Schärfentiefe
von R. Grothmann

Inhalt

Diese Seite soll die Schärfentiefe in Theorie und Praxis erläutern. Ich versuche ohne Formeln die relevanten Zusammenhänge zu begründen. Beispiele zeigen die Anwendung der Schärfentiefe in der Praxis. Sie finden außerdem einen Link auf einen Schärfentiefenrechner, sowie weitere Links.

Was ist Schärfentiefe?

Schärfentiefe (auch Tiefenschärfe genannt) ist der Bereich, der auf dem Bild "akzeptabel" scharf abgebildet wird. Die Kamera stellt ja immer nur auf einen Objektabstand korrekt scharf. Dinge, die davor oder dahinter sind, werden mehr oder weniger unscharf.

Die Grafik macht das deutlich. Die Optik bündelt das Licht, das vom Lichtpunkt ausgeht, idealerweise in einen Bildpunkt auf dem Film (bzw. dem Sensor). Das funktioniert aber nur, wenn der Lichtpunkt den Abstand hat, auf den der Fotograf "scharfgestellt" hat. Ein Punkt, der sich näher befindet, wird auf einen Punkt hinter dem Film scharfgestellt. Auf dem Film entsteht ein Unschärfekreis, genauso wie bei einem Punkt, der sich weiter entfernt von der Optik befindet.

In einem gewissen Bereich um die eingestellte Entfernung sind die Unschärfekreise klein genug, so dass sie nicht auffallen und das Bild als ausreichend scharf gilt. Diesen Bereich bezeichnet man als Schärfentiefe.

Genauer?

Die Mathematik dieses Phänomens ist nicht ganz einfach zu erklären. Hier ein Link zum Thema und zwei Dateien, mit denen Sie die Schärfentiefe berechnen können.

Diese Seite könnte man bis zum Überfluss mit Zahlen und Tabellen füllen. Statt dessen erscheint es mir wichtiger, praktikable Hinweise zu geben, welche Faktoren wie stark die Schärfentiefe beeinflussen. Und vor allem mit Bildern zu zeigen, was zu tun ist.

Einführung

Die Faktoren, die Schärfentiefe beeinflussen, sind die folgenden. Wir nehmen jeweils an, dass die anderen Faktoren gleich bleiben, und geben ein Beispiel für eine digitale Spiegelreflexkamera.

Die Schärfentiefe sinkt mit wachsender Brennweite, also vom Weitwinkel zum Tele hin.

Brennweite Blende Entfernungseinstellung Schärfentiefe
50 mm 4 14 m - ∞
200 mm 4 220 m - ∞

Es kommt hier zwar nicht auf die Details an, aber: Die Tabelle bezieht sich auf eine digitale Spiegelreflexkamera wie etwa die Nikon D70. Es ist die kleinbildäquivalente Brennweite angegeben. Die tatsächliche Brennweite des Objektivs ist 2/3 davon.

Die Schärfentiefe sinkt bei kleineren Entfernungen, also vom Unendlichen zum Makrobereich hin, und zwar absolut in Metern und relativ als Bruchteil der Entfernung.

Brennweite Blende Entfernungseinstellung Schärfentiefe
100 mm 8 10 m 7,40 m - 15,60 m
100 mm 8 5 m 4,25 m - 6,10 m

Bei 10m Entfernungseinstellung beträgt die Schärfentiefe insgesamt über 8m, bei 5m nicht einmal 2m. Sie ist also bei halber Entfernung weniger als ein Viertel so groß.

Die Schärfentiefe sinkt mit der Blendenzahl, also von geschlossener Blende zur voll geöffneten Blende hin.

Brennweite Blende Entfernungseinstellung Schärfentiefe
35 mm 8 3 m 1,60 m - 24 m
35 mm 2 3 m 2,50 m - 3,80 m

Die Schärfentiefe sinkt mit der Sensorgröße, also von Kompaktkameras zu Spiegelreflexkameras hin.

