Frankenstein-Kamera | Teil 3: Das Auflagemaß

Das Auflagemaß

Nachdem die Sache mit dem Messsucher mehr oder weniger geklärt war, wurde es endlich Zeit, die FED 2 tatsächlich zu öffnen und zu sehen, womit ich es zu tun habe. Ausgebaut habe ich das Innenleben noch nicht - fürs Erste habe ich nur die Rückwand geöffnet und mit dem Messschieber nachgemessen. Das allein reichte schon, um eine Zahl zu bekommen, die mir gar nicht gefiel: Dort, wo der neue digitale Sensor sitzen müsste, bleiben gerade mal knapp 5mm Tiefe bis zur Rückwand des Gehäuses übrig. Das reicht vielleicht gerade so für den Sony-Sensorstack samt Mainboard, aber definitiv nicht mehr für die Capture Card, den Raspberry Pi Zero und ein (oder zwei) Akkus obendrauf. Ich will jeden Kubikmillimeter in diesem Gehäuse so effizient wie möglich nutzen, und 5mm reichen dafür einfach nicht.

Was ist eigentlich das Auflagemaß

Bevor ich das Problem lösen konnte, musste ich erstmal verstehen, was ich da überhaupt messe. Das Auflagemaß (auch Flanschabstand oder Auflagenabstand genannt) ist schlicht der Abstand von der Fassung selbst - bei einem Schraubgewinde wie unserem genau dort, wo das erste Gewinde beginnt - geradeaus zurück bis zur Sensor- oder Filmebene, gemessen entlang der optischen Achse. Jedes Objektiv ist für ein exaktes Auflagemaß konstruiert - genau das sorgt dafür, dass es bis unendlich scharfstellen kann. Liegt man auch nur einen Millimeter daneben, ist die Unendlich-Schärfe das Erste, was verloren geht.

Kleiner Nebenhinweis: Die Markierung, die man auf neueren Kameragehäusen manchmal oben eingraviert sieht - ein Kreis mit einem Strich durch die Mitte - zeigt die Sensor- bzw. Filmebene an. Genau von dieser Markierung aus würde man das Auflagemaß messen, wenn man das Gehäuse nicht öffnen will.

Bei der FED 2, die das M39-Leica-Gewinde (LTM) nutzt, ist diese Zahl fix: 28,8mm. Jedes je gebaute LTM-Objektiv geht davon aus, dass zwischen Fassung und Film (bzw. Sensor) exakt 28,8mm Luft sind. Zum Vergleich, hier eine Übersicht anderer gängiger Anschlüsse:

Die Länge des Zwischenrings berechnen

Die Regel für einen einfachen, optikfreien Adapter lautet:

Länge des Zwischenrings = natives Auflagemaß des Objektivs − Auflagemaß der Kamera

Damit diese Zahl physikalisch Sinn ergibt, muss sie null oder positiv sein - man kann zwischen Objektiv und Body immer Material hinzufügen, um das Objektiv weiter nach vorne zu schieben, aber man kann kein Material entfernen, um es näher heranzuholen, als die Fassung des Bodies es ohnehin schon zulässt. Ein Adapter funktioniert also nur ohne korrigierende Optik, wenn das native Auflagemaß des Objektivs größer ist als das des Bodies.

Genau deshalb sind Sony-E-Mount-Bodies so beliebt für Objektivadapter: Mit 18mm ist ihr Auflagemaß kleiner als bei fast jedem je gebauten Objektivanschluss - LTM, Leica M, M42, EF, F, K, wie sie alle heißen. Setzt man die in die Formel ein, kommt jedes Mal eine positive Zahl heraus, was bedeutet, dass ein simpler gefertigter Zwischenring reicht, um praktisch jedes existierende Objektiv zu adaptieren.

Nicht genug Platz, also verschieben wir die Fassung statt das Gehäuse

Hier ist die Einschränkung, gegen die ich die ganze Zeit gelaufen bin: Ich will keine neuen Löcher bohren und das Gehäuse nicht ersetzen. Das schließt aus, das Gehäuse einfach nach hinten zu verlängern, um Platz für den Elektronik-Stack zu schaffen. Es gibt aber noch eine andere Sichtweise auf das Problem. Wenn ich den Sensor weiter nach vorne rücke - näher ans Bajonett, physisch flacher im Gehäuse - gewinne ich rund 2 bis 2,5cm Tiefe an der Rückseite. Das ist verdammt viel zusätzlicher Platz für Mainboard und Akku.

