Brennweite und Brennpunkt

Die Brennweite kann man an einem sonnigen Tag einfach erleben. Man nimmt eine ganz normale, symmetrische Sammellinse (die beiden Krümmungen der Oberflächen sind gleich) und bündelt das Licht der Sonne in einen Punkt auf einem Blatt Papier, wo ein heller Fleck zu sehen ist. Das heißt nichts anderes, als dass man ein scharfes Bild eines unendlich weit entfernten Objekts (Sonne) in der Bildebene (Papier) erzeugt hat. Natürlich ist der Abstand zwischen Erde und Sonne alles andere als unendlich, aber im fotografischen Sprachgebrauch liegt alles „im Unendlichen“, was weiter weg ist, als das 20fache der Brennweite, und das trifft auf die Sonne durchaus zu.

 

Eine einfache Sammellinse bündelt das Licht eines unendlich weit entfernten Objekts in einem Punkt. Der Idealfall geht von parallel einfallenden Lichtstrahlen aus 1. Durch Vor- und Zurückbewegen der Linse wird die Schärfe der Abbildung verändert 2.

 

Die Brennweite der symmetrischen Linse entspricht dem Abstand zwischen ihrem Mittelpunkt, der auf der einzigen Hauptebene der Linse liegt, und der Bildebene. Der Ausdruck „Brennweite“ kommt in der Tat daher, dass nicht nur die Helligkeit, sondern auch die Wärme im kleinen Bild der Sonne gebündelt wird und brennbares Material (in unserem Beispiel das Papier) anfangen kann zu brennen. Bei einer asymmetrischen Linse ist die Sache schon etwas komplizierter, denn die weist zwei Hauptebenen auf (objektseitige und bildseitige Hauptebene). Als Brennweite gilt der Abstand zwischen bildseitiger Hauptebene und Bildebene bei der Abbildung eines unendlich weit entfernten Gegenstandes.

 

Der Aufbau eines Zoomobjektivs 3 kann mehr als ein Dutzend Linsen umfassen, die teilweise miteinander verkittet sind. Einzelne Linsengruppen können unabhängig voneinander bewegt werden, um die Abbildungsqualität zu optimieren und das Objektiv kompakt zu halten. Zwischen Sensor und Auflagefläche des Bajonetts b muss sich bei SLR-Kameras der Spiegel a bewegen können. Das bedingt für Objektive mit kurzer Brennweite die Retrofokusbauweise 4. Eine d-pixx ist 297 mm hoch. Das Zoom im Bild ist dank der Telebauweise bei Einstellung auf 300 mm Brennweite und Unendlich deutlich kürzer 5.

 

In der Fotografie spielen einzelne Linsen aber praktisch keine Rolle. Um die Abbildungsfehler einer einzelnen Linse auszugleichen kommen weitere Linsen hinzu. (Auf die Abbildungsfehler, die sich trotz der Kombination mehrerer Linsen bemerkbar machen können, kommen wir später zurück). Berühmt wurden Dreilinser wie das Cooke Triplet und der vierlinsige Tessartyp. Moderne Objektive weisen in der Regel mehr Linsen auf, die nicht unbedingt einzeln stehen müssen, sondern teilweise zu „Gruppen“ verkittet sind. Schauen wir in die technischen Daten dreier Objektive, die Anfang 2009 aktuell sind. Das sehr flache Olympus Zuiko Digital 2,8/25 mm bietet 5 Linsen in 4 Gruppen, das optische System des Sony Vario Sonnar T* 2,8/16-35 mm ZA SSM besteht aus 17 Linsen in 13 Gruppen und das Canon EF 3,5-5,6/28-300 mm L IS USM ist aus 23 Linsen in 16 Gruppen aufgebaut.

Alle Linsen eines Objektivs weisen als Gesamtheit eine objektseitige und eine bildseitige Hauptebene auf und die Brennweite ist wieder der Abstand zwischen bildseitiger Hauptebene und Bildebene bei der Abbildung eines unendlich weit entfernten Gegenstandes. Das heißt, dass bei einem auf Unendlich eingestellten 50-mm-Objektiv die bildseitige Hauptebene 50 mm von der Sensorebene entfernt ist und dieser Abstand bei einem Objektiv mit 35 mm Brennweite auch 35 mm beträgt.

