BrennPUNKT: Warum haben wir eigentlich komplette Bilder auf dem Sensor?

[cosmovisione]

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Hallo allerseits.

 

Gerade ist mir ein Gedanke durch den Kopf geschossen:

 

Der Brennpunkt einer Konvexlinse ist derjenige Punkt, in dem sich ALLE Strahlen kreuzen, die parallel zur optischen Achse in die Linse eintreten.

 

Warum sehen wir dann auf dem Sensor ein komplettes Bild und nicht nur eine helle Feuersbrunst an einem zentralen Punkt? Ist der Grund dazu, dass eben nicht alle Strahlen parallel zur optischen Achse ins Objektiv treten, sondern aus allen Richtungen?

 

Was gilt für die schräg ins Objektiv tretenden Strahlen, wenn man ein Objektiv erfolgreich "scharfgestellt" hat?

 

Wer klärt mich auf?...

 

 

[Gast]

Wer klärt mich auf?...

 

ein lehrbuch der optischen physik??

 

eine kerze, eine lupe, ein stück butterbrotpapier, und ein abgedunkelter raum könnten auch helfen

[Kleinkram]

Da reicht schon eine Brille vor einer hellen Wand...

 

Der Brennpunkt ist ein theoretischer Wert zum Rechnen. In praxi hat eine Linse unendlich viele Brennpunkte über die Bildfläche verteilt.

[cosmovisione]

@finnan haddie

 

Dein Post ist zwar tatsächlich eine Antwort auf meine Frage ("Wer klärt mich auf?"), mit der Frage meinte ich aber wohl eher "man kläre mich auf"...

 

Die Lupe + Kerze usw. klärt aber kaum auf.

 

Die Frage könnte ich ggf. auch so umformulieren:

 

Warum bilden Strahlen, die schräg in ein Objektiv fallen, auf dem Sensor ein scharfes Bild ab, wenn der Sensor sich in der Fokalebene befindet?

 

bearbeitet 8. Mai 2017 von cosmovisione

[Kleinkram]

Weil die Linsen so geschliffen sind, dass auch die Randstrahlen scharf werden.

[somo]

Warum sehen wir dann auf dem Sensor ein komplettes Bild und nicht nur eine helle Feuersbrunst an einem zentralen Punkt? Ist der Grund dazu, dass eben nicht alle Strahlen parallel zur optischen Achse ins Objektiv treten, sondern aus allen Richtungen?

 

Der Sensor liegt hinter dem Brennpunkt. Somit auch auch keine Feuersbrunst?!

 

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[Rossi2u]

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Ich lasse das jetzt stehen, weil sich andere drauf bezogen haben, aber:

Was.

Ein.

Unfug.

 

Zumindest der zweite Teil.

Sorry ...

 

###############

Mir fallen zwei Erklärungen ein:

- Ein Objektiv ist nicht nur eine einzige Linse, sondern ein Linsensystem. Dadurch wird in der Sensorebene kein Punkt aus Licht eingebrannt, sondern ein Bild projiziert.

- Der Sensor liegt nicht im "Auftreffpunkt der Brennweite" (Brennpunkt), sondern wird in den Strahlengang des durch das Objektiv fallenden Lichts geschoben. Das Ganze wird so berechnet, dass zwischen dem Mindestfokussierabstand und unendlich scharfe Bilder herauskommen. Und der notwendige Bildkreis für den Sensor abgedeckt wird. Die Brennweite bestimmt dann nur, welcher Bildwinkel überhaupt eine Chance hat, auf dem Sensor abgebildet zu werden.

 

Der Sensor liegt hinter dem Brennpunkt. Somit auch auch keine Feuersbrunst?!

Oder vor?

 

Auf jeden Fall wird da durch die vielen Linsen ganz gut getrickst ...

