Grundlagen der digitalen Spiegelreflexkamera

Dieser Artikel soll verständlich die Technik innerhalb einer digitalen Spiegelreflexkamera erklären. Er ist an Menschen gerichtet, die – wie ich – gerne verstehen, was im Inneren eines solchen Gerätes vor sich geht, und warum.

Es gibt unterschiedliche Meinungen darüber, was zu den Grundlagen der Fotografie gehört. Meiner Meinung nach genügen für den Anfang die Begriffe „Belichtungszeit“, „ISO“ (auch „ISO-Empfindlichkeit“ genannt),  und „Blende“.

Banal Erklärt funktioniert eine Spiegelreflexkamera wie folgt:
Licht – und damit ein Abbild des gewählten Motivs – tritt vorne in das Objektiv ein und passiert die (in unterschiedlicher Anzahl vorhandenen) Linsen des Objektivs. Am Ende des Objektivs tritt das Licht aus dem Objektiv aus und in das Gehäuse der Kamera ein, wo es auf einen Spiegel trifft der im 45°-Winkel angebracht ist. Dadurch wird das Licht um 90° nach oben umgeleitet. Dort trifft das Licht auf einen weiteren Spiegel (ebenfalls im 45°-Winkel angebracht) und wird dadurch erneut umgeleitet in Richtung des Suchers und Eures Auges.
Ergebnis: Ihr könnt durch den Sucher gucken und seht Euer Motiv.

Belichtungszeit (*Den Verschluss lasse ich zur vereinfachten Erklärung aussen vor)
Wenn Euch gefällt, was Ihr im Sucher seht, drückt Ihr den Auslöser und der erste Spiegel (im unteren Teil der Kamera, hinter dem Objektiv) klappt für einen Moment nach oben. Dadurch kann für diesen Moment das Licht, welches durch das Objektiv in die Kamera eintritt, auf den Film treffen, der sich hinter dem Spiegel befindet. Dadurch wird der Film „belichtet“. Bei digitalen Spiegelreflexkameras befindet sich hinter dem Spiegel kein Film mehr, sondern ein Sensor, der das aufgenommene Licht in ein digitales Bild umrechnet.

Die Dauer dieses Moments, in dem der Spiegel nach oben klappt und der Film (oder Sensor) belichtet wird, nennt man „Belichtungszeit“. Beim Fotografieren in Alltagssituationen (ohne Stativ) beträgt diese Belichtungszeit in der Regel nur einen Bruchteil einer Sekunde. Das Hoch- und wieder Herunterklappen des Spiegels gibt der Spiegelreflexkamera ihren Namen.

ISO
Um die ISO-Einstellungen der Kamera zu erklären, möchte ich noch kurz bei analogen Kameras mit Film bleiben.

Ein nicht-belichteter Film (also ein neuer Film, mit dem noch keine Bilder geschossen wurden), ergibt beim Entwickeln schwarze Bilder. Würde man eine Filmrolle nehmen und den Film bei Tageslicht aus der Rolle ziehen, wäre er durch das Tageslicht sofort komplett (über-)belichtet. Würde man diesen Film nun entwickeln, wäre das Bild komplett weiß. (…ja, Filme waren da schon sehr empfindlich, deshalb spricht man auch von ISO-Empfindlichkeit!)

Diese Filme gab es in unterschiedlichen Empfindlichkeiten. Je unempfindlicher der Film war, desto länger hat er es im Tageslicht ausgehalten, bis er komplett (weiß) belichtet war. Bei Tageslicht hat man also mit einem ISO 100 Film fotografiert (sehr unempfindlich), in der Abenddämmerung hat man eher einen ISO 400 oder ISO 800 Film gebraucht (sehr empfindlich). Hätte man mit dem ISO 100 Film abends fotografiert, hätte es aufgrund der Unempfindlichkeit zu lange gedauert, bis das einfallende Licht das Motiv auf den Film belichtet hätte. Der Spiegel hätte furchtbar lange oben bleiben müssen und das Bild wäre verwackelt. Sich bewegende Personen oder Objekte hätten sehr viel Bewegungsunschärfe (also eine Art Schweif).

Der große Nachteil von Filmen: man musste jeden Film (meist 24 oder 36 Bilder) zu Ende fotografieren, bevor man ihn zurückspulen und aus der Kamera nehmen konnte, um einen neuen Film mit einer anderen Empfindlichkeit einlegen zu können. Bei digitalen Kameras kann man die ISO-Empfindlichkeit per Knopfdruck einstellen, wenn man möchte, für jedes Bild einen neuen Wert.

Die Filme mit höherer Empfindlichkeit waren grobkörniger als ihre unempfindlichen Kollegen, was man später auch auf den entwickelten Bildern sehen konnte. Bei den ISO-Werten des Sensors ist es leider ähnlich. Durch das elektronische Verstärken des einfallenden Lichts erhöht sich das sogenannte Bildrauschen, das Bild wirkt krisselig (mir fällt gerade kein besseres Wort dafür ein).

