Beugung – Absolute Schärfegrenze oder relativ zur Abbildungsleistung des Objektivs?

[NDakota79]

Hallo Leute,

Ich habe eine Verständnisfrage zur Beugung.

Folgendes Szenario: Ein 40 MP APSC-Sensor und zwei 18mm Objektive mit unterschiedlicher Abbildungsleistung. Alle weiteren Faktoren sind gleich, wie Form der Blendenlamellen oder Abstand zum Sensor. Bei der förderlichen Blende 4 im Szenario bildet Objektiv 1 klar schärfer ab als Objektiv 2 und die Beugung ist nicht wahrnehmbar. Bei Blende 8 wird die Beugung bei beiden Objektiven deutlich erkennbar. Ist die Beugung nun effektiv eine Schärfegrenze, so dass beide Objektive bei Blende 8 gleich scharf abbilden? Oder verhält sie sich relativ zur Abbildungsleistung der Objektive, so dass beide Objektive beispielsweise 25% Schärfeleistung verlieren und daher Objektiv 1 immer noch schärfer abbildet als Objektiv 2?

LG

 

[01af]

Bei der förderlichen Blende 4 im Szenario ...

Wieso hältst du Blende 4 für "förderlich" in diesem Szenario?

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... bildet Objektiv 1 klar schärfer ab als Objektiv 2 ...

Na schön. Sei also Objektiv 1 das bessere der beiden.

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... und die Beugung ist nicht wahrnehmbar.

Wieso soll die "wahrnehmbar" oder "nicht wahrnehmbar" sein? Beugung bzw. der durch Beugung verursachte Unschärfeverlust ist als feiner (oder auch mal nicht so feiner) Schleier immer vorhanden. In der Regel ist er so schwach ausgeprägt, daß er nicht stört und somit nicht wahrgenommen wird ... aber ob er gar nicht wahrnehmbar ist, hängt stets davon ab, wie genau man hinsieht bzw. mißt.

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Bei Blende 8 wird die Beugung bei beiden Objektiven deutlich erkennbar.

Wenn die Beugungsunschärfe bei beiden Objektiven erst bei Blende 8 gleichermaßen deutlich erkennbar wird und bei Blende 4 ebenfalls gleichermaßen deutlich nicht, dann sind die Objektive gleich gut. Dein Szenario ist also widersprüchlich.

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Ist die Beugung nun effektiv eine Schärfegrenze ...?

Ja.

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... so daß beide Objektive bei Blende 8 gleich scharf abbilden?

Der Unterschied in den Abbildungsleistungen zweier verschieden guter Objektive ist bei der optimalen Blende des besseren (und in der Regel auch größeren Blenden) am deutlichsten ausgprägt und wird dann beim Abblenden immer kleiner. Ihre Leistungen nähern sich also beim Abblenden über die optimale Blende des besseren hinaus immer weiter einander an. Theoretisch werden die Leistungen nie gleich, sondern nur die Differenz immer kleiner – doch in der Praxis wird die Differenz irgendwann nicht mehr erkennbar sein, so daß sie dann als "gleich gut" gelten können. Bei welcher Blende das passiert, hängt wieder davon ab, wie genau man hinsieht.

 

[dobs]

Die Beugungsgrenze ist dann wichtig wenn die zu vergleichenden Optiken so gut sind dass nur die Lichtbeugung das Ergebnis beeinflusst. Die Airyscheibchen müssen gleich sein, die Optik besser als beugungsbegrenzt.

 

[01af]

Die Beugungsgrenze ist dann wichtig ...

Die Beugungsgrenze ist immer vorhanden und niemals "wichtig".

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... wenn die zu vergleichenden Optiken so gut sind, daß nur die Lichtbeugung das Ergebnis beeinflußt.

Zwei Objektive im Vergleich sind entweder mehr oder weniger gleich gut – dann sind sie das bei jeder Blende. Oder eines von beiden ist das bessere – dann ist es vor allem bei großen Blenden besser, vielleicht auch noch bei mittleren (wenn's wesentlich besser ist). Beugung spielt dabei keine Rolle.

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Die Airy-Scheibchen müssen gleich sein ...

Wieso "müssen"? Der Durchmesser der Beugungs-Streuscheibchen, oder Airy-Scheibchen, wächst proportional zur Blendenzahl, und bei gleicher Blende sind sie für alle Objektive gleich.

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... die Optik besser als beugungsbegrenzt.

