Eine neue tragbare Lichtschranke

Die Überschrift bezog sich ursprünglich auf die darunter abgebildete Anlage, die aber mittlerweile durch eine zweite ergänzt wurde. Der Grund war, daß sich die hochauflösende Canon EOS M6 Mark II wegen ihres hervorstehenden Griffs nicht an das PQS-Gehäuse ansetzen ließ. Nachdem das neue Gehäuse an der hinteren Kante um zwei Millimeter »zurückgenommen« wurde, paßte auch die Kamera. An der Gesamtdicke wurde nichts verändert, so daß sich mit dem Objektiv Schneider Apo-Componon 4/60 und dem etwas kleineren Canon-Sensor eine Bildbreite von 97mm ergibt. Das entspricht einem ABM von 0,23.
Der augenfälligste Unterschied ist die Verwendung der kleinen Blitzgeräte MK320 anstelle der Metz 40MZ. Als einzige der getesteten modernen Blitzgeräte blitzen sie völlig synchron, auch die Blitzdauer von 20µs (1/50000s) entsprichr denen der Metz. Die etwas geringere Lichtleistung wird durch Zugabe einer drittel bis halben Blende kompensiert. Da außerdem noch das 12V-Akkupack aus zehn AA-Zellen durch einen leichteren 11,1V-LiPO-Akku ersetzt wurde, ergibt sich eine Gewichtsersparnis von ca. 0,6 kg auf nur noch 2,4 kg.

Das Prinzip der portablen Lichtschranke hat sich seit 15 Jahren hervorragend in der Praxis bewährt. Obwohl für Flugfotos gedacht, kann die Anlage aber auch für statische Objekte eingesetzt werden. Ob mit oder ohne Blitz, das Foto ist dank der Lichtschranke immer perfekt punktscharf. Gerade bei Flugfotos stellte sich aber heraus, daß sie zwar für kleine Insekten ideal geeignet ist, nicht aber für größere. Der Grund liegt im »Bildfenster«, das mit ca. 6x4 cm² recht klein ist. Diese Größe kommt nicht von ungefähr, sie resultiert direkt aus den Linsengleichungen

wobei ß der Abbildungsmaßstab, s die Gegenstandsweite, s' die Bildweite und f die Brennweite ist (gibt man probeweise ß=0 für Unendlich ein, erhält man wie erwartet s'=f und s=∞, für ß=1 ergibt sich s=s'=2f).
Limitierender Faktor für den realen Aufbau ist die Bildweite s', die von der Auszugsverlängerung des Zentralverschlusses plus Auflagemaß der Kamera vorgegeben wird. Im Falle einer Nikon-DSLR mit dem Auflagemaß 46,5mm (für die das Rig ursprünglich ausgelegt war), einer Auszugsverlängerung des Verschlusses von 55mm und 10mm durch das Objektiv kommen wir auf eine Bildweite von 111,5mm. Mit f=80mm ergibt sich ein Abbildungsmaßstab ß≈0,4 und eine Gegenstandsweite s=280mm. Für einem APS-C-Sensor resultiert das in einer Bildbreite von 23,6mm/0,4=59mm und einer Bildhöhe von 15,8/0,4=39,5mm. Die einfachste Lösung für ein größeres Bildfeld wäre natürlich eine Kamera mit Kleinbild-Sensor. Auf »einem Schlag« würde sich das Bildfeld auf ca. 6x9cm² vergrößern, ohne daß irgendetwas an der Konstruktion geändert werden müßte.
Für den angedachten Einsatzbereich ist das aber immer noch etwas wenig, so daß nach einem anderen Weg gesucht wurde. Der Einsatz einer kürzeren Brennweite war im Falle einer Nikon-DSLR mit ihrem großen Auf­lagemaß nicht möglich. Mit dem Einzug der spiegellosen Kameras mit ihrem viel kleineren Auflagemaß hat sich die Situation aber grundlegend geändert. 

