de gb
de gb

Optik - Basiswissen

Schneider-Kreuznach ist in der Optik-Branche tätig. Für Schüler*innen und Interessierte mit wenig Vorkenntnissen erklären wir die Grundlagen der Optik und unsere Produkte.

Grundlagen - OPTIK

Abbildungsfehler

Bei der Konstruktion und Fertigung eines Objektivs kommt es zu unvermeidbaren Abbildungsfehlern. In der industriellen Bildverarbeitung sind sie unerwünscht, im Foto- und Filmbereich werden sie teilweise bewusst eingesetzt. Typische Abbildungsfehler sind sphärische und chromatische Aberration, Verzeichnung, Koma und Astigmatismus. 

Spherical Abberation1.png Chromatic Aberration1.png Sphärische Aberration (links) ist ein Fehler der zu Schärfeverlusten im Bild führt. Lichtstrahlen im Randbereich der Linse werden nicht auf den gleichen Punkt abgebildet wie Strahlen durch das Zentrum der Linse. Dadurch entsteht in der Bildebene (Sensor) kein einzelner Punkt, sondern eine leicht unscharfe Kreisfläche. Chromatische Aberration (rechts) entsteht, wenn die verschiedenen Wellenlängen des Lichts unterschiedlich stark gebrochen werden. Dies wird im Bild zum Beispiel als farbiger Rand an den Kanten sichtbar. 
Bei der Verzeichnung liegt ein geometrischer Abbildungsfehler vor, sodass das Bild verzerrt wirkt. Gerade Linien werden teils gekrümmt dargestellt. Der Fehler ist besonders an den Bildrändern sichtbar. Je nach Brennweite und Objektivart ist die Verzeichnung kissenförmig (links, v. a. bei Teleobjektiven) oder tonnenförmig (rechts, v. a. bei Weitwinkelobjektiven). In der Mitte ist ein Bild ohne Verzeichnung zu sehen. Verzeichnungen können durch Bildbearbeitungssoftware einfach korrigiert werden.   Verzeichnung.png
Koma.png

Koma ist ein Asymmetriefehler in der Optik und entsteht außerhalb der optischen Achse im Bildfeld, wenn sich nicht alle Strahlen im gleichen Punkt treffen. Im Bild zeigt sich Koma häufig durch einen Schweif oder eine tropfenförmige Abbildung eines Bildpunktes.


Astigmatismus entsteht, wenn sich horizontale und vertikale Strahlenbündel in unterschiedlichen Bildebenen treffen. Je nach Fokussierung werden dann nur horizontale oder vertikale Strukturen scharf als Punkt und die jeweils andere als Linie abgebildet. Astigmatismus tritt z.B. auch bei einer Hornhautverkrümmung im Auge auf und kann dort durch eine zylindrisch geschliffene Brille korrigiert werden.


 

Anwendungsgebiete der Optik

In der Physik spricht man von Optik als die Lehre vom Licht. Sie beschäftigt sich mit Lichtquellen und -ausbreitung, Reflexion sowie Brechung des Lichts. Auch optische Abbildungen, die Funktion von Linsen, Lupen und Fotoapparaten sowie Farben werden in diesem Gebiet behandelt. Bei Schneider-Kreuznach werden Optiken in den Bereichen industrielle Bildverarbeitung, Fotografie und Film hergestellt. 


Bei der industriellen Bildverarbeitung sind die Anwendungsgebiete vielfältig: Von der Qualitätskontrolle in der Produktion zu Blitzern im Straßen-verkehr oder als Partner der Wissenschaft: Bereits mehrfach hat Schneider-Kreuznach mit der NASA kooperiert, wie 2021 bei einem Raketenflug zum James-Webb-Weltraumteleskop. Im fotografischen Bereich vertreibt Schneider-Kreuznach unter der Marke B+W hochwertige Fotofilter. Mit diesen kann man gezielt eine Atmosphäre schaffen oder unerwünschte Effekte wie Spiegelungen vermeiden. Durch Fotofilter kann von Anfang an ein gutes Ergebnis erzielt werden, ohne später ein Bildbearbeitungsprogramm zu nutzen. Bildinformationen können später nicht hinzugefügt werden, denn Software ist vor allem für Retusche geeignet. Im Film möchte man Emotion und Stimmung vermitteln. So verleihen Diffusionsfilter wie der „Hollywood Black Magic“ oder der Radiant Soft einen sanften Schimmer, kaschieren Hautunreinheiten und zaubern ein schönes Bild. Ziel ist im Film ein schönes Bokeh, also ein gelungener Übergang zwischen scharfen und unscharfen Bildbereichen. Unsere Filter werden bei Shows oder Filmen genutzt: Der Effektfilter True-Streak wurde 2021 beim Dreh der Halbzeitshow von The Weeknd beim Super Bowl eingesetzt. Der Radiant Soft Filter wurde beim Dreh der deutschen Serie „PARA – Wir sind King“ verwendet.
 

