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Funktionsweise des Fotoapparats


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Ein Fotoapparat ist ein Instrument zur Erstellung von mittels eines Objektivs / Linsensystems und eines lichtempfindlichen Trägers des Films meist außerhalb der Kamera entwickelt wird. In Digitalkamera übernimmt ein lichtempfindlicher Chip die Funktion Films.

Inhaltsverzeichnis

Funktionsweise

Jenseits einer konkreten Bauweise arbeitet der Fotoapparat" (kurz: AF ) wie folgt:

Drei Ebenen bilden das Grundsystem des allgemeinen Fotoapparats (F) Film- die (O) Objektiv- und die Schärfeebene. Die beiden Kameraebenen F und O im AF lichtdicht und dreh- und verschiebbar

Unter der Vorgabe dass Parallelen sich im Unendlichen treffen ( projektive Geometrie ) haben stets alle drei einen gemeinsamen Schnittpunkt im Raum der von den Lagen F und O bestimmt wird und - nach Neigungswinkel zueinander - mehr oder weniger vom AF entfernt liegt.

Die Ebene S entspringt in diesem F-O und verläuft über den scharfgestellen Punkt Objektivs auf der Objektivachse (nicht senkrecht zur S).

Ist der Schnittpunkt der beiden Kameraebenen der Kamera (AF) unendlich weit entfernt dann der Sonderfall ein der alle drei Ebenen parallel ausrichtet (heutige und historische "Normalkamera").

Um den AF mechanisch praktikabel zu bedarf es der Möglichkeit F und O einzustellen dass aus dem Schnitt-Punkt der beiden eine Linie analog eines Scharniers generiert wird (durch gemeinsame horizontale oder Ausrichtung der Kamerastandarten beispielsweise in denen Film- Objektivebene eingehängt sind). Nach dieser Ausgangseinstellung können Ebenen sich während des weiteren Einstellens wieder in einem Punkt statt in einer Linie (wenn beide Standarten gegenläufig verdreht werden - B. eine vertikal und eine horizontal).

Die Schärfeebene S entsteht durch die genaue Projektion eines Punktes im Motiv durch das hindurch auf einen Punkt in der Filmebene. Objektiv aus gesehen entsteht in der Kamera Strahlenkegel dessen Spitze sich mit dem Film

Praktisch entsteht dabei ein Schärfe-Körper; das der Schärfebereich ( siehe auch: Schärfentiefe ). Beim Enden des Strahlenkegels kurz vor hinter der Filmebene werden auf ihm Zerstreuungskreise (Z) abgebildet die vom Auge bis einer bestimmten Grösse noch als scharf akzeptiert und deshalb noch scharf erscheinen.

Mit der im Objektiv angeordneten Blende die den Durchlass für das Licht das Objektiv steuert wird die Größe der bestimmt: die kleinere Blendenöffnung erzeugt Strahlenkegel mit Radien und spitzeren Winkeln die auf den fallen und damit kleinere Zerstreuungskreise die entsprechend erscheinen.

Der Schärfekörper ist beim AF ein er beginnt auf der Schärfeebene (!) erst Abstand des Kameraauszuges (Abstand F zu O) parallel zur (unter dem Objektiv). Im Keil reicht die bis Unendlich. Im Sonderfall - F und sind parallel - ergibt sich der Schärfebereich Schärfequader und nicht als Keil (weil technisch den AF begrenzt).

Der Schärfe-Keil ist in seinem Schnitt durch 1. seinen Nullpunkt (in Skizze: unter Objektiv) 2. den Nahpunkt N und 3. Fernpunkt F der Schärfe auf der Objektivachse N und F ergeben sich dabei aus nominellen Entfernungseinstellung der Schärfeebene S und der bestimmten des Objektivs. N und F (Nah- und der Schärfe) ergeben sich auch aus der des Objektivs und der fast genau mittig ihnen liegenden Schärfeebene S; N und F deshalb über Berechnungen ermittelt werden (wie z. durch die interaktive Tabelle von Striewisch/ Kluge; u.).

Mit den Werten für N S F dem Abstand des Nullpunkts zur Objektivachse und der genormten Größe Z (Zerstreuungskreis je ist der Keil zu berechnen (dazu N F z. B. aus Striewisch/ Kluge holen Interaktiver Schärfentieferechner ; Z für Kleinbildkameras 0 03 mm für Mittelformatkameras ca. 6 x 7 cm 0 mm für Großformatkameras 9 x 12 cm 0 09 bis 0 1 mm und mehr je bzw. Aufnahmeformat ).

Wird der Schärfekeil in zwei Hälften einmal der Teil vor und einmal der hinter der Schärfeebene können sich gering abweichende ergeben. Näherungsweise beträgt der Winkel des Keils der Schärfeebene vom Nahpunkt zur Scharfstellung:

Winkel Altgrad = [ (90 - D/(S - A)) - (90 - arctan - A)) ]
wobei D = Distanz der Objektivachse Keilbeginn; S = Schärfeeinstellung auf Objektivachse; A Kameraauszug; N = Nahpunkt der bestimmten Brennweite der Objektivachse.

Vereinfacht kann dieser Winkel für den Schärfekeil verdoppelt werden.

Die Distanz auf der Objektivachse vom des Schärfebereichs zur Schärfeebene ist bei sehr Entfernungseinstellung vor der Kamera etwa so groß die von der Schärfeebene zum Fernpunkt wobei Verhältnisse sich mit der jeweils länger eingestellten ändern - der Abstand der Schärfeebene zum wächst dann kontinuierlich gegenüber der Entfernung zum an.

