F30 - Zoom & Blende

In den vorangegangenen Abschnitten wurde bereits einiges über Zoom- und Blendeneinstellungen gesagt. Es gibt jedoch darüberhinaus noch interessante Details, die stark kameraspezifisch sind. Dieses Kapitel beschäftigt sich mit diesen Details und geht dabei gezwungenermaßen viel stärker auf die Theorie ein als die anderen Kapitel.

Einheiten

Um die Größe von Zoom und Blende in Zahlen zu fassen, gibt es mehrere Möglichkeiten. Grundsätzlich wird der Zoom mit Hilfe der Brennweite beziffert, das ist vereinfacht gesprochen der Abstand in Millimetern, den die Linse vom Sensor haben muss, wenn extrem weit entfernte Objekte scharf abgebildet werden sollen. Anstelle dieser physikalischen Brennweite wird oft diejenige Brennweite angegeben, die eine Kleinbildkamera haben müsste, um einen gleich großen Ausschnitt abzubilden. Diesen Wert nennt man Kleinbild-äquivalente Brennweite (KB-äquivalent).

Die Blende ist im Idealfall eine kreisrunde Öffnung, durch die das Licht auf die Linse fällt. Am einfachsten gibt man ihre Größe als Durchmesser der Öffnung in Millimetern an. Traditionell verwendet man stattdessen allerdings die sogenannte Blendenzahl. Diese ist der Quotient aus physikalischer Brennweite und Blendendurchmesser. Die Verwendung der Blendenzahl als Maß für die Blendenöffnung hat den Vorteil, dass die Brennweite bei der Einstellung der verschiedenen Parameter für eine korrekte Belichtung nicht berücksichtigt werden muss. Der Blendenzahl wird oft ein großes F oder auch zusätzlich ein Schrägstrich vorangestellt. Dies weist auf den Ursprung der Zahl hin, ist aber ansonsten ohne Bedeutung. Dieselbe Blendenöffnung kann also als '2.8', 'F2.8' oder auch 'F/2.8' bezeichnet werden.

Die Blendenzahl ist für erfahrene Fotografen von so großer Bedeutung, dass sich eine Abkürzung dafür eingebürgert hat: oft wird einfach 'Blende' gesagt, wenn man eigentlich die Blendenzahl meint. In diesem Text wird diese Abkürzung aber nicht verwendet. Wenn hier von der 'Blende' die Rede ist, so ist damit immer der reale Gegenstand mit dem runden Loch gemeint.

Stufen

Der Zoom mancher Kameras lässt sich stufenlos einstellen, nicht jedoch der Zoom der F30. Für ihn gibt es genau zehn mögliche Stufen. In jeder dieser Stufen gelten individuelle Unter- und Obergrenzen für die Blendeneinstellung. Die nachfolgende Tabelle listet die zehn einstellbaren Brennweiten zusammen mit den zugehörigen Blenden-Minima und -Maxima auf. Zur Brennweite sind sowohl die physikalische Größe als auch das Kleinbild-Äquivalent angegeben, bei den Blenden sowohl der physikalische Durchmesser als auch die Blendenzahl.

Brennweite min. Blende max. Blende
phys.Kleinbild phys.F/ phys.F/
8.0mm36mm 1.00mm8 2.86mm2.8
8.9mm40mm 1.11mm8 3.07mm2.9
10.4mm47mm 1.30mm8 3.25mm3.2
12.2mm55mm 1.53mm8 3.59mm3.4
14.1mm63mm 1.76mm8 3.81mm3.7
16.1mm72mm 2.01mm8 4.03mm4.0
18.1mm81mm 2.26mm8 4.21mm4.3
20.1mm90mm 2.51mm8 4.28mm4.7
22.1mm99mm 2.76mm8 4.51mm4.9
24.0mm108mm 3.00mm8 4.80mm5.0

Wie man sieht, sind die Blendenöffnungen im Telebereich physikalisch deutlich größer als als im Weitwinkelbereich. Selbst die kleinstmögliche Blendeneinstellung im Telebereich ist immer noch größer als jede beliebige Einstellung im Weitwinkelbereich.

Tiefenschärfe und Schärfentiefe

Wir haben bei der Besprechung des Modus 'Blendenvorgabe' bereits gesehen, dass die Blende nur sehr wenig Einfluss auf die Bildhelligkeit besitzt, und dass sich dieser Einfluss in der Regel über andere Parameter problemlos ausgleichen lässt. Die Blende wird daher in der Praxis fast ausschließlich dazu genutzt, die Tiefenschärfe zu regulieren, d.h. das Ausmaß, in dem Objekte vor und hinter dem Hauptmotiv scharf abgebildet werden.

