Schärfentiefe
Die Schärfentiefe gibt an, wie weit Objekte vor unter hinter der Schärfenebene liegen können, damit sie noch scharf auf dem Foto abgebildet werden. Dabei geht man von einem normal großen Bild (ca. 15 x 10 cm) aus. Wieso die Bildgröße eine Rolle spielt, wird später noch erklärt.
Um die Schärfentiefe zu erklären, fange empfiehlt es sich, noch mal ganz vorne anzufangen. Der eigentlich optimale Fotoapparat hat ein och, das genauso groß ist, das nur ein Lichtstrahl pro Bildpunkt hindurch passt. Diese Camera obscura ( siehe: Physik - Reflexion) würde alles in ihrem Sichtfeld optimal scharf abbilden. Aber um einen Film zu belichten würde eine sehr lange Zeit benötigt werden, da eben nur sehr wenig Licht (ein Strahl pro Punkt) zur Verfügung steht. Um mehr Licht für die Bildpunkte zu haben, muss man Linsen verwenden. Diese haben den Nachteil, dass diese nur auf einer Ebene, abhängig von den Linsen und den Entfernungen, scharf auf den Film bannen können. Die Lichtbündel dieser Ebene erzeugen einzelne Punkte auf dem Film. Alle Lichtbündel die von Punkten kommen, die weiterer weg von den Linsen (Objektiv) oder näher am Objektiv dran sind, werden als mehr oder weniger große Kreise dargestellt Je nachdem, wie groß diese Kreise sind, lassen sie das Bild unscharf werden. Umso größer, desto unscharfer. Die Größe der Kreise lässt sich durch folgendes beeinflussen:
- Entfernung von der Schärfebene: umso weiter die Punkte entfernt sind, desto unschärfer werden sie abgebildet.
- Größe der Blende: umso kleiner die Blende, desto kleiner werden auch die Kreise, da die Blende das Lichtbündel radial begrenzt
- Brennweite: Umso kleiner die Brennweite, desto kleiner die Kreise, weil eine kurze Brennweite Dinge kleiner abbildet, als eine große.
- Entfernung Schärfeebene - Filmebene: umso größerer diese Entfernung ist, desto kleiner werden die Kreise.
Weil das menschliche Auge ein endliches Auflösungsvermögen besitzt, werden diese Unschärfekreise erst ab einer bestimmten Größe als unscharf erkannt. Vorher sieht das Bild immer noch scharf aus.
links: große Blende, geringe Schärfentiefe
rechts: kleine Blende, hohe Schärfentiefe
Da kommt jetzt wieder die Bildgröße ins Spiel. Auf einem kleinen Bild, kann das Auge die Unschärfekreise schwerer erkennen, als auf einem großen - gleichen Betrachtungsabstand vorausgesetzt. Man geht davon aus, dass ein 15 x 10 cm großes Bild in einem Abstand von 20 bis 30 cm betrachtet wird. Größere Bilder aus größerer und kleinere Bild aus kürzerer Entfernung.
Um nun die Schärfentiefe zu beeinflussen hat man nun die oben aufgezählten Möglichkeiten: Blende, Entfernung Schärfebene - Filmebene und Brennweite.
Man geht davon aus, dass die Unschärfekreise auf einem Foto nicht größer als 0,1 mm werden dürfen, damit das Auge diese gerade noch als scharf erkennt. Unter Einbeziehung des Betrachtungsabstandes heißt das dann, dass die Unschärfekreise auf dem Kleinbildfilm nicht größer als 0,03 mm werden dürfen. Mit Hilfe des Objektabstandes, des Bildabstandes und Blende kann man sich die Schärfentiefe (Entfernung zur Schärfeebene) errechnen.
Berechnung
Um ein Objekt in einem gewissen Abstand g scharf abzubilden, muss das Objektiv so verstellt werden, dass sich ein bestimmter Abstand b zwischen Haupt- und Bildebene einstellt.
Die Abbildungsgleichung
Objekte, welche z.B. näher am Objektiv (an der Hauptebene) sind, werden dadurch zu einem gewissen Grad unscharf dargestellt. Umso näher das Objekt ist, desto unschärfer. Das gleich gilt entsprechend auch für Objekte, welche weiter weg liegen.
Objekt liegt ist näher am Objektiv
Unschärfekreise
Der Durchmesser dieser Kreise ist von folgenden Parametern abhängig:
- b: also von g (da b ja auf Grund eines bestimmten Abstandes g eingestellt wird)
- b', also von g'. g' ist der der Abstand des Objektes zur Hauptebene, welches nicht in der Schärfeebene liegt.
- dBlende: damit ist die absolute Größe Eintrittspupille gemeint, welche sich durch die Einstellung einer bestimmten relativen Blende ergibt, also Brennweite/ Blendenzahl
Daraus ergibt sich folgender Zusammenhang:
Das ganze als Betrag, weil es keine negativen Durchmesser gibt. Diese treten auf, wenn b' kleiner b, also wenn das Objekt statt zum Objektiv hin, vom Objektiv weg verschoben ist.
Wenn man nun die nach b umgestellte Abbildungsgleichung einsetzt ergibt sich:
Daraus kann man dann zu besseren Veranschaulichung verschiedene Graphen zeichnen.
Parameter
Zum einen ist die Schärfentiefe abhängig von der Blende. Bei konstanter Brennweite (50 mm) und konstanter Fokussierung auf eine Ebene (3 m) ergeben sich für unterschiedliche Blenden folgende Schärfeverläufe.
