Über Brennweite, Blende und Schärfentiefe bei verschiedenen Sensorgrößen

Einführung | Sensorgröße und Beschnittfaktor | Bildwinkel, Brennweite und Sensorgröße | Blende, Schärfentiefe und Sensorgröße | Gebrauch der Schärfentiefe-Markierungen auf dem Objektiv bei abweichender Sensorgröße | Abschließende Bemerkungen | Referenzen

Auf dieser Seite möchte ich das Thema "Brennweite, Blende und Schärfentiefe bei verschiedenen Sensorgrößen" behandeln. Speziell diskutiere ich (1) welche Brennweiten bei Kameras mit unterschiedlichen Sensorgrößen denselben Bildwinkel erzeugen, (2) was ein nominell identischer Blendenwert für Kameras mit unterschiedlichen Sensorgrößen bedeutet und (3) wie die Schärfentiefemarkierungen auf Objektiven zu benutzen sind, wenn ein Objektiv an einer Kamera mit anderer Sensorgröße verwendet wird, als für die es gerechnet wurde.

 

Einführung

Als Benutzer von Digitalkameras weiß man, dass Kameras mit kleinem Sensor eine viel größere Schärfentiefe aufweisen als solche mit größerem Sensor - und als man es vom Film her gewohnt ist. Dies merkt man in vielen Aufnahmesituationen, besonders aber bei Makroaufnahmen. Vor allem für Anfänger, aber zum Beispiel auch für Straßen-Fotografen, macht dies das Fotografieren, zumindest das Scharfstellen, viel einfacher. Auf der anderen Seite wirken Aufnahmen mit großer Schärfentiefe - im Idealfall geht sie von vorn bis hinten - oft langweilig. Anspruchsvolle Hobby- und professionelle Fotografen diskutieren deshalb gern genau das Gegenteil: Wie erreicht man eine möglichst geringe Schärfentiefe, um das fotografierte Objekt vom Hintergrund abzuheben? Dies wird oft noch mit einer "Bokeh"-Diskussion verbunden (d.h. wie "angenehm" der Unschärfebereich abgebildet wird). Oft reicht solchen Fotografen bereits die Schärfentiefe nicht aus, die mit APS-C-Kameras erreicht werden kann, und sie lassen nichts anderes gelten als das sogenannte Vollformat (das dem Kleinbildformat bei Film entspricht). Allenfalls kann man demzufolge bei APS-C-Kameras eine geringe Schärfentiefe erreichen, wenn man sehr nahe an das zu fotografierende Objekt herangeht und dabei so weit wie möglich aufblendet (sofern die Qualität der Optik dies hergibt).

Seit Handy-Kameras den einfachen und preiswerten Digitalkameras das Leben schwer machen, sind viele Kamerahersteller dazu übergegangen, "Edel-Kompaktkameras" auf den Markt zu bringen, die sich, neben immer noch kompakten Ausmaßen, besonders durch zwei Merkmale auszeichnen: (1) größerer Sensor und (2) lichtstarke Optik (oft allerdings nur im Weitwinkelbereich lichtstark). Interessenten für solche Kameras, aber natürlich auch andere Fotografen stehen somit vor Fragen wie: Was bedeutet eine Anfangsöffnung von zum Beispiel 1:1,8 bei solch einer Kamera im Vergleich zu einer Vollformatkamera mit derselben Anfangsöffnung? Diese und weitere Fragen werde ich, wie oben angekündigt, weiter unten zu beantworten suchen.

 

Sensorgröße und Beschnittfaktor

Zunächst einige Bemerkungen zu Sensoren unterschiedlicher Größe. Hierfür sind aus historischen Gründen unterschiedliche Bezeichnungen entstanden, die oft wenig über die tatsächliche Sensorgröße ausagen. Am wichtigsten für das folgende ist eine Zahl, die auf Deutsch "Beschnittfaktor" (auch "Formatfaktor" oder "Brennweitenverlängerungsfaktor" und "crop factor" auf englisch) genannt wird. Sie gibt das Verhältnis zwischen der Diagonale desVollformats und der Diagonalen eines bestimmten Formats (bzw. den Bildwinkeln, s.u.) an. Diese Zahl wird uns weiter unten stets begleiten.Die folgende Tabelle zeigt wichtige Sensortypen mit ihren Maßen und Beschnittfaktoren:

