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Sensorgröße und Schärfentiefe

Mit der digitalen Photographie wurde die Anzahl der Aufnahmeformate um einiges größer. Kannte man früher Pocket-, APS-, Kleinbild-, die diversen Roll- und Planfilmformate, so gibt es nun noch eine ganze Reihe weiterer Formate, die meist mehr oder weniger deutlich kleiner als das Kleinbildformat sind. Um die Vergleichbarkeit zu erleichtern, geben viele Hersteller bei Objektiven, vor allem der Kompaktkameras, nicht mehr die tatsächliche, sondern eine Kleinbild-äquivalente Brennweite an. Für einen umfassenden Vergleich von Brennweiten und ihrer Wirkung an unterschiedlichen Aufnahmeformaten sind allerdings einige ergänzende Informationen hilfreich.

Kleinbildobjektive an digitalen Spiegelreflexkameras
Der Umstieg vom analogen auf ein Digitalkamerasystem ist für so manchen Photographen mit dem Verzicht auf lieb gewonnene Objektive verbunden - insbesondere, wenn man radikal von einem analogen Nicht-Autofokus-System zur Digitalphotographie wechselt. Verkaufen lohnt sich angesichts des oft erschreckend niedrigen Preisniveaus kaum. Besser ist es da, über Wege nachzudenken, sein „altes Eisen“ an der neuen Digitalkamera weiter zu nutzen. Auch die Verwendung spezieller Objektive - extrem langer und besonders lichtstarker Brennweiten etwa oder sehr hochwertiger Weitwinkelobjektive -, für die es im eigenen System keine adäquate oder erschwingliche Alternative gibt, wird mit Adaptern oft möglich. Solche Adapter sind mittlerweile in einer großen Vielfalt erhältlich. Für die Verwendung an Digitalkameras kommen in erster Linie hochwertige, lichtstarke Festbrennweiten in Frage. Besonders, wenn die Objektive an den FourThirds- oder APS-C-Kameras verwendet werden, erleichtert eine hohe Lichtstärke angesichts der meist vergleichsweise kleinen Sucher das Scharfstellen ungemein. Auch bei den größeren Suchern der Vollformat-Digitalen freut man sich über das zumindest bei offener Blende helle Sucherbild. So weit, so gut. Verwendet man Digitalkameras mit Sensoren, die kleiner als das Kleinbildformat sind - verbreitet sind das so genannte APS-C-Format (Sensorgröße rund 23,6 x 15,8 mm) und das FourThirds-Format (Sensorgröße 17,3 x 13 mm) - verändern sich die Eigenschaften der Objektive durchaus beträchtlich. Sowohl hinsichtlich des Bildwinkels als auch hinsichtlich der Schärfentiefe ergeben sich Unterschiede im Vergleich zum gewohnten Kleinbildformat.

