Brennweite

Die Brennweite einer Linse ist die Entfernung von der Linse, in der das Licht, hinter der Linse in einem Punkt gebündelt wird. Den Begriff der Brennweite, kann man anhand eines einfachen Beispiels sehr gut erläutern. Stellen Sie sich vor: Sie halten ein Auge geschlossen und vor dem anderen halten Sie einen kleinen Rahmen durch diesen Sie ein bestimmten Ausschnitt der Umgebung betrachten. Dies vermittelt den Eindruck eines zweidimensionalen Fotos der Umgebung. Durch Vor- und Zurückbewegen des Rahmens kann man einen kleineren oder größeren Ausschnitt der Umgebung sehen. Der Abstand zwischen Auge und Rahmen entspricht dabei der Brennweite des Objektivs, mit der man die entsprechende Aufnahme machen könnte. Also kann man sagen, je größer die Brennweite des Objektivs, desto näher (größer) kann man ein bestimmtes Motiv betrachten. Die Brennweite wird üblicherweise in Millimetern angegeben. Bei einer bestimmten Brennweite, die ungefähr der Diagonalen des Filmformats entspricht, (bei Kleinbildfilm rund 45 mm) kommt der Ausschnitt, den man mit dieser Brennweite aufgenommen hat, dem natürlichen Sehfeld sehr nah. Um ein Objekt formatfüllend aufzunehmen, muß man mit einer kleinen Brennweite näher an das Objekt heran, mit einer großen Brennweite sich weiter von dem Objekt entfernen. Man muß dabei jedoch beachten, das durch diesen Standortwechsel, sich natürlich auch die Perspektive ändert. Perspektive bedeutet: Die zweidimensionale Darstellung dreidimensionaler Objekte in der Art, daß die räumliche Vorstellung gewahrt bleibt. Die Perspektive verändert sich nur mit dem Standort. Wechselt man lediglich die Brennweite ändert sich die Perspektive nicht, sondern nur der Ausschnitt.

Nun folgen einige Beispiele für typische Brennweiten:

300mm	200mm
135mm	100mm
70mm	50mm
35mm	28mm

  Blende/Schärfentiefe

Die Blende dient wie die Belichtungszeit zur Einstellung der korrekten Belichtung. Mit der Blende ist es möglich die durch das Objektiv fallende Lichtmenge zu regulieren, indem man die Öffnung des Objektivs verkleinert bzw. vergrößert. Vergrößert man die Öffnung des Objektivs fällt viel Licht auf den Film/Sensor, verkleinert man die Öffnung fällt weniger Licht auf den Film/Sensor. Um ein Foto nun korrekt zu belichten, gibt es zwei Möglichkeiten:

1. Man wählt eine feste Belichtungszeit und passt die Blende an die Lichtverhältnisse an.
2. Man wählt eine feste Blende und passt die Belichtungszeit an die Lichtverhältnisse an.

Die erste Variante wird häufig benutzt, wenn man z.B. schnell bewegte Objekte fotografieren möchte (Sportfotografie) oder ein Teleobjektiv benutzt, man also kurze Belichtungszeiten benötigt. Man öffnet die Blende bei schlechten Lichtverhältnissen und kurzen Belichtungszeiten damit eine korrekte Belichtung erzielt wird. In der Sportfotografie ist es häufig der Fall das der Fotograf ein Foto über eine lange Distanz schießen muß, also ein Objektiv mit großer Brennweite benötigt. Da beim fotografieren über längere Distanzen die Gefahr besteht das die Aufnahmen verwackeln, benötigt der Fotograf ein Objektiv mit einer hohen Lichtstärke (siehe Lichtstärke), damit er bei sehr kurzen Belichtungszeiten eine relativ kleine Blende einstellen kann. Die zweite Variante wird angewandt, wenn man z.B. eine gewisse Bildwirkung (Schärfentiefe) erzielen möchte oder bei sehr schlechten Lichtverhältnissen (Langzeitbelichtung) fotografiert. Darauf möchte ich aber erst zu einem späteren Zeitpunkt eingehen.

Die Größe der Blende (Objektivöffnung) gibt man in Blendenwerten an, die alle Vielfache von 1.4 (Wurzel 2) sind. Verkleinert man die Objektivöffnung um den Faktor 1.4, wäre die doppelte Belichtungszeit notwendig um die gleiche Belichtung zu erzielen. Unter Berücksichtigung dieser Tatsache wurden die Blendenwerte als ein Vielfaches von 1.4 gewählt. Wird die Objektivöffnung also um vier Schritte verkleinert, beträgt der Blendenwert 5.6. Weitere typische Blendenwerte finden Sie in der folgenden Blendenreihe:

(große Öffnung, viel Licht) 1.4 | 2 | 2.8 | 4 | 5.6 | 8 | 11 | 16 | 22 | 32 (kleine Öffnung, wenig Licht)

Ein großer Blendenwert, entspricht also einer kleinen Objektivöffnung, daher verhält sich der Durchmesser der Objektivöffnung proportional zu dem Kehrwert des Blendenwertes (d ~ 1/B).