  Brennweite Blende Entfernungseinstellung Schärfentiefe
SLR 50 mm 8 7 m 3,50 m - ∞
Kompakt 50 mm 8 2,10 m 1,05 m - ∞

In der Tabelle ist wieder die kleinbildäquivalente Brennweite angegeben. Damit ist der Bildausschnitt bei beiden Kameras gleich. Durch eine geschickte Wahl der Entfernungseinstellung haben wir versucht, möglichst viel scharf zu bekommen.

Die Schärfentiefe ist allerdings nicht das einzige Problem. Denn die Stärke der Unschärfe außerhalb der Schärfentiefe spielt auch eine Rolle. Zum Beispiel hat ein Tele etwa dieselbe Schärfentiefe um ein bildfüllendes Objekt herum wie ein Weitwinkel, wobei das Objekt natürlich aus unterschiedlichen Entfernungen aufgenommen werden muss. Aber im Unendlichen wirkt das Tele deutlich unschärfer und eignet sich daher weit besser, um das Objekt vor dem Hintergrund freizustellen.

Die Brennweite

Wir demonstrieren zunächst den Einfluss der Brennweite auf die Schärfentiefe.

Das obige Bild ist eine typische Landschaftsaufnahme. Die Blende ist mit 4.5 verhältnismäßig offen, aber die Brennweite ist 46mm (von der realen Brennweite 31mm der D70 auf Kleinbild umgerechnet), also eher im normalen Bereich, fast schon im Weitwinkelbereich. Dadurch ist es rechnerisch möglich, alles ab 6m scharf zu stellen. Das Laub im Vordergrund ist etwas näher, aber noch immer, auch in der Vergrößerung, akzeptabel scharf. Ein Weitwinkelobjektiv hat in dem Bereich, in dem es gewöhnlich verwendet wird, eine sehr große Schärfentiefe.

Vergleichen Sie mit dieser Makroaufnahme. Die Blende ist mit 5.6 sogar kleiner, aber die Brennweite ist eine leichte Telebrennweite von 120mm, und der Aufnahmeabstand liegt unter 2m. Die Schärfentiefe schnurrt auf ein Minimum zusammen, und dieses Bild hat in der Tat schon Schwierigkeiten mit der Schärfe. Der Hintergrund wird allerdings schön unscharf, was natürlich gewollt ist. Ein Teleobjektiv hat also im näheren Bereich eine sehr kleine Schärfentiefe. Das gilt insbesondere für Makroobjektive, die im Prinzip Teleobjektive sind, die sich auf sehr nahe Objekte scharf stellen lassen.

Nun sind dies aber zwei völlig verschiedene Bilder. Denken wir einmal an ein Portrait, wie dieses Bild. Macht man das einmal mit dem 140mm Tele, wie hier, und das andere Mal mit dem Normalobjektiv, so muss man doch erheblich näher herangehen. Es stellt sich zwar heraus, dass die Schärfentiefe dabei fast gleich bleibt und nur ganz wenig zunimmt. Aber der Hintergrund wird bei der kleineren Brennweite dennoch sehr viel unruhiger wirken. Das liegt daran, dass einfach mehr Hintergrund im Bild ist und dass dieser Hintergrund auch noch schärfer abgebildet wird. Für ein Portrait eignet sich also ein Tele am besten. Übrigens verzerrt ein Weitwinkel obendrein die Proportionen.

Zusammenfassend kann man sagen, dass ein Teleobjektiv im näheren Bereich die kleinste, und ein Weitwinkelobjektiv im fernen Bereich die größte Schärfentiefe hat. Bei mittleren Abständen ist die Schärfentiefe etwa gleich, wenn dasselbe Objekt jeweils formatfüllend aufs Bild kommt, aber das Tele produziert den besseren Hintergrund.

