Kleine Blende, unscharfe Bilder? – Beugungsunschärfe

Fast jeder kennt den Trick, die Blende zu verkleinern um die Tiefenschärfe zu erhöhen. Viele von euch haben aber bestimmt schon festgestellt, dass die Bilder bei Verkleinern der Blende bzw. größerer Blendenzahl irgendwann immer unschärfer werden. Woran das liegt, erkläre ich euch in diesem Beitrag zur Beugungsunschärfe.

Warum Abblenden?

Bei Portraits fotografieren wir mit offener also großer Blende (kleine Blendenzahl, z.B. f/2,8), um die Tiefenschärfe zu verringern und die portraitierte Person vor dem Hintergrund freizustellen. Der Hintergrund wird also schön verschwommen. Hierbei wird die Belichtungszeit kleiner und die Gefahr, das Bild zu verwackeln, sinkt. Um die Tiefenschärfe zu erhöhen verkleinert man die Blende. Das ist jedem bekannt und gerade bei Landschafts- oder Makroaufnahmen von immenser Bedeutung. Natürlich gibt es dazu auch noch andere Einflussfaktoren, wie Brennweite, Sensorgröße etc, auf die ich in diesem Beitrag jedoch nicht eingehen möchte.

Bei Sonnenschein können wir die Blende für eine hohe Tiefenschärfe also auf das absolute Minimum stellen, das unser Objektiv hergibt? Das hilft dann ja bekanntlich sogar die chromatischen Aberration und die Vignettierung unseres Objektivs zu verringern… Super!

Das Bild wird unscharf – die Beugungsunschärfe

Naja, so super ist das leider meistens nicht. Bei kleinen Blendenöffnungen tritt die sogenannte Beugungsunschärfe auf. Das heißt, dass unser gesamtes Bild mit kleiner werdender Blendenöffnung immer unschärfer wird. Und das, obwohl wir durch Abblenden gerade das Gegenteil erreichen wollten, nämlich eine hohe Tiefenschärfe und damit ein möglichst einheitlich scharfes Bild.

Woher kommt diese Unschärfe?

Wie schon beschrieben, nennt sich dieses physikalische Phänomen Beugungsunschärfe. Das Licht beugt sich an den scharfen Kanten der Blendenlamellen. Wer sich erinnern kann: In der Schule gab es den Beugungsversuch am Einzel- oder Doppelspalt. Licht wird auf einen schmalen Spalt gelenkt und wird an diesem so „gebrochen“, dass es in die Bereiche abgelenkt wird, in denen es nach klassischer Strahlentheorie eigentlich gar nichts zu suchen hat. Hierbei treten Interferenzmuster auf. Tiefer möchte ich dazu gar nicht in die Physik einsteigen. Fakt ist, dass das Licht immer an den scharfen Kanten der Blendenlamellen gebeugt wird und Interferenzmuster auf den Sensor wirft.

Ist die Blende offen, gelangt deutlich mehr unbeeinflusstes Licht durch die Mitte des Objektivs auf den Sensor. Dieses Licht überwiegt im Vergleich zu dem Licht, welches sehr weit außen im Objektiv entlangwandert und an den Blendenlamellen gebeugt wird. Das unbeeinflusste Licht überstrahlt einfach die Interferenzmuster. Daher hat die Beugungsunschärfe bei großer Blende (kleine Blendenzahl) keinen sichtbaren Einfluss auf das aufgenommene Bild.

Verkleinern wir die Blende (große Blendenzahl), sinkt der Anteil des Lichts, welches ungehindert durch die Mitte des Objektivs kommt, gegenüber dem Licht, das an den Blenden entlang „schrammt“ rapide ab. Das heißt, das gebeugte Licht kann nicht mehr von unbeeinflusstem Licht überstrahlt werden. Daher verschwimmt das Bild und wird mit kleiner werdender Blende immer unschärfer.

Wie macht sich die Beugungsunschärfe bemerkbar?

Bei kreisförmigen Öffnungen würden das gebeugte Licht Ringe bilden, die sogenannten Beugungsscheibchen. Sie treten z.B. bei Lochkameras auf. Bei den Irisblenden der üblichen Kameraobjektive bilden sich strahlenförmige Muster, deren Strahlenanzahl bei gerader Lamellenanzahl der Anzahl der Blendenlamellen und bei ungerader Anzahl der doppelten Lamellenanzahl des Objektivs entspricht. Das kann man bei fast punktförmigen Lichtquellen vor dunklem Hintergrund sehr schön beobachten. Das Beugungsmuster wird dann als Lichtstern sichtbar. Das nachfolgende Bild wurde mit einer Blende von f/32 aufgenommen. Da das Objektiv 9 Blendenlamellen besitzt haben die Sterne 18 Strahlen.

Bei Abblenden entstehen durch Lichtbeugung an den Blendenlamellen Sterne um Lichtpunkte.

