Abbildungsfehler von A-Z

Neben den Geometrie- und Farbfehlern (wie etwa Verzeichnung oder chromatische Aberration) gibt es im Zusammenhang mit den Objektiven noch eine Reihe weiterer Fehler, die das Bild negativ beeinflussen können. Die wichtigsten nun in einer kleinen Übersicht. Allerdings ist diese Auflistung ein wenig mit dem Beipackzettel eines Arzneimittels zu vergleichen: Die Fehler gibt es, sie können auch (oft in normalen Bildern nicht sichtbar) auftreten, aber man sollte sich nicht in Panik versetzen lassen. Wer lieber über Abbildungsfehler von Objektiven diskutiert, statt rauszugehen und Bilder zu machen, verpasst sehr viel.

 

 

Astigmatismus

Die deutsche Bezeichnung für diesen Fehler lautet Punktlosigkeit und zeigt, worum es geht: Ein Punkt wird nicht als Punkt, sondern als Strich wiedergegeben.

• Bei modernen Objektiven tritt dieser Fehler praktisch nicht mehr auf.

 

Beugungsunschärfe

Da Licht sich nicht nur in Form von Photonen, sondern auch in Wellenform ausbreitet, wird es an Kanten gebeugt. Eine solche Kante ist auch der Rand des „Blendenlochs“. Je kleiner die Blende ist, desto deutlicher führt die Beugung zu Unschärfen und geringem Kontrast.

• „Abblenden-bis-zum-geht-nicht-mehr“ sollte nach Möglichkeit vermieden werden, denn die größer d-pixx 4/2009 45 werdende Schärfenzone wird durch abnehmende Bildqualität erkauft.

 

Bildfeldwölbung

Das Objektiv bildet das Motiv nicht in eine Ebene scharf ab, sondern in den Ausschnitt aus einer Kugelschale. Je nachdem, wo die Schale die Sensorebene berührt oder schneidet, kommt es zu Unschärfen in der Bildmitte oder an den Bildrändern.

• Zur Vermeidung bzw. Minimierung des Fehlers werden Sammel- und Zerstreuungslinsen mit unterschiedlich stark gewölbten Oberflächen kombiniert.

 

Chromatische Aberration

Jede Lichtfarbe hat eine besondere Wellenlänge, wobei die Wellenlänge von Rot über Grün bis Blau immer kürzer wird, um nur die drei RGB-Grundfarben zu nennen. Unterschiedliche Wellenlängen werden beim Übertritt von einem Medium ins andere (Luft/Linse) unterschiedlich stark gebrochen, was dazu führt, dass eine Linse für unterschiedliche Farben unterschiedliche Brennweiten aufweist. Dadurch werden zum einen rote Elemente eines Motivs in einer anderen Ebene scharf abgebildet, als grüne oder blaue. Das Bild wirkt unscharf („Farblängsfehler“). Zudem setzt sich weißes Licht aus allen anderen Farben zusammen, die z. B. von einem Prisma sichtbar gemacht werden oder dem Regenbogen seinen Reiz verleihen. Mischfarben setzen sich aus einigen anderen Farben zusammen. Durch die unterschiedliche Brechung der verschiedenen Farbanteile werden die verschiedenfarbigen „Teilbilder“ unterschiedlich groß abgebildet. Das Resultat sind Farbsäume („Farbquerfehler“).

• Natürlich kennen Objektivkonstrukteure das Problem und begegnen ihm, indem sie Linsen aus unterschiedlichen Gläsern und mit unterschiedlicher Brechkraft kombinieren, sodass sich die Fehler der einzelnen Linsen gegenseitig aufheben. (e Objektiv-ABC)

 

Fokusprobleme (Backfokus und Frontfokus)

Der Autofokus stellt das Objektiv so ein, dass die Schärfenebene ein wenig hinter oder vor dem anvisierten Punkt liegt.

• Einige Hersteller haben auf dieses Problem reagiert, indem sie es möglich machen, die Schärfenautomatik der Kamera generell oder gezielt für einzelne Objektive fein abzustimmen. Dazu stellt man die Kamera auf ein stabiles Stativ und macht mit ganz offener Blende (minimale Schärfenzone) und mit dem Selbstauslöser (Kameraschwingungen ausschalten) Aufnahmen, zwischen denen man das AF-Feintuning schrittweise verändert. Die 100-%-Darstellung der Bilder zeigt dann, welche Einstellung ein scharfes Bild bringt, und diese Einstellung wird gespeichert.