Will man ein Objekt, das sich näher vor der Linse befindet, scharf abbilden, muss man den Abstand zwischen Linse und Bildebene vergrößern.

Auf diese Weise gelingt es beispielsweise, mit der oben angesprochenen Sammellinse („Brennglas“) auch das Bild einer Glühbirne auf das Papier zu projizieren - wo es kopfstehend, seitenverkehrt und in nicht berauschender Qualität erscheint. Dabei wird natürlich die Brennweite der Linse nicht verändert, sondern der Abstand zwischen der Hauptbene der Linse und der Bildebene.

Auch bei Objektiven passiert beim Fokussieren auf ein Objekt in der Nähe im Prinzip nichts anderes. So, wie das Brennglas weiter vom Papier weg gehalten werden muss, muss sich im Objektiv die bildseitige Hauptebene von der Bildebene entfernen. Dabei werden entweder alle Linsen gleichmäßig nach vorn bewegt. Es können aber auch nur einzelne Linsengruppen verschoben werden („Floating Elements“) - zur Optimierung der Abbildungsleistung sogar gegenläufig.

Viele Objektive werden beim Scharfstellen in den Nahbereich länger. Andere nicht - sie verfügen über eine so genannte „Innenfokussierung“.

Zurück zur Brennweite. Dass sie bei Unendlicheinstellung dem Abstand zwischen bildseitiger Hauptebene und Bildebene entspricht, bringt bei einäugigen Spiegelreflexkameras (zu den Kameratypen kommen wir später) ein Problem.

Zwischen Sensor und Hinterlinse des Objektivs muss Platz für den Rückschwingspiegel sein - um die 40 mm. Um Brennweiten möglich zu machen, die kürzer sind als der Abstand zwischen Bajonett und Sensorebene (das Auflagemaß), muss die bildseitige Hauptebene hinter dem Linsensystem liegen. Das erreicht man durch so genannte Retrofokuskonstruktion. Ihr ist es zu verdanken, dass auch Nutzer vor Spiegelreflexkameras mit Weitwinkel- und Superweitwinkelobjektiven fotografieren können, deren Hinterlinsen ohne diesen Kunstgriff weit ins Gehäuse ragen würden.

Aber nicht nur bei den kurzen und ganz kurzen Brennweiten tricksen die Konstrukteure - auch bei den langen und ganz langen. Eine Brennweite von (beispielsweise) 300 mm setzt bei Unendlicheinstellung einen Abstand von 300 mm zwischen bildseitiger Hauptebene und Bildebene voraus - und damit einen langen Objektivtubus.

Objektive, bei denen die lange Brennweite tatsächlich so umgesetzt wird, so genannte Fernobjektive, sind selten geworden. Stattdessen setzen die Objektiventwickler auf die so genannte Telekonstruktion, bei der die bildseitige Hauptebene des Objektivs innerhalb des Tubus nach vorn verlagert wird. Durch diesen Trick kann eine lange Brennweite in einem kurzen Objektivtubus untergebracht werden. Über die Jahre hinweg hat es sich eingebürgert, Objektive mit langen Brennweiten generell als Teleobjektive zu bezeichnen - und inzwischen trifft dies auch in der überwiegenden Zahl der Fälle zu.

Mehrere Brennweiten in einem Objektiv trifft man bei den Zoom-Objektiven an. Auch hier ist im Laufe der Zeit eine spezielle Bezeichnung zur allgemeinen Bezeichnung geworden. „Zoom“ bezeichnet eigentlich Objektive mit veränderlicher Brennweite, bei denen es nach der Brennweitenverstellung nicht nötig ist, neu zu fokussieren. Im Gegensatz dazu stehen die „Variofokusobjektive“, bei denen man nach der Brennweitenwahl die Schärfe neu einstellen muss. Heute werden alle Objektive mit veränderlicher Brennweite als Zooms bezeichnet, auch wenn es sich in vielen Fällen um Variofokusobjektive handelt.