Deine Aussagen werden zunehmend quatschiger! Erstens kann eine Optik gar nicht "besser als beugungsbegrenzt" sein, denn die Beugung setzt die äußerste Grenze des physikalisch Möglichen. Zweitens ist jede Optik beugungsbegrenzt – wenn man sie nur weit genug abblendet. Interessant ist die Frage, bei welcher Blende die Beugungsbegrenzung einsetzt – das ist die sog. optimale Blende des jeweiligen Objektives, und sie hängt von der Objektivqualität ab. Je größer diese Blende, desto besser das Objektiv.

Bei Kleinbild-Fotoobjektiven wirkt die Beugung als schärfebegrenzender Faktor:

• für exzellente Objektive etwa ab f/2,8 (kommt selten vor)
• für sehr gute Objektive etwa ab f/4-5,6 (üblich bei teuren Objektiven)
• für typische Objektive etwa ab f/5,6-8 (üblich bei Mittelklasse-Objektiven und Kit-Objektiven)
• für schwächere Objektive etwa ab f/8-11 (heutzutage eher selten, bei miesen Billig-Scherben)
• für miese Objektive etwa ab f/11-16 (z. B. Plastiklinsen in Spielzeugkameras, einfache Menisken in uralten Box-Kameras)

Das größte Problem mit der Beugung besteht in der Praxis darin, daß Hobbyfotografen, die erstmals von ihr hören, sich plötzlich vor ihr fürchten und Angst bekommen, sie könnten ihre Objektive zu weit abblenden. Die Grundregel lautet: Blende so weit ab wie für die gewünschte Schärfentiefe nötig, aber nicht weiter. Und wenn man für sein Bild sehr viel Schärfentiefe braucht, dann wird eben bis zum Anschlag abgeblendet, ganz einfach, Beugung hin oder her.

 

[NDakota79]

Ja.

Das reicht mir eigentlich schon
Mein fiktives Szenario war vielleicht an der einen oder anderen Stelle nicht ganz glaubwürdig. Aber darum ging es mir. Die Beugung ist also eine Schärfegrenze, an die alle Objektive, egal wie scharf, anstoßen. Es geht nicht schärfer als die Beugung es zulässt.

 

[01af]

Die Beugung ist also eine Schärfegrenze, an die alle Objektive, egal wie scharf, anstoßen. Es geht nicht schärfer als die Beugung es zuläßt.

Richtig ist, daß niemals schärfer geht, als es die Beugung zuläßt. Doch weniger scharf geht immer. Zum großen "Gleichmacher" hinsichtlich der möglichen Schärfeleistung wird die Beugung erst bei recht kleinen Blenden. Bei großen und mittleren Blenden ist es die Objektivqualität, die die Schärfeleistung begrenzt, nicht die Beugung.

Im übrigen ist es nicht die (durch Beugung beschränkte) Schärfeleistung allein, die die Bildqualität ausmacht. Auch in Gegenwart von Beugung kann es immer noch große Unterschiede zwischen zwei Objektiven geben hinsichtlich Verzeichnung, Bildfeldwölbung, Vignettierung, Gleichmäßigkeit der Bildschärfe über das Bildfeld, chromatische Aberrationen, Kontrast und Reflexneigung im Gegenlicht etc. Also auch abgeblendet sind nicht alle Objektive gleich.

 

[dobs]

Die Beugungsgrenze ist immer vorhanden und niemals "wichtig".

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Zwei Objektive im Vergleich sind entweder mehr oder weniger gleich gut – dann sind sie das bei jeder Blende. Oder eines von beiden ist das bessere – dann ist es vor allem bei großen Blenden besser, vielleicht auch noch bei mittleren (wenn's wesentlich besser ist). Beugung spielt dabei keine Rolle.

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Wieso "müssen"? Der Durchmesser der Beugungs-Streuscheibchen, oder Airy-Scheibchen, wächst proportional zur Blendenzahl, und bei gleicher Blende sind sie für alle Objektive gleich.

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Deine Aussagen werden zunehmend quatschiger! Erstens kann eine Optik gar nicht "besser als beugungsbegrenzt" sein, denn die Beugung setzt die äußerste Grenze des physikalisch Möglichen. Zweitens ist jede Optik beugungsbegrenzt – wenn man sie nur weit genug abblendet. Interessant ist die Frage, bei welcher Blende die Beugungsbegrenzung einsetzt – das ist die sog. optimale Blende des jeweiligen Objektives, und sie hängt von der Objektivqualität ab. Je größer diese Blende, desto besser das Objektiv.