Eine neue Konstruktion sollte von diesen Möglichkeiten profitieren. Wichtigste Änderung war ein im 3D-Drucker hergestelltes Gehäuse für den PQS-Verschluß, das auf minimale Auszugsverlängerung optimiert wurde. Zusammen mit dem kleinen Auflagemaß der A6000 von nur noch 18mm wurde damit der Einsatz eines Objektivs mit 60mm Brennweite möglich. Der resultierende Abbildungsmaßstab lag bei ß=0,2, womit sich mit einem APS-C-Sensor das Bildfeld in Breite und Höhe verdoppelte. Der Blick von oben zeigt den Unterschied. Rechts die »alte« Konstruktion, links die neue. Obwohl die Gesamtbreite gleich blieb, hat sich die Bildbreite verdoppelt.

Um Gewicht zu sparen, wurde auf die acht Mignon-Akkus für die beiden Blitzgeräte verzichtet. Stattdessen werden diese aus dem 12V-Akkupack mitversorgt.

Der halbierte Abbildungsmaßstab resultierte im »Gewinn« einer Blendenstufe. Während bisher Bl. 11 und Teilleistungsstufe 1/128 der Blitze korrekt war, konnte nun die Leistung  auf die letzte Stufe 1/256 reduziert werden. Womit natürlich auch die Blitzdauer auf nur noch 20µs sank.

Die neue Anlage wurde an Heuschrecken und Schmetterlingshaften getestet. Durch das viermal größere Bildfeld waren wesentlich weniger Hüpfer »angeschnitten« als vorher und auch die Schmetterlingshafte paßten sehr gut ins Bildfeld. An die Anlage kann aber nur die Sony A6000 angesetzt werden, und das auch nur mit einem Abstand von 1mm zwischen Griffstück und PQS-Gehäuse. Die EOS M6 II stößt mit ihrem vorgezogenen Gehäuse neben dem Auslöser ganz knapp an den Zentralverschluß an.

 

Jetzt paßt der Schmetterling ins Bildfeld

Objektiv Schneider Apo-Componon 4/60

Das Objektiv Apo-Componon 4/60 ist einige Worte wert, denn es stellt eine der besten Linsen dar, die es derzeit für diesen Einsatzzweck gibt. Konzipiert ist es als 6-linsige Konstruktion, die lt. Hersteller für einen ABM von 1:20 bis 1:1 gerechnet ist. Der hier angewandte ABM von 1:5 liegt also voll im grünen Bereich.
Anders als die Ausführungen für die Dunkelkammer kommt die vorliegende Version in der plastikfreien Ganzmetallfassung B-V (auch Makro-Iris genannt). Sie ist für den robusten Industrieeinsatz gedacht und besitzt kein Anschraubgewinde, sondern den sog. V38-Anschluß. Das ist eine Schwalbenschwanz-Fassung, für die es spezielle M42-Adapter gibt. Der Vorteil ist die absolut vibrationssichere Konstruktion und die Möglichkeit, das Objektiv in die richtige Position zu drehen. Da es diesen V38-Anschluß auf beiden Seiten besitzt, kann es nach Abnahme der vorderen Abdeckung auch umgedreht benutzt werden.

Zur Messung der optischen Leistung diente das Programm MTF-Mapper, zusammen mit der Sony A6000. Dazu wurde eine Vorlage namens »lensgrid« benutzt, die von MTF-Mapper zur Verfügung gestellt wird und eine spezielle Anordnungen von trapezförmigen Testformen und kleinen Alignment-Figuren enthält. Beim Ausdruck auf einem Laserdrucker erzeugen die leicht geneigten Kanten der Testformen leider deutlich sichtbare Stufen, die der Genauigkeit der Auswertung abträglich sind. Deshalb wurde es in der Größe A4 auf einer HP Indigo für den Digitaldruck ausgedruckt, die nicht nur eine wesentlich höhere Auflösung besitzt, sondern auch auf glattweißes Kunstdruckpapier druckt.
Das Testbild muß absolut plan und rechtwinklig zur optischen Achse liegen. Damit es voll auf den Sensor »paßt«, ist ein ABM von ca. 1:12 erforderlich, der einen Abstand von etwa 90cm bedingt.
Nach der Ausrichtung von Kamera und Chart wurden sechs Fotos bei Blende 4-22 angefertigt. MTFMapper akzeptiert neben JPGs auch die ARW-Files, die wegen der fehlenden Aufbereitung durch die Kamera bevorzugt werden sollten. Vor dem Einlesen der Dateien müssen noch einige Parameter gesetzt werden, damit das Programm zu schlüssigen Ergebnissen kommt. Dann folgt als erstes die Kontrolle der »chart-orientation«. Wenn hier etwas nicht stimmt, muß die Ausrichtung von Kamera bzw. Testchart korrigiert werden.