Wichtig:

• Öffnet man die Blende um eine Stufe (z.B. von 5.6 auf 4), halbiert sich die nötige Belichtungszeit.
• Schließt man die Blende um eine Stufe (z.B. von 2.8 auf 4), verdoppelt sich die nötige Belichtungszeit.

Die Blende dient aber nicht nur zur Einstellung der korrekten Belichtung, durch verkleinern der Blende werden auch bestimmte Linsenfehler verringert und die Schärfentiefe erhöht. Schärfentiefe, bezeichnet den Bereich in dem das Bild scharf ist. Dazu eine kleine Überlegung: Stellen Sie sich ein Motiv vor, das aus mehreren hintereinanderstehenden Personen besteht. Eine hohe Schärfentiefe hat nun den Effekt das mehrere Personen scharf zu sehen sind, eine kleine Schärfentiefe zeigt vielleicht nur eine Person (siehe Grafik) scharf. Der Bereich in dem das Bild "scharf" ist, verkleinert sich also bei kleiner Blende.

Hohe Schärfentiefe

Geringe Schärfentiefe

Blende: 32   Verschlusszeit: 1/30

Blende: 2.8   Verschlusszeit: 1/4000

Die folgende Grafik verdeutlicht, warum die Schärfentiefe mit kleinerer Blende zunimmt, aber auch dass der genaue Wert von der Größe des Unschärfekreises abhängt. Der Unschärfekreis resultiert aus der Abbildung der Linse, die einen gewissen Bereich im Raum nicht auf einen Punkt abbildet, sondern auf einen gewissen Unschärfekreis. Ist dieser Unschärfekreis klein, wird dieser nur als Punkt auf den Film/Sensor abgebildet und erscheint somit als "scharf". Wie groß der Unschärfekreis sein muß, um als "scharf" wahrgenommen zu werden, hängt von der Auflösung des menschlichen Auges ab. Da viele Spiegelreflexkameras während dem Blick durch den Sucher nicht die tatsächlich eingestellte Blende benutzen, sondern diese meist ganz geöffnet ist, sollte man zur richtigen Beurteilung der Schärfentiefe die sogenannte Abblendtaste benutzen. Die Abblendtaste zeigt das Bild mit der tatsächlich eingestellten Blende, dadurch erscheint das Bild zwar dunkler, jedoch kann man die Schärfentiefe besser beurteilen.




Wichtig:

• Bei Objektiven mit kleiner Brennweite ist der Bereich der Schärfentiefe größer.
• Die Schärfentiefe vergrößert sich, je kleiner die Blende gewählt wird.
• Die Schärfentiefe ist abhängig von der Entfernung des Objekts, d.h. je größer die Entfernung, desto größer die Schärfentiefe.

  Fokussierung

Ein Objekt wird scharf abgebildet, wenn die Bildebene (Brennpunkt: Kreuzungsstelle der Lichtstrahlen) mit der Film-/Sensorebene übereinstimmt. Bei Objekten die unscharf abgebildet werden, liegt die Bildebene hinter bzw. vor der Film-/Sensorebene, dementsprechend würde ein Punkt nicht mehr punktförmig abgebildet, sondern in Form eines Kreises (Unschärfekreis) abgebildet. Welches Objekt scharf oder unscharf abgebildet wird hängt von der Entfernung Objekt/Linse und Linse/Sensor bzw. Linse/Film ab. Fokussierung bedeutet in diesem Bezug, das verändern der Entfernung zwischen Linse/Sensor bzw. Linse/Film bis ein bestimmtes Objekt auf dem Film/Sensor scharf erscheint. Möchte man ein Objekt mit geringer Entfernung fokussieren, muß man die Linse vom Film/Sensor weg bewegen, also die Entfernung Linse/Sensor bzw. Linse/Film vergrößern. Bei einem Objekt mit großer Entfernung verhält es sich gerade umgekehrt (siehe Grafik).