Umso höhere eine Linie liegt, also umso größer die Unschärfekreise werden, desto unschärfer wird das Bild. Unter 0,03 mm kann das Auge die Unschärfekreise nicht auflösen und deswegen wird dieser Bereich als scharf wahrgenommen.
Schärfeverlauf, abhängig von der Blende
Man kann also erkennen, dass bei einer Brennweite von 50 mm, einer Fokussierten Entfernung von 3 m und der relativen Blende F1,4 der Bereich der Schärfe von ca. 2,8 m bis 3,2 m geht.
Schärfentiefeeinstellung am Objektiv
Bei Blende F16 geht er von ca. 1,9 m bis 7 m. Wobei man aber bedenken muss, dass man, um ein gleich helles Bild zu erhalten, bei Blende F16 ca. 128 mal so lange belichten muss (siehe: Fotografieren - Belichtung).
Die Schnittpunkte zwischen den einzelnen Graphen und der roten Linie kann man oft auch am Objektiv selbst ablesen. In diesem Beispiel würde die Schärfentiefe bei Blende 11 von etwas über 2 bis ca. 5 m gehen. Was sich auch mit dem Graphen aus dem Diagram deckt.
Die Schärfentiefe verändert sich auch abhängig von der Brennweite.
Schärfeverlauf, abhängig von der Brennweite
Dies bedeutet, wenn bei gleicher Entfernung und gleicher relativer Blende, die Brennweite größer wird, wird die Schärfentiefe kleiner.
Dies ist auch der Grund, wieso Digitalkameras eine höhere Schärfentiefe haben, als wie z.B. Kleinbildkameras. Aber durch den kleineren Sensor muss das Bild auch stärker vergrößert werden. Dies bedeutet wiederum, dass für dieselbe Fotogröße, bei der Digitalkamera kleinere Unschärfekreise auf dem Sensor zulässig sind. Wie das Ganze zusammenhängt, soll an folgendem Beispiel verdeutlicht werden.
| Kamera | Kleinbildkamera | Digitalkamera |
| Sensor-/ Negativgröße | 36 mm x 24 mm | 24 mm x 16 mm |
| Normalbrennweite | 50 mm | 33 mm |
| Vergrößerung auf 15 cm x 10 cm | 4,2 | 6,3 |
| Max. Unschärfkreis auf Bild | 0,1 mm | 0,1 mm |
| Max. Unschärfkreis auf Negativ/ Sensor | 0,03 mm | 0,02 mm |
 Kleinbild gegen Digitalsensor: grün (linke y-Achse) KB, blau (rechte y-Achse): digital | ||
| Ergebnis | Die kleinere Brennweite wirkt sich stärker aus, als der größere Vergrößerungsfaktor, welcher sich aus der kleineren Sensorgröße ergibt. | |
Für andere Film- oder Sensorgrößen gilt die Rechnung natürlich auch.
Weiterhin ist die Größe der Schärfentiefe von der fokussierten Entfernung abhängig
Schärfeverlauf, abhängig von der Entfernung
Dies bedeutet, bei kurzen Entfernungen ist die Schärfentiefe kleiner als bei großen.
Wenn man sich nun alle diese einzelnen Schärfebereiche anschaut, wird man feststellen, dass dieser in allen Beispielen zu 1/3 unterhalb und 2/3 oberhalb der Schärfebene befindet.
Hyperfokale Distanz
Mit dem Wissen um die Schärfentiefe tut man sich bei dem einen oder anderen Motiv leichter.
Einstellung der Hyperfokalen Distanz
So kann man z.B. diese ausnutzen um bei z.B. Landschaftaufnahmen neben dem unendlich weit entfernten Hintergrund, so viel wie möglich Vordergrund scharf darzustellen.
Dazu stellt man den Fokus nicht auf Unendlich, sondern so ein, dass die obere Grenze der Schärfentiefe auf Unendlich steht.
Dadurch erhält man bei gleicher Blende, eine um 5 m größere Schärfentiefe, d.h. statt Objekte, welche 10 m weit sind, kann man so Objekte in 5 m Entfernung gerade noch scharf darstellen.
Hyperfokale Distanz
Einstellen
Zum definierten Einstellen der Schärfentiefe muss man die Möglichkeit haben, die Blende zu beeinflussen. Am einfachsten geht das, wenn die Kamera mit einer Zeitautomatik ausgestattet ist. Dann stellt man einfach die gewünschte Blende und die passende Fokussierung ein und die Kamera errechnet aus der gemessenen Helligkeit des Objektives und der Filmempfindlichkeit die passende Belichtungszeit. Benutzt man eine Kamera mit manueller Belichtungseinstellung, muss man sich diese selber ausrechnen.
Bei Kameras mit Blendenautomatik, muss man eben so lange die Belichtungszeit verstellen, bis die Kamera eben die gewünschte Blende anzeigt.
Zum Messen der benötigten Schärfentiefe kann man z.B. auf das Hauptmotiv fokussieren und dann einen Schärfebereich abschätzen oder durch Scharfstellen auf die beiden Grenzen deren Entfernung ausmessen und dann die Blende und die Entfernung entsprechend einstellen.
Bei Spiegelreflexkameras kann man dann die eingestellte Schärfentiefe auch auf der Mattscheibe kontrollieren. Dazu muss man meist das Objektiv abblenden. Sprich bei Objektiven mit Springblende, muss man einen extra Mechanismus betätigen, welcher die Blende auf die gewünschte Größe verkleinert.
Diese Einstellung kann man aber bei den meisten modernen Kameras nicht mehr vornehmen, da diese entweder gar keine Schärfentiefenskala mehr anbieten, bzw. der Autofokus die Scharfstellung übernimmt.
Weiter: Belichtung