 

Koma

Die Koma, von der hier die Rede ist, leitet sich ab vom lateinischen Wort Coma, das uns auch im Wort Komet begegnet. Coma heißt auf deutsch „Haar“ oder „Schweif“. Darin ist schon enthalten, wie sich der Fehler auswirkt: Objektpunkte außerhalb der optischen Achse werden nicht als Punkte im Bild wiedergegeben, sondern als verzerrte Punkte, also als Punkte mit einem schweifartigen Fortsatz. (Bitte nicht verwechseln mit „das Koma“, das in der Medizin eine Rolle spielt!)

• Sollte dieser Abbildungsfehler auftreten, kann er durch Abblenden gemindert werden (e Objektiv- ABC).

 

Purple Fringing

Im Gegensatz zu den gelb/ blauen und rot/grünen Farbsäumen, die definitiv durch chromatische Aberration hervorgerufen werden, ist das Entstehen der als „Purple Fringing“ bekannten violetten Farbsäume umstritten. Die einen sehen sie bei den chromatischen Aberrationen, die anderen machen die Oberfläche der Filter verantwortlich, die vor dem eigentlichen Sensor angebracht sind. Wenn sie kurzwelliges, violettes Licht stark reflektiert, soll es zum beschriebenen Effekt kommen. Es scheint nur festzustehen, dass die violetten Säume bevorzugt an sehr kontrastreichen Kanten (schwarze Äste vor weißen Wolken) auftreten, dass überbelichteter Hintergrund sie fördert, dass kurze Brennweiten stärker betroffen sind als lange und dass sie häufig in Aufnahmen zu sehen sind, die mit weit offener Blende (größer als 5,6) entstanden. Chromatische Aberration wurde bereits diskutiert, als man noch mit Diafilm fotografierte, Purple Fringing ist meines Wissens erst im Zusammenhang mit der Digitalfotografie zum Thema geworden. Das würde dafür sprechen, dass der Sensor zumindest mitverantwortlich ist. (Sollten Sie Purple Fringing schon aus Ihrer „Film-Zeit“ kennen und Belege haben, würde ich mich über eine Nachricht und Bilder freuen.)

• Die störenden Farbsäume lassen sich in der nachträglichen Bearbeitung des Bildes minimieren oder entfernen, indem z. B. in Photoshop Elements (Überarbeiten > Farbe anpassen) die Sättigung und Helligkeit der Magenta-Töne verringert und den betroffenen Pixeln dann ein neuer, besser passender Farbton zugewiesen wird.

 

Reflexe

Reflexe entstehen, wenn Licht im Objektiv von Linsenoberflächen reflektiert wird. Im Gegensatz zum Streulicht, das wie ein „Schleier“ über dem Bild liegt, treten abgegrenzte Flecken auf.

• Die Vergütung der Linsenoberflächen minimiert das Auftreten von Reflexen.

 

Sphärische Aberration

Lichtstrahlen, die parallel zur optischen Achse in eine Sammellinse einfallen, werden verschieden stark gebrochen, und zwar umso stärker, je weiter sie von der optischen Achse entfernt sind. Sie werden auf verschiedene Brennpunkte entlang der optischen Achse gebündelt, was zu leichter Unschärfe und vermindertem Kontrast führt.

• Völlig frei von sphärischer Aberration sind Oberflächenspiegel und asphärische Linsen, deren Oberfläche nicht der Oberfläche eines Kugelsegments entspricht. Früher waren geschliffene asphärische Glaslinsen sehr kompliziert herzustellen und wurden entsprechend selten in teuren Objektiven eingesetzt. Durch moderne Fertigungsmethoden (Pressen von Glas oder Kunststoff) kommen sie mittlerweile viel häufiger zum Einsatz. Aber auch ohne Spiegel und Asphären kann die sphärische Aberration weitestgehend korrigiert werden.

 

Streulicht

Wenn Licht an Linsenoberflächen oder Bauteilen im Objektiv diffus reflektiert wird, entsteht Streulicht, das einen „Schleier“ über das Bild legt und den Kontrast mindert. Auch Licht, das von außerhalb des Bildwinkels auf die Frontlinse fällt und dann doch seinen Weg ins Objektiv findet, kann zur Streulichtbildung beitragen.

