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Objektiv (Optik)

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Ein Objektiv ist ein sammelndes optisches System, das eine reelle optische Abbildung eines Gegenstandes (Objektes) erzeugt. Es ist die wichtigste Komponente abbildender optischer Geräte, zum Beispiel von Kameras, Ferngläsern, Mikroskopen, Projektoren oder astronomischen Teleskopen.

Das einfachste Objektiv ist eine einzelne Sammellinse, wie sie um 1610 die ersten Fernrohre hatten.
Bestandteile eines Objektivs können jedoch sowohl Linsen als auch Spiegel sein, die sich je nach Einsatzzweck in einem Tubus befinden, der innen geschwärzt und gerippt ist, um Streulicht zu vermeiden. Das Hauptmerkmal eines Objektivs ist dessen Brennweite, die für einen gegebenen Objektabstand den Abbildungsmaßstab bestimmt.

Wichtige weitere Eigenschaften sind:

Inhaltsverzeichnis

Brennweite und Scharfstellung

Die Größe des Bildes wird von der Größe des Bildwinkels und des Bildfensters bzw. der Sensorgröße bestimmt. Als Näherung gilt, dass Gegenstände, die optisch "im Unendlichen" liegen (als Faustformel Entfernungen größer als das 20fache der Brennweite), direkt in der Fokalebene des Objektivs abgebildet werden, die auch seinen Brennpunkt (Fokus) enthält. Näher gelegene Objekte bilden sich erst etwas hinter dem Brennpunkt ab, wobei sich diese Bildweite (b) aus der Entfernung (Gegenstandsweite g) und der Linsengleichung ergibt ().

Ebenso wie das Objekt ist das erzeugte Bild dreidimensional. Es kann aber nur in einer Ebene, der Bildebene, betrachtet bzw. fotografiert werden und erfordert daher - je nach Entfernung des Objekts - eine Scharfeinstellung (Fokussierung):

Die Verschiebung erfolgt manuell durch ein feines Gewinde, bei Geräten mit Autofokus durch kleine Schrittmotoren. Frühere Kameras hatten einen auf Metallstangen laufenden Auszug (Balgen), der manchmal auch für Objektive verschiedener Brennweite zu benutzen war. Das Balgenprinzip wird auch heute noch in der Großbild- und Makrofotografie genutzt.

Systematik

Man unterscheidet Objektive primär nach ihrem Verwendungszweck:

Systematik von Fotoobjektiven

Bei Fotoobjektiven unterscheidet man weiters nach der Brennweite:

Diese 4 Kategorien gelten für Objektive mit fester Brennweite. Populärer unter heutigen Amateurfotografen sind jedoch Zoomobjektive, die eine Veränderung der Brennweite erlauben und je nach deren Bereich auch mehrere der genannten Kategorien abdecken können. Zoomobjektive werden auch nach ihrem relativen Brennweitenbereich kategorisiert (z.B. Zoomobjektiv 1:3) und sind umso schwerer und teurer, je lichtstärker sie sind und je größer ihr Verhältnis zwischen längster und kürzester Brennweite ist.

Fotografische Objektive werden auch nach konstruktiven Merkmalen unterschieden, z.B.

Weitere Unterscheidungsmerkmale sind die fotografische Lichtstärke (= Öffnungsverhältnis), der Bildwinkel, in dem ein Objektiv ein scharfes Bild zeichnet.
Eine weitere Objektiv-Eigenschaft ist die Naheinstellgrenze (die kleinste Distanz, auf die es fokussieren kann). Sie bestimmt, wie nah man an das Motiv "herangehen" kann, siehe "Makroobjektiv".
Für den praktischen Einsatz ist vor allem der zur Kamera passende oder adaptierbare Objektivanschluss und die zugehörige Brennweite entscheidend.

Grundkonstruktionen

Siehe auch: Winkelobjektiv

Verwendung

Ein Projektor benutzt ein Objektiv, um ein stehendes oder bewegtes Bild vergrößert auf eine Wand zu projizieren.

In einem Mikroskop oder einem Teleskop betrachtet man das durch das Objektiv erzeugte reelle Bild sehr kleiner oder weit entfernter Objekte durch ein Okular, ein weiteres Linsensystem. Beim Mikroskop hat das Objektiv verglichen mit dem Okular eine kurze Brennweite, beim Teleskop hat es die größere Brennweite. Bei beiden liegt die Bildebene in der Nähe des Okulars.