Aufbau einer Kamera

 

Optik_für_Dummies_08.png Die einfachste Form der Kamera ist eine Lochkamera. Sie ist ein schwarzer Kasten mit einem Loch, durch das Licht auf die gegenüberliegende Seite fällt und dort ein auf dem Kopf stehendes und seitenverkehrtes Bild entsteht. Eine moderne Kamera ist im Prinzip nichts anderes. An Stelle des Lochs befindet sich das Objektiv und dort, wo das Bild entsteht, ein lichtempfindlicher Sensor oder Film. Falls das Objektiv abnehmbar ist, wird meist nur das Gehäuse mit Sensor und Objektivanschluss als Kamera bezeichnet.

 

Mehr Informationen dazu gibt es bei den Grundlagen - Objektive. 

Aufbau eines Objektivs

Aufbau eines Objektivs.png

Einfach aufgebaute Objektive bestehen prinzipiell aus einem schwarzen Rohr mit mehreren Linsen und einer in der Regel verstellbaren mechanischen Blende. Vorstellen kann man sich ein Objektiv wie ein menschliches Auge mit Pupille und Iris. Durch eine optische Abbildung bildet das Linsensystem des Objektivs einen Ausschnitt der Umgebung vor dem Objektiv auf einen Sensor oder Film ab - vergleichbar der Abbildung beim Auge auf die Netzhaut.

In den Fertigungsabteilungen von Schneider-Kreuznach werden Linsen und mechanische Bauteile produziert und danach in der hauseigenen Montage zusammengebaut. Mehr dazu finden Sie bei "Produktion optischer Linsen".

Konkav- und Konvexlinsen

Optische Linsen haben unterschiedliche Formen, Funktionen und Anwendungsgebiete. An den Luft-Glasübergangen wird das Licht gebrochen und verändert seine Strahlenrichtung. Allgemein gilt: Je stärker eine Linse gekrümmt ist, desto stärker wird das Licht gebrochen. Linsenoberflächen sind in der Regel konvex (nach außen, siehe Abbildung links) oder konkav (nach innen, siehe Abbildung rechts) gewölbt. Eine typische, bikonvexe Sammellinse hat zwei nach außen gewölbte Flächen und bündelt das Licht. Eine typische bikonkave Zerstreuungslinse hat entsprechend zwei nach innen gewölbte Glächen und zerstreut das Licht. 

Konvexlinse.pngKonkavlinse.png
In Objektiven wird eine Kombination unterschiedlichster Linsenformen verwendet, um die Abbildungsfehler so weit wie möglich zu reduzieren und dadurch eine möglichst scharfte und kontrastreiche Abbildung auf dem Sensor zu erreichen.

Licht und Farbe

 

Wellenlängen des sichtbaren Lichts.png

Licht ist  eine Form der elektromagnetischen Strahlung, deren Eigenschaften durch verschiedene Modelle beschrieben werden kann. Häufig werden das Wellenmodell und das Strahlenmodell genutzt.

Licht ist in unterschiedlichen Farben für das menschliche Auge dann sichtbar, wenn sich die Wellenlänge im Bereich von ca. 380-750nm (Nanometer) befindet. Unter 380nm spricht man vom ultravioletten (UV), über 750nm vom infraroten (IR) Bereich. Blaues Licht ist dabei kurzwellig, während rotes Licht langwellig ist.

Grundsätzlich breitet sich Licht geradlinig aus, weswegen man auch von Lichtstrahlen spricht und diese zeichnerisch als Linien darstellt. Entsprechend wird der Weg des Lichts durch ein Objektiv Strahlengang genannt. Eine Vielzahl von Lichtstrahlen bilden ein Lichtbündel, dass sich in der Regel kegelförmig von der Lichtquelle ausbreitet. Bei Lichtquellen unterscheidet man zwischen natürlichen Lichtquellen, z.B. der Sonne und künstlichen Lichtquellen, z.B. Leuchten und Blitzgeräte zur Beleuchtung von Objekten in der Fotografie, Videographie und der industriellen Bildverarbeitung.


Bei der Beleuchtung von Objekten wird ein Teil des Lichts reflektiert und kann durch eine Kamera oder auch das Auge eines Betrachters wahrgenommen werden. Abhängig davon, wie viel Licht und welche Farben reflektiert werden, erscheint das Objekt heller oder dunkler und auch entsprechend farbig. Licht, das nicht reflektiert wird, wird entweder absorbiert oder durchgelassen (transmittiert). Schwarze Gegenstände absorbieren das eintreffende Licht fast vollständig, während poliertes Glas das auftreffende Licht fast vollständig transmittiert. So sind z.B. Objektive innen bestmöglich geschwärzt, um unerwünschte Reflexionen durch die Mechanik zu minimieren. Die Linsen hingegen sind bestmöglich poliert und in der Regel antireflexvergütet, damit die Lichtstrahlen auf ihrem Weg durch das Objektiv zum Sensor/Film an den Linsenoberflächen möglichst wenig gestört werden.

