Objektiv Eigenbau

Hi,
ich verfolge schon seit längerer Zeit bei DC und auch in anderen Foren Beiträge über Modifikationen bei Objektiven. Hab selber bereits viele Objektive umgebaut und repariert. Seit kurzem habe ich eine Idee mir selber ein Objektiv zu bauen und habe festgestellt, dass es kaum Leute gibt, die ähnliches vorhaben.

Um ein Beispiel zu nennen die homemadelens Gruppe bei FLickr(kann keinen Link posten, da erster Beitrag) wo es sich aber um 1-2 Linsenobjektive handelt, die recht simpel sind.

Ich habe auch festgestellt, dass es viele (abgelaufene) Patentschriften gibt, wo man sehr detailierte Informatioen zu Objektiven und den verwendeten Gläsern findet. Es gibt zum Beispiel Patente von Erhard Glatzel (Zeiss) für lichtstarke Weitwinkel. Natürlich gilt häufig, je moderner die Optik desto mehr Linsen und komplexer wird das Ganze (wenn dann noch Floating Elements dazukommen...).

Wenn ich den geschriebenen Anfang so durchlese, dann möchte ich erstmal nur ein Objektiv nachbauen. Natürlich kann man viele Objektive preiswert erstehen, aber es geht hier weniger darum den einfachsten Weg zu nehmen, sondern um Herausforderungen und Spaß an der Sache.
An den physikalischen Grundlagen und den entsprechenden Maschienen und Materialien rund um die Linsen mangelt es bei mir nicht. Die Gläser kann man auch einzeln kaufen (Schott z.B. aber geht auch günstiger, vielleicht hat jemand Tipps).

Zur Zeit habe ich noch ein anderes Projekt am Laufen, was ich zuerst beenden möchte, schaue aber bereits, welche Patente es gibt und was interessant ist nachzubauen (vielleicht etwas was nicht in Produktion ging), außerdem habe ich mir das Programm WinLens3d mal besorgt und schaue ob es nützlich sein könnte.

Was haltet ihr von meinem Vorhaben und habt ihr eventuell auch Erfahrungen in dieser Richtung bzw Tipps, Links etc.

Google habe ich bereits in Deutsch und Englisch durchgesucht und zwar viele Interessante Dinge gefunden aber nichts zu meiner Sache.

Zuerst einmal willkommen hier im Forum.

:laola:


Dein Anliegen hört sich interessant an. Welche Maschinen hast Du, damit Du Linsen herstellen kannst? Bist Du etwa ein Optikermeister?

Man durchaus selbst Linsen schleifen - nur ists mal nicht so schnell gemacht.
Früher am Anfang der Mikroskopie, Ferngläser etc. haben ja einige auch mit einfachen Mittel ihre Linsen geschliffen.
Heute werden von vielen Amateurastronomen Glasspiegel hergestellt - sogar asphährisch!
Allerdings sind da Spiegel sehr beliebt - da hat man nur eine Fläche. Bei nem einfachen Achromaten hat man schon vier Flächen zu bearbeiten.
Mal ein Link aus meiner Foto-Selbstbau-Linksammlung: Linsen schleifen.

Bei einfachen Fotooptiken, wie z.B. Fernobjektiven kommt man mit solche einem Achromaten aus zwei Glassorten und 4 Oberflächen aus.
Wenn man z.B. ein lichtstarkes Weitwinkel-Objektiv bauen möchte, kommen schnell 10 Linsen - also 20 Oberflächen zusammen.
Mit dabei dann auch große Linsen mit z.B. 60mm Durchmesser und starker Biegungen, also am Rand eventuell 20 mm abzutragen.

Optiken mit wenigen Linsen, also eventuell noch bis 4 Linsen wären also schon rein vom Arbeitsaufwand empfehlenswert. Zudem kann man diese auch ohne Vergütung sinnvoll nutzen, bei einem zehnlinsigen Objektiv wird man nur wenige finden mit wenigen Glas-Luft Übergängen.

Glasshersteller für optische Gläser gibts paar, Schott, Ohara, Hoya, LZOS und vermutlich noch weitere.
Allerdings ist bei Alternativgläsern immer drauf zu achten, inwieweit diese den Anforderungen z.B. des Patentes entsprechen.
Da liegt noch eine Problem begraben: In den Patenten stehen selten Toleranzen - und das ist schon recht interessant, ob z.B. ein optischen System so kritisch ist, das man wirklich die Glass-Charge die man verbaut extra vermessen muß, um die exakten Brechzahlen zu haben, oder ob es die Zahlenwerte aus dem Datenblatt tun. Und wie exakt Radien, Dicken, Abstände einzuhalten sind. Die Toleranzen sind beim Objektivbau sehr wichtig. Teils wurden Baugruppen mit ihren verschiedenen exakten Werten passend kombiniert, um wirklich die optimale Leistung über die Serie zu erreichen. Oder es werden Toleranzen mittels verschieden dicken Unterlegscheibchen ausgeglichen.

