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Gratis-Tutorial Fotoschule: Optik verstehen

Optische Grundlagen

Die Fotografie beruht auf Grundlagen aus der Physik, an denen nichts zu rütteln ist. Um nicht alle Bemühungen um ein gut gestaltetes Bild hier durch Nichtwissen zu gefährden, stellt Ihnen diese Lektion die wichtigsten optischen Zusammenhänge mit Bildbeispielen vor.

Grundlagen zur Brennweite

Bei Sonnenschein wird jede Lupe auch zum Brennglas, mit dem man mühelos ein Blatt Papier in Flammen aufgehen lassen kann. Das funktioniert aber nur in einem ganz exakten Abstand, bei dem das Licht in einem einzigen Punkt gebündelt wird - dem Brennpunkt. Wenn die Lichtquelle sehr weit entfernt ist ("unendlich"), ist dieser Abstand gleich der Brennweite. Je stärker die Lupe vergrößert, desto kürzer die Brennweite.

Eine Sammelllinse (darum handelt es sich bei einer Lupe - und bei jedem Kameraobjektiv ebenfalls) kann man aber nicht nur als Brennglas einsetzen. Man kann sie auch als Projektionslinse verwenden. In der Skizze rechts ist das Funktionsprinzip dargestellt. Wo das kopfstehende, seitenverkehrte Bild entsteht gehört der Film oder der lichtempfindliche Sensor der Digitalkamera hin. Je näher sich der fotografierte Gegenstand an der Kamera befindet, desto stärker wächst die Bildweite. Bei einem konventionellen Objektiv gleicht man das dadurch aus, daß man die Linsen mit dem Schneckenmechanismus zur Scharfstellung entsprechend verschiebt, bis die mechanische Einstellgrenze erreicht ist.

Aufnahmeformat, Brennweite und Bildwinkel

Wir wissen zwar bereits, was es mit der Brennweite auf sich hat, sollten uns aber genauer anschauen, wie sich unterschiedliche Brennweiten beim Fotografieren auswirken.

Die Skizze links verdeutlicht einen wichtigen Zusammenhang zwischen Aufnahmeformat, Brennweite und Bildwinkel. Eingezeichnet ist die Format-Diagonale und darauf die Mittelsenkrechte, auf der unterschiedliche Brennweiten abgetragen werden könnten. In unserem Beispiel ist die dickere rote Linie genauso lang wie die Format-Diagonale. in diesem Fall handelt es sich um die Normalbrennweite, die hier gezeigt wird. Blau dargestellt ist der Bildwinkel zu sehen, den ein solchen Objektiv bei diesem Aufnahmeformat erfassen würde. - Die Normalbrennweite bildet Dinge perspektisch etwa so ab, wie sie auch unser Auge sehen würde. Wir empfinden solche Bilder als "normal".

Jedes Objektiv mit kürzerer Brennweite wäre ein Weitwinkel und jedes mit längerer Brennweite würde dem Typ Tele zugerechnet (wobei natürlich der Übergang fließend ist). Weitwinkelobjektive haben einen größeren Bildwinkel, Teleobjektive einen kleineren.


Unterschiedlicher Bildwinkel bewirkt auch eine unterschiedliche Raumwahrnehmung. Das Tele "holt entfernte Dinge her" und scheint den Raum zu verdichten (Bild links). Das Weitwinkel betont fast übertrieben stark alles, das sich dicht vor der Kamera befindet. Alles andere scheint sich weiter Weg zu befinden - der Raum wirkt tiefer (das rechte Bild).

Wieviele Millimeter die Normalbrennweite beträgt, hängt unmittelbar vom Aufnahmeformat ab (aus der Skizze unten ist es leicht zu erkennen). Dasselbe Objektiv hat also einen ganz unterschiedlichen Bildwinkel, je nachdem, an was für einer Kamera man es setzt. Es kann sich dabei schnell vom Weitwinkel in ein Tele verwandeln.

Die Skizze zeigt jetzt die Verhältnisse zwischen einer Kleinbildkamera und einer typischen heutigen digitalen Spiegelreflexkamera. Der Sensor ist nur ungefähr so groß wie das APS-Format (die Kompaktkameras mit Film). Das bedeutet, daß dasselbe Objektiv an einer solchen Kamera einen kleineren Bildwinkel erfaßt. Es wird vom Normalobjektiv zum Tele.