Produktion optischer Linsen

Um optische Linsen herzustellen, wird zuerst Glas benötigt. Dieses wird bei Firmen wie zum Beispiel SCHOTT aus verschiedenen Materialien durch einen Prozess aus Schmelzen und Abkühlen produziert. Schneider-Kreuznach kauft eine Vielzahl von Glassorten ein, da für die Fertigung eines Objektivs Gläser mit unterschiedlichen Brechungseigenschaften benötigt werden.

Aus den angelieferten Glasblöcken werden einzelne Linsenrohlinge ausgeschnitten. Dieser werden dann von Feinoptikern (m/w/d) geschliffen, poliert zentriert und vergütet. Während der Bearbeitung und nach der Fertigstellung messen die Feinoptiker mit Hilfe von hochpräzisen Messgeräten, ob die Linse die gewünschten Eigenschaften hat. Dabei geht es um Tausendstel Millitmeter. Ist die Linse fertig, wird sie von ausgebildeten Industriemechanikern (m/w/d) in der Montage zusammen mit mechanischen Bauteilen zu einem fertigen Objektiv montiert. Dabei sind staubfreie Reinraumbedingungen wichtig. 

Die mechanischen Bauteile werden vorab in der Montage unter anderem von Zerspanungsmechanikern (m/w/d) produziert. Bis aus einem Glasblock und einem Metallrohr ein fertiges Objektiv entsteht, müssen unterschiedliche Gewerbe zusammenarbeiten.

Vergütung von Linsen und Filtern

 

Optik_für_Dummies_10.png

Linsen und Filter können durch das Auftragen von sehr dünnen Schichten vergütet werden. Dadurch werden Reflexionen reduziert und die Oberfläche wird vor Wasser, Staub und Fingerabdrücken geschützt. Außerdem vereinfacht eine Vergütung die Reinigung der Linsen und Filter. 

Bei einem unvergüteten oder mit Standardvergütung beschichteten Glas bleibt ein Wassertropfen flach. Ein schmutz-  und wasserabweisender Effekt tritt nicht auf.

Bei einem mit hydrophoben Material vergüteten Filter, z.B. B+W Filter mit MRC Vergütung, ist der Wassertropfen schon deutlich weniger abgeflacht. Er perlt von der Oberfläche.  Ein schmutz- und wasserabweisender Effekt ist vorhanden.

Bei einem mit superhydrophoben Material vergüteten Filter, z.B. B+W Filter mit MRC nano Vergütung, bleibt der Wassertropfen praktisch kugelförmig. Er rollt über die Oberfläche ab. Ein schmutz- und wasserabweisender Effekt ist bestens vorhanden.

 

Grundlagen - OBJEKTIVE
 

Blende

 

Optik_für_Dummies_06.png Mit der Blende wird die Lichtmenge eingestellt, die in ein Objektiv einfällt. Damit funktioniert die Blende so ähnlich wie die Pupille des menschlichen Auges: Bei viel Licht verkleinert sich die Pupille, damit man nicht zu sehr geblendet wird. Bei wenig Licht hat man große Pupillen, um auch im Dunkeln möglichst viel zu sehen. Bei einem Objektiv ist die Blende in der Regel eine runde Öffnung, die sich mechanisch verstellen lässt. Auch hier gilt: Kleine Öffnung bedeutet wenig Licht, große Öffnung bedeutet viel Licht. Neben dem Licht wird durch die Blende auch die Schärfentiefe eingestellt, also den Bereich vor und hinter der eingestellten Entfernung, der noch als scharf empfunden wird.

 

Brennweite

Die Brennweite beeinflusst, welchen Sichtwinkel ein Objektiv bei einer bestimmten Sensorgröße abbildet. Je kürzer die Brennweite ist, umso größer ist der Sichtwinkel des Objektivs (Weitwinkelobjektiv). Je länger die Brennweite ist, umso kleiner ist der Sichtwinkel des Objektivs (Teleobjektiv). Von einer Normalbrennweite spricht man, wenn die Brennweite in etwa der Sensordiagonalen entspricht - darunter Weitwinkelobjektiv, darüber Teleobjektiv.