Die meisten Kameras kommen heutzutage mit ISO-Werten bis 1.600 gut zurecht, danach kann es bei den Einsteigermodellen schon ordentlich rauschen.

Typische ISO-Werte sind: 100, 200, 400, 800, 1.600, 3.200, 6.400, 12.800, 25.600

Verdoppelt man den Wert, halbiert sich die Empfindlichkeit. Ein Bild bei ISO 200 und zwei Sekunden Belichtungszeit ergibt theoretisch das gleiche Ergebnis wie ein Bild bei ISO 400 und einer Sekunde Belichtungszeit. Warum nur theoretisch? Nun ja, das Bild ist gleich (hell) belichtet. Bei ISO 400 ist das Bildrauschen aber höher als bei ISO 200, allerdings sollte es in diesem ISO-Bereich noch keinen wirklich sichtbaren Unterschied geben.

Blende
Die Blende ist meiner Meinung nach am schwierigsten zu erklären. Wer sich mit der Physik des menschlichen Auges auskennt, der dürfte hier keine Verständnisprobleme haben. Für den Rest von uns versuche ich mich an einer verständlichen Erklärung.

Die Blende besteht aus mehreren Lamellen, die versetzt übereinander gelegt einen Ring ergeben, mit einem Loch in der Mitte. Die einzelnen Lamellen sind so geformt, dass wenn man sie im oder gegen den Uhrzeigersinn dreht, die Öffnung (also das Loch in der Mitte des Rings) größer oder kleiner wird.

Diese Blende sitzt im Objektiv und steuert wie viel (Öffnung groß) oder wenig (Öffnung klein) Licht durch das Objektiv (und durch die Blende hindurch) auf den Sensor trifft.

Jetzt komm der Teil, der mir am Anfang nicht ganz einleuchtete: die Öffnung der Blende steuert NUR die Menge an Licht, der Bildausschnitt bleibt aber gleich. Das Bild, welches Ihr durch den Sucher der Kamera seht, bleibt also immer gleich groß, auch wenn sich irgendwo im Objektiv die Öffnung der Blende verkleinert.

Exkurs ins menschliche Auge
Die Iris in unseren Augen funktioniert ähnlich (und hier der Gruß an die Bio-Physiker): Die Iris ist der bunte Ring in unserem Auge, der unsere Augenfarbe darstellt. Die Pupille (das Schwarze in der Mitte der Iris) ist eigentlich ein Loch, also unsere ganz eigene Blendenöffnung. Unsere Blende (also die Iris) besteht allerdings nicht aus übereinanderliegenden Lamellen, sondern aus kleinen Muskelfasern. Durch Kontraktion der Muskeln kann die Iris die Pupille öffnen (um bei wenig Licht sehen zu können) oder schließen (damit wir nicht geblendet werden). Stehen wir im Sommer (ohne Sonnenbrille) im Garten und schauen in die Sonne, schließt die Iris die Öffnung, die Pupille wird also kleiner und lässt dadurch weniger Licht ins Auge, damit wir trotz strahlender Sonne noch etwas sehen können. Gehen wir dann vom Garten zurück ins Haus, sehen wir einen kurzen Moment lang nichts, weil unsere Pupille (also die Blendenöffnung) noch zu klein ist und zu wenig Licht ins Auge lässt – der Raum erscheint uns dunkel oder sogar schwarz. In einem Bruchteil einer Sekunde öffnet die Iris die Blendenöffnung, die Pupille wird größer, mehr Licht gelangt in unser Auge und wir können sehen.

Umgekehrt ist es noch unangenehmer: Wer nachts wach wird und durch die dunkle Wohnung läuft (ohne ein Licht einzuschalten) dem reicht oft schon einfallendes Licht einer Straßenlaterne, um in der Wohnung sehen zu können. Die Iris öffnet die Pupille um so viel Licht wie möglich in das Auge zu lassen. Schaltet man dann ein Licht ein, ist man für einige Sekunden geblendet.

Es gibt wirklich faszinierende Großaufnahmen vom menschlichen Auge, auf denen man gut erkennt, wie die Iris um die Pupille aufgebaut ist – einfach mal googeln!

Zurück zur Blende
Jetzt wissen wir: je größer die Blendenöffnung, desto mehr Licht gelangt in die Kamera. Nun kommt noch hinzu: je größer die Blendenöffnung, desto geringer die Schärfentiefe, also desto unschärfer wird der Hintergrund. Diesen Effekt nutzt man zum sogenannten „Freistellen“. Die Person oder das Objekt im Fokus ist scharf, der Hintergrund (und bei genügend Distanz auch der Vordergrund) wird unscharf.

Was bei Portraitaufnahmen eine tolle Wirkung erzielt, kann z.B. bei Landschaftsaufnahmen eher störend sein. Wenn man eine weite Landschaft fotografiert, möchte man in der Regel alles scharf abgebildet haben (also Vorder- und Hintergrund). Um das zu erreichen, schließt man die Blendenöffnung über das Kameramenü (normalerweise gibt es ein kleines Rad an der Kamera, um die Blendenöffnung schrittweise zu ändern). Jetzt nutzen wir nämlich den Gegeneffekt vom vorherigen Absatz: je kleiner die Blendenöffnung, desto größer die Schärfentiefe, also desto mehr Vorder- und Hintergrund wird scharf abgebildet.