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Natürlich liegt der Sensor im "Brennpunkt", aber es ist halt nicht ein Brennpunkt, sondern durch die unterschiedlich laufenden Strahlen eine Brennebene, wie Carsten/grillec so treffend beschrieb (hat mich erst drauf gebracht). Sonst wären die einzelnen, von den Motivteilen ausgesendeten Lichtstrahlen ja unscharf (was sie irgendwie durch die Linsen, die Blende und die Verteilung/Interpolation der Farben auf dem Sensor ja sowieso werden, aber das ist ein anderes Thema).

bearbeitet 9. Mai 2017 von Rossi2u

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Ich würde dir das Adobe Creative Cloud Foto-Abo mit Photoshop und Lightroom empfehlen

[grillec]

Alle Linsen eines Objektivs kann man als Sammellinse vereinfachen. Da die Abbildung auf dem Sensor um 180° gedreht ist, wird die Brennebene vor dem Sensor liegen.

[Kleinkram]

Mir fallen zwei Erklärungen ein:

- Ein Objektiv ist nicht nur eine einzige Linse, sondern ein Linsensystem. Dadurch wird in der Sensorebene kein Punkt aus Licht eingebrannt, sondern ein Bild projiziert.

...

Auf jeden Fall wird da durch die vielen Linsen ganz gut getrickst ...

 

Ein Objektiv verhält sich für die Theorie der Optik wie eine einzelne Linse.  Die "Trickserei" mit vielen Linsen dient nur zum Minimieren der Fehler.

bearbeitet 8. Mai 2017 von Kleinkram

[matthis]

Der Sensor liegt hinter dem Brennpunkt. Somit auch auch keine Feuersbrunst?!

 

cache_2418988818 Kopie.jpg

 

Das passt nicht. Das Bild entsteht in der Ebene des Brennpunkts, wenn das Objekt unendlich weit entfernt ist. Die parallel eintreffenden Strahlen kommen (näherungsweise) von einem Punkt in unendlicher Entfernung. Alle anderen Bildpunkte entstehen aus Strahlen, die aus einer anderen Richtung eintreffen.

[grillec]

Jeder Gegenstand sendet reflektiertes Licht in alle Richtungen, daher gibt es auch parallele Strahlengänge (sowohl vor als auch hinter der Linse). Mittelpunktstrahlen gehen ungebrochen durch die Linse.

 

[pizzastein]

Der Brennpunkt einer Konvexlinse ist derjenige Punkt, in dem sich ALLE Strahlen kreuzen, die parallel zur optischen Achse in die Linse eintreten.

 

Abschnitt 5.3 hier:

 

http://www.dieter-heidorn.de/Physik/VS/Optik/K05_Linsen/K05_Linsen.html

 

Die Lichtstrahlen, die von einem Punkt ausgehen, finden sich in einem Punkt einem Punkt wieder.

[Gast]

@cosmovisione:

das buch für die theorie, die anderen utensilien für die praxis (kerze als motiv, lupe als linse, papier als mattscheibe bzw. sensor)

hat bei mir vor fuffzig jahren oder so in der schule prima funktioniert, obwohl man heute wohl auch mit einem laserpointer als quelle eines parallelen strahlenbündels ganz prima experimente machen kann - bloß nicht auf kamerasensoren oder gar augen zielen!

[jkrt]

 

 

Der Brennpunkt einer Konvexlinse ist derjenige Punkt, in dem sich ALLE Strahlen kreuzen, die parallel zur optischen Achse in die Linse eintreten.

 

Warum sehen wir dann auf dem Sensor ein komplettes Bild und nicht nur eine helle Feuersbrunst an einem zentralen Punkt? Ist der Grund dazu, dass eben nicht alle Strahlen parallel zur optischen Achse ins Objektiv treten, sondern aus allen Richtungen?

 

Was gilt für die schräg ins Objektiv tretenden Strahlen, wenn man ein Objektiv erfolgreich "scharfgestellt" hat?

 

Wer klärt mich auf?...