Format Vollformat APS-C (DX) APS-C (Canon) Foveon (Sigma) MFT MFT multi-aspect 1" 2/3" 1/1.7" 1/1.8" 1/2.3"
Maße (mm) 36 x 24 23,7 x 15,6 22,3 x 14,9 20,7 x 13,8 17,3 x 13,0 variabel 13,2 x 8,8
12,8 x 9,3
8,8 x 6,6 7,6 x 5,7 7,2 x 5,4 6,2 x 4,62
Fläche (mm2) 864 370 329 286 225 variabel 116
119
58 43 39 29
Diagonale (mm) 43,3 28,4 27,1 24,9 21,3 20? 16 11 9,5 8,9 7,7
Beschnittfaktor 1,0 1,5 1,6 1,7 2,0 2,2 2,7 4 4,5 4,9 5,6

Bei verschiedenen Quellen unterscheiden sich die Maßangaben der verschiedenen Sensortypen leicht. Hier bin ich im wesentlichen Wikipedia (Formatfaktor) gefolgt. Viele der Werte sind gerundet.

Hier noch zwei Grafiken von Wikipedia zu dem Thema:

    

 

Bildwinkel, Brennweite und Sensorgröße

Der Bildwinkel (beim üblichen rechteckigen Bildformat in der Regel der zur Bilddiagonalen gehörende Wert) bestimmt, wieviel von einer fotografierten Szene auf den Sensor und somit auf das Foto gelangt. Objektive, die unterschiedliche Bildwinkel erfassen, unterscheiden sich in ihrer Brennweite und erlauben so, ganz viel, ganz wenig oder einen "normalen" Eindruck aufzunehmen. Da in der Vergangenheit das Kleinbildformat in der Fotografie dominiert hat, spricht man aber üblicherweise nicht von Bildwinkeln, sondern von Brennweiten (Weitwinkel-, Normal-, Tele-Brennweite), wenn man das Verhalten von Objektiven beschreiben will.

Um den gleichen Bildeindruck bei Kameras mit Sensoren unterschiedlicher Größe zu erzielen, müssen Objektive mit jeweils unterschiedlichen Bildwinkeln/Brennweiten eingesetzt werden. Bei einem sehr kleinen Sensor kann zum Beispiel eine Brennweite, die beim Vollformat eine Weitwinkelobjektiv ergeben würde, bereits einem Tele-Objektiv entsprechen. Deshalb hat man es sich angewöhnt, die Brennweiten aller Digitalkameras auf "Kleinbild-äquivalente" Werte umzurechnen, um sie vergleichen zu können. Und nicht ganz überraschend, kommt hier wieder der Beschnittfaktor ins Spiel:

*) Auch als KB-Äquivalent-Brennweite (oder KB-äquivalente Brennweite) abgekürzt

Kamera-Beispiele

In der folgenden Tabelle stelle ich Daten einiger Kameras zusammen, insbesondere solcher, die meine Frau und ich besitzen (oder besaßen) oder die ich interessant finde:

     
Anfangsbrennweite
Kamera Sensorgröße Beschnittfaktor kurz
tatsächlich
kurz
KB-äquivalent
lang
tatsächlich
lang
KB-äquivalent
Beliebig Vollformat 1   identisch mit
tatsächlich
  identisch mit
tatsächlich
Leica X Vario APS-C (DX) 1,5 18 mm 28 mm 46 mm 70 mm
Ricoh GR APS-C (DX) 1,5 18,3 mm 28 mm --- ---
Ricoh GXR A16 APS-C (DX) 1,5 15,7 mm 24 mm 55,5 mm 85 mm (83,5 mm)
Panasonic GM5 (Kit) MFT 2 12 mm 24 mm 32 mm 64 mm
Panasonic LX100
Leica Digilux 109
MFT multi-aspect 2,2 10,9 mm 24 mm 34 mm 75 mm
Sony RX100 M1 1" 2,7 10,4 mm 28 mm 37,1 mm 100 mm
Sony RX100 M3 1" 2,7 8,8 mm 24mm 25,7 mm 70 mm
Panasonic LX1000
Leica VLux 114
1" 2,7 9,1 mm 25 mm 146 mm 400 mm
Ricoh GX100/200
Ricoh GXR S10
1/1,7" 4,5 5,1 mm 24 mm 15,3 mm 72 mm
Ricoh CX4
Ricoh GXR P10
1/2,3" 5,6 4,9 mm 28 mm 52,5 mm 300 mm

