3. Kameraobjektiv

Am Beispiel einer einzelnen Sammellinse lassen sich die grundlegenden Prinzipien der Optik in der Fotografie anschaulich erklären. Zur Abbildung eines Motivs auf dem Kamerasensor ist eine einzelne Linse jedoch ungeeignet. Um eine gute Abbildungsqualität zu erreichen, ist deutlich mehr erforderlich.

Moderne Objektive sind technologische "High-End-Produkte". In ihre Entwicklung fließen die Erfahrungen aus über hundert Jahren Fotografie ein. Wie kaum ein anderes Produkt verlangt die Konstruktion und Fertigung von Objektiven ein außergewöhnlich hohes Maß an Sorgfalt und Präzision. Natürlich spiegelt sich dies auch im Anschaffungspreis wieder. Der Preis eines guten Objektivs kann schnell den Anschaffungspreis des Kameragehäuses übersteigen. Doch leider ist umgekehrt der Preis allein kein hinreichendes Indiz für die Qualität des Objektivs.

Linsengruppen

Das Ziel bei der Entwicklung von Objektiven ist, optische Mängel (sog. Aberrationen) so weit wie möglich zu vermeiden und gleichzeitig eine optimale Detailauflösung und Bildhelligkeit zu erreichen. Diese Aufgabe kommt der Quadratur des Kreises sehr nahe. Die digitale Kameratechnik hat die Qualitätsanforderungen noch weiter verschärft. Vor allem hochauflösende Kompaktkameras mit kleinen Sensoren verlangen nach einer Optik mit entsprechender Detailauflösung. Zudem befinden sich vor den Sensorelementen meist noch Streulinsen, UV- und AA-Filter. Damit das Licht durch alle diese Filter hindurch zur richtigen Diode gelangt, muss es - anders als beim analogen Film - auch an den Bildrändern möglichst senkrecht auf den Sensor gelangen.

Dieses Beispiel einer Festbrennweite besteht aus sieben Linsen, fünf Sammel- und zwei Streulinsen.

Um diese Anforderungen zu erfüllen, reicht eine einfache Linse nicht aus. Kameraobjektive setzen sich deshalb aus mehreren unterschiedlich geformten und aus verschiedenen Glasarten hergestellten Linsen mit unterschiedlichen Brechungs- und Zerstreuungseigenschafen zusammen. Fünf bis zehn Linsen in einem einfachen Objektiv sind durchaus üblich. Wichtig sind dabei ihre Positionen und Abstände innerhalb des Objektivgehäuses.

Die hohe Anzahl der Elemente führt jedoch auch zu Problemen. Die Oberflächen der Linsen reflektieren geringe Lichtanteile im Objektiv, sog. Streulicht. Dieses Streulicht führt zu kontrastarmen Bildern und Lichtflecken im Bild. Bei hochwertigen Objektiven werden die Linsen deshalb vergütet. Sie werden mit einer oder mehreren extrem dünner Schichten eines transparenten Materials überzogen, das Reflektionen verhindern sollen. Dennoch kann es auch bei diesen Objektiven zu Lichtflecken kommen, wenn in Richtung einer hellen Lichtquelle außerhalb des Bildbereichs fotografiert wird. Hier helfen sog. Gegenlicht- oder Objektivblenden, die wie eine Art Trichter auf das Objektiv geschraubt werden.

Noch komplizierter ist die Konstruktion sog. Zoomobjektive. Während Objektive mit einer bestimmten Brennweite, sog. Festbrennweiten, Lichtstrahlen nur in einem bestimmten Grad brechen, werden bei Zoomobjektiven durch das Verschieben der Linsen unterschiedliche Brechungsgrade erreicht. Sog. "Mega-Zooms" können heute stufenlos z.B. zwischen Brennweiten von 28 bis 300 mm eingestellt werden. Allerdings ist das nur mit Kompromissen bei der Abbildungsqualität zu erreichen.