Falls man wirklich Zugriff auf professionelles Gerät aus der Optikfertigung hat, stehen viele Möglichkeiten offen - nur sollte man dann auch an die passende Objektiv-Mechanik denken.

Das hilft mir schon mal weiter. Ich habe zwar Zugriff auf diverse Schleifmittel und Maschienen, aber ich bezweifle, dass ich die Linsen selber herstellen könnte in einer entsprechenden Qualität, dafür gibt es zu viele Hersteller von Linsen, die das deutlich besser können (zumindest feste Maße). Also Ohara und LZOS, die beiden machen einen vielversprechenden Eindruck.
Die gemeinte Bearbeitung bezog sich auf das Metall um die Linsen herum ;-)

Ich habe bei mir um die Ecke aber eine Glaswerkstatt, die im Hinterzimmer eher einer Alchemie-Einrichtung gleicht. Dort gibt es diverse individuelle Möglichkeiten, muss ich aber noch vergleichen mit den großen Anbietern.

Das mit den Toleranzen ist natürlich ein wichtiger Faktor, den ich mit Hilfe des genannten optischen Programms betrachten möchte. Bis 4 Linsen muss es nicht unbedingt sein, die ersten 50mm 1.4 brauchten gerade mal 7 Linsen und hatten noch keine Vergütung. Obwohl sich auch das nicht mehr problematisch ist, wenn ich bei Edmund Optics das so sehe ist es nicht viel teuerer die Linsen mit Vergütung (MF4 z.B.) zu kaufen.

Wenn Du die Linsen nicht selbst schleifst (extrem aufwendig), oder auf Maß schleifen läßt (teuer), wirst Du Schwierigkeiten bekommen ein Objektiv einer Patentschrift schön 1:1 nachzubauen.
Da kannst Du ja nicht anstatt einer Linse mit Frontradius 183,6mm und hinterem Radius 420mm mal einfach eine Linse gleichen Glases mit 170mm und 400mm von Edmund Optics nehmen.
Katalogware ist immer beschränkt in der Auswahl.Dafür mußt Du dann das ganze Optikdesign anpassen - das geht, aber das ist wohl nicht ganz trivial.
Und ob Du mit den Optimierungsmethoden des Programmes so gut zurechtkommst, um dann mit Kataloglinsen ein gutes Ergebniss zu bekommen, ist auch noch zu klären. "Modern Lens Design" hat ein paar Seiten über die Merit Funktion mit der man die Optimierung steuert.

Beim Sonnar 50mm/1.5 hat man 6 Glas-Luft Übergänge. Das könnte in der Tat noch gehen.
Aber die zwei Glieder mit je drei Linsen könnten schwierig zu verkitten sein.

Entmutigen möchte ich Dich allerdings nicht! Nur helfen das Projekt nicht zu anspruchsvoll aufzuziehen.

Ja du hast natürlich Recht. Ich muss auf jeden Fall klein anfangen, vielleicht erstmal für den Einstieg ein Ernostar auf KB optimiert. Ich hab mich gestern in die Manuals vom Programm erstmal eingelesen und werde schauen was ich damit anfangen kann.

Das mit der figure of merit function ist auch ein guter Ansatz, ist ähnlich dem Least-Square-Fitting nur bei mehr Variablen. Höre das zwar zum ersten Mal, aber durch ein wenig Hilfe von Google verstehe ich das Prinzip.

Mir ist auch klar, dass ich mit den standard Linsen nicht besonders viel Anfangen kann, vielleicht wird man die eine oder andere verwenden können, aber ich werde alle Optionen (schleifen lassen um die Ecke, selber schleifen, Spezialanfertigung) in erwägung ziehen. Daher muss ich erstmal das Ganze theoretisch aufziehen schauen welche Linsen gebraucht werden um z.B. 50mm Brennweite auf KB zu bekommen.

Wie kommt es Keinath, dass du so viel darüber weißt? Bist du in der Branche Tätig, oder ist es ambitioniertes Hobby?

Wie wäre es denn mit einem lichtstarken Maksutov-Spiegelteleobjektiv? Die sind ja mit einer Linse, 2 Spiegeln und einem optionalen Barlow-Element recht simpel konstruiert, das ist bestimmt noch etwas einfacher als ein mehrlinsiges Objektiv.
Ist nur so eine Idee.

