Die Schärfentiefe (1) – Einfluss der Blende

Die sogenannte Schärfentiefe – also der Bereich vor und hinter dem eigentlichen Fokuspunkt, der noch scharf abgebildet wird im Bild – ist für viele Fotos und deren Wirkung immens wichtig. Und jeder Fotograf mit ein bisschen Erfahrung kennt das Dilemma, denn mal hat man zu wenig davon, mal hat man zu viel davon. Aber man ist der Schärfentiefe nicht völlig hilflos ausgeliefert. Sie lässt sich steuern über Blende, Brennweite und Motivabstände. Ich finde die Schärfentiefe ein so interessantes Thema, dass ich ihr eine kleine Artikelserie widmen möchte. Anfangen will ich mit Teil 1 und einer allgemeinen Beschreibung der Schärfentiefe und der Frage, wie die Blende genutzt werden kann um den scharfen Bereich im Bild gezielt zu verändern.

Artikelserie zur Schärfentiefe auf angeblitz.de

  • Einfluss der Blende (1)
  • Einfluss von Brennweite und Motivabständen (in Arbeit)
  • Ist die Schärfentiefe symmetrisch? (in Arbeit)
  • Die Hyperfokaldistanz (in Arbeit)

Die Schärfentiefe

Fangen wir also bei (fast) Null an. Die Schärfentiefe steuern zu können ist für viele Bildeffekte und das bewusste Gestalten von scharfen/unscharfen Bereichen im Bild immens wichtig. Gerade Einsteiger tun sich hier schwer, weshalb ich mich freuen würde, wenn dieser Artikel eben auch für sie interessant wäre.

Aber nun erst einmal zur Schärfentiefe. Wenn die Kamera auf einen Punkt im Bild fokussiert, dann stellt sie das Bild auf genau auf diesen Punkt scharf. Schon die praktische Erfahrung zeigt aber, dass nicht nur alles scharf abgebildet wird, was exakt den gleichen Abstand zur Linse hat wie der fokussierte Punkt, sondern abhängig von den Kameraeinstellungen ein größerer Bereich. Das können ein paar Zentimeter vor und hinter dem Fokus sein, manchmal erscheint auch nahezu alles im Bild scharf zu sein.

Das Objektiv als Sammellinse

Das Objektiv der Kamera ist vereinfacht eine Sammellinse, wie sie aus dem Physikunterricht bekannt ist. Diese Näherung ist zur Beschreibung der Schärfentiefe auch völlig ausreichend. Eine Sammellinse kennt man z.B. von der klassischen Lupe. Lichtstrahlen werden „gesammelt“ und laufen in einem Brennpunkt zusammen. Sollte der Physikunterricht schon ein bisschen im Nebel der Zeit verschwimmen, gibt es hier kurz die wichtigsten drei Regeln im Zusammenhang mit Sammellinsen:

  • Parallele Lichtstrahlen werden zu Brennpunktstrahlen (1)
  • Mittelpunktstrahlen werden nicht gebrochen (2)
  • Brennpunktstrahlen werden zu Parallelstrahlen (3)
Abb. 1: Lichtstrahlen an einer Sammellinse

Mit diesen drei Regeln lassen sich Skizzen erstellen mit denen sich die Schärfentiefe gut erklären lässt. Stellt man sich das Objektiv der Kamera also nun als Sammellinse vor und packt einen flachen Sensor dahinter, dann stellt dieser Sensor ein scharfes Bild genau einer Ebene dar, die irgendwo vor der Linse liegt (Gegenstandsebene) und parallel zum Sensor steht. Alle Punkte der Gegenstandsebene erscheinen auf dem Sensor scharf (Abb. 2).

Abb. 2: Lichtstrahlen von fokussierten Objekten treffen sich auf dem Sensor in einem Punkt wieder

Das ist gut daran zu erkennen, dass sich alle von einem Punkt ausgehenden Strahlen wieder auf dem Sensor treffen. Alle Punkte aber, die etwas vor oder hinter dieser Ebene liegen, sind unscharf auf der Sensorebene abgebildet, denn die Lichtstrahlen treffen sich nicht mehr alle in einem Punkt wieder (Abb. 3).

Abb. 3: Lichtstrahlen von Punkten, die nicht auf der Gegenstandsebene liegen, treffen sich auf der Sensorebene nicht

Wo die scharf abgebildete Ebene liegt, lässt sich steuern indem der Abstand von Linse zu Sensor verschoben wird. Soweit sagt es die klassische Physik. Das erscheint auch alles logisch, widerspricht aber der täglichen Erfahrung, die wir mit unseren Kameras machen. Es ist ja nur eine einzige sehr geringe Ebene scharf, sondern ein ganzer Bereich vor und hinter dieser Ebene erscheint scharf.  Auf vielen Fotos sind sogar ganze Szenen von vorne bis hinten durchgehend scharf. Man denke hier nur an Landschaftsaufnahmen, bei denen sowohl Vordergrund als auch alles in der Ferne scharf ist. Warum das so ist lässt sich erklären, wenn man den Aufbau des Sensors berücksichtigt.

