Objektive digitaler Kameras

An Objektive von Digitalkameras werden aufgrund der Abbildung des Motivs nicht auf einem Film von z.B. 24 x 36 mm, sondern auf einem sogenannten Chip (Bildsensor), besondere Anforderungen gestellt.

Die Abmessungen des Bildsensors sind bei den meisten Digitalkameras wesent- lich kleiner als das Format des Kleinbildfilms 24 x 36 mm. Dennoch aber werden Bilder guter Qualität bei Ausbelichtungen bis zum Format A4 bei einer Auflösung von 5 Megapixel erzielt. Bei normalen Ausbelichtungsmaschinen lassen sich aber auch Formate von A3 mit guter Qualität herstellen. Bei der Betrachtung am Bildschirm fallen die digitalen Bilder mit guter Qualität ins Auge, weil hier nur eine Auflösung von 72 ppi (Pixel per Inch) gegenüber sehr hochwertigen Repro- duktionen bei 300 ppi benötigt wird. Die meisten Ausbelichter liefern aber für den Normalgebrauch schon sehr gute Bilder bei 200 ppi.

Die erforderliche Auflösung ist bei Nominalgrößen des meisten Bildwandler von 1/3,6 Zoll (6,8 mm) bei einer Abmessung von 3,0 mm x 4,0 mm bis zu einer Nominalgröße von 2/3 Zoll (16,3 mm) bei einer Abmessung von 6,6 x 8,8 mm nur möglich, weil Objektive und Sensoren eine Unmenge an Leistung bringen, um das Motiv detailgenau und farbecht zu digitalisieren.

Im Gegensatz zum neuen technischen Prinzip der Bildwandlung bei Digital- kameras, wo das Licht in elektrische Ladung und die elektrischen Signale in binär kodierte Daten umgewandelt werden, ist die fotografische Funktion der Objektive die gleiche geblieben. Aufgrund der wesentlich kleineren Abmessungen von Objektiven und Chip gegenüber dem Prinzip der analogen Technik, wo Silberhalogenidfilme mit normalen Fotokameras belichtet werden, sind wesentlich höhere Anforderungen an die Optik gestellt.

Wie bei den normalen analogen Kameras bestehen die Objektive der digitalen Kameras aus einem mehrgliedrigem Linsen-System. Je nach Größe der Brenn- weitenänderungen sind bei kompakten Digitalkameras - also Digitalkameras, bei denen man das direkt an der Kamera befestigte Objektiv nicht wechseln kann - mehr oder weniger Linsen unterschiedlicher Abmessungen in mehr oder weniger Gruppen vorhanden. Im Gegensatz zu den anologen Kameras sind die Objektive bei den kompakten Digitalkameras - z.B. einer Brennweite von 300 mm, bezogen auf 35 mm Kleinbild - wesentlich kleiner und damit leichter.

Der Bezug auf das Format des Kleinbild hat seine besondere Bewandnis. In Abhängigkeit von der Länge der Diagonale des Filmbildes (24x36) mm bzw. des Chip ist erst eine Vergleichbarkeit möglich. Die Angaben auf dem Objektiv der Olympus C750 UZ lauten z.B. AF Zoom 6.3-63 mm, 1:2.8-3.7. Der vordere Teil 6.3-63 bedeuten, dass das Objektiv in der Brennweite von 6,3 bis 63 mm, also mit dem Faktor 10 bezogen auf die Diagonale des Chip optisch verstellt werden kann. Der Chip der Olympus C750 UZ hat eine Abmessung von 1/2,5 Zoll. Die Diagonale - die tatsächlich immer ca. 1/3 kleiner als die Nenngröße des Chip angegeben wird - beträgt 6,3 mm. Das hat zudem erhebliche Auswirkung auf die gegenüber dem normalen Spiegelreflexsystem vorhandenen größeren Abbildungsmaßstäbe und damit auf die zu erreichende Tiefenschärfe.

Beim Vergleich der Bildwinkel der jeweiligen Brennweiten zwischen Digital- kamera und Spiegelreflexkamera sind aufgrund der Abhängigkeit des Bildwinkels von der Diagonale des Chip bzw. der Diagonale des Kleinbilds, bei der Digital- kameras kleinere Bildwinkel gegeben. So z.B. entspricht der Bildwinkel eines 50er Normalobjektivs bei Digitalkameras dem eines 80er Teleobjektivs. Zudem entspricht die Brennweite 5 mm bei einer Digitalkamera beispielsweise wegen der Abhängigkeit von der jeweiligen Länge der Diagonale des Chip, der Brennweite 35 mm eines Normalbildfilms bei Spiegelreflexkameras.