Vielleicht ist es ja sogar machbar, ein Maksutov-Portraitobjektiv mit Shapley-Element zu bauen. Geschätzte Maße so 10cm lang und 15cm im Durchmesser. :lolaway:

Zitat:

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Zitat von gilghamesh

.... aber ich werde alle Optionen (schleifen lassen um die Ecke, selber schleifen, Spezialanfertigung) in erwägung ziehen. Daher muss ich erstmal das Ganze theoretisch aufziehen schauen welche Linsen gebraucht werden um z.B. 50mm Brennweite auf KB zu bekommen....

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Zum theoretischen Hintergrund kann ich Dir das bereits erwähnte Modern Lens Design von Smith empfehlen. Es taugt absolut nichts um sich mal bisserl die Eigenarten von Objektiven anzulesen, aber wenn man wirklich Objektive selbst designen möchte, und dann selbst bauen, scheint mir das Buch ideal. Es geht aber nicht auf die Fertigungstechnik ein - da gibts wieder andere Bücher, von denen ich noch nicht viel kenne.
Mir hat es schon viel geholfen - auch wenn ich vieles noch nicht verstehe, mich nicht so weit reinarbeiten kann zeitlich.

Beim Linsen selbst schleifen ist der Prüfaufwand ziemlich aufwendig, wenn man also wirklich spezielle Krümmungen erreichen möchte um ein designtes Objektiv zu erbauen. In der Astro-Szene gibts paar tiefer gehende Anleitungen, und paar wenige Dienstleister in der Richtung (noch nicht rechechiert inwiefern die Messungen für photographische Optiken notwendig sind.

Zitat:

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Zitat von gilghamesh

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Wie kommt es Keinath, dass du so viel darüber weißt? Bist du in der Branche Tätig, oder ist es ambitioniertes Hobby?

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Ich bin Photoingenieur mit Schwerpunkt Optik. Ich arbeite bei einem Kamerahersteller und bin dort für Filter, Auflagemaß, Objektivtests etc. zuständig.
Da habe ich auch einen recht guten Kontakt zu diversen Optik, Glas und Filterherstellern.
Und als Hobby bastele ich halt gerne an Objektiven, und eigne mir noch etwas mehr Wissen an um das dann teils auch umzusetzen.
Bedingt durch meine Linksammlung hab ich zudem einigermaßen nen Überblick was Hobbyisten so machen.

Hab mir nun das Buch von Smith (von einem russischen Kollegen) besorgt und verschaffe mir einen Überblick, interessant, dass als allererstes Thema die Merit Funktion erscheint...

Spiegelteles, sind zwar von den Komponenten her einfach, aber die feste Blende hat mich bislang immer gehindert mich intensiver damit zu beschäftigen.

Wenn man ein Barlow/Shapley-Element verbaut, müsste man doch vor dieses in die Brennebene des Sekundärspiegels eine Aperturblende setzen können, oder irre ich da und das käme einer Irisblende gleich?

Zitat:

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Zitat von gilghamesh

Hab mir nun das Buch von Smith (von einem russischen Kollegen) besorgt und verschaffe mir einen Überblick, interessant, dass als allererstes Thema die Merit Funktion erscheint...
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Bei meiner Ausgabe ists Kapitel 2, Absatz 2.
Die Merit Funktion muß ja recht exakt beschreiben was man haben möchte. Also welche Brennweite und wie groß die Baulänge werden soll, wieviel Platz hinter der letzten Linse benötigt wird und dann die ganzen optischen Fehler welche man akzeptieren würde.
Man kann die Merit Funktion wohl auch so hinbiegen, das ne Optik dann bei bestimmten Tests gut abschneidet :-)
Da steht auch, dass das Erstellellen und die Anpassung der Merit Funktion ofmals die Hauptarbeit des Optikdesigners ist!


Kurz noch für Mitleser ohne das Buch:
Optikdesign-Programme erlauben die automatische Optimierung des Systems - aber dazu muß das Programm wissen, was dem Anwender wichtig ist.
Ist die Baulänge das Hauptkriterium? Nein gar nicht, darf ein 100 mm Objektiv dann also auch 55 Zentimeter lang sein :lol:
Also muß die Baulänge wohl mit rein, mit niedriger Gewichtung - oder man hat das Glück akzeptable Längen ausgegeben zu bekommen.
Und dann die ganzen optischen Fehler die zu berücksichtigen sind.

