Brennweite

Brennweite

Wenn man ein bestimmtes Foto aufnehmen möchte, ist es oft der erste Schritt, die Brennweite des Objektivs einzustellen oder ein Objektiv passender Brennweite auszuwählen. Hiermit legt man fest, wie groß der Ausschnitt der Umgebung sein soll, der in dem künftigen Bild festgehalten wird, das heißt, mit welchem Winkel die Kamera das Bild einfängt. Dies impliziert dann auch immer eine bestimmte, für die jeweilige Brennweite charakteristische Perspektive. Soll die Kamera möglichst viel von der Szene samt Hintergrund erfassen (Weitwinkel) oder nur einen kleinen Teil (Telewinkel)? Ist aufgrund von örtlichen Gegebenheiten der Aufnahmeabstand vorgegeben und ergibt sich daraus und der Größe des Motivs die Wahl der passenden Brennweite oder kann die Brennweite nach Kriterien der Gestaltung gewählt werden und der Aufnahmeabstand frei gewählt werden, um das Motiv komplett abzubilden?

Die meisten Kompaktkameras besitzen Objektive mit flexibler Brennweite, das heißt die Brennweite kann manuell eingestellt werden. Die Bedeutung und Wirkung der Brennweite wird nun im Folgenden erläutert.

Definition der Brennweite

Unter der Brennweite versteht man den Abstand zwischen einer Linse und ihrem Brennpunkt, also wie weit die Linse des Objektivs vom Brennpunkt entfernt ist. Der Brennpunkt ist der Ort, wo parallele Lichtstrahlen von der Linse in einem Fleck fokussiert werden. Ist die Entfernung am Objektiv auf 'unendlich' eingestellt, so liegt der Fleck gerade in der Sensorebene. Ein Objektiv enthält unter anderem zur Kompensation zahlreicher Linsenfehler einige Linsen. Auch solch einer Linsengruppe kann eine Brennweite zugeordnet werden, was dann so gemeint ist, dass man abgesehen von der Kompensation der Linsenfehler und sonstiger konstruktiver Tricks die Linsengruppe durch eine Linse dieser Brennweite ersetzen könnte.

Bildausschnitt, Sensorgröße und Brennweite haben Einfluß aufeinander. Je größer der Sensor beziehungsweise Film ist, umso größer ist die Brennweite zu wählen, um den gleichen Bildausschnitt zu erhalten. Das heißt, eine Kamera mit kleinem Bildsensor verwendet beispielsweise eine Brennweite von 10 mm, um ein bestimmtes Motiv abzubilden, während eine Kamera mit großem Bildsensor zum Beispiel eine Brennweite von 25 mm zur Abbildung desselben Motivs benötigt.

Das Kleinbildformat ermöglicht relativ kleine Kameragehäuse und kleine Objektive.

Für die großen Filmformate, die man früher meist verwendet hat, etwa 6 cm x 8 cm oder gar 20 cm x 25 cm (Großbildformat), waren auch entsprechend große Kameras mit großen Objektiven nötig. Die Brennweite war immerhin schon für normale Aufnahmen (Normalwinkel) sehr groß.

Die Normalbrennweite (circa 50°) lässt sich recht einfach berechnen, wenn die Sensorgröße beziehungsweise das Filmformat bekannt ist. Gerechnet wird dabei näherungsweise mit der Diagonalen des Bildes, sofern nicht anders angegeben. Sie ist WURZEL(a2 + b2), wobei a die Höhe und b die Breite des Sensors beziehungsweise Films ist. Beim Kleinbildformat (24 mm x 36 mm) ist sie demnach WURZEL( 242 + 362) = 43 mm. Beim Format 6 cm x 9 cm sind es bereits 108 mm, beim Format 12,5 cm x 25 cm sogar 279 mm.

Vergrößert man die Brennweite eines Objektivs bei gleichbleibender Größe des Sensors, wird der Bildwinkel (der Ausschnitt der abgebildeten Umgebung) kleiner. Vermindert man die Brennweite, wird er größer.

Diese Erkenntnis führt zu mehreren allgemeinen Schlussfolgerungen:

  • Je größer der Sensor beziehungsweise Film, umso größer das Objektiv und die Brennweite bei gleichem Bildwinkel.
  • Je größer der Sensor beziehungsweise Film, umso größer, schwerer und teurer dann auch das Objektiv (und damit auch die Kamera).
  • Je größer die Brennweite eines bestimmten Objektivs, umso kleiner der Bildwinkel (Ausschnitt).
  • Da Digitalkameras Sensoren unterschiedlichster Größe verwenden und es für Analogkameras die unterschiedlichsten Filmformate gibt, lässt sich die fysikalische Brennweite nicht direkt vergleichen.

