Schärfentiefe
Der als Schärfentiefe (auch als Abbildungstiefe, manchmal falsch als Tiefenschärfe) bezeichnete Schärfebereich ist die Ausdehnung des scharf abgebildeten Bereichs in Richtung der optischen Achse eines optischen Systems.
In der geometrischen Optik kann streng genommen ein völlig scharfes Bild auf der Bildebene nur von einer einzigen Gegenstandsebene erzielt werden. Nur von dieser einzigen Gegenstandsebene werden sämtliche Punkte als Bildpunkte (ein Punkt hat genau genommen keine Ausdehnung) wiedergegeben. Alle anderen Punkte, die sich in näher oder weiter liegenden Ebenen befinden, erscheinen nicht mehr als Punkte, sondern als Scheibchen, sogenannte Zerstreuungskreise oder Unschärfekreise (Z). Sie entstehen, weil die vom Objektiv auf den Film fallenden Lichtkörper Kegel sind; gerät die Kegelspitze hinter den Film, weil nicht genau auf diesen Punkt fokussiert ist, wird die Spitze abgeschnitten, endet die Kegelspitze vor der Filmebene, werden die Oberflächenlinien des Kegels dorthin verlängert (analog Spiegelbild des Kegels) und es entsteht ebenso ein Zerstreungskreis auf dem Film (siehe Grafik).
Durch Normung ist die Größe des maximalen Zerstreuungskreises festgelegt. Sie ist abhängig vom Aufnahmeformat. Für Kleinbildformat (24/ 36 mm Filmgröße) darf Z bis zu 0,03 mm groß werden, um noch als scharf zu gelten; für Mittelformat (57/ 57 mm Filmgröße) gilt 0,05 mm, für Großformate dann 0,09 oder 0,1 mm (9/12 cm Filmformat) und mehr bei größeren Formaten. Solange die Unschärfekreise nicht größer werden, erachtet man sie noch als scharf. Dadurch ersteht der Eindruck, das Bild weise nicht nur eine Schärfenebene, sondern einen Schärfebereich auf.
Die Schärfe kann durch Abblendung (siehe Blende) ausgedehnt und durch Aufblendung eingeengt werden. Weitere Einflussgrößen auf die Schärfentiefe sind die Brennweite der Optik sowie die Entfernung des anfokussierten Punktes und der zulässige Zerstreuungskreis für das betreffende Filmformat.
Bei der Fachkamera kann mit der Scheimpflug-Einstellung der Schärfebreich auch von links nach rechts oder diagonal in das Motiv gelegt werden.
Vereinfacht kann in der Praxis bis zum Maßstab m 1:1 der Schärfebereich durch den Abbildungsmaßstab und die Blendenöffnung unabhängig von der Brennweite bestimmt werden; oberhalb m 1:1 bis in den Makrobereich reicht diese Bestimmung nicht mehr.
Die Verteilung der Schärfentiefe vor und hinter dem fokussierten Objekt variiert mit der eingestellten Entfernung: im engen Nahbereich wird ungefähr ein Verhältnis 1 : 1 erreicht, mit wachsender Entfernung wächst der Anteil hinter dem fokussierten Objekt kontinuierlich an; letzteres extrem, wenn die Unendlicheinstellung noch eben in den Schärfebereich gelegt wird (= halbe hyperfokale Entfernung; hyperfokale Entfernung entspricht der Fokussierung auf den Punkt "Unendlich").
Der gezielte Einsatz der Schärfentiefe durch Einstellen der Blende und Brennweite ermöglicht es, den Blick des Betrachters auf das Hauptmotiv zu lenken. Dazu schränkt der Fotograf die Schärfentiefe so eng wie möglich um die Ebene ein, auf dem sich das zentrale Bildelement befindet. Der Vorder- und Hintergrund wird dadurch unscharf dargestellt und lenkt nicht mehr vom zentralen Element ab.
Alle optischen Abbildungen sind durch Beugung begrenzt, so dass ein einzelner Punkt niemals auf einen Punkt, sondern nur auf ein Beugungsscheibchen (oder Airyscheibchen) abgebildet werden kann. Die Trennschärfe zweier benachbarter Beugungsscheibchen definiert analog zum fotografischen Film einen maximal zulässigen Zerstreuungskreis. Nach dem Rayleigh-Kriterium muss die Intensität zwischen zwei benachbarten Bildpunkten um 20% abfallen, um als scharf zu gelten. Die Größe des Beugungsscheibchens ist abhängig von der Wellenlänge des Lichts. Man definiert die Rayleighsche Schärfentiefe als
Hierbei ist die Wellenlänge, n der Brechungsindex und u der Aperturwinkel des abbildenden Systems.
Die Rayleighsche Schärfentiefe ist bei beugungsbegrenzten optischen Systemen relevant, zum Beispiel in der Mikroskopie oder in der Fotolithografie.Geometrische Schärfentiefe
Anwendung in der Fotografie
Wellenoptische Schärfentiefe