Diese Gesetzmäßigkeit gründet sich auf dem Abbildungsgesetz von Linsen, auf das ich nicht näher eingehen möchte (siehe Grafik). Der Fokus eines Objektivs kann innerhalb eines bestimmten Bereichs eingestellt werden, wobei die Einstellung des Fokus bei den meisten Objektiven zwischen einer gewissen Nahgrenze und unendlich gewählt werden kann z.B. von 40cm - unendlich. Die Nahgrenze kann variieren, wird jedoch von den jeweiligen Herstellern angegeben und gibt Auskunft über die Mindestentfernung von Objekten die fokussiert werden können. Ist der Fokus eines Objektivs auf einen Bereich unendlich eingestellt, d.h. größt mögliche Entfernung des Objekts, entspricht der Abstand zwischen Linse und Film/Sensor genau der Brennweite. Betrachtet man nun zwei Gegenstände, der eine sehr weit entfernt (Fokusbereich unendlich) und der andere sehr nah (Fokusbereich 1m), kann man feststellen, das sich die Entfernung zwischen Linse und Film/Sensor bei Objektiven großer Brennweite mehr verändert als bei Objektiven mit kleiner Brennweite d.h. Objektive mit sehr kleiner Brennweite benötigen keine Fokussierung.

Moderne Objektive verfügen über einen sogenannten Autofokus (AF) der das automatische fokussieren von Objekten ermöglicht. Es gibt zwei Arten des Autofokus, den aktiven Autofokus und den passiven Autofokus. Der aktive Autofokus misst die Entfernung von einem Objekt über ein Infrarotsignal und stellt das Objektiv anhand dieser Daten scharf.

Vorteile:
- auch bei völliger Dunkelheit anwendbar.

Nachteile:
- weit entfernte Objekte werden nicht erfasst.
- durch Glas zu fokussieren ist nicht möglich.

Der passive Autofokus misst den Objektkontrast über das Objektiv und fokussiert über Kontrastmaximierung. Diese Art des Autofokus ist sehr weit verbreitet. Die Kontrastmessung wird an sogenannten AF-Messfeldern durchgeführt, die Anzahl dieser variiert jedoch von Hersteller zu Hersteller, so haben manche nur 7 AF-Messfelder, andere wiederum 45.

Nachteile:
- benötigt Restlicht.
- fokussieren von Flächen mit wenig Kontrast (weiße Wand), problematisch.

  Belichtungszeit/Langzeitbelichtung

Wie wir schon wissen, dient die Belichtungszeit neben der Blende zur Einstellung der korrekten Belichtung. Die Belichtungszeit beschreibt die Dauer für die der Verschluss, der verhindert das Licht auf den Film/Sensor trifft, geöffnet ist, also wie lang der Film/Sensor belichtet wird. Die Zeiteinstellung kann automatisch über die Kamera erfolgen, oder manuell eingestellt werden. In der Regel stellen Kameras eine Auswahl von 1/8000 bis 30 Sekunden zur Verfügung, jedoch kann dies von Hersteller zu Hersteller variieren. Viele Kameras verfügen über eine sogenannte bulb-Funktion, d.h. der Verschluss wird beim drücken des Auslösers geöffnet und beim loslassen wieder geschlossen. Somit ist eine beliebige Belichtungszeit möglich. Die Belichtungszeitreihe ist so konstruiert, das von einer Stufe zur nächsten die Belichtungszeit verdoppelt bzw. halbiert wird. Bei langen Belichtungszeiten kommt es vor dass das Bild verwackelt, daher empfiehlt es sich bei langen Belichtungszeiten mit einem Stativ zu fotografieren.

Wichtig:

• Die Belichtungszeit sollte nicht länger als der Kehrwert der Brennweite sein, sonst kann es zu verwackelten Bildern kommen.

Beispiel: Bei einer Brennweite von 200mm sollte man mit einer Belichtungszeit von nicht länger als 1/200 Sekunden arbeiten. Gibt es diese Belichtungszeit nicht, nimmt man die nächst kürzere Zeit, z.B. 1/125 Sekunden.

Die Langzeitbelichtung nimmt sowohl bei der analogen als auch bei der digitalen Fotografie eine besondere Rolle ein. Bei der analogen Fotografie kommt es ab Belichtungszeiten von etwa 1/2 Sekunde zum sogenannten Schwarzschildeffekt, d.h. eine Nichtproportionalität der Schwarzen Bereiche in einem Bild (die Dichte steigt). Bei der digitalen Fotografie nimmt das sogenannte "Rauschen" zu. Das Rauschen hat seinen Ursprung in den einzelnen Fotodioden, in denen die Elektronen nicht nur durch Licht, sondern auch durch thermische Prozesse angeregt werden können. Dies führt natürlich zu Aufzeichnungen der Fotodioden, die nicht gewollt sind, da nur das Licht gemessen werden soll und nicht die Temperatur. Diese fehlerhaften Aufzeichnungen fallen natürlich besonders in dunklen Bereichen auf.

