Fotografie

Fokussieren

Manueller Fokus

Schätzen

Schätzen der Entfernung
Schätzen der Entfernung

Die simpelste Lösung - nach der Fixfokuskamera - den Fokus an einer Kamera einzustellen, ist das Abschätzen der Entfernung.
Dies kann dann entweder wie an der Minox 35 mit Hilfe einer Meterskala am Objektivring oder wie bei der AGFA Optima 1a durch Symbole an der Kamera bewerkstelligt werden.

Telemeter

Bei Sucherkameras wird das Objekt durch ein separates Fenster, dem Sucher, anvisiert. Eine direkte Kontrolle der Schärfe gibt es deswegen nicht. Um aber trotzdem die Entfernung richtig einstellen zu können, kann man sich eines Telemeters bedienen.

Ein Telemeter besteht aus zwei Fenstern, welche in einem gewissen Abstand zu einander an der Kameraforderseite angebracht sind. Das eine davon liefert direkt das Bild für den Sucher. Das zweite wird über einen normalen und einen halbdurchlässigen Spiegel dem Sucherbild überlagert. Statt dem halbdurchlässigen Spiegel kann auch ein Prisma verwendet werden. Der normale Spiegel ist über eine Mechanik mit dem Einstellring des Objektives und damit der Mechanik zur Fokussierung verbunden. Dreht man an diesem Ring, verändert sich der Winkel des Spiegels und damit verschiebt sich das überlagerte Bild. Wenn die Entfernung richtig eingestellt wurde, sind beide Bilder deckungsgleich.

Funktionsweise Telemeter
Funktionsweise Telemeter

So sieht man dann, wenn der Fokus falsch eingestellt ist, das Objekt doppelt. Das geschieht nicht über den ganzen sichtbaren Bereich des Suchers (siehe Beispiel), sondern nur in einem kleinen Bereich in der Mitte des Sucherbildes.
Das Ganze nennt man auch Messsucher oder Mischbildentfernungsmesser. Da Objektiv und Messsucher miteinander verbunden sind, heißt das System auch gekuppelter Mischbildentfernungsmesser.

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Mattscheibe

Bei Spiegelreflexkameras wird das Motiv auf eine Mattscheibe reflektiert. Da dazu das Licht durch die zu fokussierende oder einer parallel dazu arbeitenden Optik (ein-/ zweiäugige Spiegelreflexkamera) auf diese fällt, kann anhand des Bildes scharf gestellt werden. Ist das Mattscheibenbild scharf, ist auch das Bild auf dem Film scharf.
Dazu ist die Mattscheibe notwendig, denn darauf wird das Bild von hinten projiziert und das Auge betrachtet dieses wie ein fertiges Foto. Bei einem normalen Sucher hingegen sieht das Auge nur durch und stellt selbst auf das Motiv scharf.
Um den Fotografen zu unterstützen können bei einer Mattscheibe weitere Hilfsmittel eingesetzt werden. Dazu zählt z.B. der Schnittbildindikator. Dabei handelt es sich um zwei kleine Prismen, die in der Mitte der Mattscheibe angebracht sind. Diese bewirken, dass bei falsch eingestelltem Fokus das Bild in dem Bereich der Prismen verschoben ist. Schnittbildindikator
Schnittbildindikator
Am deutlichsten ist dieser Effekt bei senkrechten Linien. Diese werden dann, je nach dem, ob der Fokus zu kurz oder zu weit eingestellt ist, in der oberen Hälfte in die eine und in der unteren Hälfte in die andere Richtung verschoben.
Erst wenn keine Verschiebung mehr zu erkennen ist, ist die Entfernung richtig eingestellt. Dieser Schnittbildindikator funktioniert nur für senkrechte Linien. Um auch ohne die Kamera zu drehen auf waagrechte Linien fokussieren zu können, gibt es den so genannten Kreuzschnittbildindikator. Hierbei sind dann vier Prismen, jeweils um 90° gedreht, angeordnet.
Um diesen Schnittbildindikator kann noch ein Ring aus Mikroprismen angeordnet sein. Dieser lässt das Bild bei falschem Fokus an dieser Stelle körnig erscheinen. Bei richtig eingestelltem Fokus ist dieser Ring fast nicht mehr wahrzunehmen.

Schnittbildindikator und Mikroprismen
Schnittbildindikator und Mikroprismen

Die Kombination ist relativ typisch für Einäugige Spiegelreflexkameras. Es gibt aber noch weitere Arten von Mattscheiben, die je nach Vorliebe des Fotografen, eingesetzt werden können.

