Beugungsunschärft

[vbehrens]

Hallo!

Die Suchfunktion hat mich nicht wirklich weitergebracht, deshalb hier ein Frage an die Experten:

Je kleiner der Sensor um so weniger bringt das Abblenden in Bezug auf die Steigerung der Schärfentiefe. Meist ist diese bei Blende 5,6 optimal (maximal) und nimmt mit kleinerer Blende ab. So lese ich es öfter in Zeitungen..... gemeint sind natürlich immer wirklich kleine Aufnahmechips.

Wie ist es bei der M8?
Wer hat Info's zu diesem Thema?

Dank & Gruß
Volker

[Chief Joseph]

Kann nur mit praktischer Erfahrung dienen, nicht mit Quellen.

Mit nem 28er an ner M8 meine ich jenseits Blende 8 bis 11 eine Verschlechterung der Bildqualität bemerkt zu haben, versuche daher meist nicht mehr als auf 8 abzublenden.

Gruß CJ

[gerd_heuser]

Originally Posted by vbehrens

Je kleiner der Sensor um so weniger bringt das Abblenden in Bezug auf die Steigerung der Schärfentiefe. Meist ist diese bei Blende 5,6 optimal (maximal) und nimmt mit kleinerer Blende ab. So lese ich es öfter in Zeitungen..... gemeint sind natürlich immer wirklich kleine Aufnahmechips.

Eine physikalisch relativ einfache, in der Auswirkung und Berechnung doch leicht komplexe Thematik.


Durch die Wellennatur des Lichts wird es an jeder Kante gebeugt und erzeugt eine Wellenfront, die am Ziel nach geometrischen Gegebenheiten mit sich selbst interferiert, also sich verstärkt bzw. auslöscht. An einem Loch wie es eine Blende darstellt, ergeben sich konzentrische Kreise mit einem Hauptstrahl in der Mitte und davon periodisch entfernten Nebenmaxima, die wiederum um so mehr abnehmen, je weiter sie vom Maximum entfernt sind.
In der Mitte entsteht das sogenannte Rayleigh-Scheibchen, Je kleiner die Öffnung Blende, desto größer das zentrale Scheibchen. Die Auflösungstheorie besagt nun, daß zwei Objekte nur noch dann zu trennen sind, wenn ihre Rayleigh-Scheibchen weiter voneinander entfernt sind als deren Radius.
Was heißt das in der Praxis? Jedes Objektiv bildet in Zerstreuungsscheibchen ab und zwar einmal mit dem durch die Restaberrationen verursachten und mit dem Rayleigh-Scheibchen. Nun ist es meist so, daß bei geöffnetem Objektiv die Restfehler größer sind als die durch die Beugung verursachten und damit bestimmender Faktor für die Auflösung. Blendet man ab, nehmen die Restfehler durch nicht vollständige Korrektion auch ab, aber die Beugungsscheibchen nehmen zu bis ein Blendenwert erreicht ist, an dem beide gleich sind. Dann ist das Objektiv (in seiner Auflösung) beugungsbegrenzt.
Dies gilt generell und nicht nur für kleine Chips oder die M8.
Aber:
Je kleiner die Pixel eines Chips, desto eher (schon bei höher geöffnetem Objektiv) kommt man an die Beugungsgrenze, wo auch zwei Sensoren nebeneinander nichts mehr differenzieren können, denn das Beugungsscheibchen ist größer als beide Pixel.
Bei Billigknipsen klappt das unter Umständen noch nicht mal bei voll geöffnetem Objektiv weil die Korrekturfehler zu groß sind. Dann stehen die Megapixel nur noch für die Dummen als Kaufanreiz auf dem Papier.

Wers ausrechnen will: Die Gleichung ist

1/(1,22 * f * λ)

was den Radius des Beugungsscheibchen ergibt. (f=Blendenzahl λ=abbildende Wellenlänge)

Wenn man den Pixelpitch eines Sensors kennt, kann man leicht angeben wann bei sonst bestens korrigiertem Objektiv die Beugungsgrenze erreicht ist.

[vbehrens]

Originally Posted by gerd_heuser

......

Wenn man den Pixelpitch eines Sensors kennt, kann man leicht angeben wann bei sonst bestens korrigiertem Objektiv die Beugungsgrenze erreicht ist.

Besten Dank!

Was bedeutet das konkret für den Chip der M8?

Gruß
Volker

[gerd_heuser]

Originally Posted by vbehrens

Besten Dank!

Was bedeutet das konkret für den Chip der M8?

Gruß
Volker

Trau' dich was! Rechne!

[vbehrens]

Wenn ich das rechne fürchte ich, hinterher genau so "schlau" zu sein wie jetzt....

Also: Mir kommt es auf die Praxis an: Welche Eindrücke konntet Ihr gewinnen?