• Die Vergütung von Linsen, die mattschwarze Lackierung von Linsenrändern und Bauteilen sowie die Riffelung von Oberflächen im Objektiv sollen die Entstehung von Streulicht im Objektiv verhindern. Unbedingt anzuraten ist der Einsatz einer ans Objektiv angepassten Streulichtblende, damit nur Licht ins Objektiv gelangt, das zur Bildentstehung gebraucht wird. Die Streulichtblende ist auch als Sonnenblende oder Gegenlichtblende bekannt. Sie ist aber auch nützlich, wenn die Sonne nicht scheint. Und mein geschätzter Kollege Alexander Borell meinte einmal, die einzige Blende gegen das Licht, die er kenne, sei der Objektivdeckel. Dem ist nichts hinzuzufügen.

 

Verzeichnung

Verzeichnung äußert sich in der Durchbiegung von geraden Linien, die umso stärker ist, je näher eine Linie dem Bildrand ist. Bei der tonnenförmigen Verzeichnung werden die Linien nach außen gebogen. Bei der kissenförmigen Verzeichnung werden die Linien nach innen gebogen und erinnern an Sofakissen, wie man sie heute fast nicht mehr zu Gesicht bekommt. Außerdem findet man hin und wieder die wellenförmige Verzeichnung in verschiedenen Ausprägungen. Tonnenförmige Verzeichnung ist oft bei Superweitwinkel- und Weitwinkelobjektiven in Retrofokusbauweise (Sie erinnern sich: der Abstand zwischen Hinterlinse und Sensorebene ist größer als die Brennweite) anzutreffen, wie auch bei den kurzen Brennweiten von Zooms. Bei Fischaugenobjektiven ist eine extrem starke tonnenförmige Verzeichnung gewollt, um Bildwinkel von 180° realisieren zu können. Besonders Teleobjektive (Sie erinnern sich: die Baulänge ist kürzer als die Brennweite) und die langen Brennweiten von Zooms sind von kissenförmiger Verzeichnung betroffen.

• Es gibt eine Reihe von Objektiven (Festbrennweiten, oft Makroobjektive), die nicht oder nur minimal verzeichnen. Unter den Zooms findet man sehr viele, die bei einer ihrer mittleren Brennweiten verzeichnungsfrei sind. Außerdem ist es möglich, Verzeichnung per Software (zunächst nur auf dem Computer, inzwischen auch in der Kamera) aus dem Bild zu rechnen.

 

Vignettierung

Vignettierung, oft auch als Randabschattung bezeichnet, sorgt dafür, dass die Bildränder und Bildecken dunkler ausfallen als die Bildmitte. Daran ist oft der innere Aufbau des Objektivs schuld, der die randnahen Lichtstrahlen blockiert. Diese Art der Vignettierung ist meist bei weit offenen Blenden zu beobachten und kann durch Abblenden um eine oder zwei Stufen minimiert oder schon eliminiert werden. Die eben beschriebene Vignettierung ist nicht zu verwechseln mit dem Randlichtabfall nach dem cos4-Gesetz. Es besagt, dass im Winkel a einfallende Lichtstrahlen eine um den Faktor cos4a geringere Belichtung hervorrufen als senkrecht auftreffende Lichtstrahlen. Dieses Problem ist bei langbrennweitigen Objektiven weniger ausgeprägt als bei Superweitwinkel- und Weitwinkelobjektiven, bei denen die randnahen Lichtstrahlen schräg auf den Sensor treffen.

• Die Anordnung der Linsen vor der Blende kann dafür sorgen, dass die Eintrittspupille für schräg einfallende Lichtstrahlen größer und der Helligkeitsabfall zum Bildrand geringer wird. Zunehmend werden auch (nahezu) telezentrische Objektive entwickelt, bei denen auch randnahe Strahlen senkrecht auf den Sensor treffen.  Durch den Einsatz geeigneter Software auf dem PC oder in der Kamera kann Helligkeitsabfall zwischen Bildmitte und Bildrand korrigiert werden.

 

Zentrierungsfehler

Damit ein Objektiv die optimale Leistung bringen kann, müssen die Linsen so angeordnet sein, dass ihre Mittelpunkte auf der optischen Achse liegen und ihre Hauptebenen senkrecht zur optischen Achse stehen. Je mehr Linsen in einem Objektiv zum Einsatz kommen und je komplizierter sie bewegt werden müssen (was besonders bei Zooms und Superzooms der Fall ist), desto schwieriger ist diese Vorgabe einzuhalten. Gelingt es nicht und eine Linse oder Linsengruppe ist gegen die optische Achse verschoben oder geneigt, können z. B. einseitige Unschärfen die Folge sein.