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Aktiver Autofokus

Es gibt wohl fast keine Kamera auf dem Markt, die nicht über einen Autofokus verfügt. Bei Kompaktkameras ist dieser fast unabdingbar, da hier der zu fotografierende Bildausschnitt über einen Sucher und nicht über das Objektiv gewählt wird.
Man kann zwei Arten von Autofokussystem unterscheiden: aktiver und passiver Autofokus. Wobei beim aktiven ein Signal abgegeben wird und der passive das auf Objektiv treffende Licht des Motivs zur Bestimmung der Entfernung verwendet.
Beim erstgenannten System wird entweder Ultraschall oder Infrarot verwendet werden. Hierbei wird von der Kamera Schall bzw. Licht ausgesandt, welcher (welches) vom anvisierten Objekt reflektiert wird.
Beim aktiven Autofokus mit Ultraschall wird die Laufzeit des Signals gemessen, sprich, wie lange dauert es, bis die erste reflektierte Welle am Sensor der Kamera auftrifft. Ist das Objekt weiter weg, dauert es länger und umgekehrt.
Beim Infrarotsystem wird der Winkel, in dem das reflektierte Licht auf dem Sensor auftritt gemessen. Ist der Winkel flacher, weiß die Kamera, dass das Objekt weiter weg ist und kann dementsprechend das Objektiv einstellen.

Aktiver Autofokus
Aktiver Autofokus: links mit Ultraschall und rechts mit IR-Licht

Aktiver Autofokus heißt diese Methode deshalb, weil die Kamera hierbei aktiv Licht bzw. Schall aussendet. Dies hat den Vorteil, dass dieses Prinzip auch im Dunklen oder bei kontrastarmen Motiven funktioniert.
Da aber mit Reflexion gearbeitet wird, funktioniert dieses System z.B. bei großen Entfernungen relativ schlecht. Auch hat dieses System beim Fotografieren durch Glasscheiben Probleme.

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Passiver Autofokus

Die meisten modernen Kameras verfügen über ein passives System zum Scharfstellen. Passiv bedeutet hierbei, dass diese Systeme kein Signal aussenden welches zum Messen der Entfernung verwendet wird, sondern nur das Motiv zum Fokussieren verwenden.
Bei den passiven System gibt es zwei Varianten. Den Kontrast- und den Phasendetektionsautofokus.

Phasendetektionsautofokus

Konica C35-AF
Konica C35-AF

Dieses Verfahren wurde als erstes in der Konica C35-AF eingesetzt, welche als erste Autofokuskamera auf den Markt kam. Bei dieser Kamera befinden über dem Objektiv zwei Linsen hinter denen jeweils ein CCD sitzt. Durch den Abstand der Linsen sehen die Sensoren das Motiv aus einem unterschiedlichen Winkel bzw. die beiden Bilder der Sensoren sind zueinander versetzt. Da der Versatz nur horizontal auftritt reicht ein einreihiger CCD. Eine in die Kamera eingebaute Elektronik ermittelt aus dem Versatz der beiden Bilder, in welchem sich das Motiv befindet. Nahe Motive sind weiter versetzt als ferne. Auf Grund dieser Information kann die Kamera nun das Objektiv verstellen und danach auslösen.
Somit ist diese Art der Fokussieren ein elektronische Messsucherkamera. (engl. Rangefinder).

Phasendetektionsautofokus
Links: Kompaktkamera mit Phasendetektionsautofokus. Rechts: schematische Darstellung der Ermittlung des Bildversatzes

Bei Spiegelreflexkameras kann dieses Verfahren auch eingesetzt werden, wobei sich dort das System keine eigene Optik im Gehäuse hat, sondern durch das Objektiv die Entfernung misst.
Damit trotzdem Licht aus zwei unterschiedlichen Richtungen zur Entfernungsmessung verwendet werden können, muss man sich eines Kniffes bedienen. Es werden Lichtstrahlen von der einen Seite des Objektivs mit Lichtstrahlen von der anderen Seite in Relation gesetzt.
Dazu muss das gesamte einfallende Licht geteilt werden und auf zwei verschiedenen Sensoren gemessen werden. Die Strahlenteilung geschieht durch Lochblenden und Linsen.

Schematische Entfernungsmessung
Schematische Entfernungsmessung für ein Objekt welches in zwei verschiedenen Entfernungen fokussiert wird.

Befindet sich nun eine Objekt in einem aktiven Messpunkt, wird von ihm jeweils ein Bild auf jeden der beiden Sensoren projiziert. Danach errechnet eine Elektronik den Abstand der beiden Bilder und unter Berücksichtigung der Objektivdaten wird die Entfernung des Objekts berechnet.
Dies funktioniert aber nur, wenn das Motiv an der zu messende Stelle eine kontrastreiche Struktur aufweist. Dabei kann es, je nach Sensor und Sensorausrichtung sogar wichtig sein, ob es sich um eine horizontale oder vertikale Struktur handelt.
Sollte das Objekt zu weit außerhalb des aktuellen Fokus liegen, wird es unscharf abgebildet und das AF-System kann keine Struktur zum vergleichen finden. Deswegen wird, wenn keine kontrastreiche Struktur erkannt wird, das Objektiv durch den gesamten Verstellbereich gefahren.