Der letzte Punkt meint, dass wenn jemand beispielsweise behauptet, er habe ein Bild mit einer Brennweite von 17 mm aufgenommen, man nicht genau sagen kann, wie groß der Bildwinkel wirklich war. Mit einer anderen Kamera wäre dasselbe Bild möglicherweise mit einer Brennweite von 12 oder 30 mm aufgenommen worden.

Für dieses Problem wurde jedoch eine einheitliche Sprechweise eingeführt. Zu Zeiten der Analogfotografie hat sich das 35-mm-Format (Kleinbildformat) als Standard-Format durchgesetzt. Digitale Kompaktkameras haben heute meist deutlich kleinere Sensoren, oft im Bereich um 1 cm. Ihre Brennweite ist damit sehr viel geringer, als die der Kleinbild-Kameras, aber trotzdem rechnet man ihre Brennweite auf das 35-mm-Format um. Das heißt, die Brennweiten-Angaben von Digitalen Kompaktkameras sind oft nicht mehr die echten, physikalischen Angaben, sondern Angaben, die dem Kleinbildformat entsprechen (die Brennweite wird also auf das Kleinbildformat konvertiert). Somit lassen sich die Brennweiten der Kameras vergleichen. Im einigen Details der Abbildung ergeben sich trotzdem Unterschiede.

Für einen Vergleich kann es oft auch nützlich sein, sich vorzustellen, man würde mit dem kleinen Sensor nur einen kleinen Ausschnitt dessen sehen, was man mit einem Objektiv gleicher Brennweite im Kleinbildformat aufgenommen hätte. Dieser Vergleich stimmt zumindest genau, falls die Pixelabstände der Sensoren bei dem Vergleich übereinstimmen, die Pixelanzahl des kleinen Sensors also entsprechend der verkleinerten Fläche gegenüber einem Sensor im Kleinbildformat reduziert ist.

Um mit den unterschiedlichen Angaben nicht durcheinander zu kommen, bezeichnet man die tatsächliche,

physikalische Brennweite manchmal als Objektiv-Brennweite. Da Brennweite ein feststehender physikalischer Begriff zur Charakterisierung von Linsen oder Objektiven ist, ganz unabhängig davon, wofür man sie verwenden mag, ist es also stets anzugeben, wenn man eine formale Umrechnung auf das Kleinbildformat durchführt. Daher verwenden viele Kamerahersteller auch Ausdrücke wie "äquivalente Brennweite im KB-Format".

Den Umrechnungsfaktor zum Kleinbildformat (35-mm-Film) nennt man Formatfaktor (manchmal auch Verlängerungsfaktor, englisch meist "crop", was die Analogie des Abschneidens oder des Ausschnitts mehr betont). Wenn das Objektiv einer digitalen Kompaktkamera zum Beispiel eine Objektiv-Brennweite von 8 mm hat und dies 36 mm im Kleinbildformat entspricht, so ist der Formatfaktor 4,5 (da 8 * 4,5 = 36). Der Name "Formatfaktor" sagt bereits aus, dass es sich hier um eine lineare Größe handelt. Wenn das ober erwähnte Objektiv beispielsweise auf 24 mm ausgefahren wird, so beträgt die Brennweite im Kleinbildformat dann 24 * 4,5 mm, also 108 mm.

Ein Beispiel

Die Canon Powershot SX200 IS hat ein Objektiv mit der Angabe 5-60 mm. Das ist der am Objektiv einstellbare Brennweitenbereich des Objektivs. Auf das Kleinbildformat umgerechnet hat die Kamera jedoch eine Brennweite von 28 mm bis 336 mm. Diesen Wert wird man eher im Benutzerhandbuch oder auf der Verpackung der Kamera lesen. Der Formatfaktor ist damit 28 mm / 5 mm = 5.6. Interessant ist an dem Beispiel auch, dass eine typische 35mm-Kleinbildkamera, wie sie noch vor wenigen Jahren üblich war, für den 12-fach Zoom auf immerhin 33,6 cm hätte ausgefahren müssen. Das Objektiv einer Mittelformat-Kamera hätte man gar auf einen knappen Meter ausfahren müssen, um dasselbe Bild aufzunehmen. Das gilt hingegen nur für klassische Objektivkonstruktionen. Bei den gängigen Objektiven langer Brennweite wird allerdings die Telekonstruktion verwendet, um die Bauweise drastisch zu verkürzen. Entsprechend wird bei starken Weitwinkelobjektiven eine Retrofokuskonstruktion verwendet, um das Objektiv etwas weiter weg vom Sensor anbringen zu können, wenn das notwendig ist, etwa weil man einige Linsen verwendet oder aus sonstigen Gründen mehr Platz zwischen den Linsen und dem Sensor benötigt wie etwa bei Spiegelreflexkamera.