Frage zur Beugungsunschärfe

[Hummmel]

Hallo Schuschammen,

was ne blende ist, habe ich schon verstanden. was schärfentiefe ist auch und wie das zusammen spiel von schärfentiefe, blende und brennweite ist, auch.

was ich nur noch nicht wirklich verstanden habe, ist das mit der Beugungsunschärfe. die einen behaupten, das beginnt schon bei blende 13, die anderen wieder, erst bei blende 16. gibt da auch eine faustformel, so ala 1/brennweite?

was ich auch nicht in erfahrung bringen konnte, war ob, die Beugungsunschärfe auch von der brennweite abhängig ist oder nicht?

was ich mich in dem zusammenhang auch frage, ist ob die schärfe, auch bei guten objektiven, immer mehr zunimmt wenn man weiter abblendet? oder bringt das eher wenig, da gute objektive schon sehr früh ihre maximale schärfe erreicht haben? wird ein objektiv grundsätzlich schärfer wenn man weiter abblendet? also so, dass man es auch sehen kann, nicht nur theoretisch.

Danke!

 

[UKE]

BEUGUNG, BEUGUNGSUNSCHÄRFE
In der Fotografie entsteht die Beugung immer dann, wenn das Licht die Blendenöffnung passiert. Die Lichtstrahlen werden an den Kanten der Blenden-lamellen "gebeugt", so dass sie sich nicht mehr geradlinig fortpflanzen können. Das führt dazu, dass ein Punkt nicht als Punkt, sondern als Scheibchen abgebildet wird. Der Durchmesser dieses Bildscheib-chens nimmt mit kleiner werdender Blendenöffnung zu, was zu der gefürchteten Beugungsunschärfe führt.

quelle: http://www.fotoinsel.de/HintergrundwissenA-F.htm

und hier ne Tabelle:

http://kreativ-fotografieren.de/download.php?id=8077

 

[beiti]

Man kann zwar alle möglichen Berechnungen zur Beugungsunschärfe durchführen, aber das bringt nichts, weil die Bildqualität auch vom Rest des Objektivs abhängt. Kein Objektiv ist bei Offenblende optimal, sondern erst bei einer etwas kleineren Blende. Wenn man jedoch zu stark abblendet, wiegen die Nachteile der Beugungsunschärfe schwerer als die Vorteile, die das Abblenden bringt. In der Praxis kommt es darauf an, wie gut oder schlecht das Objektiv bei einer bestimmten Brennweite ist (insofern spielt bei Zooms auch die Brennweite eine Rolle); davon hängt ab, bei welcher Blende man den besten Qualitätskompromiß erzielt. Bei schlechten Objektiven steigert sich die Qualität durch weiteres Abblenden noch, während bei guten Objektiven die Folgen der Beugungsunschärfe sich schon früher negativ auswirken. Manchmal muß man Nachteile abwägen; so kann es sein, daß ab Blende 8 in Bildmitte die Qualität bereits beugungsbedingt schlechter als bei Blende 5,6 ist, daß aber bei 5,6 noch ein sichtbarer Qualitätsabfall zum Rand hin besteht. Bei Anwendungen, wo es auf optimale Abbildung im Bildzentrum ankommt, würde man dann 5,6 wählen. Für Anwendungen, wo es auf gleichmäßige Abbildung bis in die Ecken ankommt, würde man die Blende auf 8 oder 11 schließen.

Es kann durchaus sein, daß gute Festbrennweiten ihr Optimum bei Blende 4 oder 5,6 erreichen, lichtschwache Zooms aber zwischen 11 und 16. Das heißt nicht, daß das schlechte Objektiv bei Blende 13 so gut abbildet wie das Gute bei Blende 5, sondern es heißt nur, daß mit diesem Objektiv und dieser Brennweite bei dieser Blende das Bestmögliche erzielt wird.
Faustregel: Je früher ein Objektiv seine optimale Blende erreicht, also je früher die Nachteile der Beugungsunschärfe überwiegen, umso hochwertiger ist das Objektiv. Das gute Objektiv wird also bei Blende 13 keine schlechteren Bilder machen als das Schlechte.

