Was sind die Eigenschaften eines Brennweitenverdopplers?

Rear Converter (der 2x Converter wird oft “Brennweitenverdoppler” genannt) sind Optische Elemente, die hinten auf das Objektiv geschraubt werden, mit einem Vergrößerungsfaktor M>1 markiert sind (z.B. x1,5, x2, x2.5, x3, ..) .

Image of two times magnifying rear converter

Brennweitenverdoppler (= zweifach vergrößernder Rear Converter

Die beabsichtigte Eigenschaft ist, die Brennweite der Linsen um diesen Faktor zu erhöhen, was in etwa der Multiplikation der Vergrößerung dieser Linse mit diesem Faktor M entspricht.

Zur besseren Lesbarkeit sei im Folgenden M=2. Andere Vergrößerungsfaktoren funktionieren entsprechend.

Da die Vergrößerung definiert ist als Bildgröße durch Objektgröße gibt es zwei mögliche Typen von Rear Convertern´:

  1. Der Sichtbereich (FOV) wird um Faktor 2 (=M) kleiner und die Bildgröße bleibt gleich.
  2. Der Sichtbereich (FOV) bleibt gleich, aber das Bild wird 2x größer.
Typ 1 ist nützlich, wenn man bei gleichem Sensor ein kleineres FOV erreichen will.
Typ 2 ist nützlich, wenn man gleich viel sehen will und (bei gleicher Pixelanzahl) einen größeren Sensor einsetzen will. Typ 2 kann als Typ 1 benutzt werden durch Benutzung auf der alten Sensorgröße.

Die positiven Eigenschaften sind:

  • die Brennweite verdoppelt sich (wie beabsichtigt).
  • Vignetting (dunkle Ecken) nimmt im allgemeinen ab.
    Dies geschieht, weil der Hauptstrahlwinkel (CRA) kleiner wird, das Licht also senkrechter auf den Sensor trifft.

Es gibt aber auch unerwünschte Eigenschaften:

  • Die Blendenzahl verdoppelt sich, das Bild ist also 4 mal  (=M*M) dunkler.
    Dies gilt, weil die Blendenzahl als das Verhältnis Brennweite durch Eintrittspupillendurchmesser definiert ist, der Eintrittspupillendurchmesser aber gleich ist, während sich die Brennweite verdoppelt hat.
  • Beim Typ 1 geht die Auflösung (in Pixeln gerechnet) geht um den Faktor M*M = 4, zurück, Ein 5 Mega Objektiv verwandelt sich also durch den Konverter in ein nur 1.3 Mega Objektiv auf dem gleichen Sensor.
    Dies geschieht, weil das Rayleigh Kirterium besagt, dass der kleinst durch ein beugungsbegrenztes Objektiv erzeugbare Punkt (=”Beugungsscheibchen” = “Airy Disk”) einen Durchmesser von
    D=2*1.22*Wellenlänge * Blendenzahl
    hat.
    Weil sich die Blendenzahl verdoppelt, verdoppelt sich D. Die Auflösung geht also um Faktor 2 sowohl in horizontaler als auch in vertikaler Richtung zurück.

Unerwartete Eigenschaften sind ebenfalls möglich:

  • Auf manchen Sensortypen kann die Vignettierung wachsen.
    Sensoren wie der 1.3Mega und der 2 Mega von E2V haben “shifted microlenses” und erwarten einen Hauptstrahlwinkel (CRA) von 12 Grad in den Ecken. Da der Konverter den CRA kleiner macht, kann der CRA für solche Sensoren zu klein werden und es kommt zu Vignettierung.
  • Für Typ 1 des Konverters hat das resultierende Bild eine um nur ungefähr Faktor 2 (=M) grössere Vergrößerung statt genau Faktor 2.
    Da der Konverter nämlich nur die Bildmitte jetzt auf den ganzen Sensor vergrößert und die Verzeichnung dort kleiner ist als am Rand, hat das Ergebnisbild weniger Verzeichnung, also eine von 2 (=M) andere Vergrößerung.

Es scheint bei Rear Convertern mehr Seiteneffekte als gewünschte Effekte zu geben.
Rein auf die Auflösung gezogen könntne wir ähnliche Vergrößerungseffekte einfach durch Software erzielen!
Typ 1 erlaubt aber eine sofortige Bildausschnittverkleinerung ohne Softwareänderung.
Typ 2 erlaubt die Benutzung größerer Sensoren.

So kann etwa ein Objektiv, das für 1/2″ und 1.3 Megapixel Auflösung designed wurde ziemlich gut auf einem 1″ sensor bei 1.3 Megapixels (aber nicht für 4 Mega 1″ 😉 ) eingesetzt werden.

Beide Typen benötigen, anders als das Arbeiten mit Zwischenringen zur Erhöhung der Vergrößerung, keine Änderung im Arbeitsabstand sobald der Konverter montiert wird.

Viele f=35mm Objektive arbeiten ab z.B. 500mm. f=75mm Objektive arbeiten oft nur ab 1.5m MOD (minimum Objekt Distanz) . Ein Converter erlaubt es, den kurzen Arbeitsabstand beizubehalten , wohingegen sonst Zwischenringe benötigt würden, die die Entfernung zwischen Objektiv und Sensor erhöhen um einen kürzeren Arbeitsabstand zu erreichen.