Die Schärfentiefe

Einleitung

Die Schärfentiefe ist die Größe des Bereichs der Tiefe (Entfernung) die "scharf" ist.

"Scharf" ist hier jedoch relativ.

Aufgrund der blöden Physik ist es nur möglich eine einzelne Entfernung 100% scharf zu bekommen. Alles was davor und danach kommt wird unscharf.

Da jedoch unsere Kamerasensoren und Filme eine begrenzte Anzahl Pixel bzw. lichtempfindliche Moleküle haben, gibt es praktische Grenzen
der Abbildung. D.h. es macht keinen Unterschied ob man in 2km Entfernung noch jedes Haar einer Person perfekt auf dem Sensor ablesen könnte, der Sensor wird die komplette Person nur noch auf
ein paar Pixel (wenn überhaupt) bekommen.

Außerdem gibt es noch das Menschliche "scharf genug". Man muss nicht jede Hautpore einer Person sehen können, ebenso schauen wir uns die Bilder auf einem Medium an, welches eine begrenzte
Größe bzw. Pixeldichte hat. Ein 60 Megapixel Bild auf der Größe einer Briefmarke ist übertrieben.

Final kommt noch unsere eigene Kamera genannt Auge dazu. Die Auflösung ist auch begrenzt durch die Anzahl der lichtempfindlichen Rezeptoren. Klar wir können mit Lupen mogeln.

Ein wenig Physik

Erstmal sorry, aber ganz ohne klappt es nicht.

Hier der stark vereinfachte Weg, wie das Licht auf unseren Sensor/Film kommt.
Vom Objekt (hier eine Person, nicht Maßstabsgetreu) wird das Licht in alle Richtungen reflektiert. Ein seht kleiner Teil davon trifft nun auf unser Objektiv, wird dort umgelenkt und trifft auf den Sensor.
Wir betrachten nun mal 3 Punkte. Einmal die Mitte der Person, dort ist nun der Fokus eingestellt.
Wir betrachten nun erstmal die grüne Linie. Jeweils der maximale Winkel nach oben und unten, der noch durch das Objektiv passt. Durch die Fokus-Einstellung der Kamera treffen beide Maximalwerte in einem Punkt auf dem Sensor/Film zusammen. D.h. eine Faser/Haar landet exakt auf einem Punkt. Das ist die theoretische maximale Schärfe.

Nehmen wir als nächstes die eine Hand, rote Linie. Diese wird exakt gleich gebrochen, wie die grüne Linie. Da sie aber von einer anderen Entfernung aus startet, ist der Punkt an dem die Linie in der Kamera zusammentrifft nun auch in einer andere Entfernung. Hier vor dem Sensor/Film. Da natürlich die Photonen weiter fliegen treffen sie auf unseren Sensor/Film. Dort nicht mehr als Punkt, sondern als Kreis. Je weiter die Differenz zwischen dem perfekten Schärfeebene (die perfekte Entfernung) und der tatsächlichen Entfernung bestimmt den Durchmesser dieses Kreises. Ist der kleiner als ein Pixel/Lichtempfindliches Molekül ist es perfekt scharf.
Das gleiche passiert mit Punkten die zu weil weg sind, blaue Linie. Auch hier entsteht ein Kreis.
Nochmal als gezoomte Version:

Der Einflus der Blende

Die Blende sorgt nun dafür, dass nur ein kleinerer Teil der möglichen Lichtstrahlen unseren Sensor/Film erreicht.

Dadurch wird nun der Bereich der "Unschärfe" kleiner, weil nur die Strahlen abgeschottet werden, die am äußeren Rand liegen.
Idealerweise wäre die Blendenöffnung nur so klein, wie ein einzelnes Photon. Das hätten wir immer perfekt scharfe Bilder. Aber leider extrem dunkle ;)

Manchmal wollen wir jedoch gezielt, dass Punkte außerhalb der Schärfeebene unscharf sind, dann machen wir die Blende auf.

Bokeh

Der Vollständigkeit auch noch die Erklärung, wie die Kreise entstehen, wenn wir mit offener Blende Lichtquellen haben, die außerhalb der Fokusebene sind.
Ganz einfach: das ist der Unschärfekreis durch oben beschriebene Physik.

"Meine Bokehs haben aber 6 Ecken und sind nicht rund": Stimmt, das liegt daran, dass die Blendenöffnung nicht wirklich rund ist. Je nach Objektiv sind Vielecken mit 6, 8 oder sonstwievielen Lamellen.

Kreativ-Trick: Schnappt euch ein Lichtundurchlässiges Stück Papier oder Karton, Schneidet eine Form aus z.B. ein Herz aus und haltet die Öffnung vor das Objektiv. Eure Bokehs haben dann die Form. Der Bereich der Fokusebene ist trotzdem scharf, evtl. vermutlich ihr die Belichtungszeit erhöhen, weil weniger Licht ins Objektiv kommt.

Zusammenfassung

Aufgrund der blöden Physik haben wir leider immer nur einen Tiefen-Bereich der scharf sein kann. Der kann leider nicht beliebig erweitert werden, sonst kommt zu wenig Licht in die Kamera.
Zusätzlich gibt es noch andere optische Probleme, wenn wir die Blendenöffnung immer kleiner machen. Dazu aber mehr in dem Artikel über Objektive.
Praxistipp: bei den meisten Objektiven ist der Punkt der besten generellen Schärfe bei +- F/11. Aber je nach Motiv ist das nicht ideal.

Damit sind die Grundlagen der technischen Bildgestaltung durch, jetzt geht es weiter mit der Entstehung des Bildes auf dem Sensor/Film. Erster Schritt Analog vs Digital.