Standardobjektive haben eine Brennweite, die in etwa der Sensordiagonalen entspricht. Beim Kleinbildformat zum Beispiel beträgt die Diagonale 43,2 mm, entsprechend spricht man bei Objektiven mit Brennweiten von ca. 40-60mm von Standardobjektiven. Der Bildeindruck, der durch Standardobjektive entsteht, entspricht in etwa den menschlichen Sehgewohnheiten. Objektive mit einer deutlich kürzeren Brennweite als die Sensordiagonale besitzen einen größeren Bildwinkel als Standardobjektive und werden daher als Weitwinkelobjektive bezeichnet. Im Kleinbildbereich sind dies üblicherweise Brennweiten von 35mm und kürzer. Weitwinkelobjektive werden häufig in der Landschafts- und Architekturfotografie eingesetzt, wo die Effekte eines betonten Vordergrundes in Verbindung mit einem überproportional verkleinerten Hintergrund zu einer sehr interessanten Bildwirkung führen kann. Weitwinkelobjektive sind auch häufig dann eine Lösung, wenn ein Objekt aus einer relativ kurzen Entfernung formatfüllend aufgenommen werden muss. Für den Objektivhersteller ist es bei Weitwinkelobjektiven eine große Herausforderung, die Verzeichnung und die Vignettierung so weit zu reduzieren, dass sie in den Bildern nicht mehr als störend wahrgenommen werden. Im Gegensatz zu Weitwinkelobjektiven ist bei Teleobjektiven die Brennweite immer größer als die Sensordiagonale. Daraus ergibt sich ein Bildwinkel, der deutlich geringer ist als bei Weitwinkel- und Standardobjektiven. Teleobjektive werden häufig dort genutzt, wo Details einer größeren Szene bildfüllend dargestellt werden sollen oder eine größere Aufnahmedistanz überbrückt werden muss. Typische Beispiele sind die Tier- und Sportfotografie, aber auch Paparazzis nutzen häufig Teleobjektive, um unbemerkt aus größerer Entfernung fotografieren zu können. Aufgrund physikalischer Gegebenheiten haben Teleobjektive in der Regel eine relativ große Frontlinse und sind auch meist deutlich länger und schwerer als Standard- und Weitwinkelobjektive.

Filtergewinde

Viele Objektive besitzen vorne ein Filtergewinde. Dort kann ein Filter, aber auch anderes Zubehör, wie z.B. eine Sonnenblende oder ein spezieller Filterhalter, eingeschraubt werden. Mehr Informationen dazu finden Sie bei den Erklärungen zu Filtern.

Fokus

Um auf eine bestimmte Entfernung scharf zu stellen, werden einzelne oder alle Linsen im Objektiv bewegt. Bezieht man das auf das menschliche Auge, ist der Fokus der Punkt, den man scharf sieht. Ist man zu nah oder zu weit entfernt von einem Objekt, sehen wir es unscharf. Dann muss der Fokus korrigiert werden.

Kameramount

Der sogenannte Kameramount ist ein Gewinde oder Bajonett, dass das Objektiv mit der Kamera verbindet. Dadurch können verschiedene Objektive an einer Kamera verwendet werden.

Objektive I: Übersicht

Objektive können unterschiedliche Anforderungen haben: Im Film möchte man eine Geschichte erzählen und Stimmungen darstellen, in der Industrie zählt ein möglichst scharfes, detailgetreues Bild. Ähnliches gilt auch für unsere Filter. Je nach Anwendung des Objektivs muss man auf Folgendes achten:

  • Auf welche Entfernung muss das Objektiv scharf stellen?
  • Möchte man etwas in Bewegung oder im Stillstand fokussieren?
  • Sind bestimmte Wellenlängen des Lichts (zum Beispiel langwellige IR-Strahlung) interessant, die für das menschliche Auge unsichtbar sind?
  • Wie groß muss das Objektiv sein, um mein Objekt abbilden zu können?
  • Wünscht man sich ein möglichst scharfes, detailgetreues Bild oder ein schönes Bokeh (ausgewogener Übergang zwischen scharfen und unscharfen Bildbereichen)?

Objektive II: Industrie

Die industrielle Bildverarbeitung kann für vieles genutzt werden: Qualitätsinspektionen in der Produktion, Verkehrsüberwachung, Medizintechnik oder in der Raumfahrt. In vielen Lebensbereichen sind optische Systeme in unserem Alltag integriert, ohne dass es uns bewusst ist. Durch die diversen Einsatzmöglichkeiten gibt es Objektive mit unterschiedlichen Eigenschaften in allen möglichen Größen und Formen.
Schneider-Kreuznach fertigt Objektive auch kundenspezifisch, wenn ein Standardobjektiv nicht alle Anforderungen erfüllen kann. Folgende Standardobjektive findet man im Geschäftsbereich Industrie:

  • Objektive mit Festbrennweite, z.B. unser Industrieobjektiv OPAL
  • Telezentrische Objektive, z.B. unsere SYLVINE-Objektive
  • SWIR-Objektive, z.B. unsere Industrieobjektive CHAROITE, CUPRITE und CRYOLITE
  • Objektive mit extrem hoher Lichtstärke, z.B. unser Industrieobjektiv ONYX
  • Objektive für große Entfernungen, z.B. unsere TOPAZ-Objektive
  • Zum Aufnehmen kleinster Details, z.B. unsere DIAMOND-Objektive
  • Objektive für Zeilensensor-Anwendungen, z.B. unsere SAPPHIRE-Objektive
  • Objektive mit zusätzlichem Beamsplitter, z.B. unsere ZIRCONIA-Objektive

Objektive III: Cine

Beim Film werden die Aufnahmen nicht einzeln betrachtet, sondern 25 Bilder pro Sekunde. Unser Auge kann nicht jedes einzelne Bild erfassen, sondern nimmt die Bewegung mit einer gewissen Unschärfe wahr. Die Anforderung an Cine-Objektive sind daher andere als bei Foto- und Industrieobjektiven. Kameraleuten ist neben einem scharfen Motiv ist auch das Bokeh und die Flares wichtig. Die unscharfen Bereiche und der Schärfeverlauf sowie die Widergabe der Lichter sind entscheidend bei der Wahl des passenden Objektiven. 