Der Verlängerungsfaktor

Was verbirgt sich dahinter? - Beim Umstieg auf digitale Aufnahmetechnik wäre es eigentlich naheliegend gewesen, daß einfach die für das neue Format gültigen Brennweiten benutzt werden. Man wollte aber dem Kunden das Umdenken ersparen und ging dazu über einen Umrechnungsfaktor einzuführen, mit dem man bezogen auf Kleinbild die Brennweite mit demselben Bildwinkel errechnen kann. Ein für digitale Spiegelreflexkameras häufiger Wert ist der Verlängerungsfaktor 1,5. Wenn man weiß, daß für Kleinbild die typische Normalbrennweite 50 mm war (das ist etwas länger als der theoretische Wert von 43,3 mm), kann man die äquivalente Brennweite für die digitale Spiegelreflex ermitteln:

50 mm / 1,5 = 33,3 mm

Eine häufig vorkommende Brennweite war schon früher das Weitwinkel mit 35 mm, das an der Digitalkamera also heute einem Normalobjektiv (etwas mehr als 50 mm) entsprechen würde. Weil man die meisten bisherigen Objektive weiter verwenden kann, verschiebt sich die Objektivpalette von früher einfach um den Faktor 1,5 zu längeren Brennweiten.

Zurück zur Schärfentiefe...

Wir wissen bereits, daß die Schärfentiefe unmittelbar von der Blendeneinstellung abhängt (Blende weit offen = geringer Schärfenbereich, Blende weit geschlossen = großer Schärfenbereich). Die Blende ist aber nur ein Einflußfaktor. Ein weiterer ist die Brennweite:

VORSICHT: Stolperfalle!!!

Man könnte jetzt annehmen, damit wäre man ja auch mit der Digitalkamera auf vertrautem Terrain. Das stimmt aber nur sehr begrenzt. Digitale Kompaktkameras haben einen deutlich kleineren Sensor und deshalb auch daran angepaßt wesentlich kürzere Brennweiten. Würde man nach dem Verlängerungsfaktor fragen, kann der je nach Kameramodell durchaus Werte bis 7 annehmen. Die Normal-Brennweite ist also sehr klein (weniger als 10 mm). Für die Schärfentiefe ist die tatsächliche Brennweite maßgebend und nur zum sehr geringen Teil der Verlängerungsfaktor. Deshalb haben die digitalen Kompaktkameras immer eine ziemlich große Schärfentiefe, egal welche Blende man wählt.

Wer auf unterschiedliche Schärfentiefe als Gestaltungsmittel Wert liegt, ist mit einer digitalen Kompaktkamera nicht sehr gut bedient.

...und zur Blende

Es wird Zeit, daß wir uns auch noch mit den etwas unhandlichen Zahlenwerten der Blende befassen. Das ist halb so schlimm wie man vermuten würde. Die Blende stellt einfach ein Verhältnis aus Brennweite und Durchmesser der Öffnung dar:

Blende = Brennweite / Durchmesser der freien Öffnung

Nehmen wir an, wir hätten ein Objektiv mit 100 mm Brennweite und eine freie Öffnung von 50 mm, durch die das Licht in die Kamera eindringen kann. Dann haben wir Blende 2. Bei 25 mm Öffnung ergibt sich Blende 4. Weil uns vor allem die Menge des eindringenden Lichts interessiert ("wie weit offen unser Wasserhahn ist"), sollte man bedenken, daß wir jetzt gerade mit einem Flächenmaß arbeiten (das eindringende Licht wächst im Quadrat mit dem Öffnungsdurchmesser!). Bei 25 mm Öffnung dringt nicht halb soviel Licht ein, sondern nur ein Viertel. Wir möchten aber oft wissen, welche Blende wir brauchen, wenn wir die Belichtungszeit gerade verdoppeln oder halbieren. Hier kommt - wegen des Flächenmaßes - die Quadratwurzel ins Spiel. Die bei Blendenwerte unterscheiden sich von einer Stufe zur nächsten um den Faktor Wurzel 2 (=1,4142...). Die Blendenreihe sieht deshalb folgendermaßen aus:

1,0   1,4   2,0   2,8   4,0   5,6   8,0   11   16   22   32   45 usw.

Von einem Wert zum nächsten wird immer gerade halb soviel Licht durchgelassen. Das bedeutet, wenn unser Objektiv maximal 2,8 erreichen kann und geschlossen Blende 22 (also 6 Schritte auf unserer Skala) und wir bei Blende 2,8 für korrekte Belichtung 1/1000 Sekunde messen, dann ist bei Blende 22 der Wert 1/15 Sekunde richtig (aus praktischen Gründen sind die Werte von Blende und Zeit gerundet).

Wer es genau wissen will:

Die Formel zur Blende ist nicht ganz richtig. In der korrekten Formel steht statt der Brennweite die Bildweite. Die ist außer von der Brennweite auch von der Gegenstandsweite abhängig. Für die Entfernungen der "normalen" Fotografie kann man aber diesen Unterschied vernachlässigen. Erst bei extremen Nahaufnahmen weicht die Bildweite stärker von der Brennweite ab; der daraus errechnete korrekte Blendenwert ist höher, ein Korrekturfaktor für die Belichtung muß berücksichtigt werden.

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Aktualisiert am 8.9.2013