Noch vor zehn Jahren waren Zoomobjektive für den anspruchsvollen Fotografen reines Teufelszeug. Inzwischen erreichen auch Zoomobjektive gute bis sehr gute Abbildungsqualitäten. Der Brennwertebereich sollte jedoch nicht das Dreifache des kleinsten Brennwerts übersteigt (z.B. 28-70 mm oder 50-150 mm). Da der technische Fortschrift auch bei den Festbrennweiten nicht stehen geblieben ist, erreichen Festbrennweiten nach wie vor oft bessere Abbildungsergebnisse als Zoomobjektive.

Brennweite und Bildwinkel

Die Brennweite einer Linse beschreibt durch den Abstand von Linse und Brennpunkt wie stark das Licht gebrochen wird. Das gilt auch für die Brennweitenangaben des Objektivs. Trotz der zahlreichen Linsen lenkt auch das Kameraobjektiv Lichtstahlen in einen Brennpunkt zusammen.

Wie bereits erwähnt, wird das vom Objektiv projizierte Abbild mit zunehmender Brennweite immer größer. Da gleichzeitig der Bildsensor der Kamera seine Größe nicht verändert, wird lediglich ein anderer Bildausschnitt auf den Sensor projiziert. Welcher Bildausschnitt erfasst wird, wird durch den sog. Bildwinkel beschrieben.

Der Bildwinkel wird aber nicht allein durch die Brennweite bestimmt. Je nach Größe des Kamerasensors ergeben sich bei gleicher Brennweite unterschiedliche Bildwinkel. Je kleiner der Bildsensor ist, desto kleiner ist der Bildwinkel bei gleicher Brennweite.

Der natürliche Blickwinkel des menschlichen Auges umfasst etwa 45°. Um an einer Kamera mit Vollformatsensor (Kleinbildformat) in etwa denselben Bildwinkel zu erreichen, wird ein Objektiv mit 50 mm Brennweite benötigt. An einer Kamera mit Halbformatsensor wäre eine 30-mm-Brennweite notwendig und an einer Kompaktkamera reicht meist bereits eine 8-mm-Brennweite.

Bei Spiegelreflexkameras, bei denen der Kamerasensor kleiner als das Kleinbildformat ist, wird meist ein Umrechnungsfaktor angegeben, der fälschlicherweise oft "Brennweitenverlängerung" genannt wird. Mit Hilfe dieses Umrechnungsfaktors kann die Brennweite errechnet werden, die an einer Kamera mit Sensor im Kleinbildformat in etwa den gleichen Bildwinkel erzielt ("kleinbildäquivalent"). Nutzen Sie beispielsweise an einer Kamera mit dem Umrechnungsfaktor 1,5 ein 50-mm-Objektiv, wäre der Bildwinkel in etwa der gleiche wie bei einem 75-mm-Objektiv (50 mm x 1,5) an einer Kleinbildkamera. Umgekehrt müssten Sie, um den gleichen Bildwinkel wie ein 50-mm-Objektiv an einer Kleinbildkamera zu erreichen, an Ihrer Kamera ein 33-mm-Objektiv (50 mm : 1,5) verwenden.

Objektive, die einen Bildwinkel zwischen 40° und 50° erzeugen, werden Normalobjektiv genannt. Im Kleinbildformat sind dies die Brennweiten von 40 bis 65 mm.

Bei Bildwinkeln ab 65° beginnen Weitwinkelobjektive. Im Kleinbildformat sind dies Brennweiten bis 35 mm. Superweitwinkelobjektive arbeiten mit extremen Bildwinkeln über 80°. Z.B. erreicht ein 24-mm-Objektiv an einer Kleinbildkamera einen Aufnahmewinkel von 84°.