 

Die Strahlen, die parallel zur optischen Achse in die Linsen eintreten, können nur aus einem Punkt entstehen, und ergeben dann somit auf der Brennebene abgebildet wieder einen Punkt. Annähernd erhält man dies in der Praxis wenn man Sterne fotografiert: diese sind annähernd ein idealer Punkt, der - perfekte Optik vorausgesetzt - wieder als idealer Punkt abgebildet wird. Die perfekte Optik gibt es natürlich nicht, schon die Lichtbeugung an der Blende sorgt dafür dass der Punkt zu einer kleinen Scheibe wird.

 

Das "normale" Motiv besteht aber nicht nur aus einem Punkt, sondern resultiert aus einer Fläche die wieder als ebene Fläche abgebildet wird...theoretisch, praktisch gibt es mehr oder weniger eine Bildfeldwölbung: http://olypedia.de/Bildfeldwölbung 

 

 

Vielleicht hilft für das Verständnis auch dieses Bild hier weiter: http://www.dieter-heidorn.de/Physik/VS/Optik/K05_Linsen/svkfgkg2.gif

 

 

So wie ich hat wohl fast jeder kleine Bub früher mit dem "Brennglas" gespielt und damit bei Sonnenschein Papier angebrannt. Vielleicht führt dieser Gedanke zu dem Problem den "Brennpunkt" auf einen Punkt zu reduzieren. Es gibt aber auch dort keinen Punkt, die Sonne wird auch vom kleinen Brennglas als Fläche dargestellt. Bei 100mm Brennweite ist sie aber nur ca. 1mm gross.

bearbeitet 9. Mai 2017 von jkrt

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[cosmovisione]

Hallo, hier bin ich mal wieder - d.h. der Thread-Eröffner.

 

Nach Mitlesen des Threads und etwas Forschen im Internet glaube ich, dass es jetzt bei mir "geklingelt" hat. Allerdings ist dieses Klingeln wohl auch bei vielen der Antwortenden ebenfalls noch fällig, wie Rossi2u weiter oben schon angedeutet hat.

 

Ich fasse meine neu angeklingelten Erkenntnisse mal zusammen:

 

1) Tatsächlich sollte man in der Fotografie von einer "Brennebene" sprechen, um keine Verwirrung zu stiften.

 

2) Die Antwort auf meine Ausgangsfrage müsste in etwa Folgendes sein:

 

Von einem ganz bestimmten Punkt einer am Kirschbaum hängenden Kirsche gehen Strahlen in alle Richtungen aus: Man sieht die Kirsche sowohl von der Terrasse aus als auch vom Balkon des ersten Stockwerks aus.

 

Die Strahlen, die von diesem Punkt aus in verschiedene Richtungen ausgehen, deren Richtung aber so nah beieinanderliegt, dass sie alle eine einzige Konvexlinse treffen und sie durchlaufen, werden von der Linse so gebrochen, dass sie in einem ganz bestimmten Abstand hinter der Linse alle denselben Punkt durchlaufen. Derjenige Strahl, der vom Kirschpunkt aus also die Linse ganz oben trifft, derjenige, der vom selben Kirschpunkt ausgeht und die Linse ganz unten trifft "und alle Strahlen dazwischen" (vom selben Kirschpunkt ausgehend) treffen sich in der Brenneben wieder. Vor der Ebene befinden sich also Strahlen, die von einem einzigen "Kirschpunkt" ausgingen, noch an verschiedenen Stellen, wenn man sich das als eine Ebene vorstellt, die ganz einfach etwas vor der Brennebene liegt. Hinter der Brennebene gilt Ähnliches, da die genannten Strahlen dort wieder auseinandergedriftet sind.

