Jenseits einer konkreten Bauweise arbeitet der "allgemeine
Fotoapparat" (kurz: AF) wie folgt:
Drei Ebenen bilden das Grundsystem des allgemeinen Fotoapparats, die
(F) Film-, die (O) Objektiv- und die (S) Schärfeebene. Die beiden
Kameraebenen F und O sind im AF lichtdicht und dreh- und verschiebbar
verbunden.
Unter der Vorgabe, dass Parallelen sich im Unendlichen treffen
(projektive Geometrie), haben stets alle drei einen gemeinsamen
Schnittpunkt im Raum, der von den Lagen von F und O bestimmt wird und -
je nach Neigungswinkel zueinander - mehr oder weniger weit vom AF
entfernt liegt.
Die Ebene S entspringt in diesem Schnittpunkt F-O und verläuft über
den scharfgestellen Punkt des Objektivs auf der Objektivachse (nicht
senkrecht zur Schärfeebene S).
Abbildung: Funktionsweise des Fotoapparats - Lars Hennings,
lizenziert unter der GNU FDL.
Ist der Schnittpunkt der beiden Kameraebenen von der Kamera (AF)
unendlich weit entfernt, dann tritt der Sonderfall ein, der alle drei
Ebenen parallel zueinander ausrichtet (heutige und historische
"Normalkamera").
Um den AF mechanisch praktikabel zu machen, bedarf es der
Möglichkeit, F und O so einzustellen, dass aus dem Schnitt-Punkt der
beiden Kameraebenen eine Linie analog eines Scharniers generiert wird
(durch gemeinsame horizontale oder vertikale Ausrichtung der
Kamerastandarten beispielsweise, in denen Film- und Objektivebene
eingehängt sind). Nach dieser Ausgangseinstellung können die Ebenen sich
während des weiteren Einstellens wieder nur in einem Punkt statt in
einer Linie treffen (wenn beide Standarten gegenläufig verdreht werden -
z. B. eine vertikal und eine horizontal).
Die Schärfeebene S entsteht durch die genaue Projektion eines Punktes
im Motiv durch das Objektiv hindurch auf einen Punkt in der Filmebene.
Vom Objektiv aus gesehen entsteht in der Kamera ein Strahlenkegel,
dessen Spitze sich mit dem Film trifft.
Praktisch entsteht dabei ein Schärfe-Körper; das ist der
Schärfebereich (siehe auch: Schärfentiefe). Beim Enden des
Strahlenkegels kurz vor oder hinter der Filmebene werden auf ihm
Zerstreuungskreise (Z) abgebildet, die vom Auge bis zu einer bestimmten
Grösse noch als scharf akzeptiert werden und deshalb noch scharf
erscheinen.
Mit der im Objektiv angeordneten Blende, die den Durchlass für das
Licht durch das Objektiv steuert, wird die Größe der Zerstreuungskreise
bestimmt: die kleinere Blendenöffnung erzeugt Strahlenkegel mit
kleineren Radien und spitzeren Winkeln, die auf den Film fallen, und
damit kleinere Zerstreuungskreise, die entsprechend schärfer erscheinen.
Der Schärfekörper ist beim AF ein Keil; er beginnt auf der
Schärfeebene (!) erst im Abstand des Kameraauszuges (Abstand F zu O)
parallel zur Filmebene (unter dem Objektiv). Im Keil reicht die Schärfe
bis Unendlich. Im Sonderfall - F und O sind parallel - ergibt sich der
Schärfebereich als Schärfequader und nicht als Keil (weil technisch
durch den AF begrenzt).
Abbildung: Systemskizze zu Funktionsweise eines Fotoapparats - Lars
Hennings, liznziert unter der GNU FDL.
