Orthys Fotoguide – Teil 1: Grundbegriffe

Fokussieren

Ein Experiment zum Thema „Fokussieren“

Etwas einfach nur vergrößern: Das wollen wir eigentlich nicht in der Fotografie. Wir wollen einen verhältnismäßig großen Bildausschnitt korrekt auf einen recht kleinen (nur Daumennagel-großen) Sensor bringen.

Die Lupe von Oma hat auch noch einen weiteren Nachteil: Ihre Brennweite ist fixiert. Sie kann hat also einen festgelegten Vergrößerungsfaktor. Wir benötgien also ein Linsensystem, welches in der Lage ist, seine Brennweite zu „verändern“.

Man nehme einen Bleistift oder ähnlich handlichen gegenstand. Nun hälst Du den Bleistift in einer Entfernung von ca. 20 cm zwischen Dein Auge und den Monitor und schaust auf den Bleistift. Die Schrift auf dem Monitor wird unscharf. Nun schaust Du vorbei am Bleistift. und siehe da, der Bleistift wird unscharf. Unser Auge hat fokussiert. Es hat den Brechungsfaktor (Wölbung) der Iris (einer Konvexlinse) so verändert, dass Ihre Brennweite beim Blick auf den Bleistift verkürzt, beim Blick auf den Monitor verlängert wird.

Fokusebene?

Bei einer Konvexlinse (ebenso wie bei Konkav, Bikonkav,…) gibt es einen Lichtstrahl, der nicht gebrochen wird. Nämlich genau der der schnurgerade und senkrecht auf die Linsenebene trifft. In diesem Mittelpunkt ist stets das Bild scharf. ganz egal wie weit ein Objekt weg ist. Je weiter wir den Blick durch die Linse in Richtung Rand schweifen lassen, desto unschärfer wirds.

Ein Linse wird also prinzipiell „zur Mitte hin schärfer“. Jener kleine Bereich in der Mitte, in welchem das Bild als „scharf“ angenommen wird, bezeichnet man in der Fotografie als „Schärfentiefe“.


Schärefentiefe und Fokusebene

Durch eine sogenannte „Blende“, welche die unscharfen Teile einer Linse verdeckt, kann man die Schärfentiefe vergrößern. Jedoch nimmt die „Lichtmenge“, welche durch die Linse fällt ab. Ein Problem, zu welchem wir noch kommen müssen.

Auch wenn die Blende also „zu“ geht (man spricht von Abblenden), letztlich das Loch, durch welches Licht dringt also kleiner wird, der Lichtkegel, der auf den Sensor trifft bleibt gleich.

Dies funktioniert natürlich in 2 Dimensionen, so dass der scharfe Bereich auch „Fokusebene“ oder „Schärfeebene“ genannt wird. Er ist in der Regel, wie die Linse oder das Objektiv „kreisrund“ und eine Fläche qasi Parallel zur Linseneebene. Als vor oder Hinter der Schärfeebene wird unschärfer. Da das menschliche Auge nun etwas „träge“ ist, wird auch ein bestimmter Bereich vor und nach der Schärfeebene noch als scharf wahrgenommen, bestimmt durch die Schärfentiefe.

Der Abstand zwischen Objektiv und dem Fokusbereich nennt sich „Hyperfokale Distanz“.

Hyperfokale Distanz
Hyperfokale Distanz

Merken:

1. Objekte sind also nicht nur in einem winzig kleinen Punkt scharf, sondern in einem Bereich, also ein „Fokusbereich“.
2. Dieser liegt auf der Fokusebene, auch Schärfeebene, praktisch dem Lot über der Linsenebene.
3. Diesen können wir durch „abblenden“ vergrößern, durch „aufblenden“ verkleiner, da eine Objektiv zur „mitte hin“ schärfer wird.

Weiterführende Links:

Fokussieren mit Linsen

Während das Auge eine elastische Linse hat, deren Brennweite es fast beliebig verstellen kann, geht das mit Glaslinsen nicht so einfach. Hier wollen wir nicht so weit ausholen, wie bisher und einfach sagen, dass man durch die Verwendung mehrerer Linsen, die Brennweiten jeder Linse „kombinieren“ kann. Ein einfaches Beispiel ist hierzu das Gegenstück zur Lupe, das Fernglas. Wir gehen idealisiert davon aus, dass das Fernglas quasi stehts „aufgeblendet“ ist, also aus vollständigen Konvexlinsen besteht.