Die Blende

Wie schon in der Grafik zu sehen ist, beeinflusst die Blende die Schärfentiefe unmittelbar. Je kleiner die Blendenöffnung (je größer die Blendenzahl), desto mehr wird akzeptabel scharf. Wenn also Objekte in verschiedenen Entfernungen scharf abgebildet werden sollen und der Aufnahmeabstand und damit die Brennweite feststeht, dann heißt es abblenden! Das gilt insbesondere, wenn kein ausgesprochenes Weitwinkel verwendet wurde, wie bei den 60mm  Brennweite des folgenden Bildes.

Mit dem Abblenden darf man es auch nicht übertreiben. Normalerweise reicht eine mittlere Blende wie 11 im obigen Bild. Nur in alleräußersten Extremfällen sollte man bei der Spiegelreflex auf Zahlen über 20 ausweichen, weil dann die Belichtungszeiten länger werden und Verwacklungsunschärfe droht, sowie die im nächsten Absatz erwähnte Beugungsunschärfe. Es genügt, wie wir weiter unten sehen werden, bei einem normalen Weitwinkel schon Blende 11, um alles von 1m bis Unendlich scharf zu bekommen. Einzustellen sind dabei 2m Entfernung. Bei Makros ist der Gewinn durch Abblenden ohnehin nicht so groß.

Bei sehr kleinen Blendenöffnungen tritt außerdem ein störender Effekt auf, nämlich Unschärfe durch Beugung (Diffraktion). Genauer gesagt, tritt die Beugung an den Blendenkanten immer auf, aber sie spielt gegenüber dem übrigen Licht meist keine Rolle. Für Spiegelreflexkameras empfiehlt es sich, deutlich unter der obersten Blendenzahl zu bleiben, etwa im Bereich von Blende 8 bis 13.

Umgekehrt gilt natürlich, dass die Blende möglichst weit offen sein sollte, wenn man die Schärfentiefe klein halten will, also bei Portraits oder anderen Aufnahmen, bei denen das Hauptobjekt freigestellt werden soll. Man sollte sich davon aber nicht zu viel versprechen. Wirksamer ist ein Objektiv mit einer größeren Brennweite und auch die Wahl des richtigen Hintergrunds.

Das Kameraformat

Das folgende Bild wurde nicht mit einer Spiegelreflexkamera aufgenommen, sondern mit der Pentax 550, einer Kompaktkamera mit einem Sensor, der in der Breite weniger als ein Drittel des Sensors der D70 misst. Es ist nun so, dass dieselbe Aufnahme mit einer solchen Kamera eine erheblich größere Schärfentiefe aufweist - wohlgemerkt bei derselben Blende und demselben Bildausschnitt.

Dies ist ein Nachteil der Spiegelreflexkameras. Aber umgekehrt ist es mit einer Kompaktkamera schwer bis unmöglich, Objekte durch gezielte Schärfe freizustellen. Außerdem bringt der kleinere Sensor andere Nachteile mit sich, wie eine geringere Empfindlichkeit und damit ein höheres Rauschen.

Hyperfokaldistanz

Dieser etwas monströse Ausdruck bezeichnet eine Entfernungseinstellung, bei der gerade alles bis Unendlich akzeptabel scharf wird. Zum Beispiel kann man bei der erwähnten Pentax 550 bei Blende 4 und 28mm Kleinbildbrennweite alles ab 70cm scharf bekommen, wenn man auf die Hyperfokaldistanz 1,40m einstellt. Würde man dagegen auf Unendlich scharf stellen, so würde erst alles ab 1,40m scharf werden. Es gibt gelegentlich Kompaktkameras, die die Hyperfokaldistanz per Knopfdruck einstellen.

An der Hyperfokaldistanz wird auch deutlich, wie sich unterschiedliche Kameraformate auswirken. Die D70 kann bei Blende 4 und 28mm Kleinbildbrennweite alles ab 2,20m scharf abbilden, also erheblich weniger als die Schärfentiefe von  70cm bis Unendlich der Pentax Optio 550. Man muss dazu wieder auf die doppelte Entfernung, also 4,40m scharf stellen. Übrigens liegt die Hyperfokaldistanz bei 120mm anstatt 28mm bei 80m. Der Schärfebereich beginnt dann bei 40m. Dies zeigt wieder den gewaltigen Unterschied zwischen den Brennweiten.

