Utgångspupillens monumentala betydelse för spegellösa kameror

I enlighet med vad jag skrev sist så kretsar min tillvaro kring att sysselsätta mig. Såhär på fredagkvällen, sent, när andra antingen slår runt på stan, umgås med nära och kära eller ligger och sover, grunnar jag själv på fysikens lagar. Närmare bestämt på dess optiska domäner.

Mången är de som insett att objektiv för mätsökarkameror inte funkar något vidare på Sonys relativt nya spegellösa kameror med fullformatsensor. Och jag gissar att de flesta av grunnarna inte riktigt vet varför, utan istället bannar Sony. För varför funkar ett 35-millimetersobjektiv för mätsökarkameror utmärkt på en Leica M9 men inte på en Sony A7?

Förklaringen är både svår och enkel. De befintliga objektiv som tillverkats för att funka med M-systemet, är egentligen avsedda för filmbruk. Visst; de senaste och apdyra skapelserna från Leica är förstås i någon mån optimerade för digitala sensorer. Men de ska samtidigt fungera för film, ty en relativt stor del av Leica-konnässörerna använder fortfarande analoga kameror. Detta ställer till massiva problem, som Leica har "löst" genom att implementera en väldigt tunn filterkaka framför sensorn.

En filterkaka framför sensorn måste man tyvärr ha. Den har en mängd funktioner, såsom att blockera IR- och UV-ljus (sensorn i sig har nämligen ett alldeles för stort spektrum för normalt fotografiskt bruk!), samt den vanliga uppmjukande funktionen, det så kallade anti alias-filtret ("AA-filter") som låter Bayer-mönstret få en snällare bild så att vi slipper moiré.

----------------

När  man sätter ett Leica M-objektiv på en Sony-kamera blir det knas direkt. Åtminstone om brännvidden hos objektivet är kort, för då ligger sannolikt utgångspupillen ganska nära sensorn; särskilt om det är en äldre konstruktion.

Så vad är utgångspupillen, och vad gör den? Jo, det är den punkt varifrån ljuset ser ut att komma, när det faller på sensorn. En utgångspupill som ligger väldigt långt bak i objektivet kommer alltså att ge en flack vinkel på det infallande ljuset i bildens kanter och hörn. På film är detta inte ett problem. På Leicas digitala M-kameror är det heller inte något större problem, eftersom filterkakan bara är ungefär 0,5-0,7 mm tjock. Men på en Sony A7 blir det katastrof! Där är nämligen filterkakan hela 2,5 mm tjock.

Tänk dig att du står med fötterna i vattnet på en fin strand på en sommardag. Du petar på botten med ett vasstrå. Precis i ytan ser strået ut att vara knäckt, och du har förmodligen väldigt svårt att avgöra hur långt det faktiskt är ner till botten. Exakt samma sak sker på sensorn. Filterkakan motsvarar vattnet, som har ett annat brytningsindex än luften. Och ju flackare infallsvinkel ljuset har mellan luften och filterkaka/vatten, desto mer fel blir det.

Därför ger M-objektiv med utgångspupillen långt bak en hysterisk oskärpa utåt hörnen, samt ett krökt skärpefält, på kameror med tjock filterkaka. De är helt enkelt inte gjorda för att det ska sitta en glasbit mellan objektivet och upptagningsmediet.

----------------

Men! Det finns sätt att kringgå detta:-) Låt oss titta på ett exempel, nämligen Zeiss 35/2 Biogon. Ett klassiskt objektiv som från början var optimerat för film, men som nu finns i ny skepnad för Sonykamerorna.


Här ser vi det bredvid ett Voigtländer 40/2 Ultron som är avsett för spegelreflexkameror. Voigtländern är ett "pannkaksobjektiv" och därför väldigt litet. Men ska det användas på en spegellös kamera måste det till en adapter som gör det ganska precis lika långt som Biogonen. Trollar vi bort spegelhuset så måste vi nämligen ha något annat emellan istället, så att avståndet mellan utgångspupillen och sensorn bibehålls. Annars skulle fokus hamna jättefel.

Tittar man noga på bilden ovan så ser man att ingångspupillen (bländaren!) befinner sig på ungefär samma ställe hos båda objektiven. Men om vi vänder på dem och istället kollar utgångspupillen så ser det plötsligt väldigt olika ut.

