Makro-Zwischenring, technische Anwendungsmöglichkeit

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Mit Zwischenringen, auch Makro-Zwischenringe genannt, lassen sich preiswert Makroaufnahmen erstellen. Ihre technisch beschränkten Einsatzmöglichkeiten werden beschrieben und diskutiert. Ihr Preis liegt zwischen 20,00 € und 30,00 € für einen Satz, der meist aus einem 10mm und einem 16mm Ring besteht. Zwischenringe werden zwischen der Kamera und einem Wechselobjektiv montiert. Sie sind also nur für DSLRs und DSLMs/Systemkameras nutzbar.

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Makro-Zwischenringe
Makro-Zwischenringe 10mm und 16mm

Alternativen

Es existieren drei alternative Lösungen für Makroaufnahmen.

  1.  Um mit einer weiteren preiswerten Lösung anzufangen, sind Umkehrringe zu nennen. Mit ihrer Hilfe lassen sich Objektive „verkehrt“ herum an die Kamera flanschen. Man schaue nur aus Richtung der Frontlinse durch ein Objektiv und man hat das Aha-Erlebnis. Passive Umkehrringe, die nur den mechanischen Dienst zur Verfügung stellen sind sehr preiswert. Ihre aktiven Kollegen leiten die Kamerakontakte per Kabel an die Rückseite des Objektives und sind daher teurer.
  2. Eine weitere meist preiswerte Lösung sind Vorsatzlinsen, die vor das eigentliche Objektiv gesteckt oder geschraubt werden.
  3. Die teuerste und qualitativ beste Variante ist, sich ein Makroobjektiv zuzulegen.

Fokus-Stacking

Allen gemeinsam ist die extrem kurze Tiefenschärfe. Mit einem einzelnen Foto wird man nur bei planen Motiven (Bild vom Bild) glücklich werden. Bei natürlichen Objekten benötigt man eine Vielzahl an Bildern mit fortschreitender Fokusebene, dem Fokus-Stacking.

Einige Kameras führen diese Funktion in einem räumlich beschränkten Maße selbständig aus. Für die mechanische Fokusverschiebung sollte man 4-Wege-Makroschlitten* nutzen.

Diese Bilder müssen anschließend perfekt ausgerichtet und jedes mit seinem besten Schärfebereich mit den übrigen verrechnet werden. Einige Kameras erledigen diesen Vorgang vollständig, für andere benötigt man externe Hardware zur Fokusanpassung und Software für die Bildverrechnung.

Gängige Software sind ist dafür die teure „Helicon Focus Pro“ oder etwas preiswerter „Focus Projects 4 (Die Version 1 ist über  Comuterbild kostenos erhältlich, eine Registrierung genügt.) oder die Freeware „CombineZP“.

Ausrüstung für die Messreihen

Objektive Sony 1670Z & WalimexPro 12mm
Objektive Sony 1670Z & WalimexPro 12mm

Nachfolgend gibt es einen Überblick über die Einsatzmöglichkeit der Makro-Zwischenringe. Konkret hat mich interessiert, wie sich unsere Sony-Ausrüstung mit Zwischenringen verhält. Sie besteht aus einer Sony Alpha 6000 mit dem Zoomobjektiv SEL 1670Z f4 und dem WalimexPro 12mm mit den beiden Meike-Ringen* von 10mm und 16mm Stärke.

Anwendungsbereich und Maßstab

Messaufbau auf dem Tisch
Messaufbau auf dem Tisch

Es sollten sowohl der Fokusabstand zwischen Objekt und Frontlinse als auch die auf dem Sensor maximal abgebildete Objektbreite ermittelt werden. Der Fokusabstand definiert, wie sich dann herausstellt, der nutzbare Anwendungsbereich. Aus der erfassten Objektbreite auf dem Sensor und seiner physischen Breite lässt sich der Abbildungsmaßstab berechnen.

Versuchsaufbau

Messaufbau mit Monitor
Messaufbau mit Monitor

Um die Fehler zu minimieren wurden zwei Messanordungen genutzt. Zum einen wurde die Kamera mit Objektiv auf einen Tisch gestellt und parallel zur Frontlinse ein

Meterstab auf mittiger Höhe der Frontlinse gelegt. Zum anderen wurde auf einem Monitor ein Meterstab in Originalgröße abgebildet und die Kamera mit Objektiv senkrecht dazu aufgestellt. Diese Anordnung sollte auch helfen bei sehr nahen Abständen zwischen Frontlinse und dem Bild des Meterstabes genügend (Monitor-)Licht für den Sensor zur Verfügung zu stellen.
Um bei sehr kurzen Abständen genügend Frontlicht auf dem Objekt zu haben, benötigt man entweder einen Aufsteckblitz mit langem Aufstecklichtformer/-reflektor* oder einen Makro-Ringblitz.

Messtabelle

Es wurden für mehrere Objektiv-Variationen die Abstände Meterstab-Frontlinse und Meterstab-Sensor und die vom Sensor erfasste Breite des abgelichteten Meterstabes ermittelt. Die Abstandsmessung zum Sensor wird in einem späteren Blog thematisiert.

Variiert wurden die Blende, die Zwischenringe und die Fokuseinstellung je auf unendlich und den kürzesten Abstand. Im Video bin ich nur auf die Ergebnisse mit dem minimalen Fokusabstand eingegangen.

Die Spalte „gemessener Maßstab“ basiert auf einer Sensorbreite von 2,35 cm.