Aber, ganz wichtig: Wenn der Blendenwert für die Gestaltung des Bildes wichtig ist, sollte man auf alle Qualitätsüberlegungen verzichten und der Gestaltung Vorrang vor technischer Qualität geben. Es nutzt ja nichts, wenn man mit Blende 5 theoretisch bessere Qualität erzielen würde, aber das Motiv die Schärfentiefe von Blende 18 erfordert. Oder wenn Blende 11 die technisch optimale Qualität liefern würde, aber man zum schönen Freistellen Blende 2,8 benötigt.

 

[zzzip]

was ich nur noch nicht wirklich verstanden habe, ist das mit der Beugungsunschärfe. [...] was ich mich in dem zusammenhang auch frage, ist ob die schärfe, auch bei guten objektiven, immer mehr zunimmt wenn man weiter abblendet?

Da müssen mehrere Effekte auseinandergehalten werden. Erstmal sollte man nur ein Objektiv betrachten:

Immer wenn Licht durch eine "Engstelle" muss, wird ein ursprünglich paralleles Strahlenbündel aufgefächert, was man als Beugung bezeichnet. Die Stärke der Beugung hängt nur vom Durchmesser der Engstelle und der Wellenlänge des Lichts ab. Je kleiner die Engstelle, desto stärker die Beugung. Die Auswirkung der Beugung besteht darin, aus einem Punkt auf dem Sensor ein Scheibchen werden zu lassen, was man als Beugungsunschärfe bezeichnet.

Grob vereinfachend kann man ausserdem sagen, dass die Beugungsunschärfe erst in Erscheinung tritt, wenn die Grösse dieses Scheibchens den Durchmesser eines Sensorpixels überschreitet, da offensichtlich alles was kleiner ist im Ergebnis immer einen Punkt ergibt. Daraus folgt, dass die Beugungsunschärfe erst unterhalb einer bestimmten Blendengrösse (oberhalb einer bestimmten Blendenzahl) einen Effekt zeigen kann.

Den Durchmesser beeinflusst man bei einem Objektiv über die Blende und die Wellenlänge des Lichts ist vorgegeben. Offensichtlich kann die Blende nicht grösser sein als das Objektiv selbst, so dass die Beugung der Schärfe eine obere Grenze setzt, die mit kleiner werdender Blende auch kleiner wird. Man beachte, dass der Effekt völlig unabhängig von der technischen Qualität der betrachteten Optik ist!

In der realen Welt gibt es jedoch kein perfektes Objektiv und so muss man berücksichtigen, dass bestimmte, technisch bedingte, Objektivfehler hinzukommen, die kleiner werden wenn man abblendet, z.B. Randunschärfe, Farbfehler, etc.

In der Praxis hat man also zwei Tendenzen, die sich überlagern. Am besten ist ein Objektiv bei der Blende, bei der die öffnungsbedingten Fehler durch Abblenden sich gerade mit der zunehmenden Beugungsunschärfe die Waage halten. Dieser Punkt hängt aber vom verwendeten Objektiv ab, eben weil es von dessen Imperfektionen abhängt. Eine allgemeine Aussage ist also eigentlich gar nicht möglich, aber es zeigt sich in der Praxis, dass die meisten Objektive um Blende 8 herum ihr Optimum erreichen, hochwertige Objektive früher, andere später.

Noch ein Wort zur Brennweite: Die "Blende" wird bei Objektiven ja überlicherweise als Blendenzahl, d.h. als Quotient aus Brennweite und Öffnungsdurchmesser angegeben, sprich der Durchmesser eines 400/2.8 ist doppelt so gross wie der eines 200/2.8 und ein 100/2.8 ist genauso gross wie ein 50/1.4.

Die Beugungsunschärfe hängt zwar, wie erwähnt, nur vom Durchmesser der Optik ab, aber durch die Konvention der Blendenzahl muss man sich die Grösse aus der Brennweite herleiten, Durchmesser = Brennweite / Blendenzahl. Deswegen bedeutet es im Sinne der Beugungsunschärfe etwas anderes, ob ich ein 100mm Objektiv auf Blende 16 abblende oder eines mit 50mm. Bei 50mm ist die verbleibende Öffnung nur noch halb so gross und die Unschärfe "grösser". Wieviel grösser kann man bei Wikipedia unter "Beugung" nachlesen.