Anhand der Parameter kann das Programm dann rumprobieren, ob es akzeptable Lösungen findet. Der Optikdesigner muß dann anhand der (Zwischen) Lösungen die Merit-Funktion optimieren, oder gänzlich andere Wege vorgeben, also z.B. eine Linse aufspalten in zwei, um damit dem Programm weitere Korrekturmöglichkeiten zu geben, und Fehler an der einen Linse zu minimieren.
Oder halt ein anderes Grunddesign als Basis wählen, oder noch einige andere Möglichkeiten der Optimierung.

Wow...!

Ich habe die englische Ausgabe des Buches (glaube 2. Auflage) und dort wird das auch im Kap. 2 beschrieben, eben noch alles durchgelesen --> wollte direkt anwenden und festgestellt, dass sich die Software WinLens , die ich in der kostenlosen Basisversion habe, die ganzen Optimierungsmöglichkeiten nicht bietet... hätte ich mir denken können...
Schaue mir mal die Trial der Pro Version oder mal eine andere Alternative.
Morgen ist mehr Zeit dafür.

Ah, ich dachte Du hast die WinLens3d Version - also mit Optimierung.
Da ist die kostelose WinLens Basic Version beschnitten.

Es gibt irgendwo über Wikpedia direkt erreichbar diverse Optik-Design-Programme, darunter auch kostenlose Varianten.

Ich träume immer von CodeV - aber das wird bei den jählichen Lizenzpreisen ein Traum bleiben - dort hat es die Möglichkeit ein 2D Bild einer Vorlage in ein 2D Bild in Bildebene umwandeln zu lassen - mit allen Fehlern die eine simulierte Optik machen würde. Soweit ich verstehe, wäre ein Defokussieren auch eine leichte Übung - und somit das Bokeh nett ermittelbar. Und das alles ihne allzuviel Hintergrund welcher Fehler welche Auswirkungen im Bild ergeben könnte.

mhh, ich habe eben bei CodeV eine Anfrage bezüglich Studentenversion gesendet, mal schauen, da ich das Programm auch für meine Dissertation gebrauchen kann (IR Bereich) geht es vielleicht auf Chef-Kosten. Probieren kann ichs ja mal...

Mitlerweile können aber recht viele Programme Defocusing, MTFs, Chromatische Aberationen usw. analysieren und teils auch optimieren.

Was verwendet ihr bei deiner Firma für Programme für die Berechnung der Filter? (oder wird es per Hand/Experimentell gemacht?)

Zitat:

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Zitat von gilghamesh

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Mitlerweile können aber recht viele Programme Defocusing, MTFs, Chromatische Aberationen usw. analysieren und teils auch optimieren.
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Ja, Defocussing, MTF etc schon, aber nach meinen alten Informationen war CodeV das einzige Programm dem man eine Vorlage-Bild füttern kann, um dann die entsprechenden Fehler sich in seinem Bild ausgeben zu lassen. Oder hast Du noch andere Programme mit der Funktion gefunden?
Die Ausgabe als Diagramm mit den schönen Kurven klar, das machen alle, aber das ist halt nicht so ohne weiteres zu Verstehen.

Was machst Du schönes im IR Bereich wo Du Optikdesign brauchst?
Zum Teil hat man da ja traumhaft hohe Brechzahlen, die sehr einfache Optiken erlauben.

Zitat:

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Zitat von gilghamesh

...
Was verwendet ihr bei deiner Firma für Programme für die Berechnung der Filter? (oder wird es per Hand/Experimentell gemacht?)

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Sorry, da fängts an in die Interna zu gehen :-)

Hab mich heute viel mit alternativen Programmen beschäftigt und bin auf Synopsys gestoßen, dort gibt es einen netten Vergleich zu ZEMAX (selbstverständlich zu Gunsten von Synopsys), aber in dieser Vergleichspräsentation bin ich auf das Feature, welches du bei CodeV angesprochen hast gestoßen. Folgender download link zur Präsentation http://www.osdoptics.com/Z-S.zip Folie 64, interessant auf jeden Fall ;-)

Darüber hinaus:

Zitat:

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Im IR Bereich mache ich nichts, wofür ich wirklich ein Programm brauche, denn meine Messapparatur läuft (mitlerweile) einwandfrei, es geht um Highspeed Thermographie bei Leistungsschaltern. Es ging eher um einen Vorwand für den Erwerb eines Programms ...