Bezogen auf 35 mm Kleinbild läßt sich bei der Olympus C-750UZ die Brenn- weite der Optik von 38 bis 380 mm verändern. Die Größe 380 mm macht den Vergleich zu einem Teleobjektiv von 400 mm erst möglich.

Während bei der optischen Brennweitenveränderung die Linsenstellung so verän- dert wird, dass bei Zoom in den Telebereich nur ein engerer Ausschnitt des Motivs auf den Chip gebracht wird, wird bei Digitalzoom nur ein Ausschnitt des Aufnahme auf die volle Datenmenge hochgerechnet. Das sieht man dann bei hohen digitalen Zoomfaktoren an der starken Vergröberung des Bildes, wodurch das Bild verschwommen wirkt. Zuviel digitaler Zoom ist abzulehnen, in Maßen eingesetzt, aber empfehlenswert. Je nach Kameratyp ist die Wirkung verschieden.

Aufgrund der Struktur eines Bildwandlers muß ein Objektiv etwa 150 Doppel- linien (schwarz/weiß) pro Millimeter Bildwandler auflösen. Das heißt, dass ab- wechselnd 300 Linien klar getrennt abgebildet werden müssen, was nur die besten Objektive schaffen. In diesem Sinne kommen der Lichtstärke eines Objektivs große Bedeutung zu. Die Lichtstärke bezeichnet die größtmögliche Öffnung (Blende) eines Objektivs. Bei hoher Lichtstärke lassen sich Aufnahmen auch noch bei weniger Licht verwacklungsfrei aus der Hand oder ohne Blitz machen.

Lichtstärke hat insbesondere bei den Objektiven für analoge und digitale Spiegelreflexkameras seinen Preis. Objektive mit hoher Lichtstärke sind mitunter doppelt so teuer wie Objektive mit normalen Lichtstärken. Ein 500er Tele- objektiv kostet da schnell mal über 1.000 EUR. Mit den hier vorgestellten Konvertern kommt man z.B. mit einem 2.8/135er und einem 1.7/50er Objektiv mit der Sony MVC CD500 bei einem Bildformat von 1280 x 960 Pixel auf eine Gesamtbrennweite von 567 mm (3 x 2 x 2,7 x 35) und bei einem Bildformat von 2048 x 1536 Pixel auf eine Gesamtbrennweite 354 mm (3 x 1,25 x 2,7 x 35) bei insgesamt hoher Lichtstärke. So lassen sich z.B. mit solch einem Vorsatz bei Einstellung der Kamera auf Blende 5.6 und trüben Wetter noch Aufnahmen mit einer Belichtungszeit von 1/250 sec machen! Die Vorsätze wirken sich nicht lichtstärkemindernd aus, wenn die Blende voll offen gelassen wird.

Wird vor eine Digitalkamera beispielsweise ein Telekonverter mit dem Faktor 6 gesetzt, ergibt sich hierdurch eine erhebliche Vergrößerung der optischen Brennweite. Der Telekonverter ist dem Aufbau nach mit einem Fernrohr zu vergleichen. Objektiv und "Okular" des Telekonverters sind gegenüber einem einfachen Fernrohr mit mehrgliedrigen, auf das Fotografieren korrigierte, bessere Linsensysteme ausgestattet. Hierdurch ergeben sich gegenüber dem Fernrohr wesentlich bessere Licht- und Abbildungsverhältnisse. Der Telekonverter besteht aus einem vorderen Teleobjektiv und einem hinteren Normalobjektiv, die über einen in der Länge veränderbaren Tubus derart verbunden sind, dass die Brennweiten des vorderen Teleobjektivs und des hinteren Normalobjektivs sich treffen können.

Beim Zusammenfallen der Brennweiten entsteht ein sogenanntes afokales System, d.h. ein System wo die Gesamtbrennweite im Unendlichen liegt. Allgemein kann in einem solchen Vorsatz-System (als Linsensystem betrachtet) die Frontlinse eine Sammellinse oder eine Zeustreuungslinse sein. Ist die Frontlinse sammelnd, so wird die Brennweite des Objektivs der Kamera verlängert und der Bildwinkel verkleinert; es entsteht also ein System für Teleaufnahmen. Ist die Frontlinse dagegen zersteuend, wird die Brennweite verkleinert und der Bildwinkel vergrößert; es entsteht ein System für Weitwinkelaufnahmen. (s. Flügge, Hartwig, Weiershausen, Studienbuch zur technischen Optik, 55 ff.)