In dem oben dargestellten Beispiel wird auf eine horizontale Struktur scharf gestellt, der dabei gezeigte AF-Sensor ist vertikal angeordnet. Wäre er horizontal ausgerichtet, könnte er die Entfernung dieser Struktur nicht messen. Dafür aber vertikale Strukturen. Dies bedeutet, dass mit einem Liniensensor, je nach Ausrichtung, nur vertikale oder horizontale Strukturen erkennen kann. Um beide Arten fokussieren zu können verwendet man einen Kreuzsensor.
Die Anzahl und die Art der AF-Punkte ist vom Kameramodell abhängig. Ein typisches Einsteigermodell hat z.B. einen Kreuzsensor und 8 Liniensensoren, während ein Profimodell 39 Kreuzsensoren und 6 Liniensensoren haben kann.
Wie viele von diesen Sensorpunkten verwendet werden können hängt von der Lichtstärke (größte Blende) des verwendeten Objektives ab. Umso geringer die Lichtstärke ist, desto weniger Sensorpunkte können verwendet werden.
Dies liegt daran, dass bei geringerer Lichtstärke die Bilder von beiden Seiten des Objektives sich weniger unterscheiden da sie näher zusammen liegen. Ab einer Lichtstärke von 8 ist bei vielen Kameras keine AF-Funktion mehr möglich.
Der Spiegel der Kamera ist an den Positionen der Messpunkte teildurchlässig. Um das durchgelassene Licht zu den Messsensoren zu lenken, ist ein Hilfsspiegel am Hauptspiegel angebracht, welcher das Licht in Richtung der AF-Sensoren lenkt.

Spiegelreflexkamera mit AF
Strahlengang innerhalb einer Spiegelreflexkamera

Bedingt durch die Unabhängigkeit von AF und Bildsensor kann es passieren, dass die Position des einen nicht zur Position des anderen passt. Dadurch kann es zu systematischen Fokusfehlern (Back- oder Frontfokus) kommen. Dieser Fehler kann bei einigen Kameramodellen im Menü für unterschiedliche Objektive kompensiert werden.

AF-Sensor in einer EOS 30D
Dieses Verfahren konnte bisher nur bei Spiegelreflexkameras mit optischem Sucher eingesetzt werden. Bei Kameras, welche den Sensor und den Monitor zur Bildausschnittwahl einsetzen (Lifeview, Systemkameras, Kompaktkameras usw.) war dieses Verfahren nur mit Einschränkungen verwendbar.
Es gibt DSLR-Kameras, welche zum Fokussieren im Lifeview-Modus kurz den Spiegel in den Strahlengang klappen.

Andere verwenden einen festen, teildurchlässigen Spiegel, welcher den größten Teil des Lichts auf den Bildsensor lassen und einen kleinen Teil für das AF-System abzweigen. Eine weitere Möglichkeit ist es, Sensorpixel zur Phasendetektion auf dem normalen Bildsensor zu integrieren. Dazu ist es nötig, dass diese Pixel nur Licht von jeweils nur einer Seite des Objektivs erhalten. Diese kann durch eine entsprechend gestallte Mikrolinse und Masken vor den jeweiligen Pixeln erreicht werden.
Mit den Informationen dieser Pixel kann man dann ähnlich verfahren, wie bei einem normalen Phasendetektions-AF.

zwei Skizzen
Autofokus mit teildurchlässigem Spiegel und mit Hybridsensor

Vorteile:

Nachteile

Kontrastmessung

Ein weiteres Verfahren, um den optimalen Schärfepunkt zu bestimmen, ist die Kontrastmessung. Diese Art der AFs wird bei (fast) allen digitalen Kompaktkameras angewandt. Da es dort keinen Spiegel gibt, kann kein Licht für den AF Sensor abgezweigt werden, somit kann nur über den Bildsensor die optimale Fokussierung gemessen werden.
Auch Spiegelreflexkameras im Life-View müssen auf oft diese Art zurückgreifen.
Es gab aber auch analoge Spiegelreflexkameras, welche mit dieser Methode arbeiteten. Dazu wurde ein oder mehrere CCDs in die Kamera eingebaut und ein Teil des Licht durch ein System aus teildurchlässigen Spiegel und Hilfsspiegel auf diesen gelenkt.
Um den optimalen Fokus zu finden, wurde das Objektiv verstellt und gleichzeitig und kontinuierlich der Kontrast im Messpunkt errechnet. Wenn dieser eine Maximum erreicht, ist die optimale Objektivstellung erreicht. Um das Maximum zu erkennen, muss dieses kurz überfahren werden, also der Kontrast wieder sinken. Danach weiß die Kamera, wo die optimale Schärfe liegt und kann den Stellung einnehmen.

Vorteile:

Nachteile

5 Fotos: unscharf bis scharf
Ablauf eine Scharfstellung mit Kontrastautofokus

Den Kontrast eines Bilder oder Bildausschnittes kann man im Histogramm ablesen. Umso weiter Minimum und Maximum auseinander liegen, desto höher der Kontrast und damit die Schärfe.

2 Histrogramme
Histogramm unscharfes und scharfes Bild

Weiter geht es mit der Belichtungsmessung.

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