Typisch für Cine-Objektive ist, dass sie in der Regel im Set angeboten werden, bestehend aus mehreren Brennweiten einer Reihe, sie haben die gleiche Farbgebung und die gleichen Bildeffekte, das macht die Nachberarbeitung einfacher. Filmobjektive sind leicht erkennbar an dem langen Fokusweg und den Gear Ringen für den Follow Fokus. Typisch ist auch, das Blenden und Fokusring bei allen Brennweiten an der gleichen Stelle sind. Das spart Zeit - und damit Geld beim Dreh.


Im Gegensatz zu anderen Objektiven wird beim Film die Blende in T-Stops angegeben (also der Lichtmenge die durch das Objektiv geht) und nicht in F-Stops (die Größe der Blende). Neben den klassischen Sphärischen (auch Prime genannten) Objektiven gibt es auch Spezialobjektive wie Anamorphoten für Widescreenaufnahmen. Schneider-Kreuznach ISC04all verbinden all dies. Das Set bestehend aus drei Mini Prime Objektive den ISCOSpherical in den Brennweiten 43, 58 und 85 mm für klassische Aufnehmen oder mit dem ISCORAMA Vorsatz für Anamorphitsche Drehs.
 

Objektive IV: Besondere Objektivtypen

Anamorphe Objektive lassen Aufnahmen im Breitbildformat zu, ohne dass dafür ein Sensor im Breitbildformat notwendig ist. Häufig werden sie in der Filmbranche eingesetzt, um einen „Kino-Effekt“ mit breitem Bild zu erzeugen. Bei der Aufnahme wird das Bild in der Breite gestaucht (squeezed), damit es komplett auf den Sensor abgebildet werden kann. Bei der Postproduktion wird das Bild wieder zum ursprünglichen Seitenverhältnis entzerrt (desqueezed). Makro- und Mikroobjektive sind spezielle Objektive, die für die Aufnahme sehr kleiner Objekte optimiert sind. In der Fotografie werden sie häufig für die Insekten- und Blütenfotografie eingesetzt. Im Industriebereich finden sie dort Verwendung, wo sehr kleine Defekte gefunden werden müssen, wie es z.B. bei der automatischen Prüfung von Handy- und Computerdisplays der Fall ist. Und natürlich kennt man Mikroskopobjektive aus dem Medizinbereich, wo sie ein wichtiger Bestandteil von Mikroskopen sind.
 

Bei Shift-Objektiven lässt sich die optische Achse im Bezug zum Sensor verschieben. Wer auf Reisen schon mal hohe Gebäude mit nach oben geneigter Kamera fotografiert hat, kennt die stürzenden Linien, die das Gebäude verzerrt erscheinen lassen. Nutzt man ein Shift-Objektiv, kann der Turm oder das Hochhaus dagegen mit horizontal ausgerichteter Kamera so fotografieren, dass die Linien senkrecht auf dem Bild abgebildet werden, was dem menschlichen Auge deutlich natürlicher erscheint. Spiegelobjektive sind eine besondere Art von Teleobjektiven. Neben Linsen sind hier auch mindestens 2 Spiegel verbaut. Dadurch wird das Objektiv deutlich kürzer, leichter und in der Regel auch günstiger. Allerdings ist die Abbildungsleistung im Vergleich zu konventionell aufgebauten Objektiven schlechter. Dazu zeigt die Abbildung in den unscharfen Bereichen die für Spiegelobjektive typischen Kringel, die von den meisten Betrachtern als unnatürlich empfunden werden. Daher haben sich Spiegelobjektive, zumindest in der Fotografie, nie durchgesetzt. Verwendet werden Spiegel dagegen häufig bei Teleskopen zur optischen Abbildung.


