Mehr Schärfentiefe bitte
Haben sie Ihr kleines Motiv endlich formatfüllend im Sucher, so stellen sie fest, dass sie dieses nicht im vollen Umfang von hinten bis vorne scharf fokussieren können. Die Schärfentiefe sinkt bei grossem Abbildungsmassstab auf wenig berauschende Werte zusammen.
Nebenstehendes
Bild zeigt die Schärfentiefe anhand der Ader eines welken Blattes bei
einem Abbildungsmassstab nahe 1:1 (Kleinbildformat) und wirksamer
Blende ~5,0.
Es kann ein Problem sein, aber man darf dies durchaus auch als Angebot sehen :-)
Was verstehen wir unter Schärfentiefe? Genau genommen wird nur genau eine Ebene des Motivs auf dem Film scharf abgebildet. Motivpunkte ausserhalb dieser Schärfeebene erscheinen auf dem Film als kreisförmiger Lichtfleck, diese Kreise werden Zerstreuungskreise genannt. Der Durchmesser des Zerstreuungskreises nimmt zu mit zunehmendem Abstand des Motivpunktes von der eigentlichen Schärfeebene - je weiter entfernt sich ein Punkt von der Schärfebene befindet, desto unschärfer wird er abgebildet. Dies impliziert, dass Motivpunkte knapp ausserhalb der Schärfeebene ebenfalls nur knapp vergrössert erscheinen und somit noch einigermassen scharf abgebildet werden. Wir brauchen uns nur noch darüber zu einigen, welchen Durchmesser des Zerstreuungskreises wir tolerieren wollen und schon ergibt sich daraus ein entsprechender Bereich der Raumtiefe, welcher gemäss unserer Definition scharf abgebildet wird. Für Kleinbildfotografie wird allgemein 1/30mm als Durchmesser für den Zerstreuungskreis (auf dem Film) definiert. Mit diesem Wert erscheint der dadurch bestimmte Tiefenbereich bei normaler Betrachtungsdistanz des Bildes als scharf.
Die Schärfentiefe ist jedoch damit noch nicht fest vorgegeben, sondern kann beeinflusst werden:
- Die Schärfentiefe nimmt mit kleiner werdender Blende zu.
- Ein Vergrössern der Distanz zum Motiv bewirkt eine Zunahme der Schärfentiefe, (allerdings auch eine Abnahme des Abbildungsmassstabes),
- eine grössere Brennweite deren Abnahme (und eine Zunahme des Abbildungsmassstabes).
Brennweite und Distanz heben sich gegenseitig auf. Die
Schärfentiefe ergibt sich somit aus Blende und Abbildungsmassstab.
In diesem Satz lauert die Gefahr eines grossen Missverständnisses: Die
Schärfentiefe macht eine Aussage über den scharfen Anteil eines Bildes
anhand eines technischen Schärfekriteriums (Durchmesser des
Zerstreukreises).
Über
die Unschärfe selbst wird nichts ausgesagt. Die Annahme, gleiche
Schärfentiefe mit verschiedenen Brennweiten würde zu gleicher Unschärfe
führen ist falsch, das Mass des Anwachsens der Zerstreukreise im
Hintergrund fällt durchaus unterschiedlich aus. Ausserdem bin ich
überzeugt, dass gerade im Makrobereich das Bokeh ein
wesentliches Kriterium ist.
Konkret, wie gross wird die Schärfentiefe unter welchen
Bedingungen?
Objektivspezifische Tabellen sind das Mittel der Wahl, um den Bereich
der Schärfentiefe in Erfahrung zu bringen. Solche Tabellen liegen den
Optiken im Normalfall bei.