Die Tatsache, dass man überhaupt fokussieren muss und Objekte außerhalb der fokussierten Ebene unscharf erscheinen, ist traditionell meist ein Ärgernis, und folglich hat man sich in der klassischen analogen Fotografie zunächst mit Strategien zur Vermeidung beschäftigt. Man hat sich in diesem Zusammenhang gefragt, wie dicht Objekte zusammenliegen müssen, um gemeinsam scharf abbildbar zu sein. Insbesondere hat man sich für die hyperfokale Entfernung interessiert, das ist die kleinste Entfernung, auf die man scharfstellen kann, ohne dass 'unendlich' weit entfernte Objekte unscharf werden. Man hat also in der Regel zur Quantifizierung des Effekts ein Maß der Tiefe und nicht etwa der Schärfe angegeben, weshalb in Lehrbüchern meist von Schärfentiefe statt Tiefenschärfe die Rede ist. Dieser Text geht zunächst einen anderen Weg und misst die Unschärfe einer gegebenen Tiefe, doch werden wir sehen, dass beides im Prinzip austauschbar ist.

Formeln

Es ist allgemein bekannt, dass Digitalkameras meist eine erheblich größere Tiefenschärfe besitzen als klassische analoge Kleinbildkameras. Im Folgenden soll anhand einiger einfacher Formeln gezeigt werden, warum und in welchem Ausmaß dies der Fall ist. Dazu brauchen wir zunächst ein Maß für die Unschärfe. Hierzu eignet sich gut die Abbildung, die ein einzelner nicht in der Schärfeebene liegender Punkt erzeugt. Diese Abbildung ist ein Kreis, und dessen Durchmesser können wir ins Verhältnis zur Bildhöhe setzen. Dieses Maß der relativen Unschärfe kürzen wir mit r ab. Welchen Wert man für eine scharfe Abbildung fordern will, ist natürlich Geschmackssache, eingebürgert hat sich jedoch r < 0.00125. Das entspricht einem Kreis mit einem Durchmesser von 0.03mm auf Kleinbildfilm und bei der F30 einem Durchmesser von zweieinhalb Pixeln, also einer Fläche von fünf Pixeln. Allgemein lässt sich r leicht als Produkt dreier Faktoren berechnen, wie sich leicht aus geometrischer Anschauung und dem Strahlensatz herleiten lässt:

r   =   b/h   (u-s)/u   f/(s-f)

Dabei bezeichnen b den Blendendurchmesser in mm, h die Höhe des Bildsensors in mm, s die Entfernung der Schärfeebene von der Linse, u die Entfernung des Objektes von der Linse, für dessen Schärfe bzw. Unschärfe wir uns interessieren, und schließlich f  die physikalische Brennweite in mm.

Crop-Faktor

Hier kann man nun sehr schön die Ursache für die höhere Tiefenschärfe der Digitalkameras sehen. Diese haben nämlich einen kleineren Sensor und dementsprechende verkleinerte Objektive mit kleineren physikalischen Brennweiten und Blendenöffnungen. Die drei Größen b, h und f sind also in der Regel bei Digitalkameras kleiner als bei konventionellen Kleinbildkameras, und zwar alle drei um denselben Faktor, den sogenannten Crop-Faktor.

Der Crop-Faktor wird üblicherweise als Quotient aus der Diagonale eines Bildes im Kleinbildformat und der Sensordiagonale der Digitalkamera definiert. Zu beachten ist dabei, dass die übliche Zoll-Angabe zur Sensordiagonalen aus historischen Gründen nicht die tatsächliche Länge der Diagonale darstellt, sondern einen deutlich größeren Wert. Ferner entstehen gewisse Ungenauigkeiten dadurch, dass traditionelle Kleinbild-Filme im Seitenverhältnis 3:2 belichtet werden, während die Sensoren in Digitalkameras meist das Seitenverhältnis 4:3 haben - dies soll uns hier aber nicht weiter beschäftigen.

