Distansjustering

1: a bilden: Fokusera på spegeln, 2: a bilden: Fokusera på bilden i spegeln, 3: a bilden: Fokusera på vägen bakom spegeln, alla bilder med en bländare på f = 5,6

Fältdjupet slutar bakom blomman, bakgrunden är suddig. Blomman är i fokus.

Eftersom avståndsinställning (även fokus eller fokusering ) hänvisas till på fotografiet och i andra tillämpningar av optiska enheter , justeras kamerans / linsinställningen till objektets avstånd (avstånd mellan kamera , kikare etc. och mönster) att motivet avbildas skarpt blir.

I små skalor

Om motivet är oändligt (eller nästan oändligt) långt borta, till exempel i en landskapsbild, är det nödvändiga avståndet mellan linsen och filmen (mer exakt: avståndet mellan linsens huvudplan och filmen) lika med fokal längden av linsen . Med en 35 mm-kamera och en lins med normal brännvidd , vanligtvis 50 millimeter, kommer linsens huvudplan därför att vara 50 millimeter från filmen.

Ju närmare motivet rör sig mot kameran, desto längre bort måste huvudplanet vara från filmen så att ljusstrålarna som kommer från motivet möts på filmen vid en punkt på filmplanet, dvs. motivet verkar skarpt i bilden ( se linsekvationen ). För detta ändras vanligtvis avståndet mellan linsen och bildtagningsplanet (film eller bildsensor) så att det blir samma som bildavståndet . Därför har en vanlig lins ett snäckväxel eller någon annan anordning som kan användas för att förlänga den för att ställa in önskat avstånd.

Med vissa linser ändras avståndet mellan linserna samtidigt (se flytande element ), och ibland flyttas bara en linsgrupp inuti linsen, medan avståndet mellan de andra linserna (särskilt den främre linsen) och filmen förblir samma (se intern fokusering ). Främre linser / främre länkfokusering används ofta med zoomlinser och äldre prime-linser. Endast den främsta linsen eller en främre grupp av några linser flyttas framåt, de andra linserna är fixerade.

I stora skalor

När du projicerar bilder eller förstorar ett negativ på fotopapper i mörkrummet är skalan vanligtvis större än en, och då är det vanligtvis mer praktiskt att justera avståndet mellan bilden eller negativet och objektivet för fokusering , eftersom detta kräver en mindre justeringsväg . En kornfinejusteringsanordning används ofta för att bedöma det exakta fokuset i fotolaboratoriet . Detta gör att du kan fokusera direkt på de kraftigt förstorade, utvecklade silverhalogenidpartiklarna i filmen.

För makrobilder kan det också vara användbart att finjustera fokus genom att ändra avståndet mellan kameran och motivet.

Fast fokus

Julgran fotograferad två gånger
Vänster: Autofokus på.
Höger: autofokus av, avstånd avsiktligt ur fokus.

Ett undantag med fasta fokuslinser som justeras till ett fast avstånd (vanligtvis hyperfokalt avstånd och levererar) på grund av dess design (kort brännvidd, liten linsöppning) vid ett större avstånd (vanligtvis 1,5 meter till oändlighet) tillräckligt skarp fotografering. De finns i ganska enkla kameror, men vissa moderna autofokuskameror erbjuder också en "ögonblicksbild" -inställning (fast avståndsinställning) för att kringgå den långsamma automatiska fokuseringen, som ibland är opålitlig och långsam, särskilt i dåliga ljusförhållanden.

Pinhole- kameror som inte klarar av objektiv behöver inte justeras avstånd . Kamerorna utrustade med linser kallas fokuseringskameror .

Skärpedjup

Om en vass spets på filmen skapas av en strålkon , vars spets leder från linsen exakt till filmen, uppstår suddighet om konen sträcker sig för långt eller inte tillräckligt långt. Spetsen är därefter antingen trimmas eller förlängas i spegeln-bildprojicerings - i båda fallen cirklar av förvirring uppstår i filmplanet , diametrarna av som är standardiserade för vissa bildformat.

Som ett resultat är endast planet som fokus fokuserades exakt skarpt; skärpan faller framför och bakom det, i olika grader beroende på bildskala och bländare.

Cirklar av förvirring är styrda med öppningen ; små öppningar ger mindre diametrar och vice versa. En liten bländare leder därför till ett större fokusområde . När det gäller mycket små bländare är bilden i allmänhet mer suddig, eftersom bildens skärpa då begränsas av utseendet på diffraktionsskivor (se även kritisk bländare ).