Der Schärfe-Keil ist in seinem Schnitt (Seitenansicht) durch 1.
seinen Nullpunkt (in Skizze: unter dem Objektiv), 2. den Nahpunkt N und
3. den Fernpunkt F der Schärfe auf der Objektivachse definiert; N und F
ergeben sich dabei aus der nominellen Entfernungseinstellung der
Schärfeebene S und der bestimmten Brennweite des Objektivs. N und F
(Nah- und Fernpunkt der Schärfe) ergeben sich auch aus der Kenntnis des
Objektivs und der fast genau mittig zwischen ihnen liegenden
Schärfeebene S; N und F können deshalb über Berechnungen ermittelt
werden (wie z. B. durch die interaktive Tabelle von Striewisch/ Kluge;
s. u.).
Mit den Werten für N, S und F, dem Abstand des Nullpunkts zur
Objektivachse (D) und der genormten Größe Z (Zerstreuungskreis je
Filmformat) ist der Keil zu berechnen (dazu N, S, F z. B. aus
Striewisch/ Kluge holen = Interaktiver Schärfentieferechner ; Z für
Kleinbildkameras 0,03 mm, für Mittelformatkameras ca. 6 x 7 cm 0,05 mm,
für Großformatkameras 9 x 12 cm 0,09 mm bis 0,1 mm und mehr je Bild-
bzw. Aufnahmeformat).
Wird der Schärfekeil in zwei Hälften gedacht, einmal der Teil vor und
einmal der Teil hinter der Schärfeebene, können sich gering abweichende
Winkel ergeben. Näherungsweise beträgt der Winkel des Keils vor der
Schärfeebene, vom Nahpunkt zur Scharfstellung:
Winkel Altgrad = [ (90 - arctan D/(S - A)) - (90 - arctan D/(N -
A)) ],
wobei D = Distanz der Objektivachse zum Keilbeginn; S =
Schärfeeinstellung auf Objektivachse; A = Kameraauszug; N = Nahpunkt der
bestimmten Brennweite auf der Objektivachse.
Vereinfacht kann dieser Winkel für den ganzen Schärfekeil verdoppelt
werden.
Die Distanz auf der Objektivachse vom Nahpunkt des Schärfebereichs
zur Schärfeebene ist bei sehr dichter Entfernungseinstellung vor der
Kamera etwa so groß wie die von der Schärfeebene zum Fernpunkt, wobei
die Verhältnisse sich mit der jeweils länger eingestellten Entfernung
ändern - der Abstand der Schärfeebene zum Fernpunkt wächst dann
kontinuierlich gegenüber der Entfernung zum Nahpunkt an.
Objektive sind Linsensysteme, die mit einer Blende (und oft einem
Verschluss) kombiniert sind. Vom gleichen Standort aus, auf der gleichen
optischen Achse zeichnen sie alle das gleiche Bild vom Motiv, zeichnen
also gleiche Flächen und Winkel bei verschiedenen Bildausschnitten - wie
beim Zoom-Objektiv, bei dem verschiedene Brennweiten fliessend
miteinander verbunden werden.
Normalobjektive haben ungefähr die Bilddiagonale als Brennweite.
Objektive mit weiterem Betrachtungswinkel (Weitwinkelobjektiv) zeichnen
mehr vom Motiv kleiner auf. Objektive mit kleinerem Betrachtungswinkel
(Fernobjektiv) zeichnen weniger vom Motiv größer auf. Entsprechend
werden die Zerstreuungskreise bei letzteren vergrößert und der
Schärfebereich wird kleiner (besonders klein bei Makroaufnahmen).
Fernobjektive - mit kleinem Betrachtungswinkel - unterscheiden sich
von Teleobjektiven dadurch, dass letztere innerhalb des Linsensystems
ein Vergrößerungssystem (Tele-Konverter) enthalten und deshalb in ihrer
Baulänge kürzer als ihre Brennweite sind.
Bei der Unendlicheinstellung (∞) eines – in seinen Ebenen beweglichen
– AF ist nominell der Abstand von F zu O gleich der Brennweite. Dieses
Anlagemaß von F zu O ist bei Teleobjektiven kürzer und bei einigen
Weitwinkeln etwa länger als die Brennweite. Für Berechnungen, z. B. des
Abbildungsmaßstabes, gelten die nominellen Brennweiten.