Bei Kleinbild-Fotoobjektiven wirkt die Beugung als schärfebegrenzender Faktor:

• für exzellente Objektive etwa ab f/2,8 (kommt selten vor)
• für sehr gute Objektive etwa ab f/4-5,6 (üblich bei teuren Objektiven)
• für typische Objektive etwa ab f/5,6-8 (üblich bei Mittelklasse-Objektiven und Kit-Objektiven)
• für schwächere Objektive etwa ab f/8-11 (heutzutage eher selten, bei miesen Billig-Scherben)
• für miese Objektive etwa ab f/11-16 (z. B. Plastiklinsen in Spielzeugkameras, einfache Menisken in uralten Box-Kameras)

Das größte Problem mit der Beugung besteht in der Praxis darin, daß Hobbyfotografen, die erstmals von ihr hören, sich plötzlich vor ihr fürchten und Angst bekommen, sie könnten ihre Objektive zu weit abblenden. Die Grundregel lautet: Blende so weit ab wie für die gewünschte Schärfentiefe nötig, aber nicht weiter. Und wenn man für sein Bild sehr viel Schärfentiefe braucht, dann wird eben bis zum Anschlag abgeblendet, ganz einfach, Beugung hin oder her.

Wieder einer der sich outet nie in einer Kinderstube gewesen zu sein.

 

[Gelöschtes Mitglied 544264]

Bei Blende 8 wird die Beugung bei beiden Objektiven deutlich erkennbar. Ist die Beugung nun effektiv eine Schärfegrenze, so dass beide Objektive bei Blende 8 gleich scharf abbilden?

Nein. Im allgemeinen werden die beiden Objektive bei Blende 8 nicht gleich scharf abbilden, da immer noch Aberrationen aus der geometrischen Optik vorhanden sind. Aber die Unterschiede werden minimal sein.

 

[Gelöschtes Mitglied 544264]

Zur Veranschaulichung mal ein Bild.

Anhang anzeigen 4648554

Auf der x-Achse sind Blendenwerte aufgetragen. Die y-Achse ist leider verschwunden. Die Funktionswerte sollen als Schärfemass MTF50 Werte sein. Zur Orientierung: Der Funktionswert bei Blende 8 ist etwa 90 lp/mm bei allen drei Graphen.

Die schwarze Linie gehört zu einem idealen Objektiv, dh es gibt keine Aberrationen der geometrischen Optik, sondern nur Beugung. Die rote und die blaue Linie beschreiben zwei Objektive mit unterschiedlich ausgeprägten sphärischen Aberrationen. Beide Objektive sind bei Blende 4 am schärfsten. Blendet man weiter ab wird die Beugungsunschärfe schnell dominant. Blendet man ausgehend vom Optimum weiter auf, geht es mit der Schärfe rasant bergab, weil die sphärischen Aberrationen mit Linearkombinationen von 1/k^3, 1/k^5, 1/k^7.......zuschlagen (k ist die Blendenzahl). Zum Vergleich: Die Beugungsunschärfe steigt linear mit k und spielt bei kleinen Blendenzahlen k << 4 hier keine Rolle mehr.

 

[01af]

Also, um das noch einmal klarzustellen: Die Beugung ist absolut. Sie hängt allein von der Lichtwellenlänge und der Blendenzahl ab. Der dadurch verursachte Schärfeverlust hängt vom Aufnahmeformat ab. Die gleiche Beugung verursacht einen umso größeren Verlust, je kleiner das Format ist – so wie der Verlust von zehn Euro für jemanden, der hundert Euro besitzt, schlimmer ist als für jemanden, der tausend Euro besitzt. Deswegen darf man bei kleineren Aufnahmeformaten für den gleichen effektiven Schärfeverlust nicht so weit abblenden wie bei größeren Formaten.

Schärfeverluste durch nicht-perfekte Objektivkonstruktion addieren sich dazu.

 

[huxtebude]

Stell dir vor, jedes Objektiv hat geometrische Abbildungsfehler. Ein Punkt im Objektraum wird zu einer Menge Punkte im Bildraum, die mehr oder weniger Fläche einnehmen, je nach Qualität der Optik.
Jetzt fügst du jedem Punkt im Bildraum noch sein Beugungsscheibchen hinzu und hast die fertige Abbildung.
Hat das Objektiv beispielsweise einen Farbfehler ("CA"), verschwindet dieser nicht, nur weil er kleiner ist als der Durchmesser des Beugungsscheibchens.
Ab einer bestimmten Blende spielt es dann aber kaum noch eine Rolle, ob du nun Matsch oder Matsch mit CA hast.

Grüße
Florian