sich nicht mit Fotografie-Normalbrennweiten vergleichen lässt.

Ich denke hier nicht von Zooms, sondern denke erstmal an Festbrennweiten, wo die Chancen deutlich besser sein sollten, auch die Offenblende diffraktions-limitiert zu gestalten.

Natürlich gibt es neben der Brennweite noch andere Unterschiede, z.B. das Kopfstehen der Abbildung eines Newton (und weitere wie z.B. manchmal notwendige Koma-Korrektoren etc). Aber das kann doch nicht etwa als Ausrede missbraucht werden?

Woran "scheitert" es wirklich auf technischer Ebene, dass z.B. eine 50mm Festbrennweite bei Offenblende ganz offensichtlich nicht diffraktions-limitiert ist (vor allem im Randbereich), sondern bei gängigen Pixel-Dichten die Diffraktion erst bei ca Blende 8 oder kurz danach ins Spiel kommt und die Auflösung limitiert?

Könnte man das nicht anders machen, wenn man nur wollte? Oder wenn wir, die User, entsprechenden Druck auf die Hersteller ausüben würden?

Ich sehe das Problem weniger bei der Diffraktion, sondern in der allgemeinen optischen Güte, welche die erreichbare Auflösung begrenzt.

Bei den Messungen an KB (21MP) sieht man anschaulich, dass es allgemein erst ab F8 mit der Linienzahl bergab geht. Die Auflösungszahlen bis einschließlich F5.6 sind für mich der Maßstab der Objektivgüte unabhängig von der Diffraktion.

epp4

Witzig - das mit 5.6 als Maßstab sehe ich genauso. Ich teste jede neue Linse immer genau an diesem Punkt, als Referenz.

Ich frage, woran es liegen kann, dass unter dieser Grenze (weiter offene Blende) immer alles schlechter ist.

Sind es die Fertigungs-Toleranzen?

Liegt es an der Architektur der Linsen? Wenn ja, gibt es keine bessere, die mehr leistet?

Das Märchen vom "extremer Aufwand notwendig = extrem teuer" glaube ich nicht.

Wenn Astronomie-Telekope es schaffen, eine nahezu "ideale Linse" nachzubilden, dann muss das in der Fotografie doch auch gehen.

Eine erster Hypothesen-Versuch: da der Sensor eine ebene Fläche ist, eine "ideale Linse" aber ein unendlich weit entferntes Urbild auf ein Ellipsoid abbildet, entsteht bei einer idealen Linse zwangsläufig eine Bildfeldwölbung. Wenn man diese auszugleichen versucht, muss man zwangsläufig von der idealen Linse abweichen und schafft auf diese Weise das Problem. Ohne Kompromiss geht es gemäß dieser Hypothese nicht.

Könnte an dieser Hypothese was dran sein?

Falls ja, dann müsste ein gekrümmter Sensor Abhilfe schaffen können.

Meinungen dazu?

Nimm ganz einfach das wirklich billige 40er Pancake. Das hat auch bei F4 schon extrem gute Werte und selbst bei F2.8 fällt es nur minimal ab.
Es gilt wohl irgendwie auch noch die Regel, je weniger Glas (Anzahl der Linsen im Objektiv) verbaut ist, umso weniger geht dabei die Qualität den Bach runter.

epp4

Ganz so einfach ist es wohl (noch) nicht. Ein gutes Objektiv hat ja eine ganze Liste von Anforderungen (ohne Zooms zu berücksichtigen), wie z.B. Farbreinheit, Schärfe, Abbildung des Raumes in einer planen Sensorebene, geringe Verzeichnung, möglichst Innenfokusierung und Makro-Tauglichkeit, und vieles andere mehr zu erfüllen.
So viele "Freiheitsgrade" mit wenigen brechenden Flächen unter einen Hut zu bringen ist schon rein theoretisch ziemlich kompliziert.
Wenn man in der Fertigung davon ausgeht, dass asphärische Flächen nur ausnahmsweise in guter Qualität gelingen, dann bleibt sehr schnell ein dickes Linsenpaket als Alternative übrig.

Ich wage zu behaupten: Wenn das Pancake einfach und kostengünstig aufgebaut ist, eine gute Leistung und einen breiten Einsatzbereich bietet - dann ist ein technisches Wunder geschehen!

mfg
Andreas

Bist Du sicher, dass der Ausdruck diffraktiinslimitiert dem entspricht, was Du beschreibst? Wo finde ich eine Begriffserklärung?

Ich hatte den Begriff so interpretiert, wie man es von der Begriffsbildung her erwarten würde. Allerdings scheint es verschiedene Fach-Definitionen zu geben:

http://en.wikipedia.org/wiki/Diffraction-limited_system

Oder so:

Prinzipiell gibt es zwei Faktoren die eine Rolle spielen, zum einen wird die Auflösung eines Optischen Systems von der sogenannten numerischen Apertur bestimmt. In einem idealen Objektiv (Strahlenoptik, ideale Linsen, perfekt korrigiert Astigmatismus...) ist diese der einzig entscheidende Faktor - ideale Objektive gibt es aber (man ahnte es) nicht. Optiken die diesem Ideal nahekommen gibt es z.B. am Mittel- und vor allem Großformat, z.B. von der Firma Rodenstock.
Diese Optiken werden dann als Diffraktionslimitiert bezeichnet. Diffraktion ist eine Unschärfe durch Beugung beim durchtritt durch die Blendenöffnung...je kleiner die Blende deste größer der Zerstreuungskreis.
Wenn man die genauen Vorgänge verstehen will muss man von der klassischen Strahlenoptik zur Gaussoptik übergehen und kann dann auch erklären, warum in der Regel leichtes abblenden hilft...dauert aber etwas länger...