• Gegen diesen Fehler hilft nur hochpräzise Fertigung der Objektive. Sollte ein Objektiv so falsch zentriert sein, dass die Bildqualität sichtbar darunter leidet, hilft dem Anwender nur der Austausch. Einige andere Merkwürdigkeiten, die in einem Bild auffallen können, sind in der Übersicht nicht aufgeführt – weil sie keine Abbildungsfehler sind.

+ Die kringelförmige Wiedergabe von Punkten durch Spiegellinsenobjektive wird durch den besonderen Aufbau dieser Objektive hervorgerufen (e Fotoschule Folge 3).

+ Unschärfe vor und hinter dem scharf abgebildeten Hauptmotiv ist auf eine schmale Schärfenzone zurückzuführen.

+ Unschärfe in Teleaufnahmen kann von Schmutz in der Luft und/oder Bewegung der Luft verursacht sein.

+ Doppelkonturen lassen sich durch eine Bewegung der Kamera während der Belichtung erklären (auch Bildstabilisatoren haben Grenzen!).

+ Sehr dunkle und ganz schwarze Bildecken kommen von einer falschen (zu engen und/oder zu langen) Streulichtblende, von einem zu dicken Einschraubfilter oder von der Verwendung eines für kleine Sensoren gerechneten Objektivs an einer Vollformatkamera.

+ Wenn ein großer, dunkler oder manchmal auch heller Fleck große Teile des Bildes überdeckt, war in der Regel ein Finger der Fotografin/des Fotografen vor dem Objektiv einer Kompaktkamera.

 

Objektiv-ABC

Wenn Objektive in Bezug auf bestimmte Abbildungsfehler besonders gut korrigiert sind, wird das durch entsprechende Bezeichnungen kundgetan: Anastigmat (Astigmatismus), Aplanat (Verzeichnung, Koma, sphärische und teilweise chromatische Aberration), Achromat (Großteil der chromatischen Aberration). Im modernen Sprachgebrauch sind diese Bezeichnungen praktisch nicht mehr zu finden. Nur der Begriff „Apochromat“ ist noch häufig anzutreffen. Er bezeichnet (meist in der Kurzform „Apo“) ein Objektiv, das völlig frei vom Farblängsfehler sein soll. Nachdem wir uns die Sensoren mit ihren Pixeln und variablen ISO-Werten angeschaut haben und den Objektiven mit ihren Brennweiten (mit und ohne Crop-Faktor), Lichtstärken und Anwendungsmöglichkeiten Aufmerksamkeit schenkten, die Perspektive und spezielle Objektivtypen kennengelernt haben, wenden wir uns nun dem nächsten großen Kapitel unserer Fotoschule zu – den Kameratypen.

 

Nebenbei bemerkt

Abbildungsfehler werden auch als Aberrationen bezeichnet. Das Wort leitet sich vom lateinischen aberrare (abirren) ab. Wer „Abberation“ schreibt, hat vielleicht Ernst Karl Abbe (1840 - 1905) im Sinn, den fast schon legendären Objektivkonstrukteur (und Sozialreformer) aus dem Haus Carl Zeiss. Der wiederum hat nichts mit einem Abbé zu tun. Wer Ernst Abbe „mit Akzent auf dem e“ buchstabiert, irrt zwar, beweist aber, dass der Satz „Errare humanum est …“ (Irren ist menschlich …) immer noch richtig ist.

 

 

 

 

 

 

 

 

Nebenbei bemerkt

Ohne englische Begriffe kommt man in der digitalen Welt nicht aus – ob es wirklich sein muss, sei dahingestellt. Wer „purple fringing“ sagt, könnte auch „Purpur-Farbsäume“ sagen (oder auch „purpurne“). Aber es gibt Funktionen, die ein englischer Begriff eindeutiger beschreibt als ein deutscher. So grenzt die „Movie-Funktion“ die Möglichkeit, einen Film (im Sinne von Bewegtbildern) aufzunehmen, von der „Film-Funktion“ ab, mit der man bestimmte Eigenschaften eines Films (im Sinne von Aufnahmematerial) digital imitieren kann. Mit anderen Worten: Oft, aber durchaus nicht immer, ist Denglisch eine schlechte Sache. Und wenn wir uns bemühen, werden auch deutsche Fachbegriffe nicht aussterben – yes, we can.