Der Haken liegt auf der Hand, sobald man an die 28,8mm-Regel denkt: Rückt der Sensor nach vorne, während die Fassung bleibt, wo sie ist, schrumpft das Auflagemaß, und jedes Objektiv verliert die Unendlich-Schärfe. Also muss auch die Fassung um denselben Betrag nach vorne wandern - sie ragt dann über die Vorderseite des Gehäuses hinaus, statt bündig damit abzuschließen. Statt das Gehäuse nach hinten zu verlängern, verlängern wir es nach vorne. Netto-Effekt: Der Sensor sitzt viel flacher im Gehäuse, aber der Abstand von der neuen, verlängerten Fassung bis zum Sensor beträgt immer noch 28,8mm - die Objektive verhalten sich also weiterhin genau richtig.

Warum ich nicht einfach einen Adapter kaufen kann

Mein erster Gedanke war, nach einem fertigen Zwischenring dafür zu suchen. Optikfreie ("dumme") Adapter gibt es für so ziemlich jede Anschlusskombination, und laut der Formel oben ist genau das, was ich brauche - ein Ring, dessen Dicke der Differenz zwischen zwei Auflagemaßen entspricht. Aber jeder Adapter auf dem Markt ist für ein bekanntes Standardpaar gebaut - LTM auf Sony E, M42 auf EF, was auch immer. Weicht die Dicke des Adapters den ich kaufen würde auch nur minimal von meiner berechneten neuen (exakten) Differenz ab, würde ich nicht mehr unendlich scharf stellen können, weil das Objektiv jetzt auf eine Ebene scharfstellt, die nicht mehr mit dem Sensor übereinstimmt.

Mein Fall ist kein "Standard A auf Standard B adaptieren" - es ist eine maßgeschneiderte, willkürliche Verlängerung, um internen Bauraum zurückzugewinnen, mit einem Maß, das noch nie ein Hersteller standardisieren musste. Niemand verkauft dafür einen Ring, weil es keine echte Anschluss-Konvertierung ist, sondern ein Hack, spezifisch für mein Gehäuse. Also musste ich meinen eigenen entwerfen und bauen.

Nebenbei bemerkt: Genau dieser Verlust der Unendlich-Schärfe ist der Trick hinter Zwischenringen (Extension Tubes) - dort aber mit Absicht. Steckt man einen optikfreien Zwischenring beliebiger Dicke zwischen Objektiv und Body auf demselben Anschluss, verschiebt sich der gesamte Schärfebereich des Objektivs näher heran - ein Objektiv, das normalerweise ab 60cm scharfstellt, fokussiert dann vielleicht nur noch zwischen 5 und 15cm. Man opfert Unendlich, um Makro-Reichweite zu gewinnen.

Die M39-Namensfalle

Bei der Recherche bin ich über etwas gestolpert, das mich ordentlich erwischt hätte, wenn ich es nicht bemerkt hätte: "M39" bedeutet nicht zuverlässig dasselbe Gewinde. Die FED 2 (und Leica, und Zorki) nutzen LTM - das Leica-Gewinde -, ein von Whitworth abgeleitetes Feingewinde. Zenit hat seinen Anschluss aber ebenfalls "M39" genannt, und dahinter steckt ein komplett anderer, inkompatibler Gewindestandard unter demselben Namen.

Gleicher Nenndurchmesser von 39mm, gleicher Marketingname, komplett andere Geometrie. Schraubt man ein Zenit-M39-Objektiv beherzt auf einen LTM-Body (oder umgekehrt), ist es bestenfalls stramm und falsch, schlimmstenfalls verkantet man das Gewinde und beschädigt die Fassung. Definitiv etwas, das man wissen sollte, bevor man Gewindebohrer bestellt oder einem x-beliebigen "M39-Adapter"-Angebot vertraut.

Kurzer Exkurs: Warum Whitworth auf einer deutschen Kamera?