Telezentrische Objektive besitzen eine sehr spezielle Abbildungseigenschaft, die sie von allen anderen Objektivtypen unterscheidet und die hauptsächlich in der Industrie eingesetzt wird. Telezentrische Objektive zeigen Objekte so, als ob man sie aus sehr großer Entfernung betrachten würde. Schaut man z.B. mit einem normalen Objektiv in ein Rohr, wird man immer die Innenwand sehen. Mit einem telezentrischen Objektiv dagegen sieht man die Innenwand nicht und das Rohr erscheint nur als Ring. Dadurch kann man z.B. über eine Bildverarbeitungssoftware sehr einfach den Durchmesser bestimmen. Entsprechend werden telezentrische Objektive hauptsächlich in Anlagen zur Vermessung von Bauteilen eingesetzt. Interessant ist noch die Tatsache, dass die Frontlinse eines telezentrischen Objektivs immer größer sein muss als das zu vermessende Objekt zeigen nicht die „klassische“ Brennweite an. Durch den veränderten Winkel werden Teilbereiche nicht abgebildet. Betrachtet man beispielsweise einen Kochtopf von oben, würde das telezentrische Objektiv den Rand und Boden des Kochtopfes erfassen, aber nicht die Innenwände. Telezentrische Objektive werden vor allem in der industriellen Bildverarbeitung genutzt, um exakte und reproduzierbare Messungen durchzuführen. Bei Tilt-Objektiven können die optische Achse im Bezug zum Sensor verändern und geneigt bzw. geschwenkt werden. Dadurch verändert sich die Lage der Schärfeebene im Bilder Schärfebereich. Dies kann z.B. in der Landschafts- oder Architekturfotografie genutzt werden, wenn Vorder- und Hintergrund gleichermaßen scharf abgebildet werden sollen. Sie finden aber auch in der Produktfotografie Anwendung, wo die Schärfeebene z.B. entlang einer Tischplatte gelegt werden kann, so dass alle präsentierten Produkte selbst in unterschiedlichen Entfernungen scharf abgebildet werden. Auch in der Architekturfotografie ist das von Vorteil: Wer dicht vor einem großen Gebäude steht, wird dies nicht vollständig scharf abbilden. Durch das Neigen des Tilt-Objektivs verändert sich der Winkel und man erhält ein scharfes Foto. Tilt-Shift-Objektive kombinieren die Möglichkeiten von Tilt- und Shift-Objektiven.
 

Sensor

In Digitalkameras wird das Bild von einem Foto von einem Sensor aufgenommen: Wenn Licht auf den Sensor trifft, wird dieses in elektrische Ladungen umgewandelt. Diese Ladungen beinhalten Informationen zu Farbe und Helligkeit jedes einzelnen Bildpunktes, auch Pixel genannt. In einem Bildprozessor werden die Daten digitalisiert und gespeichert. Je mehr Pixel ein Sensor besitzt, umso höher ist die Auflösung des Bildes – die entsprechend in Pixel angegeben wird. 

Grundlagen - Filter

Filter I: Übersicht

Filter werden in der Industrie, im Film und in der Fotografie verwendet. Ein Filter kann verschiedene Größen und Formen haben, z. B. rechteckig oder rund. Die Idee besteht darin, einen Teil des optischen Spektrums durch den Filter zu blockieren, so dass nur bestimmte Wellenlängen des Lichts den Filter passieren können. 


Industrielle Filter können in den unterschiedlichsten Bereichen eingesetzt werden. Bei Schneider-Kreuznach kommen optische Filter beispielsweise in der Lebensmittel- und Getränkeindustrie, bei erneuerbaren Energien, in der Medizintechnik, im Transportwesen, in der Logistik sowie in der Display- und Elektronikindustrie zum Einsatz. Ausführliche Erläuterungen finden Sie hier: http://schneiderkreuznach.com/de/industrieoptik/maerkte-und-anwendungen


Beim Film werden Filter vielfältig eingesetzt. Ziel ist die Geschichte zu unterstützen, indem der Blick des Betrachters durch verschiedene Effekte gelenkt und eine bestimmte Stimmung erzeugt wird. Dabei hat man die Wahl zwischen ND-, Pol- oder Korrekturfiltern ND-, Pol- und Effektfiltern wie Diffusions- oder Streakfiltern, sowie Nahlinsen, auch Diopter genannt. Oft werden auch mehrere Filter gleichzeitig in so genannten Matte Boxen vor das Objektiv gesetzt. Cine Filter gibt es jeweils in verschiedenen Stärken, um den Effekt je nach Brennweite und vorhandenem Licht zu kontrollieren. Mit Filmfiltern kann man zum Beispiel Hautunreinheiten kaschieren und muss in der Postproduktion weniger nachbearbeiten.

 
Fotofilter schützen, korrigieren oder werden kreativ eingesetzt, um ein Bild bewusst zu verändern. Sie werden als Schraubfilter direkt vor das Objektiv einer Kamera gesetzt. Filter lösen vielfältige Aufgaben. Filter geben dem Gesamtbild oder bestimmten Motivbereichen einen besonderen Akzent, bringen kräftigere Farben, höhere Kontraste oder mehr Dynamik ins Bild. Wer zum Beispiel durch Glas fotografiert, kann mit Hilfe eines Polarisationsfilters unerwünschte Spiegelungen und Reflexionen vermeiden. Man sieht dann das Objekt hinter dem Glas und nicht sein eigenes Spiegelbild. 

Filter II: Schutz, Ultraviolett (UV) und Infrarot (IR)

Schutzfilter sind dazu da, das Objektiv vor Schäden wie Schmutz, Steinschlag, Kratzern etc. zu schützen. Falls der Schutzfilter beschädigt wird, muss nur die Frontlinse und kein komplettes Kameraobjektiv ausgetauscht werden. In der Filmbranche werden Schutzfilter außerdem dazu genutzt, um z. B. durch Cremes, Strumpfhosen oder Netze selbst Effektfilter herzustellen. 