In der Zeit der Kameras mit manueller Scharfstellung (MF) war der Unterschied Zoom/Variofokusobjektiv in der Praxis zu spüren. Beim echten Zoom konnte man in kniffligen Situationen bei längster Brennweite scharfstellen und dann zur kürzeren Brennweite wechseln, ohne „die Schärfe zu verlieren“. Da moderne Autofokussysteme bei jeder Brennweite schnell und sicher die Schärfe festlegen, spielt dieser Vorteil der echten Zooms im Fotoalltag praktisch keine Rolle mehr.

Ehe wir anschauen, in welche Gruppen man die Brennweiten einteilt und welche Rolle die Brennweite bei der Bildgestaltung spielt, widmen wir uns einem Phänomen, das es zwar schon lange gibt, das aber erst mit der Digitalfotografie in das Bewusstsein vieler Fotografen gelangte. Es geht um die „scheinbare Brennweitenverlängerung“, den „Crop“, oder etwas einfacher gesagt um die formatabhängige Wirkung der Brennweite.

 

 

Wussten Sie ...

... dass die Erde zwischen rund 147.100.000 km und rund 151.100.000 km von der Sonne entfernt ist? Der Abstand von 149,6 Mio. Kilometern wird als „Astronomische Einheit“ bezeichnet. Das Sonnenlicht braucht rund 8 Minuten, um diese Strecke zurückzulegen. Die geladenen Teilchen des Sonnenwinds, die z. B. für Nordlichter und damit für spektakuläre Motive sorgen können, sind dagegen zwischen rund zwei und vier Tagen unterwegs.

... dass ein Brennglas eine Temperatur von 233 °C erzeugen muss, um Papier zum Brennen zu bringen? Das entspricht 451 °F - und daraus leitete Ray Bradbury den Titel für einen sehr lesenswerten Roman ab, der oft in die Science Fiction eingereiht wird, obwohl er eher eine negative Utopie ist. (Verfilmt von François Truffaut.)

 

Nebenbei bemerkt

Es ist immer wieder zu lesen, dass diese oder jene „Linse“ gut oder schlecht, oder dass diese oder jene „Optik“ günstig oder teuer sei. Linsen findet man zwar im Objektiv, das auf Englisch „Lens“ heißt, aber die Rückübersetzung in „Linse“ ist trotzdem überflüssig. Unter Optik versteht man zum einen den Teil der Physik, der sich mit der optischen Abbildung befasst, zum anderen alle optischen Bauteile eines optischen Geräts. Wenn man nicht genau das meint, sollte man lieber Objektiv sagen.

 

Wussten Sie ...

… dass das von Dr. Paul Rudolph gerechnete und 1902 von Carl Zeiss zum Patent angemeldete „Tessar“ als das Objektiv mit der besten Abbildungsleistung seiner Zeit angesehen wurde? Seine Lichtstärke von anfangs nur 1:6,3 wurde im Laufe der Zeit verbessert. Berühmt wurde das Carl Zeiss Tessar als „Adlerauge“. Als der Patentschutz nicht mehr wirkte, brachten auch andere Hersteller Vierlinser à la Tessar auf den Markt, z. B. Leitz das „Elmar“, Schneider-Kreuznach das „Xenar“ oder Voigtländer das „Skopar“. Obwohl das Tessar Vielen als Objektiv mit 5 cm Brennweite für die Kleinbild- Messsucherkamera „Contax“ in Erinnerung ist, gab es auch Tessare mit 7,5 cm oder 8 cm für Mittelformatkameras. (Die Angabe der Brennweite in „Zentimetern“ war noch bis in die 60er Jahre des 20. Jahrhunderts zu finden!)

... dass die amerikanische Schriftstellerin Gertrude Stein (1874-1946), die den Begriff der „Lost Generation“ für die Autoren nach dem 1. Weltkrieg schuf, oft mit der Zeile „A rose is a rose is a rose is a rose“ aus dem Gedicht „Sacred Emily“ zitiert wird.