In der Praxis ist das jedoch alles weit weniger kompliziert: Mach' einfach eine Bildreihe von kleinster bis grösster Blende und finde das Optimum durch betrachten heraus. Das ist mit 'ner Digitalkamera schnell und billig gemacht. Und mit guten Telebjektiven ist es sowieso meist irrelevant: Die sind wegen ihrer Qualität schon bei Offenblende voll scharf und eine Blende, die so klein ist, dass die Beugung in Erscheinung tritt (jenseits von ca. 16) braucht man kaum.

zzzip


Hier gibt's das Ganze nochmal mit Bildchen und viel besser erklärt.

 

[Mi67]

Alles sehr schönerklärt, ausser das mit der Brennweite:

Noch ein Wort zur Brennweite: Die "Blende" wird bei Objektiven ja überlicherweise als Blendenzahl, d.h. als Quotient aus Brennweite und Öffnungsdurchmesser angegeben, sprich der Durchmesser eines 400/2.8 ist doppelt so gross wie der eines 200/2.8 und ein 100/2.8 ist genauso gross wie ein 50/1.4.

Die Beugungsunschärfe hängt zwar, wie erwähnt, nur vom Durchmesser der Optik ab, aber durch die Konvention der Blendenzahl muss man sich die Grösse aus der Brennweite herleiten, Durchmesser = Brennweite / Blendenzahl. Deswegen bedeutet es im Sinne der Beugungsunschärfe etwas anderes, ob ich ein 100mm Objektiv auf Blende 16 abblende oder eines mit 50mm. Bei 50mm ist die verbleibende Öffnung nur noch halb so gross und die Unschärfe "grösser". Wieviel grösser kann man bei Wikipedia unter "Beugung" nachlesen.

Die Beugungsunschärfe ist in der Tat *nicht* von der Brennweite abhängig. Kurz zum "warum":

Der absolute Durchmesser der Blende ist für die absolute Größe des Beugungs-bedingten Winkelfehlers (der mittlere Öffnungswinkel des durch Beugung abgelenkten Lichtes) verantwortlich. Ein Winkelfehler von 0,02° erzeugt ein Beugungsscheibchen, welches bei einem gesamten diagonalen Bildwinkel von 100° (Superweitwinkel) 0,02% der Bilddiagonalen, also 1/5000stel der Bilddiagonalen, ausmacht und damit irrelevant ist. Bei einem diagonalen Bildwinkel von 10° (mitleres Tele) und gleichem absoluten Winkelfehler von 0,02° ergibt sich eine Beugungs-Unschärfe, die 1/500stel der Bilddiagonalen ausmacht, und damit deutlich sichtbar werden wird. Bei absolut gleich großer Blendenöffnung wird also bei längerer Brennweite die Beugung stärker sichtbar werden.

Wenn wir nun aber die Blendenöffnungen errechnen, die sowohl bei kurzer als auch bei langer Brennweite eine gleich stark sichtbare Unschärfe (beziffert in % der Bilddiagonalen) erzeugen, dann werden also die absoluten Blendenöffnungen unterschiedlich sein. Interessanterweise kürzt sich dabei exakt wieder die Brennweite so heraus, dass bei gleicher BlendenZAHL die gleiche Beugungsunschärfe resultiert.

 

[Hummmel]

@UKE

danke, das werde ich mir mal zu gemüte führen.

@beiti

danke! super erklärt und vor allem auch so, dass ich es verstehe und weiß welche bedeutung es in der praxis hat.


@zzzip

dir auch ein danke, du hast mein wissen deutlich erweitert und das so, dass ich auch noch folgen konnte und nun deutlich mehr verstehe...das wichtigste war aber, dass ich das noch verstehen konnte, was du da geschrieben hast.

@Mi67

das einzige, was ich von deinem post begriffen habe, ist:

Die Beugungsunschärfe ist in der Tat *nicht* von der Brennweite abhängig

der rest wahr mir einfach zu hoch.....*stöhn* aber auch dir vielen dank!