Das Bokeh

Das Objektiv beeinflusst die Schärfentiefe an sich nicht. Aber die Art, wie die Unschärfe oder auch die Schärfe aussieht, ist von Objektiv zu Objektiv verschieden.

Mit dem Ausdruck Bokeh bezeichnet man die Art, wie ein Objektiv unscharf zeichnet. Denn die Unschärfekreise sind in der Praxis beileibe keine Kreise. Die genaue Form hängt vom Bau  des Objektivs ab, und auch von der Brennweite. Manche Objektive besitzen sogar Kreisringe als Unschärfekreise. Insbesondere die kompakt gebauten kleinen Kameras sind hier deutlich im Nachteil. Überdies ist das Bokeh im Unschärfebereich vor und hinter der eingestellten Entfernung verschieden, und bei Zooms im Telebereich am schönsten. Ein gutes Bokeh ist ein Qualitätsmerkmal des Objektivs. Das Bokeh beim Schmetterlingsbild oben ist ein schönes Bokeh.

Beispiele

Um einen Eindruck von der Schärfentiefe zu bekommen, habe ich einmal typische Aufnahmesituationen mit typischen Brennweiten und einer normalen digitalen Spiegelreflexkamera zusammengestellt. Diesmal bezieht sich die Brennweite auf die tatsächliche Brennweite.

  Brennweite Blende Entfernungseinstellung Schärfentiefe
Landschaft 18 mm 8 2 m 1 m - ∞
Gruppenportrait 24 mm 8 8 m 3 m - ∞
Portrait 55 mm 8 3 m 2,60 m - 3,60 m
Portrait, Offenblende 50 mm 2 3 m 2,90 m - 3,10 m
Gesichter 100 mm 8 5 m 4,70 m - 5,40 m
Gesichter, Offenblende 100 mm 2,8 5 m 4,90 m - 5,10 m
Sport, Halle 150 mm 2,8 20 m 19 m - 21 m
Makro 85 mm 8 1 m 0,98 m - 1,02 m
Tele 200 mm 8 50 m 42 m - 62 m
Tele, Offenblende 200 mm 2,8 50 m 47 m - 53 m

Wie man sieht, erlaubt ein echtes Weitwinkel fast alles. Das gilt in noch stärkerem Maße für Kompaktkameras. Scharfstellen ist dann kein Problem. Bei längeren Brennweiten muss man besonders im Nahbereich äußerst exakt scharf stellen. Bei lichtstarken Objektiven bekommt man fast überall Probleme, wenn man voll aufblendet. Da gilt zum Beispiel für das beliebte 50mm Objektiv, das man selbst mit Lichtstärke 1,8 recht günstig bekommt. Es eignet sich gut zum Freistellen von Personen.

Da die Schärfentiefe bei einem bildfüllenden Objekt von gegebener Größe fast nur von der Blende abhängt und nicht von der Brennweite, kann man sehr leicht Richtlinien aufstellen. Die folgende Tabelle gilt für digitale Spiegelreflexkameras im APS-Format (mit einem Faktor 1,5 gegenüber Kleinbild).  Allerdings sind die Blendenwerte eher am unteren Minimum und gelten nur, wenn man auf die Mitte des Objektes scharf stellt. Bei Portraits sind das zum Beispiel die Augen.

  Schärfentiefe Blende
Makro 2cm 32
Kopfaufnahme, Schärfe von Nase bis Ohren 15cm 11
Brustportrait, Person scharf 30cm 5,6
Gruppenportrait 3m 2

Allerdings muss man dabei beachten, dass das Aussehen des Hintergrundes stark von der Brennweite abhängt.