Ein UV-Sperrfilter blockiert das ultraviolette Spektrum unterhalb von ca. 380 Nanometern und reduziert damit auch den blauen Anteil am Licht, wofür moderne Sensoren empfindlich sind. Anwendungsgebiete von UV-Filtern sind:

  • In der Fotografie: Für einen Urlaub in den Bergen oder an der See ist er ein notwendiger Begleiter. Er vermindert den Blaustich. 
  • Im Film: Werden UV-Filter eher selten eingesetzt. 
  • In der industriellen Bildverarbeitung: UV-Filter werden u. a. in der Sicherheitstechnik, bei Kamera-anwendungen in rauer Umgebung, beim maschinellen Sehen und als Schutz des Objektivs verwendet.

Die IR-Sperrfilter blockieren Wellenlängen oberhalb von 700 Nanometern und ermöglichen hier einen Betrieb von Kameras mit infrarotempfindlichen Sensoren ohne störende Wellenlängen. Anwendungsgebiete sind:

  • In der Fotografie: Wer extreme Kontraste möchte, kann den Filter bei Landschaftsaufnahmen in Schwarz-Weiß einsetzen. Bei Gräsern und Blättern tritt der sogenannte „Wood“-Effekt ein: Sie erscheinen strahlend weiß.
  • Im Film: Werden IR-Filter eher selten eingesetzt.
  • In der industriellen Bildverarbeitung: IR-Sperrfilter werden u. a. in der Verkehrstechnik, der Sicherheitstechnik, Farbmesssystemen und zum Schutz des Objektivs eingesetzt.

Filter III: Polarisation

Unpolarisiertes Licht breitet sich zufällig und unkontrolliert in alle Richtungen aus. Beim Polarisationsfilter wird das Licht entweder linear oder zirkular polarisiert. Die lineare Polarisation lenkt Lichtwellen nur in eine Richtung. Bei der zirkularen Polarisation passieren Lichtwellen eine zusätzliche, sogenannte Verzögerunsfolie, welche sich hinter der eigentlichen Polarisationsfolie befindet. Durch diese Folie werden die Lichtwellen in Rotation versetzt und das Licht dreht sich kreisförmig nach rechts oder links (man spricht von rechts- oder linksdrehender Polfolie).

Polfilter reduzieren auf nichtmetallischen Oberflächen Spiegelungen aller Art, zum Beispiel von Wasser oder Glasscheiben. Dafür wird das Filter auf das Filtergewinde des Objektivs aufgeschraubt. Dann wird der Filter so lange in der Fassung gedreht, bis die Reflexion am geringsten ist. Anwendungsgebiete sind:

  • In der Fotografie und im Film sorgen Polfiter für kräftigere Farben und vermeiden störende Reflektionen. Siehe auch B+W Polfilter.
  • In der industriellen Bildverarbeitung: Polfilter werden zur Reduzierung störender Reflektionen eingesetzt, z. B. bei der Verkehrüberwachung zur besseren Fahrererkennung und bei der Qualitätsprüfung stark reflektierender, nicht metallischer Objekte. Auch zur Spannungsprüfung transparenter Materialien, z. B. in der Verpackungs- und Getränkeindustrie, werden Polfilter eingesetzt. 

Filter IV: Farbe

Ein Farbfilter ist ein optischer Filter, der bestimmte Farben des Lichts absorbiert oder blockiert und nur ausgewählte Farben durchlässt. 
Dadurch wird auch der Kontrast optimiert. Farbfilter werden vielfältig angewandt:

  • In der Fotografie werden sie auch gerne Schwarz-Weiß-Filter genannt, dort werden die vorhandenen Farben in Grauwertabstufungen wiedergegeben. Mit Farbfiltern lassen sich die Schwarz-Weiß-Kontraste von natürlichem Helligkeitsempfinden bis zu extremen Schwarzweiß-Kontrasten (Wood Effekt) beeinflussen. Einfach gesagt, je kräftiger die Farbwahl eines Filters ist, desto kräftiger fallen die Graukontraste aus. Es ist möglich den Graukontrast einer Farbe je nach Filterauswahl hervorzuheben oder zu reduzieren. In der Praxis bedeutet das, ein roter Apfel im grünen Apfelbaum erscheint bei Verwendung eines Rotfilters heller, und das grüne Laub wird dunkler wiedergegeben. Dagegen hellt ein Grünfilter das Blattgrün auf und dunkelt das Rot des Apfels ab. 
  • In der Filmbranche werden Farbfilter vor allem dann verwendet, wenn Stimmungen erzeugt, Hauttöne verbessert oder Farbkorrekturen vorgenommen werden. 
  • In der Industrie werden Farbfilter z.B. eingesetzt, wenn bei farbiger Beleuchtung andersfarbiges, störendes Umgebungslicht geblockt werden soll oder um bei bunten Produkten bestimmte Farben hervorzuheben oder zu blocken, um so Fehler und Prüfmerkmale besser sichtbar zu machen.