Das hat mich eine Weile beschäftigt. Whitworth ist ein britischer Standard - warum sollte Leitz, ein deutsches Optik-Unternehmen, seine Fassung darauf aufbauen? So weit ich das zusammenpuzzeln konnte, ist es eher eine Frage des Timings als der Nationalität: Im frühen 20. Jahrhundert, bevor ISO-metrische Gewinde der internationale Standard wurden, waren Whitworth-Feingewinde bereits ein etablierter Präzisionsstandard, der in der Optik- und Feinmechanik-Industrie weit verbreitet war - auch in Deutschland. Leitz hat also nicht "das britische Gewinde" gewählt, sondern einen bestehenden, bewährten Feingewinde-Standard, der Präzisionswerkstätten der Zeit zur Verfügung stand. ISO-metrische Gewinde wurden erst zum dominanten Standard, lange nachdem LTM schon festgelegt war - deshalb wurde die Fassung nie umgestellt.

Das exakte Gewinde

Nachdem die Namensfalle aus dem Weg war, brauchte ich die präzisen Zahlen, nicht nur "irgendwas mit Whitworth". Nach etwas Recherche und Abgleich mit dem Gewinde, das ich am Ende in Fusion 360 gebaut habe, sieht die LTM/M39-Spezifikation so aus:

• Nenndurchmesser: 39mm
• Steigung: 0,977mm (26 TPI)
• Flankenwinkel: 55° (Whitworth-Profil)
• Außendurchmesser (Außengewinde): ~38,85mm
• Außendurchmesser (Innengewinde): ~39,1mm

Genau diese Zahlen sind in das individuelle Gewinde eingeflossen, das ich modelliert habe - die komplette Anleitung, wie ich daraus einen wiederverwendbaren Gewindestandard in Fusion 360 gebaut habe, kannst du in diesem Blogpost nachlesen: Eigene Gewinde in Fusion 360 erstellen.

Den Zwischenring entwerfen

Modelliert habe ich zuerst in Plasticity, weil es genau in diesem schönen Mittelfeld zwischen einem organischen 3D-Tool wie Blender (das ich als Technical Director ohnehin oft nutze) und einer vollwertigen parametrischen CAD-Software sitzt - und weil ich es schon für die Gehäuse-Tests genutzt habe, über die ich in meinem letzten Blogpost geschrieben habe. Ein echtes, korrektes Gewinde darin zu bauen, stellte sich aber als alles andere als unkompliziert heraus - es gibt kein richtiges Gewinde-Feature, ich hätte die komplette Helix von Hand modellieren müssen. Da ich jetzt genau weiß, welchen Gewindestandard ich brauche, und ihn wiederverwendbar haben wollte, bin ich zu Fusion 360 gewechselt, wo ich LTM/M39 einmal als echten, auswählbaren Gewindestandard definieren und danach einfach anwenden konnte.

Das Teil selbst ist konzeptionell simpel: ein Ring mit dem LTM-Gewinde innen auf der einen Seite (schraubt sich auf die originale Fassung der FED 2) und außen auf der anderen Seite (damit Objektive auf die neue, verlängerte Fläche geschraubt werden können), mit genau der Wandlänge, die nötig ist, um die 2 bis 2,5cm Tiefe zurückzugewinnen. Einfache Geometrie - aber sie funktioniert nur, wenn das Gewinde selbst absolut exakt sitzt, und genau deshalb bin ich überhaupt erst in dieses Deephole mit dem eigenen Gewindestandard gestiegen.

Zwischenring M39 auf M39

Adapter M39 auf M42

Erst drucken, später fräsen

Für die erste Version drucke ich den Zwischenring in 3D. Ein Hinweis für alle, die das Gleiche vorhaben: Vergesst nicht, in der Fusion-360-Gewindedefinition eine Klasse/Toleranz zu setzen, wenn das Teil gedruckt werden soll. Eine Klasse fügt etwas zusätzliches Spiel zwischen den Gewindegängen hinzu, was beim FDM-Druck eine Menge ausmacht - gedruckte Gewinde sind nie so maßhaltig wie gefräste, und ohne dieses Spiel lässt sich der Ring weder auf das Gehäuse schrauben noch nimmt er ein Objektiv an. Sobald die Passung stimmt und das Auflagemaß tatsächlich da landet, wo es soll, schaue ich mir eine richtige Version aus Aluminium an, CNC-gefräst.

Als Nächstes: den Ring drucken lassen, auf die FED 2 schrauben und herausfinden, ob die zurückgewonnenen 2 bis 2,5cm Tiefe tatsächlich reichen, um die Elektronik der neuen Kamera und einen Akku unterzubringen - oder ob mich eine ganz neue Lektion über Stromversorgung auf engstem Raum erwartet.