  Blooming/Moire-Effekt

Blooming (Überstrahlung) ist ein Effekt der häufig bei digitalen Kameras mit CCD-Sensoren zu beobachten ist. Dieser Effekt tritt bei intensiver Belichtung auf und wird durch überladene Fotozellen verursacht. Ist die Ladungsmenge (Lichtmenge) einer Fotozelle zu groß, gibt sie Ladung in alle Richtungen an benachbarte Fotozellen ab. Dies erzeugt eine Art Überstrahlung, auch Blooming genannt. Viele moderne CCD-Kameras sind daher mit einer Anti-Blooming-Kompensation ausgestattet.


Der Moire-Effekt tritt auf, wenn sich periodische Strukturen überlagern die eine ähnliche Periodizität haben. Legt man zwei gleiche Gitter mit einem kleinen Versetzungswinkel übereinander (siehe unten), entsteht ein Moire-Muster. Der Sensor (Pixelmuster) einer digitalen Kamera stellt ein solches Gitter dar, fotografiert man nun ein Motiv (z.B. karierte Textilien) das ein zweites Muster beinhaltet, kann es bei der Überlagerung dieser zwei Muster zum Moire-Effekt kommen.

  ISO-Filmempfindlichkeit

Die Lichtempfindlichkeit eines Films ist ein weiterer Faktor den man bei der korrekten Belichtung eines Fotos berücksichtigen sollte. Die Empfindlichkeit eines Films bedeutet, je empfindlicher ein Film ist, desto weniger Licht benötigt er um korrekt belichtet zu werden. Die Empfindlichkeit eines Films kann in verschiedenen Normen angegeben werden, z.B. in ASA (American Standard Association), DIN (Deutsche Industrie Norm) und ISO, was die anderen zwei Normen kombiniert. Jedoch bedeutet eine höhere Zahl immer das der Film empfindlicher ist. Es folgt nun eine Tabelle mit den gängigsten Filmempfindlichkeiten:


Ein Film mit hoher Empfindlichkeit ermöglicht es auch bei schlechten Lichtverhältnissen mit einer relativ kurzen Belichtungszeit zu arbeiten. Bei analogen Filmen wird eine höhere Empfindlichkeit durch vergrößern der Körnung erreicht, d.h. bei einem empfindlicheren Film sind die Kristalle größer. Dadurch verschlechtert sich natürlich auch die Qualität des Films, da die Auflösung bei empfindlicheren Filmen gröber ist. Die Filmempfindlichkeit gibt es jedoch nicht nur bei analogen Filmen, sondern auch bei digitalen Sensoren. Bei digitalen Sensoren wird die Empfindlichkeit über eine Verstärkung des Signals erreicht, d.h. bei einer empfindlicheren Einstellung des Sensors, wird das Eingangssignal sehr viel mehr verstärkt als bei einer niedrigeren Einstellung der Empfindlichkeit. Auch bei digitalen Sensoren wird die Qualität bei höherer Empfindlichkeit, durch ein verstärktes Rauschen, verschlechtert. Die ISO-Werte bei digitalen Sensoren verhalten sich analog zu der obigen Tabelle.

  Lichtstärke

Als Lichtstärke bezeichnet man bei einem Objektiv die maximale Blendenöffnung, also die kleinstmögliche Blende. Eine hohe Lichtstärke ermöglicht es auch bei sehr schlechten Lichtverhältnissen mit einer relativ kurzen Belichtungszeit zu fotografieren. Jedoch benötigt man für große Öffnungen auch große Linsen die sehr teuer sind.

  Der Verlängerungsfaktor

Der Begriff des Verlängerungsfaktors hat mehrere Bedeutungen, er gibt jedoch immer den Faktor an, mit dem eine Brennweite multipliziert werden muß, um die tatsächliche Brennweite zu ermitteln. Zum Beispiel sind die Bildsensoren von Digitalkameras meistens kleiner als das Kleinbildformat, daher muss der Verlängerungsfaktor, Crop-Faktor oder auch Brennweitenverlängerungsfaktor mit der tatsächlichen Brennweite multipliziert werden um einen dem Kleinbild äquivalenten Bildausschnitt zu erhalten. Der Brennweitenverlängerungsfaktor verhält sich genauso wie das Verhältnis von Filmformat zu Sensorformat. Dieser Faktor wird von dem jeweiligen Hersteller explizit angegeben. Die neue Generation von Objektiven, die auf den Gebrauch mit digitalen Spiegelreflexkameras ausgerichtet sind, berücksichtigen diesen Verlängerungsfaktor.