Der Beschnittfaktor
Häufig spricht man bei Kameras mit APS-C- oder FourThirds-Sensoren von Brennweitenverlängerung gegenüber dem Kleinbildformat. Dies ist zwar verständlich, aber auch nicht ganz korrekt. Besser beschreibt der Begriff „Beschnittfaktor“ den Sachverhalt. Dieser ergibt sich aus dem Verhältnis der Diagonalen der jeweiligen Aufnahmeformate und erlaubt es, praktisch alle Brennweiten auf das gängige Kleinbildäquivalent zu beziehen. So beträgt die Bilddiagonale des Kleinbildformates rund 43 mm, die des verbreiteten APS-C-Formats etwa 28,4 mm. 43 geteilt durch 28,4 ergibt 1,51. Um Objektive bezüglich des Bildwinkels und damit des aufgezeichneten Bildausschnitts zu vergleichen, muss man daher die an einer Kamera mit APS-C-Sensor verwendeten Brennweiten mit dem Faktor von (gerundet) 1,5 multiplizieren. Aufgrund dieses Beschnittfaktors ergeben sich so auf den ersten Blick atemberaubende technische Daten. So wird aus dem 2,8/300mm-Teleobjektiv hinsichtlich des Bildwinkels ein 2,8/600mm an einer FourThirds-Kamera (Beschnittfaktor 2) oder ein immer noch imposantes 2,8/450mm-Tele an einer APS-C-SLR (Beschnittfaktor 1,5). Das mag Freunde selektiver Schärfe - der geringen Schärfentiefe bei offener Blende - zunächst ungemein freuen, diese währt aber nur kurz. Tatsächlich verhält sich die effektive Schärfentiefe wie die scheinbar verlängerte Brennweite: Sie entspricht einer Blende von 5,6 beim FourThirds (Faktor 2) und einer Blende 4 beim APS-C-Sensor (Faktor 1,5). Das ist immer noch ordentlich, aber eben deutlich weniger spektakulär. Hinsichtlich des einfallenden Lichts aber - das ist die gute Nachricht - verhalten sich die Objektive entsprechend den physikalischen Werten: 2,8 bleibt 2,8, mit entsprechenden Konsequenzen für Belichtungszeit und Sucherhelligkeit.

Kleiner Exkurs Schärfentiefe
Für das Verständnis dieses auf den ersten Blick merkwürdigen Sachverhaltes sind der Zerstreuungskreis sowie der sich aus den unterschiedlichen Formaten ergebende Faktor für die letztendlich erforderliche Vergrößerung von Bedeutung. Fokussiert man ein Objektiv, so wird streng genommen nur die Ebene, auf die fokussiert wurde, scharf abgebildet. Punkte die davor oder dahinter liegen, erscheinen als unscharfe Scheibchen, die mit zunehmendem Abstand zur Schärfeebene größer werden. Bis zu einer bestimmten Größe nehmen wir diese Zerstreuungskreise dennoch als scharfe Punkte war. Zwar ist der Zerstreuungskreis eine etwas schwammige Größe, da sie effektiv stark vom individuellen Sehempfinden abhängt, gleichwohl machen unterschiedliche Formate unterschiedliche Zerstreuungskreis-Annahmen erforderlich.

Die Größe des Zerstreuungskreises, die festlegt, wann etwas im Bild als scharf angesehen wird, muss proportional zur geringeren Sensorgröße der APS-C- und FourThirds-Kameras kleiner sein. Das wiederum würde eigentlich bedeuten, da die Aufnahmen ja, um das gleiche Ausgabeformat zu erzielen, stärker vergrößert werden müssen, damit die Schärfentiefe mit schrumpfendem Sensorformat geringer wird. Ein anderer Faktor kehrt dies aber um. Um den gleichen Bildwinkel zu erreichen, benötigen beispielsweise Kameras mit APS-C-Sensor die durch den Beschnittfaktor 1,5 geteilte, FourThirds-Kameras nur die halbe Brennweite. Anders formuliert: Um ein Motiv im gleichen Größenverhältnis abzubilden, ist bei den kleineren Digitalsensoren ein geringerer Abbildungsmaßstab erforderlich als etwa beim größeren Kleinbildformat. Der Abbildungsmaßstab wiederum ist - neben der Blende - eine der maßgeblichen Größen im Zusammenhang mit der Schärfentiefe: wird er kleiner, wird - bei gleicher Blendeneinstellung - die Schärfentiefe größer. Eine einfache Regel beschreibt den in Vergleichsaufnahmen ohne Weiteres sichtbaren Sachverhalt. Die Schärfentiefe einer Kamera mit einem Beschnittfaktor A ist bei einer gegebenen Blendenzahl B identisch mit der Schärfentiefe einer Kleinbildkamera mit einem Objektiv gleichen Bildwinkels, dessen Blende um den Wert A x B geschlossen wurde. Am Beispiel eines 2,8/200mm-Kleinbildobjektivs an einer FourThirds-Kamera (Beschnittfaktor A = 2) kommt so bei einem Bildwinkel, der einem 400mm-Kleinbildobjektiv entspricht 2 x 2,8 = 5,6 als effektive Blende heraus. Verwendet man, um beim oben genannten Beispiel zu bleiben, ein 2,8/200mm-Tele, ergibt sich bei offener Blende und Einstellung auf 10 Meter im Kleinbildformat eine Schärfentiefe von etwa 42 cm (9,8-10,2 m/Zerstreuungskreis 0,03 mm). An der APS-C-Kamera (angenommener Zerstreuungskreis 0,02 mm) beträgt die Schärfentiefe lediglich 28 cm (9,86-10,1 m). Um im Kleinbildformat den gleichen Bildwinkel wie mit dem 200er an der digitalen Spiegelreflexkamera mit APS-C-Sensor zu erzielen, würde man allerdings ein 2,8/300 mm-Objektiv einsetzen müssen und dabei beträgt die Schärfentiefe bei Blende 2,8 und Einstellung auf 10 Meter dann nur noch 18 cm (9,91-10,1 m). Aufgrund des oben erwähnten, individuell verschiedenen Sehempfindens sollte man diese Werte zwar nicht als absolute Größen betrachten, dennoch sind sie eine brauchbare Grundlage für die Praxis.