 

Beim FOKUSSIEREN wird also die Brennebene genau auf den Sensor gelegt, da nur dann all die Strahlen, die von jeweiligen Punkten ausgehend und sich in VERSCHIEDENE Richtungen fortpflanzend die Linse durchlaufen haben, sich genau auf dem Sensor wiedertreffen. Genau dort, wo sie sich wiedertreffen (= in der Brennebene) kann ein scharfes Abbild entstehen. Davor und dahinter bleibt es diffus, da verschiedene Strahlen, die von nur einem einzigen Punkt ausgingen, in der Gedachten Ebene an ganz verschiedenen Stellen liegen.

 

Ich denke mal, ich liege jetzt ganz richtig damit...

 

 

PS: Dass das Bild in der Kamera auf dem Kopf steht, bedeutet nicht, dass der Brennpunkt "zwischen Sensor und Linse" liegt, wie weiter oben mal erwähnt (wo liegt dann außerdem der Sensor? "irgendwo"?). Die Umkehrung liegt an dem einfachen Effekt der Camera Obscura, also am "Loch" allein, egal ob da eine Linse drinsteckt oder nicht.

 

 

 

 

 

bearbeitet 9. Mai 2017 von cosmovisione

[Gast]

1) Tatsächlich sollte man in der Fotografie von einer "Brennebene" sprechen, um keine Verwirrung zu stiften.

 

bist du sicher?

ich denke, vor einem halben jahrhundert mal gelernt zu haben, dass die brennebene senkrecht zur optischen achse durch den brennpunkt verläuft, und da entsteht nur bei fokussierung auf unendlich ein (scharfes) bild

 

da die kirsche kaum unendlich weit weg ist, dürften sich die von ihr ausgehenden strahlen nicht in der brennebene treffen, sondern in der dahinter liegenden bildebene...

wo liegt mein denkfehler?

[grillec]

Die Brennebene ist nicht die die Bildebene - also die Brennweite ist nicht Entfernung zum Sensor.

 

http://www.puchner.org/Fotografie/technik/physik/abbildung.htm

http://www.puchner.org/Fotografie/technik/physik/objektiv.htm

bearbeitet 9. Mai 2017 von grillec

[cosmovisione]

Die Brennebene ist nicht die die Bildebene - also die Brennweite ist nicht Entfernung zum Sensor.

 

http://www.puchner.org/Fotografie/technik/physik/abbildung.htm

http://www.puchner.org/Fotografie/technik/physik/objektiv.htm

 

Ich bin mal gerade den Links gefolgt - vor allem dem ersten. Dann hab ich eine Lupe genommen, sie vors Auge gehalten und langsam vom Auge entfernt.

 

Tatsache: Ab einem gewissen Abstand vom Auge drehte sich das Bild auf den Kopf - also im Sinne der schematischen Darstellung aus Link 1.

 

Meinen letzten Post müsste ich etwas revidieren: Nicht, dass sich jene zwei Strahlen der Kirsche notgedrungen in der Brennebene kreuzen. Nein, sie kreuzen sich auf der anderen Seite der Linse "irgendwo an einer ganz bestimmten Stelle". Wenn der Sensor DORT liegt, ist die Kirsche scharf und die weiter entfernten und näherbefindlichen Dinge unscharf.

 

Beim Fokussieren sorgt man also dafür, dass die "Schnittebene" derjenigen Strahlen, die vom anfokussierten Objekt ausgehen, auf dem Sensor liegt.

 

Richtig?...

bearbeitet 9. Mai 2017 von cosmovisione

[grillec]

In den Abbildungen werden meistens nur zwei Beispiel-Strahlengänge ausgehend von einem Punkt angezeigt. Meistens derjenige, der durch den Brennpunkt vor der Linse geht und dann senkrecht auf der hinteren Brennebene auftrifft, und derjenige der senkrecht durch die vordere Brennebene von diesem Punkt geht und dadurch den hinteren Brennpunkt passiert. Dazwischen befinden sich noch unendlich viele weitere Beispiele für Strahlengänge. Und je näher diese Strahlengänge ausgehend von einem Punkt wieder im Abbild zusammen geführt werden, desto schärfer ist das Bild.