Hoppsan! Här framgår det rätt tydligt att Voigtländern har utgångspupillen flera centimter längre bort från sensorn än vad Zeissen har. Det är därför den funkar skapligt bra utan att vara optimerad för en spegellös kamera. Precis som 9 av 10 andra spegelreflexkameraobjektiv. Hela spegelreflexkamerans natur gör att man måste konstruera objektiven med en utgångspupill som ligger en bit bort. Annars hade inte spegeln fått plats.

Men varför funkar då Zeiss Loxia 35/2 Biogon på en spegellös kamera? Tittar man på den schematiska bilden så ser den identisk ut med ZM 35/2 Biogon för Leica M-systemet.

Jo, för att man har tagit med filterkakan i beräkningarna av den optiska formeln! Det tjocka sensorglaset har blivit en del av objektivkonstruktionen. Det ytterst problematiska ZM 35/2 Biogon har alltså raskt förvandlats till en glugg som presterar riktigt bra på Sonykamerorna, trots att grunden är precis samma.

Jag har ingen aning om vad som ändrats, men gissningsvis är det bara ett fåtal glasytor som fått ny kurvatur. Karaktären hos Biogonen torde därför vara samma, vilket jag tycker mig se i de bilder jag hittills tagit. Och om vi ska gå in på sånt så har den nära släktskap med ZF 50/1,4 och ZM 50/ Planar. Objektiv som blir bättre ju längre bort fokus ligger. Raka motsatsen mot ZF 35/2 Distagon. 

----------------

Det var det. Imorgon blir det skogscykling. På återseende!

Inlagt 2015-01-31 02:07 | Läst 5710 ggr. | Permalink


(visas ej)

Hur många stjärnor ser du här? * * *
Skriv svaret med bokstäver
Där ser man. Intressant att läsa dina, vad jag förstår, rätt initierade inlägg om teknik. Saknar dock något liknande du hade om en cykeltur, tror jag det var, i Brommaområdet. Där var det andra tankar som rörde sig i ditt huvud. Kommenterade även detta inlägg.
Svar från Makten 2015-02-01 23:57
Det kommer säkert inlägg om Nacka som motsvarar mina inlägg om Bromma, förr eller senare:-) Jag har trots allt bara bott här sen i augusti och det har skett en del förändringar i mitt liv som lagt fokus på annat än foto. Dock har jag redan nu en del uppslag till vad jag ska skriva om. Måste bara sätta mig in i Nackas historia lite mer först, och så får det gärna bli lite ljusare på eftermiddagarna;-)
Den där filterkakan, är det samma sak som lågpassfiltret? På en del moderna kameror med riktigt hög upplösning har de ju tagit bort detta filter. En annan reflexion är att en spegellös kamera förmodligen funkar bäst med optik som är speciellt gjord för den, så som jag tror är fallet med Fujifilms serie av spegellösa kameror.
Svar från Makten 2015-02-02 00:00
Lågpassfiltret (samma som AA-filtret) är en del av filterkakan. Jag vet inte exakt vad den består av, men AA- och UV/IR-filter samt rent skyddsglas är det nog.
De kameror som saknar lågpassfilter har ändå en glasbit framför sensorn. Om detta är tunnare vet jag inte, men jag tror inte det eftersom det skulle påverka var fokus hamnar. Glas har ju ett annat brytningsindex än luft, så med ett tunnare filter måste man flytta på bajonetten i så fall.
Kollade lite på Cyberfoto och test de gjort med Fuji X och Leica M objektiv. Det blev tydligen inte alls bra. Har själv försökt använda OM-objektiv på Fuji X. Det som funkar bra är deras 35 mm macro och det räcker för mig, annars har jag bara deras 18-55 mm.
Svar från Makten 2015-02-02 00:01
M-objektiv med kort brännvidd av äldre sort har utgångspupillen långt bak, och dessa är problematiska på i stort sett alla digitala kameror utom Leicas egna. Ett undantag är Ricohs sensormodul för M-objektiv i APS-C-format. Man kanske kan hoppas att de en dag gör en FF-sensor. Det vore väldigt trevligt!
Intressant läsning. Bra beskrivet och förklarat, Martin.
Svar från Makten 2015-02-02 00:02
Tack Johan!
Själv äger jag inte någon spegellös kamera, men rör mig hela tiden i tankar att skaffa en sådan. Det resulterar i en mängd funderingar hur jag ska använda min objektivdjungel jag har samlat på mig under årens lopp. Har funderat en del kring det här problemet med "filterkakan" (för resten ett mycket passande namn för mojängen). Nu fotograferar jag mest makro och det underlättar och löser en del av problemen genom att utgångspuppilen flyttas automatiskt långt från sensor. Kul att få bekräftelse för mina tankar och misstankar om allt detta och ännu roligare att du sätter igång med bloggandet Martin!
Svar från Makten 2015-02-02 00:05
Så länge du använder objektiv som är avsedda för spegelreflexkameror kommer du inte stöta på några nämnvärda problem med en spegellös kamera. Konstruktionerna för dessa ger nämligen per automatik en utgångspupill som sitter en bit bort, annars hade som sagt spegeln inte fått plats. Man får dock minnas att det ska till en ganska lång adapter emellan objektiv och kamera, vilket gör att det kan bli lite klumpigt. Jag sålde nyss mina Zeiss 35/2 Distagon och 50/1,4 Planar av den anledningen. De är inte så stora i sig, men med adapter blir de det.