Ich finde solche Aufnahmen zwar überflüssig, aber immer wieder sieht man Touristen, die ihren mitgebrachten Partner vor ein touristisch attraktives Ziel stellen und ein Foto vom Typ "Tante Erna vor dem Eiffelturm" machen. Wenn nun unbedingt beides akzeptabel auf das Bild soll, so muss man also nach dem bisher gesagten, ein Weitwinkelobjektiv mit großer Blendenzahl einsetzen, also etwa 35mm und Blende 13. Scharf stellen sollte man, wenn möglich, auf die doppelte Entfernung der Person. Man kann einen Gegenstand dort anvisieren und mit halb gedrückten Auslöser scharf stellen, und danach den eigentlichen Bildausschnitt wählen. Meist ist das nicht möglich, und man stellt halt auf die Personen scharf, wobei man etwas Schärfentiefe nach vorne verschenkt. Bei Kompaktkameras reicht das allemal aus. Falls man die Blende nicht wählen kann, gibt es immer einen Landschaftsmodus, den man benutzen sollte.

Das gegenteilige Vorgehen, also ein Tele mit offener Blende, sagen wir 120mm bei Blende 3.5, liefert die weit schöneren Portraits. Der Abstand ist durch den Abbildungsmaßstab vorgegeben. Wie schon gesagt, wird in diesem Fall der Hintergrund am angenehmsten in Unschärfe aufgelöst. Die Versuchung ist groß, für diese Zwecke möglichst kleine Blendenzahlen einzusetzen. Wenn Sie das Geld haben, können Sie sich gerne ein 1.8-er Tele mit 200-300mm anschaffen. Solch ein Objektiv eignet sich gut für Portraits in Konzerten. Bei 10m Abstand hat man noch 20cm Schärfentiefe, was für einzelne Person gerade mal eben ausreicht. Bei Blende 4 sind es etwa 40cm. Der Hintergrund wird allerdings ein klein wenig schärfer. Außerdem muss man natürlich 4 mal so lang belichten. In jedem Fall ist ein Stativ wegen der Verwacklungsgefahr ratsam, alternativ eine Kamera oder ein Objektiv mit Verwacklungskompensation. Bewegt sich die Person, so kann man höchstens die Empfindlichkeit, also die ISO-Zahl, heraufsetzen und muss das höhere Rauschen in Kauf nehmen.

Als Schnappschusseinstellung empfehle ich auf der digitalen Spiegelreflexkamera Blende 8 oder 11 im A-Modus (Blendenvorwahl bzw. Zeitautomatik). Dies liefert bei den meisten Objektiven im Amateurbereich die größte Abbildungsleistung. Außerdem hat man eine recht ordentliche Schärfentiefe.

Beachten Sie aber, dass man im Telebereich vorsichtig sein muss. Es ist beispielsweise bei kleinbildäquivalenten 120mm und Blende 11 durchaus möglich Gegenstände in 12m Abstand und am Horizont gleichzeitig scharf zu stellen, wenn man auf 24m scharf stellt. Stellt man aber auf 12m scharf, so wird der Horizont etwas unscharf erscheinen.

Im A-Modus kann man auch schnell nach Bedarf die Blende ändern. Beispielsweise liebe ich Landschaftsaufnahmen, die sich von ganz nah bis zum Horizont erstrecken. Bei Blende 13 ist das im Weitwinkelbereich von 1m bis Unendlich problemlos möglich. Lediglich bei Sportaufnahmen oder Aufnahmen von schnellen Objekten empfiehlt sich die Zeitvorwahl.

Spoiler

Anstatt den Experten blind zu vertrauten, empfehle ich eigene Testreihen. Damit stellen Sie am ehesten fest, bei welcher Blende Ihr Objektiv am brauchbarsten ist, und ab welcher Blende Beugungseffekte auftreten. Auch das Bokeh und das Freistellen sollte man ausprobieren, ebenso wie Landschaftsaufnahmen mit großer Schärfentiefe. Bei Tests auf Verwackeln muss man allerdings beachten, dass das Verwackeln statistisch auftritt. Mal sind die Bilder scharf, mal nicht.