Um eine Idee von Real-World Schärfetiefen zu kriegen, ein paar Werte aus der Nikon-Dokumentation. Distanz und Bereichsangaben sind in Meter: (Die Werte beziehen sich auf eine Zerstreukreis von 1/30mm, ABM steht für Abbildungsmassstab)
| AF Mikro-Nikkor 60mm/2.8 | |||||
|---|---|---|---|---|---|
| Distanz | ABM | f/2,8 | f/5,6 | f/11 | f/22 |
| 0,219 | 1:1 | 0,219-0,219 | 0,218-0,219 | 0,218-0,219 | 0,218-0,219 |
| 0,25 | 1;1,9 | 0,249-0,250 | 0,249-0,250 | 0,249-0,250 | 0,248-0,251 |
| 0,4 | 1:4,6 | 0,398-0,401 | 0,396-0,403 | 0,393-0,406 | 0,387-0,413 |
| 1,0 | 1:14,7 | 0,981-1,020 | 0,963-1,041 | 0,929-1,085 | 0,868-1,189 |
| 2,0 | 1:31,4 | 1,914-2,096 | 1,835-2,202 | 1,696-2,451 | 1,477-3,189 |
| ∞ | 0 | 38,3-∞ | 19,2-∞ | 9,6-∞ | 4,9-∞ |
| AF Mikro-Nikkor 200mm/4,0 | |||||
| Distanz | ABM | f/4,0 | f/5,6 | f/11 | f/22 |
| 0,5 | 1:1 | 0,500-0,500 | 0,500-0,500 | 0,500-0,500 | 0,499-0,501 |
| 0,7 | 1:1,9 | 0,700-0,701 | 0,699-0,701 | 0,699-0,701 | 0,697-0,703 |
| 1,2 | 1:4,4 | 1,198-1,203 | 1,197-1,204 | 1,193-1,207 | 1,186-1,215 |
| 4,0 | 1:18,5 | 3,964-4,054 | 3,945-4,073 | 3,881-4,137 | 3,752-4,266 |
| ∞ | 0 | 301-∞ | 212-∞ | 106-∞ | 53-∞ |
Wenn sie selbst rechnen wollen, einen chiquen Schärfentieferechner stellt ihnen Erik Krause zur Verfügung.
Es bleibt festzustellen, der Bereich der Schärfentiefe bei grossen Abbildungsmassstäben ist nicht gerade opulent bemessen. Kein Problem, bekanntlich können wir unsere Makroobjektive mindestens bis Blende 32 abblenden.
Förderliche und Optimale Blende
Wie schon beim Verlängerungsfaktor macht auch hier die Physik ihren Anspruch geltend. Licht hat ein äusserst leicht beeinflussbares Gemüt. Nicht nur Linsen formen seinen Gang durch die Optik, sondern auch Kanten. Eine solche Kante ist die Blende im Objektiv. Während Lichtstrahlen, welche die Blendenöffnung im Zentrum passieren, davon praktisch nichts bemerken, werden Lichtstahlen, welche in den Bereich der Blendenkante geraten, durchaus beeinflusst: sie werden abgelenkt. Ihr Anteil am Bild wird unscharf ausfallen. Um jeden abgebildeten Punkt entsteht ein kleiner Lichthof.
Um
den Effekt der Beugung zu illustrieren entstand die nebenstehende
Aufnahme zwei mal, einmal bei Blende 8 und einmal bei Blende 32.
Beim Aufnahmesensor handelt es sich um einen Sensor mit APS-C
Bildgrösse (Cropfaktor = 1,5). Der Abbildungsmassstab beträgt ziemlich
genau 1:1.
Aus den beiden Aufnahmen wurde jeweils die identischen Ausschnitte
entnommen - nebenstehend farbig gekennzeichnet. Sie sind untenstehend
zu sehen.
Die
nebenstehende Aufnahme entstand bei Blende 8 - dies ist ein Wert im
Bereich dessen was wir später als optimal definieren werden. Richtig
scharf ist das Bild nicht (im Sinne von Pixel für Pixel), aber Details
innerhalb der Nähte sind doch klar zu erkennen, von der
Oberflächenbeschaffenheit des roten Materials hingegen ist nicht viel
zu erahnen, dafür ist die Schärfentiefe zu gering.
Aber wir können ja noch weiter abblenden...
Diese
Aufnahme zeigt den gleichen Ausschnitt bei Blende 32. Wir hätten
erwartet, dass das rote Grundmaterial durch die geschlossene Blende in den Schärfebereich gerückt
wäre und seine Oberflächenstruktur sichtbar würde. Statt dessen finden wir sie zugedeckt von einer allgemeinen matschigen Unschärfe, gleichermassen
wie ein schlechter Koch sein altes Schnitzel unter brauner Sosse
versteckt. Scharf sieht definitiv anders aus.