Aber, ganz wichtig: Wenn der Blendenwert für die Gestaltung des Bildes wichtig ist, sollte man auf alle Qualitätsüberlegungen verzichten und der Gestaltung Vorrang vor technischer Qualität geben. Es nutzt ja nichts, wenn man mit Blende 5 theoretisch bessere Qualität erzielen würde, aber das Motiv die Schärfentiefe von Blende 18 erfordert. Oder wenn Blende 11 die technisch optimale Qualität liefern würde, aber man zum schönen Freistellen Blende 2,8 benötigt.

das ist mir vom prinzip schon klar und die gestalltung ist mir auch oft wichtiger als das alles knack scharf ist. die frage mit der blende und beugungs unschärfe hat sich mir gestellt, wenn ich am langem ende vom tele bin, will aber möglichst viel scharf haben. wie weit kann ich dann abblenden ohne das ich in den bereich der beugungsunschärfe komme?.....oder ich fotografiere architektur...schön mit stativ und will möglichst jedes detail scharf haben, wie weit kann ich dann abblenden ohne in den bereich der beugungs unschärfe zu kommen?.....oder vielleicht brauch ich auch überhaupt nicht so weit ab zu blenden, da ab blende 8 das maximum an schärfe schon erreicht ist? das habe ich bisher einfach noch nicht so recht begriffen. die kleine blende zum freistellen, habe ich sehr schnell genutz und setzte es auch oft und gerne ein.

euch nochmals danke!

 

[beiti]

wie weit kann ich dann abblenden ohne das ich in den bereich der beugungsunschärfe komme?.....oder ich fotografiere architektur...schön mit stativ und will möglichst jedes detail scharf haben, wie weit kann ich dann abblenden ohne in den bereich der beugungs unschärfe zu kommen?.....oder vielleicht brauch ich auch überhaupt nicht so weit ab zu blenden, da ab blende 8 das maximum an schärfe schon erreicht ist?

Wie sich die Qualität verschlechtert, probierst Du am besten selber mit einer Blendenreihe aus. Dauert nur ein paar Minuten und kostet nix. Ken Rockwell hat es vorgemacht. Natürlich gelten für jedes Objektiv und jede Brennweite andere Werte.

Die Schärfentiefe wird immer größer, je kleiner die Blende ist. Das hört nicht bei Blende 8 plötzlich auf. Allerdings bei kürzeren Brennweiten und weiteren Entfernungen kann die Schärfentiefe schon z. B. bei Blende 8 so groß sein, daß ein weiteres Abblenden in der konkreten Situation nichts mehr bringt (falls Du das gemeint hast).

Endlos wird die Schärfentiefe aber auch nie, auch nicht mit Blende 32 oder 64 (oder was immer Dein Tele zuläßt).

 

[zzzip]

Interessanterweise kürzt sich dabei exakt wieder die Brennweite so heraus, dass bei gleicher BlendenZAHL die gleiche Beugungsunschärfe resultiert.

Du meinst weil die Brennweite proportional zum Bildwinkel ist und die Betrachtung auf den Bildwinkel normiert wird?

zzzip

 

[zzzip]

die frage mit der blende und beugungs unschärfe hat sich mir gestellt, wenn ich am langem ende vom tele bin, will aber möglichst viel scharf haben. wie weit kann ich dann abblenden ohne das ich in den bereich der beugungsunschärfe komme?

Wie gesagt, die Stärke der Beugung kann man direkt an der Grösse der Öffnung festmachen, aber die Beugungsunschärfe kann man nur zusammen mit dem Sensor (oder Film) dahinter betrachten. Deswegen gibt es keine feste Zahl. Im Netz gibt es z.B diesen Rechner. Der zugehörige Artikel selbst ist zwar sehr lesenswert, aber es geht auch ohne. Du kannst gleich zu "CALCULATING THE DIFFRACTION LIMIT" herunterscrollen.

zzzip

 

[Hummmel]

Allerdings bei kürzeren Brennweiten und weiteren Entfernungen kann die Schärfentiefe schon z. B. bei Blende 8 so groß sein, daß ein weiteres Abblenden in der konkreten Situation nichts mehr bringt (falls Du das gemeint hast)

jup, genau, dass kleine detail fehlte noch.


@zzzip

danke für den link!


jungs ihr seid super! ich glaube nun habe ich es geschnallt. meine ich zumindest...........