Im Normalfall haben wir aber keine punktförmigen Lichtquellen vor einem dunklen Hintergrund, sondern ein relativ gleichmäßig ausgeleuchtetes Bild. Jeder Bildpunkt verursacht bei kleiner Blende aber dennoch ein solch strahlenförmiges Muster auf unserem Kamerasensor. Da sich aber alle Punkte nun mehr oder weniger überlagern, erkennen wir keine Sterne mehr, sondern unser ganzes Bild wird zunehmend unscharf. Hier mal ein kleiner Überblick bei verschiedenen Blenden:

Vergleich unterschiedlicher Blendenstufen bei der Makroaufnahme von einer Venusfliegenfalle.

Bei einer Blende von f/4 ist durch die geringe Tiefenschärfe nur ein ganz kleiner Bereich des Bildes scharf. Man erkennt, dass zunächst die Tiefenschärfe, wie erwartet, ansteigt. Ab einer Blende von f/22 wird das gesamte Bild jedoch zunehmend unscharf. Leider ist das bei der geringen Auflösung hier nicht so gut zu erkennen. Aufgenommen wurden die Bilder mit einem AF-S Micro-NIKKOR 60 mm 1:2,8G ED auf einer Nikon D5100 und sind nicht nachbearbeitet.

Hier zwei weitere Aufnahmen mit dem gleichen Objektiv. Es handelt sich jeweils nur um einen Bildausschnitt, um die Beugungsunschärfe zu verdeutlichen. Zu sehen ist der brennende Docht eines Teelichts. Das erste Bild wurde mit einer Blende von f/3,8 aufgenommen. Der Bereich der Tiefenschärfe ist nun sehr gering, sogar kleiner als die Dochtdicke, sodass man den hinteren Rand des Teelichts fast nicht erkennen kann. Der Bereich der Tiefenschärfe ist jedoch sehr scharf. Man kann sogar die einzelnen Fasern des Dochts erkennen. Das zweite Bild wurde mit einer Blende von f/45 aufgenommen. Die Tiefenschärfe ist deutlich größer, sodass der hintere Rand des Teelichts recht scharf abgebildet wird. Die Grundschärfe ist jedoch deutlich schlechter als bei offener Blende. Man erkennt keine einzelnen Fasern des Dochts mehr. Er sieht eher wie eine strukturierte schwarze Plastikmasse aus. Hier wird die Beugungsunschärfe besonders deutlich.

Ausschnitt einer Makro-Aufnahme eines Teelichts mit Blende f/3,8

Ausschnitt einer Makro-Aufnahme eines Teelichts mit Blende f/45

 

Ein weiteres Beispiel anhand eines Vorhangs:

Beugungsunschärfe mit Blende f5,6 Nahansicht

Beugungsunschärfe mit Blende f/11 Nahansicht

Beugungsunschärfe mit Blende f/36 Nahansicht

Die Schärfe bei offener Blende ist hier am höchsten, obwohl die Tiefenschärfe nur sehr gering ist. Bei f/32 ist das Bild fast gleichmäßig unscharf. Es ist kein tiefenabhängiger Schärfeverlauf mehr erkennbar aber die Beugungsunschärfe verwischt das komplette Bild. Die Bilder vom Vorhang wurden mit einem AF-S DX NIKKOR 18–105 mm 1:3,5–5,6G ED VR aufgenommen. Ich habe hier immer nur einen kleinen Bildausschnitt dargestellt. Die Ansicht ist also stark vergrößert. Hier zum Vergleich die kompletten Bilder:

Beugungsunschärfe mit Blende f5,6

Beugungsunschärfe mit Blende f/11

Beugungsunschärfe mit Blende f/36

Auch bei der geringen Auflösung ist bereits zu erkennen, dass das Gesamtbild bei kleiner Blende deutlich verwaschener aussieht. Bei f/5,6 ist eine leichte Vignettierung zu sehen, diese ist bei f/11 nicht mehr sichtbar.

Verhindern von Beugungsunschärfe

Was kann ich nun gegen die Beugungsunschärfe unternehmen? Leider gibt es keine Möglichkeit die Beugungsunschärfe zu verhindern oder zu minimieren, außer nicht zu stark abzublenden. Jedes Objektiv hat eine Blendenstufe, bei der die Bilder noch ausreichend scharf sind. Die Beugungsunschärfe hängt von der tatsächlichen Größe der Blendenöffnung ab und nicht von der Blendenzahl. Die Blendenzahl ist eine berechnete Größe, die zusätzlich von der Brennweite abhängt. Daher können Zoom-Objektive, je nach Brennweite, unterschiedliche Blendenzahlen haben, bei denen die Bilder noch scharf genug sind. Wichtig ist, dass ihr eure Objektive ausprobiert. Merkt euch, ab wann die Beugungseffekte einen sichtbaren Einfluss auf eure Bilder bekommen. Oft tritt das Problem ab einer Blende f/11 bis f/22 auf. Ab dann hilft nur noch Blendenzahlen darüber zu meiden.

Warum wird die Blende vom Hersteller dann nicht auf diese minimale Öffnung limitiert? Selbstverständlich kommt es immer darauf an, was man mit den Bildern machen möchte. So gibt es genügend Situationen, in denen eine hohe Tiefenschärfe wichtiger ist als eine astreine Bildschärfe bis ins letzte Pixel. Letzten Endes muss immer der Fotograf wissen was ihm wichtig ist, und die Einstellungen der Kamera entsprechend wählen.

Ich freue mich auf eure Kommentare und Anregungen.

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