Unser Bestreben sollte also sein,
den Anteil von der Blendenkante unbeeinflusster Lichtstrahlen gegenüber
den davon gestreuten gross zu halten. Und dies erreichen wir durch eine
möglichst geöffnete Blende.
Wir haben somit zwei einander ausschliessende Anforderungen -
einerseits sind wir bestrebt, stark abzublenden um genügende
Schärfentiefe zu erreichen, andererseits wünschen wir keine durch
Beugung verursachte Unschärfe. Ein Kompromiss scheint unausweichlich.
Der Kompromiss lautet: Wir lassen durch Beugung die gleiche Unschärfe
zu wie diejenige, welche wir zur Bestimmung der Schärfentiefe
herbeiziehen, also eine identische Zerstreuung. Die sich daraus
ergebende Blende wird Förderliche Blende genannt. Bei diesem
Blendenwert werden Bildpunkte aufgrund der Streuung an der Blendenkante
gleichermassen unscharf abgebildet wie ungestreute Bildpunkte an der
Grenze der Schärfentiefe. Widerstehen sie der Versuchung, weiter
abzublenden!
Für die Förderliche Blende (kf) gibt es eine vereinfachte Formel:
kf = 1500 * ZK / (ABM + 1)
dabei ist:
ZK = Durchmesser des Zerstreukreises in
[mm]
ABM = Abbildungsmassstab.
Für knackscharfe Bilde nach zeitgenössischen Massstäben empfiehlt sich für das Kleinbildformat ein Zerstreukreis von 0,025mm (dies ist geringfügig kleiner als der normierte Wert von 0,033mm). Damit liegt die förderliche Blende bei Abbildungsmassstab 1:10 bei 34 (pfff...), bei 1:1 noch bei 19 (hmmm...) und beim Massstab 10:1 gerade noch bei 3,4 (huch...)! Wird stärker als bis zu diesen Blendenwerten abgeblendet, tritt eine allgemeine Bildunschärfe ein, die meist störender ist als eine zu geringe Schärfentiefe.
Untenstehende Tabelle gibt die Förderliche Blende in Abhängigkeit des Abbildungsmassstabes an:
| Format | Abbildunsgmassstab | ||||
|---|---|---|---|---|---|
| 1:10 | 1:3 | 1:1 | 3:1 | 10:1 | |
| APS-C Bildsensor ZK=0,022mm ZK=0,017mm |
30.0 23.2 |
24.8 19.1 |
16.5 12.8 |
8.3 6.4 |
3.0 2.3 |
| 24x36 mm Kleinbild ZK=0,033mm ZK=0,025mm |
45 34 |
37 28 |
25 19 |
12 9 |
4,5 3,4 |
| 6x6 cm Mittelformat ZK=0,06mm ZK=0,04mm |
81 54 |
67 45 |
45 30 |
22 15 |
8.0 5,4 |
| 4x5 Inch Grossformat ZK=0,1mm ZK=0,075mm |
135 101 |
112 84 |
75 56 |
37 28 |
14 10 |
Die Sache hat einen Beigeschmack: Bereits in der genauen Schärfenebene ist die Grenze zur Unschärfe durch Streuung schon erreicht. Gegenüber einer Aufnahme mit einer um einen Wert mehr geöffneten Blende findet kaum eine Zunahme der Schärfentiefe statt, jedoch eine geringe Abnahme der Schärfe in der genauen Schärfenebene. Die Blende sollte also um einen Wert weniger geschlossen werden als die förderliche Blende vorgibt, der Begriff "Förderliche Blende" scheint irreführend.
Bei Massstab 1:1 liegt die optimale Blende also bei 16, was eine Schärfentiefe von 1 Millimeter ermöglicht. Makroobjektive, welche Abbildungsmassstab 1:1 ermöglichen, sind für maximale Abbildungsleistung bei Blende 11 und 16 optimiert. Diese Optimierung beinhaltet insbesondere auch die Beherrschung der Streuung an der Blende.