Das Objektiv ist Teil von Fotoapparaten, Digital- und Videokameras. Es erzeugt dort ein reelles Bild in der Bildebene, wo sich der lichtempfindliche Film oder ein Bildsensor befindet.
Man unterscheidet hier nach der Brennweite zwischen Weitwinkelobjektiven, Normalobjektiven und Fernobjektiven (zumeist:Teleobjektiven).
Bei Zoomobjektiven Lässt sich die Brennweite ändern, ansonsten liegt eine Festbrennweite vor.

Fischaugen-Objektive (Fischauge, fisheye) und TS-Objektive sind Spezialobjektive.

Geschichte und Entwicklung

In diesem Artikel oder Abschnitt fehlen folgende wichtige Informationen: "Fotolastig" - Die Entwicklung von Fernrohr-, Mikroskop- und anderen Objektiven fehlt völlig, obwohl mit ihnen die Entwicklung erst begann. Geof 00:20, 21. Mai 2007 (CEST)

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Zum Fortschritt der Fotografie in der zweiten Hälfte des 19. Jahrhunderts haben zahlreiche Vervollkommnungen der Objektive beigetragen. Früher benutzte man einfache achromatische Linsen, welche zur Erzielung scharfer Bilder abgeblendet werden mussten oder nur eine geringe Öffnung aufwiesen. Infolgedessen gaben sie sehr lichtschwache Bilder, die eine lange Belichtungszeit nötig machten.

Ein großer Fortschritt war die Erfindung des Petzvalobjektivs, einem Porträtobjektiv von Josef Petzval - ein lichtstarkes Objektiv, das aus zwei Doppellinsensystemen besteht und bedeutend lichtstärker war als vorherige und damit die Aufnahme von Porträts mit der dafür erforderlichen kurzen Belichtungszeit ermöglichte.

Zur Aufnahme von Landschaften, Architektur etc. ist dagegen weniger Lichtstärke nötig, jedoch ein größerer Gesichtswinkel.
Gewöhnliche Objektive umfassen nur einen Winkel von 30° bis 45°, der dafür meist zu klein ist. Man benutzte dazu früher ausschließlich einfache Linsen, später die Tripletobjektive (drei Linsen bestehend, zum Beispiel das Euriskop und das Rapid Rectilinear). Etwa ab den 1860er Jahren kamen die von Steinheil eingeführten Aplanate auf.

Diese geben bei einem Gesichtsfeld von ca. 60° eine hinreichende Lichtstärke, um in heiterem Sommerwetter selbst Momentaufnahmen zu gestatten. Ist ein noch größeres Gesichtsfeld als 60° nötig, so nimmt man Weitwinkellinsen, wie Buschs Pantoskop, Dallmeyers Wide angle lens, Steinheils Weitwinkelaplanat, Voigtländers Weitwinkeleuriskop, die ein Gesichtsfeld von 75 bis 100° besitzen.

Im Jahre 1860 konstruierte Thomas Sutton eine symmetrische Tripletlinse; das Objektiv bestand dabei aus zwei Konvexlinsen, deren vordere um etwa ein Drittel kleiner war als die Hinterlinse, sowie einer weiteren Einzellinse, einem konkaven Meniskus.

Steinheils Periskopobjektiv von 1865 ist ein verzeichnungsarmes Objektiv mit großem Bildwinkel, es war das erste Weitwinkelobjektiv im heutigen Verständnis.

Ludwig Seidel untersuchte in München die Abbildungsfehler der Linsen und veröffentlichte 1866 ein Formelsystem, das die Objektivkonstruktion erleichterte.

Hugo Adolf Steinheil konstruierte 1881 das erste Universalobjektiv.

Ernst Abbe und Otto Schott begannen ab 1880 mit der Entwicklung neuer Glassorten - unter anderem zur Farbfehler-Korrektur (Chromatische Aberration) sind zwei Glassorten mit unterschiedlichen Brechunggsindizes nötig. Sie gründeten 1882 zusammen mit Carl Zeiss eine Glasschmelzerei in Jena. Mit Hilfe der neuen Gläser gelang es 1889 dem Mitarbeiter Paul Rudolph, ein Objektiv zu konstruieren, bei dem der Fehler des Astigmatismus erstmals korrigiert war: das Protar-Objektiv. 1896 gelang ihm auch die Konstruktion eines entsprechenden Doppelobjektives, des Planar.

Der Astigmatismus kann bei geringem Bildwinkel auch durch Verwendung asphärischer Linsen korrigiert werden, die jedoch viel komplizierter herzustellen sind als sphärische Linsen.

Literatur

 Wiktionary: Objektiv – Bedeutungserklärungen, Wortherkunft, Synonyme, Übersetzungen und Grammatik