Filter V: Neutraldichte (ND)

Ein Neutraldichtefilter absorbiert die auf den (Kamera)Sensor einfallende Lichtmenge gleichmäßig über das sichtbare Lichtspektrum bis in den Infrarotbereich. Es gibt unterschiedliche Grauabstufungen, also Stärken des Filters. Der ND-Filter ist sozusagen die "Sonnenbrille" der Kamera. Anwendungsgebiete sind: 

  • In der Fotografie werden ND-Filter zur Light Balance oder für Langzeitaufnahmen in der experimentellen Fotografie genutzt. Lange Belichtungszeiten ermöglichen faszinierende Wischeffekte, welche Fließbewegungen von Wasser in "seidige Watte" verwandeln. Durch die Bewegungsunschärfe entstehen beeindruckende Bilder von Lichtern im Straßenverkehr. Auch die indirekte Fotografie von Sonne, Mond und Sternen ist ein beliebtes Einsatzgebiet. Siehe auch B+W Graufilter
  • In der Filmbranche helfen ND-Filter, die gewünschte Lichtmenge zu reduzieren, ohne dass es zu Farbänderungen kommt.
  • Brennkammerüberwachung in der Glas- oder Stahlproduktion und Schweißanwendungen sind beispielhafte Einsatzgebiete in der Industrie

Filter VI: Bandpass, Kurzpass und Langpass

Bandpass-, Kurzpass und Langpassfilter werden häufig in der Industrie eingesetzt. Sie lassen bestimmte Wellenlänge- oder Farbbereiche des einfallenden Lichts passieren und blockieren andere Bereiche.

Transmissionskurven Industriefilter (1600 × 1080 px) (1).png Bandpassfilter transmittieren dabei einen definierten Bereich und blockieren alle Wellenlängen unter- und oberhalb. Kurzpassfilter lassen nur Wellenlängen unter einer bestimmten Grenzwellenlänge passieren, Langpassfilter über einer definierten Grenzwellenlänge. Diese Filter werden immer dann eingesetzt, wenn nur bestimmte Wellenlängenbereiche für optische Prüfung oder Messung relevant sind. Bei einer einfarbigen Beleuchtung durch eine LED oder einen Laser blockiert zum Beispiel ein schmaler Bandpassfilter störendes Umgebungslicht und lässt nur die eigentliche Beleuchtung passieren. So wird das Prüf- oder Messergebnis nicht durch das Umgebungslicht verfälscht. Bei der Prüfung farbiger Objekte können einzelne Farben durch die Filter hervorgehoben oder unterdrückt werden, was zu einer besseren Erkennbarkeit von Prüfmerkmalen wie z. B. der Beschriftung einer Verpackung führt. Die Einsatzgebiete solcher Filter sind vielfältig und reichen von der Spektroskopie, Bioanalytik und Medizin über die Vekehrsüberwachung und Sicherheitstechnik bis hin zur 3D-Vermessung und Lebensmittelkontrolle. 

 

-

-

Haben Sie Fragen oder Anregungen? Dann nehmen Sie Kontakt mit uns auf.
Wir melden uns schnellstmöglich bei Ihnen. Um Ihr Anliegen zeitnah bearbeiten zu können, füllen Sie bitte alle mit * markierten Felder aus.

Erforderlich
Erforderlich
Erforderlich
Erforderlich
Erforderlich
Erforderlich
Erforderlich

Völlig kostenlos und unverbindlich. Mir ist bekannt, dass mein Daten- / Nutzungsverhalten elektronisch gespeichert wird. Sie können diesen Service jederzeit in einem beliebigen Newsletter der Jos. Schneider Optische Werke GmbH abbestellen.

Erforderlich

Die Daten werden nicht an Dritte weitergegeben. Hier geht es zum Datenschutzhinweis.

HAUPTSITZ - Europa

Jos. Schneider Optische Werke GmbH
Ringstraße 132
55543 Bad Kreuznach
+49 (0) 671 601 0


BUSINESS UNITS

Business Unit Industry
+49 (0) 671 601 205
i
sales@schneiderkreuznach.com

Business Unit Photo/Cine
+49 (0) 671 601 551

B+W gehört zum Bereich Photo
photo@schneiderkreuznach.com
cine@schneiderkreuznach.com

 

NIEDERLASSUNGEN

Amerika
+1 800 645 7239 (Ostküste)
+1 800 228 125 (Westküste)

Asien
+86 755 8832 1170

Singapur
+65 9488 0062

Newsroom

Hier finden Sie alle News und Pressemitteilungen auf einen Blick.

Messen & Events

Besuchen Sie uns auf einer der nächsten Messen oder Veranstaltungen. Kommen Sie mit Ihrer Herausforderung zu uns und lassen Sie sich von unseren Experten helfen, die perfekte Lösung für Ihre Anwendung zu finden.

B+W Filter Händler

Wende dich unser unsere Experten. Finde den Händler in deiner Nähe.