Fokuseinstellung minimal / nah
Brennweite Extension
in mm
Abstand zur
Linse in cm
Meterstab­breite
in cm
gemessener
Maßstab 1 zu ..
12mm 0 11,5 22 0,11
16mm 0 21,7 37,8 0,06
24mm 0 22,2 25 0,09
35mm 0 22,4 17,8 0,13
50mm 0 22 12,7 0,19
70mm 0 22,3 9,8 0,24
12mm 10 0 3,3 0,71
16mm 10 0,6 3,4 0,69
24mm 10 2 4,4 0,53
35mm 10 4,7 5,4 0,44
50mm 10 8,2 5,7 0,41
70mm 10 11,1 5,7 0,41
16mm 16 0 2,6 0,90
24mm 16 0,6 3,6 0,65
35mm 16 2,5 3,8 0,62
50mm 16 5,8 4,1 0,57
70mm 16 8,3 4,6 0,51
16mm 26 0 0 0,00
24mm 26 0 0 0,00
35mm 26 1,1 2,5 0,94
50mm 26 3,2 3 0,78
70mm 26 5,2 3,2 0,73
Fokuseinstellung unendlich /fern
Brennweite Extension in mm Abstand zur Linse in cm Meterstabbreite in cm gemessener Maßstab 1 zu ..
12mm 10 0 3,3 0,71
16mm 10 1 3,8 0,62
24mm 10 3,3 5,6 0,42
35mm 10 9,2 7,9 0,30
50mm 10 21,5 11,5 0,20
70mm 10 33 15,45 0,15
16mm 16 0 5,7 0,41
24mm 16 1,4 3,5 0,67
35mm 16 5,2 5,2 0,45
50mm 16 13,1 7,4 0,32
70mm 16 27,6 10,3 0,23
16mm 26 0 0 0,00
24mm 26 0 0 0,00
35mm 26 2,4 13,3 0,18
50mm 26 7,2 4,3 0,55
70mm 26 15,8 6,3 0,37

Diagramme

Es wurde je ein Diagramm für den Abstand Objekt-Frontlinse und Abbildungsmaßstab erstellt.

Jedes Diagramm zeigt den Verlauf der Messwerte über die Blenden auf der Abszisse (x-Achse). Die Parameter der unterschiedlichen Linien/Punktsymbole sind die Variationen der eingesetzten Zwischenringe (0mm,10mm,16mm, 26mm). Die Messwerte der Fokus-nah Einstellung sind farbig, die der Fokus-fern Einstellung sind in Grautönen dargestellt.

Maßstab und Abstand über Brennweite
Maßstab und Abstand über Brennweite mit den Parametern Zwischenring und Fokus

Ergebnis

Die Tabelle der Abbildungsmaßstäbe zeigt zwei Maxima von gut 1:0,9 bei den Brennweiten von 16mm mit dem Zwischenring (ZR) 16mm und bei 35mm mit dem Zwischenring 26mm. Die Abstandsgraphik weist für den 16mm-ZR einen Objektabstand von 0cm auf und kann daher nicht genutzt werden. Das zweite Maximum (26mm-ZR) bietet einen anwendbaren Objektabstand von 1,1 cm.

Ähnlich sieht es bei der Fokuseinstellung auf unendlich aus, nur dass der Abbildungsmaßstab insgesamt geringer ist. Beim Maximum von 1:0,7 (16mm-ZR, 24mm Brennweite) liegt die Fokuseben bei gut einem Zentimeter. Bei zweiten Maximum (1:0,55. 26mm-ZR, 50mm Brennweite) muss das Objekt 7,2 cm entfernt sein.

Die 12mm Brennweite kann mit keinem Zwischenring genutzt werden, da der Abstand zwischen Objekt und Linse auf 0cm reduziert wird. Die angegebenen Maßstäbe für diese Linse sind aufgrund von unscharfen Bildern abgeschätzt.

Die größten Abbildungsmaßstäbe zwischen 1:0,94 und 1:0,73 erhält man mit der Zwischenringkombination von 26mm zwischen den Brennweiten 35mm und 70mm und einem Objektabstand zwischen 1,1 cm und 5,2cm. Der Fokus muss auf den kleinsten Wert eingestellt werden.

Benötigt man möglichst große Abstände, so nimmt man ebenfalls den 26mm-ZR und stellt den Fokus auf unendlich. Dann kommt man bei einem Abstand auf 7,2 cm b.z.w. 15,8 cm auf einen Maßstab von 1:0,55 b.z.w. 1:0,37.

Fehlerabschätzung

Der Fehler einer Längenmessungen kann mit 0,5mm möglich sein. Damit kann sich bei einem Maßstab von 1:1 ein maximaler Maßstabsfehler von 20% ergeben. Da die Messungen mehr wiederholt wurden, ergibt sich ein mittlerer Fehler (Standardabweichung) von unter 10%. Bei kleineren Maßstäben wird der relative Fehler entsprechend kleiner.

Für die Brennweiteneinstellung 24mm, 35mm und 50mm am Zoom-Objektiv ist einen Fehler von 8% möglich. Z.B. ergab die manuelle Einstellung auf 24mm aus den EXIF-Daten 22mm bis 25mm. Das bewirkt jedoch lediglich im Diagramm eine entsprechende Verschiebung der Liniensymbole entlang der Brennweitenachse.

Was fehlt

Die Tiefenschärfe müsste noch in Abhängigkeit der gleichen Parameter, allerdings nur mit Abstand größer als 0cm, ermittelt werden.

Eine allgemein „Faust“-Formel sollte für den Abbildungsmaßstab und den Abstand Objekt-Frontlinse hergeleitet werden.

Hinweis

Genutzte Ausrüstung:
Meike Makro-Zwischenringe*
Sony Alpha 6000*
Sony SEL1670Z f4*
Samyang/Walimex 12 f2,0*
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Falls dieser Blog euch veranlasst hat, eure Ausrüstung ebenfalls nachzumessen, dann teilt uns bitte eure Ergebnisse mit.

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