I praktiken flyttas ett tredimensionellt område av motivet först till den närmaste punkten för det önskade fokusområdet och sedan till dess yttersta punkt. Den slutliga fokusinställningen är inställd på mitten mellan linsförlängningens två värden. Den erforderliga bländaren för det givna ljuset och motsvarande slutartid och filmkänslighet är resultatet av detta värde .

Autofokus

Felaktigt fokus för hand är den viktigaste källan till suddighet, liksom suddighet. Sedan slutet av 1970-talet har därför ansträngningar gjorts för att konstruera kameror med automatisk fokusering ( autofokus ). Om man bortser från tidigare, kommersiellt misslyckade försök som Pentax ME F från 1981, har autofokus SLR-kameror upprättats runt 1985 . Speciellt i de exklusiva prisklasserna finns det fortfarande både SLR- och sökarkameror som gör sig utan autofokus eller, åtminstone som ett alternativ, fortsätter att tillåta manuell fokusering.

Digital kameror

Med digitalkameror är en rasterbild vanligtvis tillgänglig redan innan inspelningen registreras (se även Live View ).

Eftersom monitorn eller kamerans elektroniska sökare vanligtvis har en lägre bildupplösning än bildsensorn är det möjligt att förstora delar av bilden som ska spelas in med det så kallade programförstoringsglaset . I den här förstorade bilden kan skärpan i bildsektionen bedömas mycket bättre, vilket är användbart för manuell fokusering.

Jämförelse av en detaljerad vy av originalbilden (vänster) med samma bild med blekt fokus som toppar (höger): grenens skarpa konturer markeras med gult

För att stödja manuell avståndsinställning kan kamerans firmware markera de skarpa konturerna med fokus som pekar på skärmen eller i den elektroniska sökaren. Detta är särskilt användbart när du tar närbilder eller när du tar bilder med ett begränsat skärpedjup för att snabbt och pålitligt kunna känna igen det faktiska avståndet.

Astrofotografi

Inom astrofotografi och observationsastronomi i allmänhet måste man alltid hantera objekt som är praktiskt taget oändligt långt borta. Termen avståndsinställning är inte lämplig här; fokusering skulle vara bättre . Även om objektavstånden inte ändras här är kraven för en användbar metod för fokusering särskilt höga. Det är nödvändigt att kompensera för teleskopets tillverkningsavvikelser och förändringar i miljöförhållandena (deformation på grund av tyngdkraft, termisk expansion på grund av temperaturförändringar). Höga kontraster har en störande effekt. Dessutom finns det faktum att stjärnor inte bara är objekt som ska observeras utan också ideala testobjekt för den använda tekniken och deras fokus. Den Foucault skärprocessen är en relativt enkel att implementera lösning på detta problem.

En sökare förstoringsglas eller en förstoringsvinkel sökaren kan användas som ett snabbt alternativ . Här ställer du vanligtvis in en stjärna som är ordentligt fokuserad när dess bild på skärmen är särskilt glittrande. När det gäller en klar lins uppmärksammas en förskjutning till linjekorset, vilket inte längre sker med korrekt fokusering.

Fokusfel

Vid inställning av önskat avstånd kan systematiska fel i fokuspunktens position inträffa i optiska bilder , som i fotografiteknik ofta hänvisas till med termerna frontfokus och bakfokus (för främre fokuspunkt och bakre fokuspunkt) , lånade från Engelska .

beskrivning

Experimentell bestämning av fokuseringsfelet i en optisk bild av fem blå stavar på olika objektavstånd (vänster) med ett objektiv (mitt) på ett bildplan (höger). När du ställer in avståndet ska den maximala skärpan ställas in på mittpinnen.

Fokuseringen görs med vissa optiska enheter, såsom SLR , genom manuell fokusering på ett mellanlägg eller genom automatisk fokusering till en separat sensor . Fokusfelet är baserat på sådana anordningar då en detekterad när fokuseringsjustering inte resulterar i att en artikel i önskat objektavstånd i bildplanet skarpt avbildas , utan närmare objekt (främre fokus) eller ytterligare objekt som ligger (bakfokus) .

• 

  Bild med bakfokus på den fjärde stången

• 

  Bild som tas med rätt fokus på mittstången

• 

  Bild med främre fokus på den andra stången

Orsaker kan vara lägesfel vid avbildning med en lins, såsom synfältets krökning , eller toleranser och feljusteringar, samt förseningar i kamerans fokuseringssystem.