Auf Folie 64 finde ich nicht was ich meine:
Soweit ich CodeV verstehe, kannst Du ein 2D Bild eines Objektes hochladen, und bekommst als Ergebnis das was die simulierte Optik draus macht. also ein Bild wie aus der Kamera mit dieser designten Optik. In direkt die Verzeichnung, Vignettierung, chromatische Abberationen etc. zu sehen ist.
Klar ist das noch nicht 100% gleich einem fotografischen Test, zum Einen weils nur 2D ist, zum Andren weil z.B. Reflektionen dann nicht 10000x mal mehr Helligkeit haben als der Rest des Bildes.

Hi,
du meinst folgende Option http://kb-en.radiantzemax.com/Knowle...icle50176.aspx hier mit Zemax

ich hab die letzten Tage versucht mich in Synopsys einzuarbeiten (Demo). Maximal 5 Linsen ist schon ganz gut für den Anfang. Der Findungsalgorythmus bietet eine gewisse Anzahl an den besten Möglichkeiten am Ende der Berechnung, die sehr kurios sind. Wenn ich z.B. "einfach" einen Tessar Typ (http://de.wikipedia.org/wiki/Tessar) haben will und mit 4 Linsen beginne, dann bekomme ich alles, außer der genannten Aufstellung.
Anhang 25265

Hast du da einen Rat? Oder ist es besser, wenn ich direkt die Linsen anordne, wie es mir passt und die Meritfunktion drüber laufen lasse?

Zitat:

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Zitat von gilghamesh

Hi,
du meinst folgende Option http://kb-en.radiantzemax.com/Knowle...icle50176.aspx hier mit Zemax
...

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Ja, die Funktion meinte ich :-)
Bei dem Bildchen der verschiedenen Typen kann ich nicht viel erkennen, es scheinen doch einige / alle (?) Vierlinser zu sein. Nur halt von den Formen recht exotisch.
Hast Du das auch noch in groß?

hier die ersten z.B., sind aber bei jedem Suchlauf andere Kombinationen ^^ interessant. Die 4 Linsen war auch meine Grundeingabe, also die Anzahl wird nicht vom Programm variiert. Krass ist auch der Wert der Merit Funktion -> Grottenschlecht so hohe Werte, spiegelt sich übrigens im MTF wieder. Hab nun herausgefunden, dass wenn ich die hinteren Linsen bzw die äußersten Strahlen zwischen letzter Linse und der Sensorebene enger mache (d.h die letzten Linsen werden gezwungenermaßen kleiner), der Wert der Merit Funktion deutlich sinkt... den Grund verstehe ich nicht, aber es würde erklären, warum so viele "einfache" Objektive kleine Linsen am Ende haben. Hat jemand eine Erklärung?

Moment, was für einen Bildwinkel hast Du denn dann? Sieht schon recht weitwinklig für einen Vierlinser aus mit großer Schnittweite.
Änderst Du nur den Durchmesser der letzten Linse, oder auch deren Abstand zur Sensorebene? Was macht die Blenden-Öffnung des Objektives dabei?

hmm, hab ich das vielleicht falsch verstanden,
ich arbeite gerade den folgendes Tutorial durch: http://www.osdoptics.com/Lesson%2013...era%20Lens.htm

Dort wird als Beispiel ein 90mm Objektiv berechnet

1. Focal length 90 mm
2. Semi field angle 20 degrees
3. Semi aperture 25.4 mm

Als Semi aperture verwende ich 20, ich verstehe es als den maximalen Öffnungsdurchmesser der Irisblende und als Semi field angle nehme ich 40° an. Jetzt wo du es sagst, erscheint es mir wirklich als sehr weitwinklig zu sein.

Man berechnet den Winkel ja nach folgender Formel:

a = 2*arctan(d/(2*f)) http://de.wikipedia.org/wiki/Bildwin...der_Fotografie

Wenn ich das nachrechne

2*atan(28.1233/(2*50)) = 0.5483

0.5483*180°/pi = 31.4155°

Verwende ich diesen Winkel nun als Semi field angle? Oder habe ich da was falsch verstanden?

Ich hab das Programm nun für 60mm(auf 1.5 Crop bezogen = ~26° Blickwinkel) laufen lassen, folgendes Objektiv ist unter Anderem dabei:

Anhang 25380

sieht irgendwie noch immer sehr weitwinklig aus oder?

wie bestimmt bereits bemerkt wurde, ist bei mir das Thema etwas nach hinten gerückt (jedoch noch lange nicht vorbei), da diverse andere Projekte erstmal wichtiger sind.

Mal rein Neugierde halber - wie ist der Status deines Projektes Heute?

Ich würde ja gerne erstmal an Reparatur bzw. Reinigung von "Altglas" denken - und dann Schrittweise Aufwertung.
Alternativ aus einem "Normalobjektiv" ein Makro "umbauen"...