Objektive sind Linsensysteme die mit einer (und oft einem Verschluss ) kombiniert sind. Vom gleichen Standort aus der gleichen optischen Achse zeichnen sie alle gleiche Bild vom Motiv zeichnen also gleiche und Winkel bei verschiedenen Bildausschnitten - wie Zoom-Objektiv bei dem verschiedene Brennweiten fliessend miteinander werden.

Normalobjektive haben ungefähr die Bilddiagonale als Brennweite. mit weiterem Betrachtungswinkel ( Weitwinkelobjektiv ) zeichnen mehr vom Motiv kleiner auf. mit kleinerem Betrachtungswinkel (Fernobjektiv) zeichnen weniger vom größer auf. Entsprechend werden die Zerstreuungskreise bei letzteren vergrößert und der Schärfebereich kleiner (besonders klein bei Makroaufnahmen ).

Fernobjektive - mit kleinem Betrachtungswinkel - unterscheiden von Teleobjektiven dadurch dass letztere innerhalb des Linsensystems Vergrößerungssystem (Tele-Konverter) enthalten und deshalb in ihrer kürzer als ihre Brennweite sind.

Bei der Unendlicheinstellung (∞) eines – seinen Ebenen beweglichen – AF ist nominell Abstand von F zu O gleich der Dieses Anlagemaß von F zu O ist Teleobjektiven kürzer und bei einigen Weitwinkeln etwa als die Brennweite. Für Berechnungen z. B. Abbildungsmaßstabes gelten die nominellen Brennweiten.

Dichtere Entfernungen zum Motiv als Unendlich erfordert längere Auszüge der Kamera (für den 1:1 ist die doppelte Brennweite nötig).

Bei der Aufnahme des Motivs mit Maßstab kann bis zur Abbildungsgröße m 1:1 der Praxis näherungsweise bei allen Objektiven bei Blendenöffnung (und gleichem Bildformat) von gleichen Schärfebereichen werden; bei größeren Maßstäben in den Makrobereich gilt das nicht mehr. Zu berücksichtigen sind U. noch die normierten Zerstreuungskreise für die Bildformate (Z) wodurch sich unterschiedliche Blenden für Formate ergeben.

Da der AF als Balgen- oder keine Skalen für die eingestellte Entfernung hat Abbildungsmaßstäbe Auszugslängen (F zu O) und weitere mehr in der Praxis zu berechnen.

Die sog. Linsengleichung lautet:

1/f = 1/a´ + 1/ a

dabei ist f = Brennweite; a´ Kameraauszug; a = Entfernung Motiv zu Objektiv; ergibt sich beispielsweise der Abbildungsmaßstab:

m = Auszugsverlängerung : Brennweite

dabei ist die Auszugsverlängerung die Verlängerung Balgens gegenüber dem Anlagemaß (= Auszug real Unendlich); Brennweite = nomineller Wert für f.

Geschichte und Entwicklung

Historisch verlief die Entwicklung des Fotoapparats/ Geschichte der Fotografie aus der Kenntnis des Sonderfalls der von F und O und entsprechend auch der bis heute als Normalkamera gilt. Die Kamerakonstruktion (z. B. Balgen) diente zuerst nur Entfernungseinstellung.

Erst um die Wende zum 20. Jahrhundert wurde das Prinzip der um eine drehenden Ebenen formuliert - 1901 vom französischen Jules Carpentier (Patentamt London) 1904 (Patentamt London) aufbauend von Theodor Scheimpflug ( 1865 - 1911 ). Der "Scheimpflug" wie heute eine damit Einstellung allgemein genannt wird bedarf mindestens einer Kameraebene. Die sogenannte Fachkamera die für die Kameraebenen F und vielfältige Verstellmöglichkeiten bietet kam als Massenkamera erst des 20. Jahrhunderts vor allem in Fotostudios in Gebrauch.

Sind mit einem Apparat gleichzeitige Verstellungen eine horizontale wie um eine vertikale Achse ist mit einem sogenannten "doppelten Scheimpflug" der auch diagonal und beispielsweise von oben ins zu legen (die drei Ebenen F O S schneiden sich dann wieder nur in Punkt).

Beschreibung

War es der Grundgedanke des "Scheimpflugs" aufzunehmende Motiv-Ebene in den Schärfekeil zu legen dann für den Schärfebereich nicht mehr die für einen Schärfebereich von vorn bis hinten zu müssen (Tiefe des Objekts) sondern senkrecht Schärfeebene von oben nach unten (Höhe des so sind mit dem sog. "doppelten Scheimpflug" von oben unten oder seitlich kommende und diagonal im dreidimensionalen Raum stehende Schärfekeile im darstellbar (primär Kunstfotografie).

Literatur

  • Ansel Adams: Die Kamera München 2000 (Christian)
  • Peter Bauernschmid (Hrsg.) Linhof Präzisions - GmbH: Image Circle - Ein Lehr- und Bilderbuch kreative Fachfotografie (München 2002); darin besonders die Texte Walter E. Schön

Weblinks


siehe auch: Funktionsweise der Belichtungsmessung Funktionsweise des Fotostudios Optische Abbildung



Bücher zum Thema Funktionsweise des Fotoapparats

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