De manuella SLR-objektiv jag gillar bäst på Sonyn är Olympus OM. De är riktigt små och faktiskt riktigt bra dessutom, utan att vara dyra. 21/3,5 och 28/2 är godbitar som bör kunna hittas för femtonhundra spänn stycket.
Där ser man, har provat ett antal spegellösa med manuell optik men tycker att mina gamla NEX5 / N fungerat bäst så här långt.
/Stephan
Svar från Makten 2015-02-02 00:07
Jag hade också en 5N ett tag och den gav skaplig bildkvalitet även med Leica 28/2 Summicron ASPH. Men, man såg tydligt att skärpeplanet var välvt även på den mindre APS-C-sensorn, vilket det inte är på Leicas kameror. Det var filterkakan som ställde till med dessa problem och det blir naturligtvis ännu värre på en större sensor.
Jag håller ju med om betydelsen av utgångspupillens läge när det gäller vinkeln på belysningen av sensorn. Däremot blandar du kanske ihop utgånspupill med bakre huvudplan, när det gäller fokus.
Svar från Makten 2015-02-02 00:07
Jag är ingen expert på området direkt, så jag vet inte vad bakre huvudplan är för något. Du får gärna förtydliga! :-)
ojanson 2015-02-02 13:23
De främre och bakre huvudplanen är de plan i objektivet, eller punkter, du mäter brännvidden från, åt respektive håll. I dina exempelgluggar ligger de bakre planen 35 resp 40 mm framför sensorplanet. Hade de haft samma brännvidd hade planen legat på det avståndet.
Pupillerna behöver inte ligga nära huvudplanen. För en spegelreflex eller digital sensor kan utgångspupillen behöva ligga längre fram av de orsaker du nämnt. För mätsökaren kan den ligga nära.
Huvudplanen ligger dock på samma ställe.
På ett telecentriskt objektiv ligger den ena eller båda pupillerna oändligt långt bort.
Svar från Makten 2015-02-10 00:51
Så långt är jag med, men nog måste det vara utgångspupillens avstånd från sensorn som avgör vinkeln på ljuset som faller mot den sistnämnda? Det är i så fall den som avgör hur mycket elände som en tjock filterkaka ställer till med, förstås i kombination med hur stor pupillen är eftersom även det påverkar ljusets infallsvinkel.

Fokus vet jag inte ens om jag nämnde:-) Dock vet jag att utdraget också påverkar, om det är det du avser.
Att utgångspupillens placering är avgörande för infallsvinkeln mot sensorn är vi helt överens om. Det tror jag framgick av min kommentar.

Det jag fastnade på, var:
"Trollar vi bort spegelhuset så måste vi nämligen ha något annat emellan istället, så att avståndet mellan utgångspupillen och sensorn bibehålls. Annars skulle fokus hamna jättefel."

Här tolkade jag det nog som att du syftade på utdraget. Utdraget mäts ju från sensorplanet till huvudplanet, men kanske menade du istället eländet den tjocka kakan ställer till med ut mot hörnen. I så fall är vi överens även här.

En någorlunda hyfsad förklaring, med figur, finns här http://coinimaging.com/pupil_position.html