Dichtere Entfernungen zum Motiv als Unendlich scharfzustellen
erfordert längere Auszüge der Kamera (für den Maßstab 1:1 ist die
doppelte Brennweite nötig).
Bei der Aufnahme des Motivs mit gleichem Maßstab kann bis zur
Abbildungsgröße m 1:1 in der Praxis näherungsweise bei allen Objektiven
bei gleicher Blendenöffnung (und gleichem Bildformat) von gleichen
Schärfebereichen ausgegangen werden; bei größeren Maßstäben in den
Makrobereich hinein gilt das nicht mehr. Zu berücksichtigen sind u. U.
noch die normierten Zerstreuungskreise für die verschiedenen Bildformate
(Z), wodurch sich unterschiedliche Blenden für verschiedene Formate
ergeben.
Da der AF als Balgen- oder Fachkamera keine Skalen für die
eingestellte Entfernung hat, sind Abbildungsmaßstäbe, Auszugslängen (F
zu O) und weitere Werte mehr in der Praxis zu berechnen.
Die sog. Linsengleichung lautet:
1/f = 1/a´ + 1/ a,
dabei ist f = Brennweite; a´ = Kameraauszug; a = Entfernung Motiv zu
Objektiv; daraus ergibt sich beispielsweise der Abbildungsmaßstab:
m = Auszugsverlängerung : Brennweite
dabei ist die Auszugsverlängerung die Verlängerung des Balgens
gegenüber dem Anlagemaß (= Auszug real für Unendlich); Brennweite =
nomineller Wert für f.
Historisch verlief die Entwicklung des Fotoapparats/ Geschichte der
Fotografie aus der Kenntnis des Sonderfalls der Parallelität von F und O
und entsprechend auch S, der bis heute als Normalkamera gilt. Die
flexible Kamerakonstruktion (z. B. Balgen) diente zuerst nur der
Entfernungseinstellung.
Erst um die Wende zum 20. Jahrhundert wurde das Prinzip der um eine
Achse drehenden Ebenen formuliert - 1901 vom französischen Kamerabauer
Jules Carpentier (Patentamt London), 1904 (Patentamt London) darauf
aufbauend von Theodor Scheimpflug (1865-1911). Der "Scheimpflug", wie
heute eine damit arbeitende Einstellung allgemein genannt wird, bedarf
mindestens einer schwenkbaren Kameraebene. Die so genannte Fachkamera,
die für die Kameraebenen F und O vielfältige Verstellmöglichkeiten
bietet, kam als Massenkamera erst Mitte des 20. Jahrhunderts vor allem
in Fotostudios in Gebrauch.
Sind mit einem Apparat gleichzeitige Verstellungen um eine
horizontale wie um eine vertikale Achse möglich, ist mit einem so
genannten "doppelten Scheimpflug" der Schärfebereich auch diagonal und
beispielsweise von oben ins Bild zu legen (die drei Ebenen F, O und S
schneiden sich dann wieder nur in einem Punkt).
Abbildung: Diagonal von oben kommender Schärfekeil mittels »doppeltem
Scheimpflug«. Das Bild zeigt einen "Scheimpflug" in doppelter Verwendung mit
sowohl vertikaler als auch horizontaler Kippung/ Schwenkung der Kameraebenen.
Der sogenannte Schärfekeil kommt von oben rechts und reicht z. T. hinter
unscharfe Bildteile im Vordergrund - Lars Hennings, lizenziert unter der GNU
FDL.
War es der Grundgedanke des "Scheimpflugs", eine aufzunehmende
Motiv-Ebene in den Schärfekeil zu legen und dann für den Schärfebereich
nicht mehr die Blende für einen Schärfebereich von vorn bis hinten
einstellen zu müssen (Tiefe des Objekts), sondern senkrecht zur
Schärfeebene von oben nach unten (Höhe des Objekts), so sind mit dem
sog. "doppelten Scheimpflug" auch von oben, unten oder seitlich kommende
und dabei diagonal im dreidimensionalen Raum stehende Schärfekeile im
Motiv darstellbar (primär Kunstfotografie).
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