Extremfall Kompaktkameras
Digitale Kompaktkameras verfügen über Sensoren, die noch deutlich kleiner sind, als die der APS-C- oder FourThirds-Spiegelreflexkameras. Die verbreiteten 1/2,5- beziehungsweise 1/1,8-Zoll-Sensoren sind winzig. Ihre Formatdiagonale beträgt 7,2 beziehungsweise 8,9 mm. So ergeben sich bezogen auf das Kleinbildformat Beschnittfaktoren von 6 (1/2,5 Zoll-Sensor) und 4,8 (1/1,8 Zoll-Sensor). Die an diesen Kameras eingesetzten Zoomobjektive haben Anfangsbrennweiten von 5 bis 6 mm. Legt man einen Beschnittfaktor von 6 zugrunde, entsprechen 6 mm Brennweite bezüglich des Bildwinkels einem 36mm-Kleinbildobjektiv. Allerdings muss man ja auch, wie oben beschrieben, den Blendenwert mit dem Faktor 6 multiplizieren. Ein typisches Dreifach-Zoom an einer digitalen Kompaktkamera wäre beispielsweise ein 2,8-5/5,8-17,4 mm. Der Brennweitenbereich, bezogen auf das Kleinbildformat entspricht dabei 35 - 105 mm. Die Anfangsblende beträgt aber - wiederum bezogen auf das Kleinbildformat - 16,8 (Weitwinkel) sowie 30 (Tele). Bezüglich Brennweite und Schärfentiefe verfügt diese Kamera also bezogen auf das Kleinbildformat über ein 16,8-30/35-105 mm-Zoom. Die Lichtstärke allerdings entspricht dem tatsächlichen Wert 2,8-5. Das heißt, selbst bei offener Blende ist die Schärfentiefe bei diesen Aufnahmesystemen enorm groß und Abblenden, um die Schärfentiefe zu steigern, damit weitgehend überflüssig. Tatsächlich erlauben auch die meisten digitalen Kompaktkameras lediglich ein Abblenden um zwei bis drei Stufen - zum Beispiel auf Werte von 5,6 bis 8. Stärkeres Abblenden würde dazu führen, dass die Blendenöffnung extrem klein wird, und das wiederum hätte zur Folge, dass Beugungseffekte des Lichts zu einer sehr deutlichen Verschlechterung der Bildqualität führen.

