Beugungsunschärfe

Zusammenhang von Auflösung und Blende

Wichtiger Hinweis hierzu von Franz-Manfred Schüngel:
"Der Verlauf der blauen Linie ist rein physikalisch bedingt, während der der roten Linie von Konstruktion (u. a. der Reduktion der Abbildungsfehler) und Fertigungsqualität des Objektivs abhängt".

(mit freundlicher Genehmigung von Franz-Manfred Schüngel)

Begriffserläuterung

Von Beugungsunschärfe (auch umgangssprachlich als "Beugung" bezeichnet) spricht man, wenn die Schärfe beim Abblenden eines Objektives ab einem "bestimmten Blendenwert nicht mehr ansteigt, sondern zurückgeht.

Begründung:
Licht wird auf einem Sensor (Film) nicht punktförmig sondern "scheibchenförmig" abgebildet. Die Größe des "Beugungsscheibchens" hängt von der Größe der eingestellten Blende ab, je größer die Blende ist, desto größer das "Beugungsscheibchen", welches abgebildet wird.
Wenn die Größe des "Beugungsscheibchens" die Größe des "Pixel Pitchs" (das ist der Abstand von einer Pixelmitte zu Pixelmitte) übersteigt, sinkt dadurch automatisch die Auflösung, die Bildqualität wird schlechter.
In der analogen Fotografie tritt dieser Effekt erst viel später auf, da die lichtempfindlichen Kristalle nicht gleichmäßig verteilt sein können, wie Pixel auf einem Sensor.

Zitate

Hierzu ein Zitat von Alfons Scholz aus dem Buch "Leica M6: Geschichte und System", Wilhelm Knapp Verlag, Düsseldorf 1988:

"Die physikalische Grenze erreicht ein Objektiv durch die Beugung des Lichtes. Durch Öffnung jeglicher Art tritt das Licht nicht schlechthin gradlinig hindurch. Es wird um eine Winzigkeit abgelenkt, welche Winzigkeit, je kleiner die Öffnung wird, denn doch eine Größe erreicht, die sich bemerkbar macht. Unabhängig von der Bauart des Objektives ist da eine Schranke aufgerichtet, die durch keine Tricks und Kniffe umgangen werden kann. In der Kleinbildfotografie wird die Schranke ab Blende 22 spürbar. Das absolute, beugungsbedingte Auflösungsvermögen des Objektivs beträgt bei dieser Blende 65 L/mm (die genaue Zahl hängt von der Farbe des Lichtes ab), wobei diese 65 Linien gerade noch eben oder gerade eben nicht mehr aufgelöst werden. Für guten Kontrast ist etwa die Hälfte des Wertes anzusetzen. Auf einer Vergrößerung 18 x 24 cm hätten wir demzufolge eine anständige Auflösung von ca. 5 L/mm (sofern das gesamte Negativformat ausgenutzt wird). Das ist ungefähr die Bedingung für ein scharfes Bild. Blendet man weiter ab, geht die Auflösung zurück. Hier, wie gesagt, kommen die Objektive physikalisch an ihr Ende. Weder Leitz noch Zeiss noch sonstwer kann dagegen etwas tun."

Ein weiteres - sehr treffendes - Zitat von Anders Uschold aus seinem Artikel "Begrenzung der Auflösung durch Beugung" in photoscala.de:

"In der Praxis bedeutet dies, sehr vereinfacht ausgedrückt, dass der Wellencharakter des Lichts dafür sorgt, dass es beim „Durchzwängen“ durch eine kleine Öffnung zunehmend seine Präzision einbüßt, so dass dargestellte Bilder immer unschärfer werden, jede kleiner eben diese Öffnung ist. .... Man stelle sich eine weite Bucht vor, in der die einfallenden Meereswellen direkt auf den Strand auftreffen. Die breiten unbehinderten Wellen fallen ganz gerade, parallel und präzise auf den Strand. Verengt man den Eingang der Bucht links und rechts durch eine Mauer, so werden die Wellen, die die Enden der Mauer streifen, etwas gebrochen. Von diesen Enden laufen dann gebeugte Wellen ringförmig weiter und überlagern sich mit den ungestörten, parallelen Wellen, die die Mitte der Maueröffnung durchlaufen haben. Ist die Öffnung groß, so wirkt sich diese Störung kaum aus. Je mehr man jedoch die Maueröffnung verkleinert, umso geringer wird der präzise Anteil der ungestörten mittleren Wellenfront gegenüber dem an den Mauerenden gebrochenen Störanteil. Das anrollende Wellenbild wird immer kabbeliger und unpräziser. Konnte man bei einer großen Maueröffnung noch große und kleine ankommende Wellen spüren und erkennen, so wird bei einer kleinen Maueröffnung der kabbelige Störanteil immer größer und es zeichnen sich nur noch die ursprünglich großen Meereswellen erkennbar ab: Das Bild der Meereswellen verliert an Auflösung."

Noch ein schönes Zitat aus dem Artikel "Wie viele Megapixel verkraftet eine Kamera?" im photoscala.de:

"Das Licht, die Blende, und im Besonderen die Beugung des Lichts an der Blende stellen einen absolut limitierenden und auflösungs-begrenzenden Faktor dar: Mehr als das Objektiv an Details, sprich Auflösung, durchlässt, mehr geht nicht; egal, wie fein die Strukturen des Sensors (Pixelpitch) oder des Films (Korn) sein mögen."