Gruß
Volker

[gerd_heuser]

Na gut. Ohne Praxis, aber mit etwas Theorie:

Machen wir eine Überschlagsrechnung:
Der Chip der M8 hat 3936 x 2630 Pixel und die Abmessungen 27 x 18 mm.

3936:27 und nochmal /2 weil man für ein Linienpaar abzubilden mindestens 2 Pixel braucht, ergibt eine Grenzfrequenz von etwa 73 lp/mm.
Erstaunlich, nicht? Die Leica Spitzenobjektive lachen darüber!

Nun zur förderlichen Blende:
Aus der Formel oben läßt sich errechnen, daß Blende 8 gerade noch nicht beugungsbegrenzend wirkt, darüber schlägt die Beugung zu und macht die Abbildung schlechter.

Bei Minisensoren kann es sein, daß schon bei Blende 2 die Beugung bestimmend wird.

[vbehrens]

Originally Posted by gerd_heuser

Na gut. Ohne Praxis, aber mit etwas Theorie:

Machen wir eine Überschlagsrechnung:
Der Chip der M8 hat 3936 x 2630 Pixel und die Abmessungen 27 x 18 mm.

3936:27 und nochmal /2 weil man für ein Linienpaar abzubilden mindestens 2 Pixel braucht, ergibt eine Grenzfrequenz von etwa 73 lp/mm.
Erstaunlich, nicht? Die Leica Spitzenobjektive lachen darüber!

Nun zur förderlichen Blende:
Aus der Formel oben läßt sich errechnen, daß Blende 8 gerade noch nicht beugungsbegrenzend wirkt, darüber schlägt die Beugung zu und macht die Abbildung schlechter.

Bei Minisensoren kann es sein, daß schon bei Blende 2 die Beugung bestimmend wird.

Besten Dank für diese mühevolle und qualifizierte Antwort!

Gruß
Volker

[M6-Django]

Originally Posted by gerd_heuser

Na gut. Ohne Praxis, aber mit etwas Theorie:

Machen wir eine Überschlagsrechnung:
Der Chip der M8 hat 3936 x 2630 Pixel und die Abmessungen 27 x 18 mm.

3936:27 und nochmal /2 weil man für ein Linienpaar abzubilden mindestens 2 Pixel braucht, ergibt eine Grenzfrequenz von etwa 73 lp/mm.
Erstaunlich, nicht? Die Leica Spitzenobjektive lachen darüber!

Nun zur förderlichen Blende:
Aus der Formel oben läßt sich errechnen, daß Blende 8 gerade noch nicht beugungsbegrenzend wirkt, darüber schlägt die Beugung zu und macht die Abbildung schlechter.

Bei Minisensoren kann es sein, daß schon bei Blende 2 die Beugung bestimmend wird.

So, bin gerade fertig geworden und habe den Blendenring beim M-Cron 2/90 mit Sekundenkleber und selbstschneidenden Blechschrauben auf f5.6 festgedübelt. Ist doch richtig für die R-D1, oder ?

m6d

Jetzt

[Chief Joseph]

[quote=gerd_heuser;576787]Nun zur förderlichen Blende:
Aus der Formel oben läßt sich errechnen, daß Blende 8 gerade noch nicht beugungsbegrenzend wirkt, darüber schlägt die Beugung zu und macht die Abbildung schlechter.QUOTE]


Prima, dann kann man das was ich beobachten konnte tatsächlich auch theoretisch nachrechnen. Physik ist toll

[SoFi-Chaser]

Habe es auch nochmal an einer Pfennig-Münze ausprobiert, und tatsächlich.
Kamera war eine 350D, an der das 100er Apo-Makro mit Elpro hängt (ok, falsches Forum hier, sorry). Immer Spiegelvorauslösung. Die Pixelgröße ist in etwa gleich, wie bei der M8 (uff, Kurve gekriegt)
Von Anfang bis Ende in halben Blendenschritten alles durchgemacht. Hier aber der Übersichtlichkeit wegen nur die ganzen Blenden beigefügt.
Jeweils ein 100%-Auschnitt. 2,8 - 4 - 5,6 - 8 - 11 - 16 - 22
Am Anfang ist der Hintergrund noch wegen der Schärfentiefe unscharf, am Ende wegen der Beugung.
Grüße
Torsten

[SJP]

Willeicht interessant ueber 'depth of field' usw is dieses document und Excel DOF calculator.

Die richtige formel ist (diameter):

2*f*λ (seite 8), oder 2 * 1,22 * f * λ = 2,44 * f * λ (Airy disk) => etwas bessere wert

Die Gleichung 1/(1,22 * f * λ) ist doch 1/m? Also das stimmt nicht nach meiner meinung.


note: apologies for my 'German'

[SoFi-Chaser]

Berechtigter Einwand, immer schön auf die Einheiten achten, wie mein Astro-Mentor immer sagte. Und vielen Dank für den Link!