Der Crop-Faktor fehlt bei kleinen Digitalkameras oft im Datenblatt, kann aber leicht berechnet werden. Werfen Sie dazu einen Blick auf das Objektiv, dort ist oft die maximale physikalische Brennweite im Millimetern angegeben (bei der F30 24mm). Teilen Sie die im Datenblatt angegebene maximale KB-äquivalente Brennweite durch diese Zahl, so erhalten Sie den Crop-Faktor. Im Falle der F30 108mm / 24mm = 4.5. Das ist für eine kleine Digitalkamera eine erfreulich kleine Zahl, üblich ist ein Crop-Faktor von 6.

Wie wirkt sich der Crop-Faktor in der o.g. Formel aus? Im Bruch b/h kürzt er sich weg, d.h. er beeinflusst die Unschärfe proportional zu f/(s-f). Üblicherweise ist s deutlich größer als f, so dass die Änderung im Nenner zu vernachlässigen ist. Die Unschärfe verringert sich also gerade um den Crop-Faktor selbst. Im Fall der F30 bedeutet das, dass ein Punkt, der mit einer Kleinbildoptik auf einen Kreis von 12 Pixeln Durchmesser und also auf eine Fläche von immerhin ca. 113 Pixeln gestreut worden wäre, in der F30 auf einem Durchmesser von ca. 2,5 Pixeln abgebildet wird und somit entsprechend der o.g. Konventionen als scharf abgebildeter Punkt durchgeht.

Die Wirkung des Crop-Faktors auf die Tiefenschärfe ist also enorm. Bei der Konkurrenz mit Crop-Faktoren von 6 und mehr sind die Auswirkungen natürlich entsprechend noch dramatischer. Auch bei geringen Motiventfernungen, bei denen s-f durch den Crop-Faktor spürbar beeinflusst wird, gibt es eine weitere Verstärkung der Tiefenschärfe.

Unschärfe produzieren

Wie kann man nun trotzdem auch mit der F30 Bilder mit geringer Tiefenschärfe produzieren? In erster Linie durch maximalen Zoom. Auf den ersten Blick scheint das zwar nicht viel zu helfen, denn bei einer Erhöhung der Brennweite muss man zur ungefähren Erhaltung der Perspektive auch die Entfernungen s und u entsprechend erhöhen, und der Effekt löscht sich aus. An h kann man ohnehin ohne Kamerawechsel nichts ändern; bei der F30 gilt gemäß Exif-Daten h = 2136/370,3 = 5.768mm. Unter Beibehaltung der Perspektive variiert man die Tiefenschärfe also ausschließlich durch die Blende, und zwar gemessen an deren realen Durchmesser. Und das bringt uns nun doch wieder zum Zoom zurück, denn in Telestellung sind erheblich größere Blendenöffnungen möglich als im Weitwinkel. Der Unterschied zwischen größtmöglicher und kleinstmöglicher physikalischer Blende der F30 macht immerhin einen Faktor von 4,8 aus und liegt somit in der Größenordnung des Crop-Faktors. Verwenden Sie also immer den Modus 'Blendenvorgabe' mit Blendenzahl 5 und maximalem optischen Zoom, wenn Sie Tiefenunschärfe erzeugen wollen.

Deutlich besser wird Ihre Situation natürlich, wenn Sie auch mit Änderungen der Perspektive leben können und insbesondere dann, wenn Ihr Motiv möglichst klein ist. Denn dann können Sie Ihr Motiv trotz Telestellung schön dicht an sich heranholen und das unscharf abzubildende Objekt weit weg in den Hintergrund verbannen - damit lässt sich die Unschärfe dramatisch steigern. Versuchen Sie dazu, größere Objekte für den Hintergrund zu wählen, als Sie es von Ihren Portraitbildern mit der Kleinbildkamera vielleicht gewohnt sind.

Beispiel: Ein typisches, weitgehend formatfüllendes Portrait könnten Sie bei maximalem Tele und maximaler Blende theoretisch aus etwa einem Meter Entfernung aufnehmen. Befindet sich der unscharf abzubildende Gegenstand einen weiteren Meter hinter dem Motiv, so erhalten Sie eine relative Unschärfe von gut 0.01, das entspricht immerhin einem Unschärfekreis-Durchmesser von knapp 22 Pixeln und damit einer Fläche von stolzen 375 Pixeln, auf die ein einzelner Punkt durch die Unschärfe gestreut wird.