 

Blende, Schärfentiefe und Sensorgröße

Nun möchte ich zur - etwas verallgemeinerten - Frage zurückkehren, die ich am Anfang gestellt habe: Was bedeutet derselbe Blendenwert bei einer Kamera mit kleinerem Sensor und bei einer Vollformatkamera? Hierzu gibt es zwei Antworten:

Da die vollen Blenden mit dem Faktor Wurzel 2 (1,414...) abgestuft werden, kann man sagen: Die Schärfentiefe einer APS-C-Kamera entspricht etwa der einer Vollformatkamera, die um eine volle Blendenstufe gegenüber der APS-C-Kamera abgeblendet wurde. Beim MFT-Format sind es dann bereits zwei volle Blendenstufen.

Im Artikel Sensorgröße und Schärfentiefe werden folgende Vor- und Nachteile genannt:

Kamera-Beispiele

In der folgenden Tabelle stelle ich blendenbezogene Daten der obigen Kameras zusammen:

     
Anfangsöffnung
Kamera Sensorgröße Beschnittfaktor weit
nominell
weit
für Schärfentiefe
Tele
nominell
Tele
für Schärfentiefe
Beliebig Vollformat 1   identisch mit
nominell
  identisch mit
nominell
Leica X Vario APS-C (DX) 1,5 3,5 (28 mm) 5,6 (28 mm) 6,4 (70 mm) 9,6 (70 mm)
Ricoh GR APS-C (DX) 1,5 2,8 (28 mm) 4,2 (28 mm) --- ---
Ricoh GXR A16 APS-C (DX) 1,5 3,5 (24 mm) 5,6 (24 mm) 5,5 (85 mm) 8,25 (85 mm)
Panasonic GM5 (Kit) MFT 2 3,5 (24 mm) 7 (24 mm) 5,6 (64 mm) 11,2 (64 mm)
Panasonic LX100
Leica Digilux 109
MFT multi-aspect 2,2 1,7 (28 mm) 3,74 (28 mm) 2,8 (75 mm) 6,16 (75 mm)
Sony RX100 M1 1" 2,7 1,8 (28 mm) 4,86 (28 mm) 4,9 (100 mm) 13,23 (100 mm)
Sony RX100 M3 1" 2,7 1,8 (24 mm) 4,86 (24mm) 2,8 (70 mm) 7,56 (70 mm)
Panasonic LX1000
Leica VLux
1" 2,7 2,8 (25 mm) 7,56 (25 mm) 4 (400 mm) 10,8 (400 mm)
Ricoh GX100/200
Ricoh GXR S10
1/1,7" 4,5 2,5 (24 mm) 11,25 (24 mm) 4,4 (72 mm) 19,8 (72 mm)
Ricoh CX4
Ricoh GXR P10
1/2,3" 5,6 3,5 (28 mm) 19,6 (28 mm) 5,6 (300 mm) 31,36 (300 mm)

*) Alle Brennweiten sind als Kleinbild-Äquivalent angegeben.

Wenn man sich die Blendenwerte in der Tabelle anschaut, kann man einige Fälle finden, in denen Kameras mit kleinerem Sensor und nominell großen Blendenöffnungen tatsächlich hinter Kameras "abrutschen" (oder mehr Schärfentiefe zeigen), die einen größeren Sensor haben, aber weniger weit öffnen. Bei den Belichtungszeiten kommen die größeren Blendenöffnungen allerdings voll zur Geltung.

In den technischen Daten der Kameras und vor allem in der Werbung der Kamerahersteller werden oft die KB-äquivalenten Brennweiten anstelle der tatsächlichen verwendet, was leicht zu mißverständlichen bis irreführenden Aussagen führen kann. Manchmal ist es gar nicht so einfach, die tatsächlichen Brennweiten herauszukommen, doch meistens stehen sie noch vorn auf den Objektiven...