Es kommt eben immer darauf an, ob man die Länge/Durchmesser der AiryDisk nimmt, oder eben die Anzehl derselben pro Länge - in dem Fall Pixelbreite.

Ob Linie oder Linienpaar, das macht schonmal Faktor 2 aus.
Was aber viel zu selten berücksichtigt wird:
Blaues Licht: 380nm
Rotes Licht: bis 720nm
Das ist auch schon je nach Wellenlänge knapp ein Faktor 2.
Selbst wenn man die für's Auge optimale Wellenlänge nimmt: Manche nehmen 550nm, andere der einfachen Rechnung wegen eher 500nm, auch das sind schon 10% Ungenauigkeit.

Fazit: Man kann's genau rechnen, aber in der Praxis spielen sehr viele Faktoren rein, die dann auch berücksichtig sein wollen.

Die Näherung ist da im Vergleich erheblich zeitsparender und bei leichtesten Verwackelungen auch realistischer - ich sach ja immer, dass PI ins Quadrat gleich 10 is, und 300Kelvin sind Raumtemperatur, wie man die Tage eindrucksvoll merkt (schwitz)

Grüße und schönes Wochenende
Torsten

[SJP]

pixel M8 ist ca. 20 micron => mit 0.5 micron Wellenlange:
f8 anfang der probleme
f16 uw limitiert durch beugung

dass stimmt mit die Praxis!

[gerd_heuser]

Die Formel ergibt zunächst l/mm, die Dimension ist also richtig. Da aber lp/mm gebraucht werden, muß noch der Faktor 2 rein. Bei der Rechnung für die M8 ist das alles berücksichtigt. Die Annahme waren übrigens 550 Nanometer Abbildungswellenlänge, da ist etwa die höchste Augenempfindlichkeit.
Der pixelpitch bei der M8 ist aber nicht 20 Mikrometer, das wären sehr große Pixel und der Chip 7 cm breit, sondern etwas mehr als 6,8.

Hier noch für die schnelle Anwendung die Tabelle wie ich sie in Excel gerechnet habe:

Beugungsbegrenzung.jpg

[SJP]

Ich glaub nicht das wir ein andere meinung haben, mann kan via l/mm oder via diameter arbeiten. Willeicht hab ich das falsch interpretiert.

Pixel fur M8 sensor (ein farbe!) is 6.8 micron - mein fehler. Alle farben also 14x14 micron (Bayer sensor).

ABER die COC wirdt digitaler sensor is typisch 20 micron (referenz hier) un dann stimmt es doch?

[gerd_heuser]

Übrigens vielen Dank für den link, ich hatte mir das mal vor Jahren mühsam aus der Literatur und Webquellen zusammengestellt und gerechnet. Viel findet man nicht für dieses ganz spezielle Thema.

Was mich erstaunt hat, sind die Behauptungen von Zeiss, sie könnten mit den ZM-Objektiven 400 lp/mm auf Gigabitfilm auflösen. Auf der Photokina ist bestimmt Dr. Nasse, den konfrontiere ich mal mit dieser Aussage.

[SoFi-Chaser]

AiryDisk kenne ich eher aus der Astrofotografie, wo die Objektivdurchmesser durchaus in diese Grenzen vorstoßen, wie sie der Gigabit und andere versprechen.
"High Resolution Astrophotography" von Jean Dragesco oder auch die Internetseiten von Thiery Legault sind da eine sehr aufschlußreiche Lektüre. Sicher, eher für andere Bereiche, als die einer M8, aber im Grundsatz durchaus lesens- und wissenswert.
Grüße
Torsten

[SJP]

AiryDisk kenne ich eher aus der Astrofotografie

die Photonen wissen das aber nicht

Ein Objectiv mit f/1 blende hat ein NA = 0.5 also in theorie bekommt man ein Airy disk von circa 0.5 micron => 2000 l/mm. Ich weiss nicht was ein Noctilux in praxis kan aber fur die photographie is das fur ein normaler sensor oder film gar nicht wichtig. In die lithographie is "diffraction limited optics" die standart (heute 40 nm Airy disc bei 193 nm wellenlange) das kostet auch etwas mehr als ein Leica Objectiv (und mehr als ein ganzes M-system).

NB please finden Sie und ersetzen Sie 'Willeicht' mit 'Villeicht' I told you my German was rostig

[gerd_heuser]

Nein, dein Deutsch ist schon sehr verständlich.

Schwerlich aber wird ein Noctilux bei Blende 1 beugungsbegrenzt sein. Wahrscheinlich hätte das dann auch nie seinen Kultstatus erreicht.