Mit professionellen Portraits kann diese Methode freilich nicht mithalten. Zum einen bewirkt ein Abstand von nur einem Meter eine recht extreme Perspektive, normal sind eher Abstände von 1,5m und mehr. Zum anderen ist die relative Unschärfe von 0.01 immer noch wenig im Vergleich zu dem, was die Profis machen. Ein typisches hochwertiges Portraitobjektiv hat um die 100mm Brennweite und ermöglicht eine Blendenzahl von F/2.0. Verwendet man dies an einer Kleinbild-Kamera und nimmt damit ein Motiv aus 1,5m Abstand mit einem Hintergrund in großer Entfernung auf (Landschaft), so ergibt sich die weit größere relative Unschärfe von 0.15.

Grenzen der Unschärfe

Werden Sie durch Perspektive oder Motivgröße dazu gezwungen, einen größeren Abstand zwischen Kamera und Motiv einzuhalten, so wird die Unschärfe proportional reduziert. Definitionsgemäß ist spätestens bei der hyperfokalen Entfernung Schluss. Als Faustregel empfehle ich jedoch für Unschärfe als sichtbares Stilelement, dass der Abstand der Kamera zum Motiv 10% der hyperfokalen Entfernung möglichst nicht überschreiten sollte. Soll die Unschärfe sehr deutlich sein, wie z.B. beim o.g. Portrait mit dem 100mm/2.0-Objektiv, so muss man sich sogar mit 1% der hyperfokalen Entfernung begnügen. Zusätzlich sollte das Motiv stets näher an der Kamera als am unscharf zu zeichnenden Gegenstand sein.

Die hyperfokale Entfernung kann also durchaus als grobe Richtschnur dafür dienen, was möglich ist. Zur Berechnung lässt man zunächst bei konstantem s den Wert für u gegen unendlich gehen, wodurch der mittlere Faktor Eins wird und wegfällt. Nun kann man nach s auflösen und erhält mit r = 0.00125:

s   =   bf/rh   +   f

Der Summand f trägt zum Gesamtergebnis in der Regel fast nichts bei und wird daher oft weggelassen. Für die F30 mit maximalem Zoom und F5 ergibt sich s = 17m, bei Weitwinkel und minimaler Blendenöffnung hingegen s = 1.2m. Mit letzterer Einstellung kann man also praktisch alles, was nicht gerade im Makrobereich liegt, gleichzeitig einigermaßen scharf stellen. Man muss sich mit der F30 somit im Normalfall wirklich keine Gedanken über eventuell mangelnde Tiefenschärfe machen. Über mangelnde Unschärfe hingegen schon - für manche Anwendungen reicht es, für andere nicht.

Für den Fall, dass Sie eine Kamera suchen, mit der Sie möglichst viel Unschärfe in der Tiefe erzeugen können, kommt hier eine einfache Formel zur Berechnung der hyperfokalen Entfernung s mit Hilfe von Daten, die sich aus Testberichten leicht ermitteln lassen: s = 100*f*F / (3mm*B). Dabei sind F die maximale KB-äquivalente Brennweite der Kamera und B die zugehörige Blendenzahl, und f ist die maximale physikalische Brennweite, die Sie meist anhand von Produktfotos vom Objektiv ablesen können.

So ergibt sich zum Beispiel für unser Kleinbild-Portraitobjektiv s=167m und für die Sony R1 (eine lichtstarke Digitalkamera mit großem Sensor) immerhin s=60m. Eine Kamera muss allerdings nicht groß sein, um die F30 auf diesem Gebiet zu schlagen - Hauptsache, sie bietet große Brennweiten an. Die verglichen mit der F30 spürbar kleinere Olympus µ750 kommt immerhin auf s=38m. Mit Kameras der sogenannten 'Superzoom-Klasse' ist noch mehr möglich, so erreicht etwa die zugegebenermaßen recht große Panasonic Lumix FZ30 s=336m - zwar mit der sehr hohen KB-äquivalenten Brennweite von 420mm, so dass Portraits aus unter 4m Entfernung kaum möglich sind, womit man sich aber immerhin wenigstens in der Größenordnung von 1% der hyperfokalen Entfernung befindet.

Zum Abschluss noch ein Tipp: überlegen Sie, ob es nicht sinnvoll sein könnte, das unscharfe Objekt vor dem Motiv zu platzieren. Indem Sie dieses nämlich sehr nah an die Kamera heranholen, können Sie es in fast unbegrenztem Ausmaß unscharf stellen. Diese Methode empfiehlt sich natürlich nur für sehr kleine Objekte.

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