Ein Vorteil der großen Schärfentiefe bei vergleichsweise hoher Lichtstärke ist natürlich, dass man, wenn viel Schärfentiefe gewünscht ist, weniger stark abblenden muss, und so oft mit Verschlusszeiten zurechtkommt, die ohne Stativ zu bewältigen sind. Ein Nachteil der mit abnehmender Sensorgröße zunehmenden Schärfentiefe bei gleicher Blende und gleichem Bildausschnitt ist, dass die Gestaltungsmöglichkeiten mit selektiver Schärfe, also das deutliche Trennen von scharfen und unscharfen Bildbereichen - beispielsweise in der Porträt- oder Makrophotographie -, stark eingeschränkt sind.
 

Digitalfotografie 04 / 2008

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8 Kommentare

Andreas Benz
04. Oktober 2013, 09:44:40 Uhr

Ein Objektiv (in Gedanken der Einfachheit halber mal eine Festbrennweite) produziert immer die gleiche Schärfentiefe, natürlich unterschiedlich für verschiedene Entfernungen aber vollkommen unabhängig vom Sensor der dahinter hängt oder ob überhaupt was dahinter hängt. Es ist der Optik auch wurscht, ob es überhaupt ein Sensor ist oder ein großer Film oder ob ich einfach auf eine Wand projiziere.

Die Sensorgröße bestimmt NUR(!), wieviel ich vom projizierten Bild sehen kann. Sie bestimmt also den Bildwinkel (beim Vergleich unterschiedlicher Sensorgrößen mit ein und derselben Optik vorne dran).

Und da geht's dann los: um bei unterschiedlichen Sensorgrößen gleichartige Bildwinkel zu bekommen muss ich jetzt natürlich verschiedene Brennweiten einsetzen, womit ich mir unterschiedliche Schärfentiefe einhandle, weil sich automatisch der Aufnahmeabstand verändert. Frau Glöckner hat das schon beschrieben. Die Schärfentiefe hängt (grob) vom Aufnahmeabstand und der Blende ab. Natürlich auch von der Brennweite. Die ist allerdings eine Folge des geforderten Bildwinkels in Verbindung mit dem gewählten Sensorformat und hat damit erst durch den Zusammenhang mit dem Aufnahmeabstand Einfluss auf die Schärfentiefe (Ich gehe immer noch davon aus, zwei Aufnahmen mit gleichem Bildwinkel bei unterschiedlichen Sensorformaten zu vergleichen).

Die Zusammenhänge von Zerstreuungskreis in Verbindung mit Vergrößerungsfaktor, Objektiv- und Aufnahmequalität und individuellen Sehgewohnheiten und -fähigkeiten sind dann noch mal eine ganz andere Baustelle.

Nick
14. September 2013, 15:08:57 Uhr

Einen gleichen Bildauschnitt bekommt man bei solch einem Vergleich nicht,da die Brennweite und damit die Hintergrundschärfe unterschiedlich ist.Außerdem muß man im Zusammenhang mit äquivalenter Brennweite immer auch die äquivalenter Blende beachten,sonst kann man eben überhaupt nicht vergleichen.Was den (extremen) Makrobereich betrifft,gibt es überhaupt keinen Cropfaktor bezüglich der Brennweite mehr.Der Cropfakor spielt im Prinzip überhaupt nur bei der Ausgabe über die Zerstreuungskreise eine Rolle,die Schärfentiefe im Allgemeinen ist im Prinzip nur vom Durchmesser der Austrittspupille abhängig,wohingegen die Blende von der Eintrittspupille bestimmt wird.

Nicolai
25. August 2013, 14:54:49 Uhr

Nach einigen Recherchen zu dem Thema bin ich auf einen einfachen und wie ich finde interessanten Zusammenhang gestoßen: Demnach hängt die Schärfentiefe allein von der Eintrittspupille des Objektivs ab (bei gleichem Bildwinkel der Objektive). Also eigentlich nicht von der Sensorgröße.
Mit der Sensorgröße ändert sich nicht die Schärfentiefe, sondern die Blendenzahl, da sie von der Brennweite abhängt. (Blendenzahl = Brennweite / Eintrittspupille) Und die Brennweite muss man ja ändern, wenn man den Bildwinkel beibehalten will.
Es ist für die Schärfentiefe somit nicht wichtig, wie groß der Sensor ist, sondern wie groß das Lichtbündel ist, das die Kamera einfangen kann.
Das steht übrigens nicht im Widerspruch zu den Zusammenhängen in dem Artikel (der mir gut gefallen hat).