Bildwinkel bis 35° werden von Teleobjektiven erreicht, im Kleinbildformat ab Brennweiten von 70 mm. Ist der Bildwinkel kleiner als 10° spricht man von Superteleobjektiven. Dies ist im Kleinbildformat etwa ab 300-mm-Brennweite (8,2°) der Fall.

Fokussierung

Damit ein Objekt gestochen scharf fotografiert werden kann, muss das Objektiv abhängig von der Entfernung des Objekts so eingestellt werden, dass die Schärfeebene exakt auf dem Bildsensor liegt. Da dabei der Abstand zwischen Objektiv und Sensor verändert werden muss, werden bei vielen Objektiven Bauteile ein- bzw. ausgefahren. Bei einigen Objektiven werden nur die Linsenelemente innerhalb des Objektivs verschoben, ohne dass dieses von außen zu erkennen wäre.

Für weit entfernte Motive besitzen Objektive eine Unendlich-Einstellung (∞-Symbol). Bei vielen Objektiven ist dies die Fokussierungseinstellung für Objekte in einer Entfernung ab 20 oder 30 Metern, bei Weitwinkelobjektiven oft bereits ab 10 Metern.

Der kurzmöglichste Aufnahmeabstand kann von Objektiv zu Objektiv sehr unterschiedlich sein. Um auf Objekte in kurzer Entfernung zu fokussieren, muss der Abstand zwischen den Linsen und dem Sensor vergrößert werden. Vor allem bei langbrennweitigen Objektiven kann dies mechanisch problematisch werden, wenn das Objektiv nicht weiter ausgefahren werden kann.

Hersteller geben meist einen Aufnahmeabstand an, auf den das Objektiv noch fokussieren kann. Bei Teleobjektiven kann dieser Mindestabstand zwischen Objektiv und Motiv durchaus mehrere Meter betragen.

Da nicht selten auch die Abbildungsqualität normaler Objektive im Nahbereich abnimmt, bieten viele Hersteller sog. Makroobjektive an. Makroobjektive sind auf beste Abbildungsleistungen im Nahbereich optimiert und haben einen geringeren Aufnahmeabstand. Gleichzeitig erlauben sie aber auch eine Fokussierung auf entferntere Objekte, so dass sie wie ein normales Objektiv genutzt werden können. Allerdings ist der Anschaffungspreis in der Regel höher als bei vergleichbaren normalen Objektiven.

Bei Makroobjektiven wird statt des Aufnahmeabstands oft ein Vergrößerungsmaßstab angegeben. Der Maßstab 1:1 bedeutet, dass das von Objektiv erzeugte Abbild genauso groß ist, wie in der Realität. Ein 1 cm großes Insekt z.B. würde mit 1 cm Größe auf den Sensor wiedergegeben. Bei einem Maßstab 1:4 wäre das Abbild des Insekts 4 cm groß.

Bildstabilisator

Teilweise werden moderne Objektive für den Konsumentenbereich heute mit Bildstabilisatoren ausgerüstet. Hier ermittelt ein Bewegungssensorensystem kleinste Bewegungen der Kamera während der Aufnahme und gleicht diese durch bewegliche optische Elemente innerhalb des Objektivs aus. Zum Teil werden solche Stabilisatoren nicht mehr ins Objektiv, sondern direkt in die Digitalkamera eingebaut.

Ein solches System verringert die Auswirkungen der Kameraerschütterungen (Verwackeln). In der Praxis kann so die Belichtungszeit um rund zwei Blendenstufen verlängert werden, ohne dass mit verwackelten Aufnahmen gerechnet werden muss.

Allerdings muss berücksichtigt werden, dass alle zusätzlichen optischen Bauteile die Gefahr von Abbildungsfehlern und damit Einbußen der Bildqualität erhöhen. Wer mehr Wert auf Bildqualität als auf Flexibilität oder Bequemlichkeit bei der Aufnahme legt, sollte besser ein stabiles Stativ verwenden. Damit kann bei jeder Belichtungszeit Verwackelungsunschärfe vermieden werden.