Da wir ja schon wissen, dass bei kleinerer Blendenöffnung weniger Licht in die Kamera kommt, müssen wir bei dem Beispiel unserer Landschaftsaufnahme möglicherweise die Belichtungszeit verlängern (Achtung: Verwacklungsgefahr!) oder die ISO-Empfindlichkeit erhöhen (Achtung: Bildrauschen!), damit das Bild korrekt belichtet wird … und genau das waren sie auch schon, die Grundlagen der Spiegelreflexfotografie! Welche Blende (der Blendenwert wird oft einfach nur Blende genannt) man in welcher Situation verwendet, wann man lieber den ISO-Wert und wann lieber die Belichtungszeit anpasst, das lernt man durch Übung und Praxis. Klar gibt es Faustregeln und bestimmte Einstellmöglichkeiten an der Kamera (zu denen ich im nächsten Kapitel komme), aber mit diesem Wissen seid Ihr schon gut gerüstet.

Die Blendenwerte werden in Bruchzahlen angegeben. Normalerweise werden sie als 1:2,8 oder f/2,8 dargestellt. Die folgende Zahlenreihe stellt ganze Blendenwerte dar. Man kann beim Verändern der Blendenwerte in der Kamera oft in Halb- oder Drittelschritten vorgehen, die ganzen Blenden lauten aber wie folgt:

f/1 | f/1,4 | f/2 | f/2,8 | f/4 | f/5,6 | f/8 | f/11 | f/16 | f/22 | f/32

Nur für mathematisch Interessierte
Die angegebenen Blendenwerte sind abgerundete Werte. Der Blendenwert wird errechnet, indem man die Brennweite (englisch: focal length, hier „f“) durch den Durchmesser der Blendenöffnung teilt. Umgekehrt erhält man den Durchmesser der Blendenöffnung, wenn man die Brennweite (also  „f“) durch den Blendenwert teilt. Die Blendenwerte sind so angelegt, dass sich die Fläche der Blendenöffnung (und somit die einfallende Lichtmenge)…
…verdoppelt, wenn man den Blendenwert um eine Stufe reduziert (2 > 1,4)
…halbiert, wenn man den Blendenwert um eine Stufe erhöht (2 > 2,8)

Rechenbeispiel (es handelt sich auch hier um gerundete Werte):

Objektiv mit Festbrennweite:              50mm
Maximale Blendenöffnung:                  f/2

Mit Offenblende (f/2):
f (hier 50mm Brennweite) : Blendenzahl 2 = 25mm Durchmesser der Blendenöffnung.

Um eine ganze Blende abgeblendet (f/2,8):
f (hier 50mm Brennweite) : Blendenzahl 2,8 (rechnerisch 2,828) = 17,68 mm Durchmesser der Blendenöffnung.

Bei 25mm Durchmesser hat die Blendenöffnung eine Fläche von ca. 490mm²
Bei 17,68mm Durchmesser hat die Blendenöffnung eine Fläche von ca. 245mm², die einfallende Lichtmenge halbiert sich also.

Je kleiner die Blendenzahl, desto größer ist also die Blendenöffnung (und desto mehr Licht kann durch das Objektiv auf den Sensor treffen / desto geringer ist die Schärfentiefe). Die Zahlenreihe und das Verhältnis Zahl zu Blendenöffnung lernt man irgendwann von ganz alleine. Ich konnte es mir ganz gut als zwei abwechselnde Zahlenreihen merken, deren Wert immer verdoppelt wird. Somit muss man sich nur 1 und 1,4 merken und abwechselnd die Zahlen verdoppeln.

Da die Blende im Objektiv sitzt, ist sie ein entscheidender Faktor bei der Qualität (und dem Preis) von Objektiven. Die größtmögliche Blendenöffnung (genannt „Offenblende“) ist immer auf dem Objektiv vermerkt. Verallgemeinert kann man sagen: je größer die maximale Blendenöffnung, desto besser (und meist teurer) ist das Objektiv. Bei Festbrennweiten ist die maximale Blendenöffnung wie oben beschrieben angegeben (bspw. „1:2,8“). Auf Zoom-Objektiven ist oft eine Angabe wie „18-55mm 1:3,5-5,6“. Das heisst, dass bei 18mm die maximale Blendenöffnung bei 1:3,5 liegt, bei 55mm aber nur bei 1:5,6 (und bei Brennweiten dazwischen eben irgendwo dazwischen). Es gibt auch Zoomobjektive mit einer durchgängigen Blendenöffnung, diese sind allerdings meist höherwertig und entsprechend teurer.

So, das soll’s für jetzt gewesen sein. Ist ja auch zugegebenermaßen viel Information und muss vielleicht mehrfach gelesen werden, um es richtig zu verdauen. 😉

Bis zum nächsten Mal

Toby

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