Karlheinz Luck
19. April 2013, 16:33:20 Uhr

Hallo Leute, ich habe eben mit Freude u. Interesse den Artikel gelesen. Da ich bei der Anschaffung einer Lumix G3 bin an welcher ich meine Minoltaobjektive (Festbrennw.) benutzen will habe ich doch noch einige Unklarheiten. Wenn ich das richtig verstanden habe, muß ich das Objektiv um den Faktor z.B. 1,5 nach vorne setzen (mit Zwischenring). Natürlich geht Blende u. Schärfe wieder von Hand, aber das können wir ja. Theoretisch müsste dann alles andere, wie unendlich scharfst. bzw. nah den alten Gegebenheiten des Objektives bzw. der Minolta entsprechen. Verschlusszeit kommt wie sonst auch von der Kammera. Oder habe ich einen Denkfehler.
Gruß
Karlheinz Luck

Nick
16. Februar 2013, 14:08:41 Uhr

Bekanntermaßen hängt die Schärfentiefe nur vom Abbildungsmaßstab und der förderl. Blende ab,wieso der Autor dem Cropfaktor bei der Makrofotografie (unter genannter Pämisse)überhaupt eine Rolle bei der Schärfentiefe zubilligt bleibt sein Geheimnis.

Astrid Glöckner
01. Februar 2013, 15:33:29 Uhr

Hallo Herr Assmann, Hallo ProPhoto Team,
Die Schärfentiefe hängt nicht nur von der Blende ab, sondern auch von der verwendeten Brennweite und dem Aufnahmeabstand zum Motiv. Deshalb ergeben sich ja gerade bei unterschiedlichen Sensorgrößen unterschiedliche Schärfentiefen, da man ja um den gleichen Abbildungsmaßstab zu erreichen mit ganz anderen Brennweiten arbeiten muß. Vom Abbildungsmaßstab hängt die Schärfentiefe aber nicht ab. Allerdings spielt der Zerstreuungskreis eine Rolle bei der Frage bis zu welcher Vergrößerung unser Auge eine Abbildung als scharf akzeptiert. Vielleicht hilft bei der Berechnung der notwendigen Blende folgender Link:
http://de.wikipedia.org/wiki/Sch%C3%A4rfentiefe
Hier gibt es eine Formel zur Errechnung der Schärfentiefe.

Prophoto
28. September 2012, 09:00:14 Uhr

Hallo Herr Assmann,

eine sehr gute Frage, die wir leider nicht auf die Schnelle beantworten können. Wir werden uns mit Fotoingenieuren in Verbindung setzen.

Nach unseren Kenntnissen hängt die Schärfentiefe von der Blende und dem Vergrößerungs- bzw. Abbildungsmaßstab ab. Vom gleichen Standpunkt aus mit unterschiedlichen Formaten eine Aufnahme im gleichen Abbildungsmaßstab erstellt müsste die gleiche Schärfentiefe unabhängig von verwendeten Format, ergeben.

Wir gehen der Sache nach, bitte haben Sie etwas Geduld.

Ihr Prophoto-Team

jürgen assmann
27. September 2012, 20:37:00 Uhr

auf der suche nach einem umrechnugsfaktor für die blende,um mit einem APSC-sensor die gleich tiefenschärfe zu erziehlen, wie mit einem 2/3-sensor, fand ich dieser artikel. nun kenne ich die zusammenhänge, weis aber immer noch nicht, welchen faktor ich für die blende verwenden kann - zum kleinbild scheint es ja der faktor "6" zu sein, aber von 2/3 zu APSC?

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