Gruß Hummmel

 

[Mi67]

Du meinst weil die Brennweite proportional zum Bildwinkel ist und die Betrachtung auf den Bildwinkel normiert wird?

So in etwa. Beugung am Einzelspalt ergibt eine Breite des ersten Hauptmaximums bis der Gangunterschied an den beiden extremen Kanten der Blende 2 x die Wellenlänge des Lichtes beträgt. Der Winkel, der sich dabei ergibt, fällt bei Teleobjektiven stärker ins Gewicht als bei Weitwinkeloptiken. Fakt ist, dass die Beugungs-limitierten Auflösungsgrenzen mit den Blendenzahlen und unabhängig der Brennweiten skalieren. Anders wäre es auch kaum denkbar, dass die höchsten Auflösungen überhaupt mit Mikroskopobjektiven erreicht werden, die eine relativ kleine absolute Blendenöffnung aufweisen. Dennoch reichen genau diese bis ans Optimum der mit sichtbarem Licht erzielbaren Auflösung von ca. 5.000-8.000 lp/mm (entspricht gerade noch aufgelösten Einzelpunkten in Distanzen von ca. 250-400 nm).

 

[Gast_38606]

mann das hört sich an wie mein alter physik unterrricht...beugung, maxima, gangunterschied usw...mit der ganzen theorie könnte man jetzt genau ausrechnen in welchem bereich sich der fehler durch die beugungsunschärfe befindet...aber das einzig sinnvolle ist die schon empfohlene belichtungsreihe und schauen was in der praxis gut aussieht

 

[zzzip]

So in etwa. Beugung am Einzelspalt ergibt eine Breite des ersten Hauptmaximums bis der Gangunterschied an den beiden extremen Kanten der Blende 2 x die Wellenlänge des Lichtes beträgt.

Ok, der Gangunterschied ist der Grund. Dann ist das klar. Trotzdem will sich das noch nicht mit meiner "gefühlten" Empirie decken. Bei Teles ist mir Beugungsunschärfe noch nicht aufgefallen, bei Makros schon. Vielleicht hat es was mit der effektiven Brennweite zu tun? Die angegebene gilt ja nur bei Fokussierung auf Unendlich. Mal nachforschen... Das mit den Mikroskopen ist natürlich überzeugend, wenngleich für diese Höchstleistungen schmutzige Tricks gebracht werden, z.B. werden Objektiv und Probe in ein gemeinsames Medium eingetaucht, um die Übergänge zwischen verschiedenen Brechungsindexes zu minimieren.

zzzip

 

[Frank Klemm]

Ok, der Gangunterschied ist der Grund. Dann ist das klar. Trotzdem will sich das noch nicht mit meiner "gefühlten" Empirie decken. Bei Teles ist mir Beugungsunschärfe noch nicht aufgefallen, bei Makros schon. Vielleicht hat es was mit der effektiven Brennweite zu tun? Die angegebene gilt ja nur bei Fokussierung auf Unendlich. Mal nachforschen... Das mit den Mikroskopen ist natürlich überzeugend, wenngleich für diese Höchstleistungen schmutzige Tricks gebracht werden, z.B. werden Objektiv und Probe in ein gemeinsames Medium eingetaucht, um die Übergänge zwischen verschiedenen Brechungsindexes zu minimieren.

Zu Analogzeiten sah es bei mir etwa so aus:

Normale Fotografie: Blende 4 bis 11, 1/125...1/175 sec
Fotografie bei schlechtem Licht: Blende 1,8 bis 4, 1/30...1/60 sec
Makro: Blende 16 oder 22, 1/45 sec, Blitz

Jetzt rat' mal, warum Beugungserscheinungen bei der Auflösung meist bei Makroaufnahmen auftreten ;-)

 

[zzzip]

Jetzt rat' mal, warum Beugungserscheinungen bei der Auflösung meist bei Makroaufnahmen auftreten ;-)

Das man bei Makroaufnahmen mit eher kleiner Blende arbeitet war in Gedanken schon herausgerechnet, schliesslich kann man auch mit Makroobjektiven Blende 8 verwenden, und Blende 16 mit 'nem Tele. Nee, momentan glaube ich eher, dass es daran liegt, dass ich die meisten Makrobilder mit meiner 20D gemacht habe, die ja bekanntlich kleinere Pixel hat als die 5D. Aber bevor die Messreihe angegangen wird fliege ich erstmal in Urlaub Erholt euch gut solange!

zzzip

 

[Mi67]

Ok, der Gangunterschied ist der Grund. Dann ist das klar. Trotzdem will sich das noch nicht mit meiner "gefühlten" Empirie decken. Bei Teles ist mir Beugungsunschärfe noch nicht aufgefallen, bei Makros schon. Vielleicht hat es was mit der effektiven Brennweite zu tun?