[potz]

Zum glück habe ich als kleiner Junge die Briefmarkenlupe vom Grossvater stibitzt und bin Löcher in Papier brennen gegangen...

 

Diese Geschichte hilft mir hier ungemein bis zu einem gewissen Grad...

 

und wie war das schon wieder mit Langzeitbelichtungen direkt voll in die Sonne.....andere zoomen voll auf den Vollmond das geht ja auch mit der Sonne

 

Wo wirds wirklich heiss ? Aufm Sensor punktuell ?

 

 

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Und in Almeria bringen sie mit Spiegel kurz mal ein hübsches stück Holz zum Brennen ....da gibts doch ein Spiegelobjektiv wie funzt das eigentlich ?

 

.

bearbeitet 14. Mai 2017 von potz

[grillec]

Bei alten Kameras, die ein Tuch als Verschluss nutzen, kam es schon mal vor, wenn das Objektiv auf unendlich gestellt wurde und die Kamera in die Sonne gehalten wurde, dass sich ein Loch eingebrannt hat.

 

[Der_Pit]

Zum glück habe ich als kleiner Junge die Briefmarkenlupe vom Grossvater stibitzt und bin Löcher in Papier brennen gegangen...

 

Diese Geschichte hilft mir hier ungemein bis zu einem gewissen Grad...

 

und wie war das schon wieder mit Langzeitbelichtungen direkt voll in die Sonne.....andere zoomen voll auf den Vollmond das geht ja auch mit der Sonne

 

Wo wirds wirklich heiss ? Aufm Sensor punktuell ?

Da die Sonne eben kein Punkt ist, sondern eine Ausdehnung von etwa einem halben Grad hat, wird sie nicht auf einen Punkt abgebildet, sondern eben auch auf eine Scheibe, deren Grösse von der Brennweite der Linse abhängt. Kurze BW -> kleines Bild -> heiss.

Wie heiss hängt von der Öffnung der Linse ab: Grob 1kW je m². Beispiel eines 25mm F1.4 Objektivs:

BW=25mm -> Bild der Sonne ist etwa 0.22mm gross. Die Öffnung ist 25/1.4=17.9mm, damit fängt die Linse etwa 0.25W ein. Das gibt auf dem Sensor eine Energiedichte, die etwa 6500 mal höher ist, als die ohne Linse. Das wird in der Tat recht schnell recht heiss....

Dagegen noch ein 500mm f/8: Bild ist 4.36mm gross, Objektiv fängt ~3W ein -> Verstärkungsfaktor ist nur noch 205. Da kannst' den Finger ne Weile länger reinhalten bevor es zu warm wird...

 

Fall 1 haben sicher alle schon gemacht, ohne dass der Sensor über den Jordan gegangen ist - der kann also schon viel ab ohne kaputtzugehen. Auf jeden Fall wird er aber warm (im Tele-Fall deutlich mehr, wenn man davon ausgeht dass sich die Wärme/Energie auf dem ganzen Chip verteilt) was schlecht für's Rauschen ist. Stativ mit Sonne im Bildfeld würd' ich trotzdem nicht unbedingt machen.

 

 

Und in Almeria bringen sie mit Spiegel kurz mal ein hübsches stück Holz zum Brennen ....da gibts doch ein Spiegelobjektiv wie funzt das eigentlich ?

Ob Du die Abbildung mit 'ner Linse oder mit 'nem Spiegel machst ist relativ unbedeutend für die Gesamtbilanz. Aber die Spiegelteles sind selbst extrem empfindlich, da sie aus zwei Spiegeln aufgebaut sind, von denen der erste recht gross ist, aber eine kurze Brennweite hat, d.h. die fangen erstmal ziemlich viel Energie ein, die dann auf dem zweiten Spiegel konzentriert wird. Der kann dabei durchaus Schaden nehmen.  Wenn man mit so einem Sonnenaufnahmen machen will ist ein Objektivfilter Pflicht.