Beräkningsbestämning av fokuseringsfelet via storleken på förvirringscirklen baserat på bildsidans bländare , bildavståndet och justeringsfelet .${\ displaystyle Z}$ ${\ displaystyle D}$ ${\ displaystyle b}$${\ displaystyle \ Delta b}$

Styrkan hos fokuseringsfelet kan bestämmas genom storleken på den cirkel av förvirring som uppstår i bildplanet på grund av skillnaden mellan den inställda och optimala bild avstånd: ${\ displaystyle Z}$${\ displaystyle \ Delta b}$ ${\ displaystyle b}$

${\ displaystyle {\ frac {Z} {\ Delta b}} = {\ frac {D} {b}}}$

och sålunda

${\ displaystyle Z = {\ frac {D \ cdot \ Delta b} {b}}}$,

var är bildsidan bländare . ${\ displaystyle D}$

För en bild från oändligheten, det bildavståndet är minimal och, på samma gång, identisk med brännvidd . I det här fallet använder du f- nummerresultaten ${\ displaystyle b}$ ${\ displaystyle f}$

${\ displaystyle k = {\ frac {f} {D}}}$

den maximala diametern på förvirringscirkeln på grund av fokuseringsfelet ökar

${\ displaystyle Z = {\ frac {\ Delta b} {k}}}$,

Exempel

Med en sådan optisk bild med ett f-antal på 2, beroende på felaktigheten i fokusinställningen , visas förvirringscirkelns diameter i följande tabell: ${\ displaystyle \ Delta b}$${\ displaystyle Z}$

Fokusfel i µm ${\ displaystyle \ Delta b}$	Cirkel av förvirringsdiameter i µm ${\ displaystyle Z}$
10	5
100	50
1000	500

Även med ett fokuseringsfel på bara en hundradels millimeter resulterar förvirringscirklar med en diameter på 5 mikrometer i detta exempel, som till exempel i bildsensorer med ett avstånd mellan pixlarna i denna storleksordning, bortom bländaren fel och diffraktionsbegränsningen , leder till ytterligare suddighet i de digitala bilderna.

Temperaturförändringar eller temperaturskillnader kan också leda till sådana fokuseringsproblem om expansionskoefficienterna eller temperaturerna i olika komponenter har olika storlekar. SLR-kameror med plasthöljen är ofta tillverkade av polykarbonat med en expansionskoefficient på cirka 70 miljondelar per Kelvin. Över en längd av 50 millimeter motsvarar detta en termisk expansion på 3,5 mikrometer per Kelvin. Med en temperaturskillnad på exempelvis endast 5 Kelvin i kamerahuset kan avstånden från linsen till bildsensorn och till autofokussensorn därför ha en skillnad på nästan 20 mikrometer på grund av termiska effekter, vilket sedan motsvarar fokuseringsfel . I detta exempel skulle den resulterande cirkeln av förvirring ha en diameter på nästan 10 mikrometer för en bild från oändligheten med en brännvidd på 50 millimeter och ett f-antal på 2, vilket också kan leda till suddighet i de optiska bilderna. ${\ displaystyle \ Delta b}$${\ displaystyle Z}$

Motåtgärder

• Kundtjänst kanske kan korrigera fokuseringsfel för vissa kombinationer av kameror och linser .
• För exakt fokusering bör avståndet till motivet bestämmas exakt. En lämplig avståndsmätare bör användas.
• Vissa digitala SLR-kameror erbjuder en justering av fokusplanet via kameramenyn. Korrigeringen är dock inte nödvändigtvis densamma för alla linser, så att en separat korrigering ofta måste utföras för varje kombination av kamerahus och lins.
• Kameror med livevy möjliggör automatisk eller manuell fokusering genom att mäta kontrasten på bildsensorn . Med denna procedur finns inga avvikelser mellan fokusnivåerna och bilden. Spegelfria systemkameror har därför vanligtvis en mer exakt automatisk avståndsinställning än reflexkameror med en lins.
• Genom att öka skärpedjupet kan det skarpt avbildade området under vissa omständigheter utvidgas så mycket att ett tillräckligt stort objektavståndsområde avbildas i fokus och fokuseringsfelet är följaktligen inte längre synligt. Detta kan göras antingen genom att använda mindre skärmstorlekar eller genom att ställa in större f-stopp .
• Genom att använda mekaniskt och termiskt stabila husdelar med motsvarande låga tillverkningstoleranser och låga eller enhetliga expansionskoefficienter kan fokuseringsfel minskas.

Individuella bevis

1. ↑ Fokuseringsproblem med digitala SLR-kameror , digitalkamera.de från 5 maj 2008.
2. ↑ Fokuserad - fas kontra autofokus (PDF-fil; 854 kB), ColorFoto, 9/2011, s. 27 till 32.