Als Take-Home-Message bis hierher folgendes - bei den für uns zugänglichen Optiken gibt es zwei Wirkungen eines stärkeren Abblendens...1) Unschärfe verursachende Randstrahlen gelangen nicht auf die Bildebene -> stärkeres Abblenden führt zu größerer Schärfe b) der durch Beugung verursachte Zerstreuungsgreis wächst mit kleiner werdender Blendenöffnung --> Schärfe lässt nach...wir haben also zwei entgegengesetzte Entwicklung....je nach Objektiv gibt es einen "kritischen Punkt bei dem der beste Kompromiss zwischen beiden Faktoren erreicht wird. Dieser kritische Punkt ist auf die Objektivart abgestimmt (bei Makros also bei höheren Blendenzahlen zu finden, als bei einem langen Tele). Gute Faustformel..2 Stufen unter Anfangsöffnung ist bei den Meisten Objektiven Berreich bester Abbildugnsleistung erreicht.

Gruß Roman

Oder so:

Homogenes biospezifisches Nachweisverfahren für einen Analyten in Lösung oder in einer biologischen Suspension, worin ein biospezifisches Reagenz, das kompetitiv an einen Analyten und einen Liganden bindet, wobei letztgenannter mit einem Fluoreszenzmolekül markiert ist, an eine feste Phase gebunden ist und worin ein Laserstrahl, welcher für die Zwei-Photonen-Anregung geeignet ist, verwendet wird, um die Fluoreszenz des freien Liganden in der Lösung anzuregen und worin das mit der Zwei-Photonen-Anregung erhaltene Fokalvolumen diffraktionslimitiert ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Laserstrahl in das Flüssigkeitsvolumen fokussiert wird und die Konzentration des freien markierten Liganden in der Lösung über die Photonenemission des Markers detektiert wird, indem die Photonenemission des Markers während Zeitintervallen aufgezeichnet wird, in denen sich keine feste Phase in dem Fokalvolumen oder in seiner näheren Umgebung befindet.

Gruß Roman

Danke für den Tipp "Gaußsche Optik". Bei der deutschen Wikipedia gibt es einen interessanten Artikel dazu ( http://de.wikipedia.org/wiki/Gau%C3%9F-Strahl ), den ich gerade versuche einigermaßen zu verstehen.

Ich kann intuitiv gut nachvollziehen, dass man damit die Divergenz eines Laserstrahls beschreiben kann, der zu einem Reflektor auf dem Mond (der bekanntlich von den Apollo-Astronauten dort zurückgelassen wurde) und wieder zurück auf die Erde geschickt wird. Mir ist auch klar, dass das Gesetz prinzipiell auch für Strahlen in einem Objektiv gelten muss. Nur: dabei geht es um ganz andere Entfernungen. Ohne Einsetzen von konkreten Parametern ist mir intuitiv nicht ohne weiteres klar, wie der Zusammenhang genau aussieht. Gibt es dazu eine halbwegs intuitive Erklärung (ohne eines der genannten Bücher über Optik kaufen zu müssen)?

Den Wikipedia-Artikel über Matrizenoptik finde ich hochinteressant: er liefert mir eine indirekte Antwort auf meine eingangs gestellte Frage, weshalb sich Astronomie-Teleskope leichter so bauen lassen, dass sie (angeblich) diffraktions-limitiert sind: sie bestehen meist nur aus Spiegeln. Die in http://de.wikipedia.org/wiki/Matrizenoptik angegebene Matrix für Spiegel ist in der Hauptdiagonale immer 1, ebenso wie die Matrix für "unendlich dünne" Linsen. Wie Du richtigerweise sagtest, sehen reale Linsen anders aus: wegen ihrer Dicke muss man erst eine Brechungs-Matrix, dann eine Translations-Matrix, und schließlich erneut eine andere Brechungs-Matrix miteinander multiplizieren. Dadurch weicht die Hauptdiagonale von der Einheitsmatrix ab. Dies erklärt Deine Bemerkung, dass bei den Randstrahlen (r > 0) eine nichtlineare Abhängigkeit vom Winkel \alpha hinzukommt. Wie man aus der linearen Algebra weiß, sind nichtlineare Abhängigkeiten nicht nur der Feind der linearen Algebra schlechthin, sondern oft auch nicht geschlossen lösbar. Viel Spaß beim Finden von Näherungslösungen! Nachdem ich in diese Formeln einen Blick hinein geworfen habe, beneide ich die Objektiv-Entwickler nicht mehr um ihren Job.