Eher mit der effektiven Blende!

Die angegebene gilt ja nur bei Fokussierung auf Unendlich. Mal nachforschen... Das mit den Mikroskopen ist natürlich überzeugend, wenngleich für diese Höchstleistungen schmutzige Tricks gebracht werden, z.B. werden Objektiv und Probe in ein gemeinsames Medium eingetaucht, um die Übergänge zwischen verschiedenen Brechungsindexes zu minimieren.

Für Luftobjektive gilt prinzipiell das selbe, wobei deren Maximalauflösung durch das Fehlen eines Immersionsmediums (schmutziger Trick?) halt ca. Faktor 1,5 geringer ausfällt.

 

[Mi67]

mann das hört sich an wie mein alter physik unterrricht...beugung, maxima, gangunterschied usw...mit der ganzen theorie könnte man jetzt genau ausrechnen in welchem bereich sich der fehler durch die beugungsunschärfe befindet...aber das einzig sinnvolle ist die schon empfohlene belichtungsreihe und schauen was in der praxis gut aussieht

Ich empfehle hierzu die Lektüre von Zeiss Lens News Vol. 2 - da muss man nichts rechnen, eine einfache Tabelle genügt.

 

[Mi67]

Das man bei Makroaufnahmen mit eher kleiner Blende arbeitet war in Gedanken schon herausgerechnet, schliesslich kann man auch mit Makroobjektiven Blende 8 verwenden, und Blende 16 mit 'nem Tele. Nee, momentan glaube ich eher, dass es daran liegt, dass ich die meisten Makrobilder mit meiner 20D gemacht habe, die ja bekanntlich kleinere Pixel hat als die 5D.

Wer am Makro Blende 8 einstellt, hat bei größeren Abbildungsmaßstäben schnell mal eine effektive f/16 oder gar kleiner. Das mit dem kleineren Sensor spielt natürlich ebenfalls noch mit hinzu.

 

[Frank Klemm]

Das mit den Mikroskopen ist natürlich überzeugend, wenn gleich für diese Höchstleistungen schmutzige Tricks gebracht werden, z.B. werden Objektiv und Probe in ein gemeinsames Medium eingetaucht, um die Übergänge zwischen verschiedenen Brechungsindexes zu minimieren.

Proben werden i.A. nie in eine Immersion eingetaucht. Die sind bei höheren Auflösungen immer schon in ein Medium eingebettet (bei Lebendpräperaten ist das meist Wasser, sonst gehen auch Öle oder andere organische Flüssigkeiten).
Schmutz ist in solchen Fällen die Luft zwischen Objektiv und Deckglas. Der natürlichste Stoff zwischen Objektiv und Deckglas ist der Stoff, in dem die biologische oder technische Probe eingebettet ist.

In diesem Fall und nur in diesem Fall wandert der Fokuspunkt in der Probe mit der Geschwindigkeit des Fokustriebes.

 

[japro]

Wer am Makro Blende 8 einstellt, hat bei größeren Abbildungsmaßstäben schnell mal eine effektive f/16 oder gar kleiner. Das mit dem kleineren Sensor spielt natürlich ebenfalls noch mit hinzu.

Dann hast du aber schon mit einem Balgengerät fotografiert Theoretisch verliert man bei Abbildungsmasstab 1:1 gerade zwei Blendenstufen. Effektiv ist es weniger, da die üblichen Makroobjektive ihre Brennweite nicht halten. Beim Minolta 100/2.8 Makro hat man bei 1:1 noch ungefähr 87mm Brennweite und etwa zwei drittel Blendenstufen Verlust.