Die primitive Version (Ausgangssituation): Eine gerade Zahl Konvexlinsen (da man immer eine „letzte Linse“ braucht, welche das spiegelverkehrte, Kopfstehende Bild wieder „auszurichten“) hintereinander in Stellung gebracht. Der Abstand der zweiten befindet sich innerhalb der Schärfentiefe der ersten, die dritte innerhalb der Schärfentiefe der zweiten. Man kann nun die Linsen innerhalb dieser Schärfenebenen zueinander verschieben, ohne an Schärfe zu verlieren.

Sind es unterschiedliche Linsen, so gilt immer die geringste Schärfentiefe. Wir brauchen also mehr Linsen. Fügen wir nun „dazwischen“ zwei größere Linsen ein, mit größerem Brechungsfaktor und somit geringerer Schärfentiefe, erhalten wir nicht nur eine größere Darstellung, sondern auch gleichzeitig eine bessere Vergrößerung. Durch verschieben der Linsen zueinander, können wir dann auf eine längere oder kürzere Distanz scharfstellen – also fokussieren.

Schärfentiefe, Fokus und „Naheinstellung auf Unendlich“

Wir wissen nun, dass die Schärfentiefe jener Bereich auf der Fokusebene ist, welcher scharf dargestellt wird. Wir wissen ebenso, dass dieser Bereich mit kleinerer Blende wächst. Durch Fokussieren wird er nach „vorne oder hinten“ verschoben, so dass der Fokus auf einem Objekt liegt, der Schärfebereich quasi um dieses Objekt herum. Hiermit erklärt sich weiterhin der Zusammenhang zwischen Schärfentiefe und Brennweite eines Objektivs.

Man stelle sich nun vor die Schärfebereich wäre „unendlich“. Dann könnte man das fokussieren sein lassen und das Bild würde „von hier bis zur Unendlichkeit“ scharf.
Dies geht, denn bei den meisten Objektive ist am Fokussiering ein kleines „Uendlich Symbol“ (liegende 8) aufgezeichnet. Hiermit ist die untere Naheinstellungsgrenze minimal.
Stellt man nun die Brennweite des Objektivs auf sagen wir 50mm und eine Blende von 16, so ist rein rechnerisch die Ausdehnung der Schärefentiefe von 4,7m (hyperfokale Distanz) bis „unendlich“. Sprich alles weiter als 4,7 Meter vom Objektiv wird scharf. dreht man nun den Fokussiering jedoch auf 4,7 Meter, so „wächst“ die Ausdehnung der Schärfentiefe von 2,35-Metern auf „unendlich“.

Die Schärfentiefe spielt keine Rolle für den Fotografen, wenn er unbedingt alles „scharf“ haben will, sondern viel mehr beim „Freistellen“ eines Objektes.

Schärfentiefe
Ein Kampfhund – Scharf! Die Schärefe liegt auf dem Tier, der Rest ist „verwaschen“. Absicht, denn so rückt der Hund ins Auge des Betrachters und bildet den Bildinhalt.

Zoomen

Vom Fokussieren ist es nicht weit zum Zoomen. Zum „heranholen“ weit entfernter Objekte, benötigt es nicht mehr als 2 Konvexlisen und eine Küchenrolle. Eine Linse vorne drauf, eine hinten „verschiebbar“ reinstecken und fertig ist das Fernrohr (siehe Oben). Durch das verschieben der Linsen zueinander stellen wir das Objekt in der Ferne scharf. Innerhalb der Fokusebenen der Linsen.

Dies führt nun zu einem Dilemma:

  • Je stärker der Brechungswinkel unserer Linsen, desto kleiner ist der Schärfebereich.
  • Je kleiner der Brechungswinkel unserer Linsen, desto schwächer ist jedoch die Vergrößerung.

Will man also ein sehr weit entferntes Objekt mit einem Zwei-Linsen-Fernrohr näher heran holen, benötigt man Linsen, mit einer relativ schwachen Brechung, die den Fokus weit vor das Fernrohr verlegen, das wirkt sich natürlich auch auf die Länge unseres Fernrohres aus.

Da sich der Vergrößerungsfaktor mehrerer Linsen quasi „addieren“ lässt, wird für bessere Fernrohre ein System aus noch mehr Linsen nötig.

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