Durch den Vorsatz des Telekonverters vor das Objektiv der Digitalkamera ergibt sich die Brennweite des Gesamtsystems aus dem Brennpunkt der Kamera multi- pliziert mit dem Vergrößerungsfaktor (Brennweite Teleobjektiv dividiert durch Brennweite Normalobjektiv). Die Brennweite wird also verlängert. Die sich hierbei ergebene Hauptebene liegt weit außerhalb des Gesamtsystems. Der Abstand zwischen dem Chip und dieser Zwischenebene wird als Aquivalenz- brennbreite bezeichnen (s. Stüper, Die photographische Kamera, S. 104 ff). Das durch das Normalobjektiv des Telekonverters in der Zwischenebene (Treffpunkt der Brennweite des vorderen Tele- und des hinteren Normalobjektivs) des Konverters durch das Telobjektiv hervorgerufene Bild, wird als paralleles Strahlenbündel vom Normalobjektiv des Konverters über das Objektiv der Digitalkamera, in der Brennebene - also dem Chip - abgebildet. Hinzukommt, dass durch den verwendbaren Digitalzoom die "Misch"-Brennweite sich noch erhöht.

Bei einem 10-fach optischen Zoom ist die max. Brennweite bezogen auf 35 mm Kleinbild bei der Olympus C750UZ, beachtliche 380 mm groß, damit ergibt sich bei Einsatz eines Telekonverters mit dem Faktor 6 eine optische Brennweite von 2.100 mm (10 x 6 = 60 x 35 = 2.100). Da die Anwendung des Telekonverters bei der Olympus C-750 einen mindestens 1,2-fach digitalen Zoom zur Besei- tigung der Randabschattung erfordert, erhöht sich die "Misch"-Brennweite auf 2.520 mm. Die dargelegten Verhältnisse treffen prinzipiell für jede Digitalkamera unter Berücksichtigung der jeweils spezifischen technischen Daten zu.

Das Wertepaar auf der Olympus C750 UZ: 1:2.8-3.7 bedeutet, dass das Objektiv bei der Brennweite 38 mm immerhin eine Lichtstärke 2.8 hat die bis zur Brennweite von 380 mm nicht weiter als auf die Größe 3,7 abfällt. Dies ist insbesondere für die Vorsatzadapter wichtig, denn normale Objektive von Spiegelreflexkameras haben bei dieser Brennweite eine Lichtstärke von ca. 5,6 und darüber.

Für die Abbildungsqualität eines Objektivs sind weiter die Blende und Schärfe von Bedeutung. Alle Eigenschaften - einschließlich der Bauart - eines fest mit der Digitalkamera verbundenen Objektivs haben erheblichen Einfluß auf die Ver- wendbarkeit von Vorsatzadaptern und die Qualität der damit aufgenommenen Bilder. Das trifft insbesondere bei Telekonvertern mit hohen Faktoren zu.

Der Brennweitenbereich bei analogen Kameras liegt beim Canon-System bei 7,5 mm (Fischaugen) bis 1.200 mm (Fernobjektiv) Brennweite, wobei natürlich verschiedene Wechselobjektive hierfür vorhanden sind. Die langbrennweitigen Objektive sind aber sehr teuer und für den Amateur kaum erschwinglich. Nimmt man hingegen für die Brennweiten bis 800 mm noch einen 2-fach Konverter dazu, kommt man auf max. 1.600 mm Brennweite.

Bei den hier vorgestellten Tele-Adaptern ist ein Faktor von 10 bei guter bis sehr guter Qualität an Digitalkameras bis optischen Zoom von 2 möglich. Die Olympus C750UZ hat aber einen optischen 10-fach Zoom, ehe der digitale Zoom einsetzt, wobei eine "Misch"-Brennweite von 4.560 mm gegeben ist. Die Qualität ist bei dieser "Misch"-Brennweite aber nicht berauschend.

Bei der Sony MVC CD500 ergibt sich bei einem Bildformat von 2048 x 1536 mm eine Gesamtbrennweite von 1.313 mm (35x3x1,25x10). Die Bildqualität ist hier gut. Bei einem Bildformat von 1280 x 960 mm ergibt sich eine Brennweite von 2.100 mm (35x3x2x10). Die Qualität ist hier sehr gut. Dass hierbei unbedingt ein Stativ und eine Fern- bzw. Selbstauslösung erforderlich ist, dürfte außer Frage stehen.