Bild: Nadelspitze
Bei einer fünffachen Vergrösserung (Massstab 5:1) stellt bereits Blende 5,6 für das Kleinbildformat ein Optimum dar - auch wenn man angesichts des hauchdünnen Schärfebereiches von nur noch einem Zehntelmillimeter liebend gerne stärker abblenden würde.
Eine Frage, die sich hier auch stellen sollten fragt nochmals kritisch nach dem Durchmesser des Zerstreukreises, welcher für uns das Kriterum zwischen scharf und unscharf darstellt. Der offizielle Kompromiss ist 1/1500 der Bilddiagonale - daraus ergeben sich die oben angeführten zulässigen Durchmesser der Zerstreukreise. Salopp ausgedrückt, entspricht dies einer Auflösung von weniger als 1 Megapixel - irgendwie liegt darin eine unfreiwillige Komik. Wer eine höhere Auflösung anstrebt, sollte konsequenterweise auch den als scharf akzeptierten Zerstreukreis und bedingt dadurch die Förderliche Blende anpassen.
Die üblichen Verdächtigen...
Falls geringe Schärfentiefe ein Problem ist, dann gibt es dafür keine einfache technische Lösung. Sie können versuchen, alle wesentlichen Elemente eines Motivs in einer Ebene anzuordnen und sie damit möglichst im dünnen Bereich der Schärfentiefe unterzubringen. Bei starren Kameras liegt die Schärfeebene parallel zur Filmebene, ein Abblenden erweitert die Schärfentiefe nach hinten und nach vorne.
Ein für Makroaufnahmen geniales Feature ist die Möglichkeit,
Objektive zu schwenken. Durch Neigen des Objektivs gegenüber der
Filmebene wird die Schärfe auf eine zur Filmebene nicht mehr parallele
Fläche gelegt und die Schärfeebene lässt sich dem Motiv entsprechend
optimal legen. Natürlich kann auch in diesem Fall durch Abblenden
weiterer Schärfezuwachs erreicht werden. Die Scheimpflug-Regel sagt aus, dass sich
die Filmebene, die Objektivebene und die Schärfeebene in einer Gerade
schneiden.
Leider gehört dieses Möglichkeit nicht zu den Standard-Features von
Makroobjektiven für das Kleinbildformat:
Von Nikon lässt das PC-Micro-Nikkor 85mm/2,8 Verschwenkung zu. Eine
Beschreibung dieser Optik findet sich auf Nikonians.org.- Verschwenkbare Objektive gibt es auch von Canon. Wie weit sich diese für Makroaufnahmen eignen ist mir unklar.
- Objektivschwenks beim Einsatz mit Vergrösserungsoptiken erlaubt das Zörk Multifocus-System.
- Von Novoflex gibt es ein Tilt-/Shift-Balgengerät, welches Verschwenkung zulässt.
Ansonsten sind sie angehalten, den allgemeinen Schärfeeindruck anderweitig zu optimieren: Bekanntlich trägt nicht nur die Auflösung zum Schärfeeindruck bei, sondern auch der Kontrast. Arbeiten sie deshalb mit einem härteren Film. Dieser wird den Kontrast und dadurch auch den Schärfeeindruck erhöhen. Im Schnitt arbeiten Filme mit niedriger Empfindlichkeit härter.
Auch wenn ich weiter oben anderes behauptet habe, eine einfache technische Lösung gibt es doch: Wenn der Abbildungsmassstab kleiner wird steigt die Tiefenschärfe an. Genau dies ist der Fall bei den winzigen Bildsensoren digitaler Kompaktkameras. Benötigen sie beim Kleinbildformat Abbildungsmassstab 1:1 um ein Motiv formatfüllend zu fotografieren, so beträgt der dafür notwendige Massstab bei der Digiknipse allgemein verträgliche 1:5-1:8, je nach Grösse des Bildsensors. Daraus resultieren die nicht selten erstaunlichen Makrofähigkeiten solcher Kameras.
In diesem Zusammenhang noch eine Randnotiz. Nirgends kriegen sie geringste Schärfentiefe so günstig wie in der Makrofotografie. Wenn sie mal diesbezüglich experimentieren wollen, brauchen sie nicht unbedingt eine ultralichtstarke Optik. Ein grosser Abbildungsmassstab erledigt die Sache auch.