Hat alles funktioniert, stellt MTFMapper die ermittelten Ergebnisse zur Verfügung. Die beiden wichtigsten Anzeigen sind »annotated« und »lensprofile«. Erstere ist quasi das Abbild des Testcharts, bei dem alle Testformen auf jeder Seite mit dem MTF50-Wert versehen sind. Die Zahlen sollten die Farbe Oliv besitzen, bei Gelb oder Rot sind schon die Rohdaten nicht optimal.
Clickt man eine Zahl an, wird die zugehörige MTF-Kurve angezeigt, also der Kontrast über die Linienfrequenz. Das könnte man für jeden Punkt wiederholen, was allerdings ziemlich langwierig und nicht sehr eingängig ist. Deshalb gibt es als Zusammenfassung »lensprofile«, womit sich der Verlauf des Kontrasts in sagittaler und radialer Richtung darstellen läßt.

 

Man sieht, daß bei der Offenblende 4 der Kontrast in der Bildmitte fast linear abfällt. Der wichtige MTF₅₀-Wert liegt bei 971Lp, ein sehr guter Wert. An der Nyquist-Grenze, der mit 2000 Lp maximal sinnvollen Auflösung der A6000, beträgt der Kontrast immer noch 17,8%. Selbst bei dieser extrem hohen Auflösung wären Strukturen noch gut sichtbar. In der Bildecke sieht es erwartungsgemäß nicht ganz so gut aus, der 50%-Wert des Kontrasts liegt aber auch hier bei ausgezeichneten 684Lp. An der Nyquist-Grenze sinkt er auf 4,7%, womit sich Strukturen bei der Maximalauflösung vielleicht noch erahnen lassen.

Bei Blende 8 nähern sich beide Kurven an. Die MTF₅₀-Werte sinken absolut gesehen ein wenig und auch in der Bildmitte sinkt der Kontrast an der Nyqist-Grenze auf immer noch beachtliche 12,8%. In der Bildecke sorgt die Abblendung sogar für bessere Ergebnisse, hier steigt der Kontrast bei der maximalen Auflösung sogar auf 8,8%. Insgesamt ein sehr ausgewogenes Bild bei der Arbeitsblende.

Zum Vergleich noch Blende 16. Hier verlaufen beide Kurven nahezu parallel, allerdings läßt der Kontrast bei allen Frequenzen nach. An der Nyquist-Grenze sinkt er auf nahezu Null, d.h., bei der höchstmöglichen Auflösung sind keine Informationen mehr sichtbar.

Damit man diese Prozedur nicht an jedem Punkt explizit durchführen muß, kann man sich mit »lensprofile« den Verlauf des Kontrasts von der Bildmitte bis zum Bildrand anzeigen lassen. MTF-Mapper erlaubt die Vorgabe von drei Kontrastwerten, üblicherweise 10%, 20% und 40%.

Bei Offenblende und niedriger Auflösung liegt der Kontrast sehr hoch und bleibt konstant von der Bildmitte bis zum Rand. Bei den beiden höheren Auflösungen ist er niedriger und sinkt ganz leicht zum Rand hin ab.
Bei Blende 8 sinkt der Kontrast bei allen drei Auflösungen nur unwesentlich ab, bleibt aber bis zum Bildrand nahezu konstant.
Bei Blende 16 geht der Kontrast bei hoher Auflösung sichtbar zurück, bleibt aber konstant bis zum Bildrand.

Insgesamt fast schon »Traumkurven« für ein nahezu perfektes Objektiv. Die Ursache dafür dürfte im großen Bildkreis des Objektivs zu suchen sein, der mit einem Durchmesser von 60mm für Mittelformat geeignet ist. Der vergleichsweise winzige APS-C-Sensor liegt weitab vom Rand, wo sich die Bildfehler zuerst zeigen.