 

Gebrauch der Schärfentiefe-Markierungen auf dem Objektiv bei abweichender Sensorgröße

Als ich das M-Mount-Objektivadaptermodul für meine Ricoh GXR erwarb und es mit Leica M-Objektiven verwendete, fiel mir auf, dass bestimmte Bildelemente nicht scharf waren, obwohl sie innerhalb der Schärfentiefenzone lagen, die auf dem Objektiv für die verwendete Blende markiert war (siehe Fotos unten; im Englischen spricht man von "zone focusing", wenn diese Methode verwendet wird). Erst durch Zufall stieß ich auf die Tatsache, dass man eine andere Blende als die eingestellte berücksichtigen muss, wenn man ein Vollformat-Objektiv an einer Kamera mit kleinerem Sensor verwendet. Wichtig ist nur, dass man das in der Eile des Fotografieren auch nicht vergisst...

Grundsätzlich gilt: Verwendet man Vollformat-Objektive an Kameras mit kleinerem Sensor, muss der Blendenwert durch den Beschnittfaktor geteilt werden, um den für die Ermittlung der Schärfentiefe relevanten Blendenwert zu erhalten.

Beispiel: Wenn bei einem M-Bajonett-Objektiv (Vollformat-Objektiv) an der Ricoh GXR (APS-C mit Beschnittfaktor 1,5) Blende 5,6 eingestellt ist, müssen die Markierungen für Blende 5,6/1,5 = 3,73, also etwa Blende 3,5 - sofern vorhanden - verwendet werden, ansonsten die der nächstgrößeren Blende (oder man muss Zwischenwerte schätzen).

    

Fotos: Entfernungsskala mit Schärfentiefe-Markierungen auf Objektiven mit M-Bajonett - Minolta M-Rokkor 1:2,8/28 mm (links) und Voigtländer Color Skopar Pancake II 1:2,5/35mm (rechts). Beim linken Objektiv ist Blende 8 eingestellt, berücksichtigt werden müssen aber die Markierungen von Blende 1:5,6, weil es an einem APS-C-Modul montiert isr!!! Beim rechten Objektiv müssten die nicht-existierenden Markierungen für Blende 1:2.8 berücksichtigt werden, wenn es an einer APS-C-Kamera verwendet werden würde, weil es auf Blende 4 eingestellt ist.

In der Literatur habe ich gefunden, dass der exakte Blendenwert für Vollformat-Objektive, die an APS-C-Kameras verwendet werden, um zwischen 1,3 und 1,5 Blendenstufen zu verändern ist (dennoch wurde der Einfachheit halber eine Blendenstufe empfohlen). Da dort jedoch keine Details angegeben waren, habe ich mir meinen eigenen "Reim" darauf gemacht und nachgeschaut, wie der Beschnittfaktor für verschiedene APS-C-Sensortypen in Relation zu den Veränderungen der Blendenwerte steht (wenn man den Zerstreuungskreis nicht berücksichtigt; aber der sollte bei so ähnlichen Sensorgrößen vergleichbar sein). Die folgende Tabelle soll dies verdeutlichen:

Sensortyp Beschnittfaktor Faktor Blendenstufen
    1,414213562
√2
1
APS-C (DX) 1,5 (1,51, 1,52) 1,5 < 1 1/3
    1,587401052
2*6.√2
1 1/3
APS-C (Canon) 1,6 1,6 < 1 1/2
    1,681792831
√2*4.√2
1 1/2
Foveon (Sigma) 1,7 1,7 > 1 1/2
MFT 2 2 2

Die Tabelle zeigt, dass für "DX"-Sensoren, wie ihn die Ricoh GXR, Ricoh GR und die Leica X Vario besitzen, der Unterschied noch deutlich unter 1 1/3-Blendenstufen liegt*. Hier macht man keinen großen Fehler, wenn man die Schärfentiefe-Markierungen der nächstgrößeren Blende verwendet. Bei APS-C-Sensoren von Canon liegt der Unterschied bei etwa 1 1/3 Blendenstufen und bei Foveon-Sensoren bei etwa 1,5 Blendenstufen - hier sind die Unterschiede schon deutlicher. Bei MFT-Sensoren sind es bereits zwei Blendenstufen, um die Ablesung zu verändern ist.

*) Der Beschnittfaktor 1,5 liegt ziemlich genau zwischen einer vollen Blendenstufe von √2 (1,414...) und 1 1/3 Blendenstufen (1,587).

 

Zusammenfassung

*) Der Unterschied ist zumindest beim DX-Format so gering, dass es in der Praxis ausreicht, einen vollen Blendenwert anzusetzen.

 

Referenzen

 

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14.02.2016