Ein Gedankenexperiment

Für diejenigen, die die Schärfentiefe genauer verstehen wollen, empfehle ich das folgenden Gedankenexperiment. Wenn es Ihnen mehr um die Praxis geht, so überspringen Sie diesen Abschnitt bitte.

Angenommen, Sie könnten die Welt in der Größe verdoppeln. Also sowohl die Kamera, einschließlich Sensor, Optik, Blendenöffnung, als auch die Objekte einschließlich ihrer Abstände von der Kamera. Unendlich bleibt dabei natürlich Unendlich. Nun machen wir zweimal dieselbe Aufnahme (natürlich müssen wir auf die doppelte Entfernung scharf stellen, wo sich unser doppelt so großes Objekt befindet), vergrößern aber auf dieselbe Papiergröße. Dann entsteht genau das gleiche Bild in beiden Welten. Man beachte, dass auch die Belichtung gleich wäre. Zwar würde die Blendenöffnung doppelt so groß, also viermal so lichtstark, aber die Sensorfläche würde ja auch auf das Vierfache steigen. Die Brennweite würde verdoppelt, die Blendenzahl bliebe gleich, denn sie ist das Verhältnis von Blendenöffnung zur Brennweite. Der Bereich der Schärfentiefe wird doppelt so groß, was aber auf unserem Bild genau gleich aussieht, da alle Objekte auch doppelt so weit weg sind.

Was lernen wir daraus?

Bauen wir einmal in die größere Welt den Sensor der kleineren ein, und nehmen auch dieselbe Objektgröße, so dass das Objekt wieder formatfüllend abgebildet wird. Wir müssen dann aber das kleinere Sensorbild doppelt so groß vergrößern! Dadurch werden die Unschärfekreise doppelt so groß. Was folgt also? Einerseits wird die Schärfentiefe um unser Objekt doppelt so groß, andererseits durch die größeren Unschärfekreise wieder kleiner. Das gleicht sich etwa aus. Die Schärfentiefe bleibt also ungefähr gleich, wenn dasselbe Objekt formatfüllend mit verschiedenen Brennweiten fotografiert wird. Aber im Unendlichen erhalten wir doppelt so große Unschärfekreise! Das bedeutet, dass der Hintergrund des Objektes erheblich besser in Unschärfe verwaschen wird, und das Objekt erscheint viel schöner freigestellt. Man beachte, dass man für den gleichen Effekt die Blendenöffnung verdoppeln müsste. Außerdem würde dabei die Schärfentiefe um das Objekt herum sinken. Zum Freistellen ist es also leichter (und auch billiger), die Brennweite zu erhöhen als  die Blendenöffnung.

Wir können noch etwas durch dieses Experiment lernen. Die größere Welt entspricht nämlich dem Wechsel von Kompaktkamera auf Spiegelreflexkamera, also einer doppelt so großen Sensorgröße (in Wirklichkeit müssen wir dazu die Welt verdreifachen). Wenn wir also in beiden Welten auf Unendlich scharf stellen, so beginnt die Schärfentiefe in der größeren Welt in der doppelten Entfernung. Ein Objekt in gleicher Entfernung erscheint auf der Spiegelreflexkamera unschärfer. Das heißt, dass Kompaktkameras eine wesentlich größere Schärfentiefe haben als Spiegelreflexkameras.

Das gilt auch, wenn man mit beiden Kameras auf 10m scharf stellt. Um das einzusehen, überlegen wir uns, dass die doppelt so große Kamera eine doppelt so große Schärfentiefe bei 20m hätte wie die kleine bei 10m. Aber von 20m auf 10m nimmt die Schärfentiefe überproportional ab, wie oben schon erwähnt (das kann man, glaube ich, nur durch die Formeln begründen). Die Schärfentiefe sinkt also auf weniger als die Hälfte, und damit auf einen kleineren Bereich als bei der Kompaktkamera.