Der Einfluss des Sensors

Die klassische physikalische Sichtweise geht von unendlich kleinen Bildpunkten auf der Bildebene (Sensor) aus. Der Sensor einer Kamera löst aber nicht unendlich fein auf. Vielmehr besteht er aus einzelnen Dioden bzw. Pixeln mit bestimmten Abmessungen. Und einem Pixel ist es prinzipiell egal, ob ein Lichtstrahl oben, mittig oder unten auftrifft.

Ob oben, mittig oder unten … die getroffene Diode meldet, dass Licht angekommen ist. Nun gehört der mittig auftreffende Lichtstrahl zwar genau zur Bildebene auf die fokussiert wurde. Oben oder unten auftreffende Lichtstrahlen haben ihren Ursprung aber vor und hinter der fokussierten Bildebene.

Abb. 4: Lichtstrahlen vor und hinter der Gegenstandsebene treffen auf dem selben Pixel auf

Hier haben wir erstmals unsere Schärfentiefe. Denn nicht nur die Gegenstandebene G, sondern alles was zwischen den Ebenen E und N (Abb. 4) liegt, wird von Sensor scharf abgebildet, weil ein Pixel halt eine gewisse Ausdehnung hat. Ein Objekt beginnt erst dann leicht unscharf im Bild zu erscheinen, wenn es so weit von der Fokusebene (G) weg ist, dass die Lichtstrahlen anfangen benachbarte Pixel zu treffen (Abb. 5).

Abb. 5: Bildpunkte außerhalb des Schärfebereichs (E-N) werden auf mehrere Pixel gestreut

Der Einfluss der Blende

Zur bewussten Bildgestaltung gehört es auch, diesen scharf dargestellten Bereich gewollt zu verändern. Während bei Landschaftsaufnahmen oft eine sehr große Schärfentiefe gewünscht ist, leben viele Portraits und Detailaufnahmen gerade von ihrer geringen Schärfentiefe.

Der am häufigsten genannte Einflussfaktor für den Schärfebereich in einem Foto ist die Blende bzw. die Blendenöffnung, welche den Durchmesser des Stahlengangs begrenzt. Ist die Blende „offen“, dann ist die Objektivöffnung sehr groß und viel Licht kommt durch das Objektiv. Wir die Blende geschlossen und die Objektivöffnung verringert sich, dann kommt weniger Licht in die Kamera (Abb. 6).

Abb. 6: Verringerung der Lichtmenge durch eine geschlossene Blende

Jetzt ist es so, dass sich die Blende nicht nur auf die Lichtmenge auswirkt, sondern auch auf den Schärfebereich. Warum dies so ist zeigen die folgenden beiden Abbildungen. Ist die Blende offen (Abb. 7), dann werden die mit rot und blau eingezeichneten Punkte auf dem Sensor unscharf dargestellt. Bei Offenblende treffen die äußeren Strahlen (dort wo die Blende begrenzt)  in sehr extremen Winkeln im Bereich des Sensors ein.  Schon bei kleinen Abweichungen zum fokussierten Punkt (grün) werden benachbarte Pixel mit belichtet und Objekte werden somit unscharf.

Abb. 7: Eine geöffnete Blende hat einen kleinen Schärfebereich zur Folge

Das Schließen der Blende sorgt dagegen dafür, dass die äußeren Lichtstrahlen mit weit weniger extremen Winkeln auf den Sensor treffen. Irgendwann ist sie schließlich so weit geschlossen, dass die roten, grünen sowie blauen Strahlen alle das selbe Pixel treffen. Nun liegen alle drei Punkte in der Schärfeebene (Abb. 8).

Abb. 8: Das Schließen der Blende vergrößert die Schärfentiefe

Was hier skizzenhaft und vereinfacht dargestellt ist funktioniert in der Praxis auf genau die gleiche Weise. Blende auf, Schärfentiefe gering – Blende zu Schärfentiefe groß. Deshalb ist die Blende sofort im Gespräch, wenn es um den Schärfebereich in einem Foto geht. Im nächsten Artikel der kleinen Serie möchte ich mich dann den anderen beiden Einflussgrößen zuwenden, die einen großen Einfluss auf den Schärfebereich haben. Dies sind der Motivabstand und die Brennweite.

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