Es gab einige sehr gute Antworten, es gibt jedoch einige Details, die nicht erwähnt wurden. Erstens tritt bei jeder Öffnung eine Beugung auf, wenn sich das Licht um die Ränder der Blende biegt und eine " Luftscheibe " erzeugt. Die Größe der luftigen Scheibe und der Anteil der Scheibe, die die äußeren Ringe enthält, sowie die Amplitude jeder Welle in den äußeren Ringen nehmen mit abnehmender Blende zu (die physikalische Blende wird kleiner.) Wenn Sie sich dem Fotografieren in nähern die Art und Weise, wie Whuber in seiner Antwort erwähnte:
Stellen Sie sich eine Szene vor, die aus vielen kleinen diskreten Lichtpunkten besteht.
Sie erkennen, dass jeder dieser Lichtpunkte, wenn er von Ihrem Objektiv fokussiert wird, eine eigene luftige Scheibe auf dem Abbildungsmedium erzeugt.
In Bezug auf Bildmedium
Es sollte auch klar darauf hingewiesen, dass die Beugungsgrenze nicht tatsächlich eine Begrenzung einer Linse ist. Wie oben erwähnt, erzeugen Linsen immer ein Beugungsmuster, nur der Grad und das Ausmaß dieses Musters ändern sich, wenn die Linse angehalten wird. Die "Grenze" der Beugung ist eine Funktion des Abbildungsmediums. Ein Sensor mit kleineren Photosites oder ein Film mit kleineren Körnungen hat eine niedrigere Beugungsgrenze als ein Sensor mit größeren Photosites / Körnungen. Dies ist auf die Tatsache zurückzuführen, dass eine kleinere Photosite weniger Luftfläche als eine größere Photosite einnimmt. Wenn die Größe und Intensität der luftigen Scheibe beim Herunterfahren eines Objektivs zunimmt, wirkt sich die luftige Scheibe auf benachbarte Fotoseiten aus.
Die BeugungsgrenzeDies ist der Punkt, an dem luftige Festplatten groß genug werden, um mehr als eine einzelne Fotoseite zu beeinträchtigen. Eine andere Betrachtungsweise ist, wenn die luftigen Scheiben von zwei vom Sensor auflösbaren Punktlichtquellen zu verschmelzen beginnen. Bei einer großen Apertur können zwei von einem Sensor abgebildete Punktlichtquellen nur einzelne benachbarte Fotoseiten beeinflussen. Wenn die Blende geschlossen wird, wächst die von jeder Punktlichtquelle erzeugte luftige Scheibe bis zu dem Punkt, an dem die äußeren Ringe jeder luftigen Scheibe zu verschmelzen beginnen. Dies ist der Punkt, an dem ein Sensor "beugungsbegrenzt" ist, da einzelne Punktlichtquellen nicht mehr auf eine einzelne Fotoseite aufgelöst werden ... sie verschmelzen und bedecken mehr als eine Fotoseite. Der Punkt, an dem die Mitte jeder luftigen Scheibe verschmilzt, ist die Auflösungsgrenze. und Sie können keine feineren Details mehr auflösen, unabhängig von der verwendeten Blende. Dies ist die Beugungsgrenzfrequenz.
Es ist anzumerken, dass es für eine Linse möglich ist, einen kleineren Punkt der Pixel in einem Abbildungsmedium aufzulösen. Dies ist der Fall, wenn luftige Scheiben, die durch eine Linse fokussiert werden, nur einen Bruchteil einer Photosite bedecken. In diesem Fall ist das Endergebnis dasselbe, selbst wenn zwei hochaufgelöste Punktlichtquellen Luftscheiben erzeugen, die über eine einzelne Fotoseite verschmelzen. Der Sensor erkennt unabhängig von der Blende nur ein einzelnes Punktlicht. Die "Beugungsgrenze" eines solchen Sensors wäre höher (z. B. f / 16) als bei einem Sensor, der beide Punktlichtquellen (die möglicherweise auf f / 8 beugungsbegrenzt sind) deutlich auflösen kann. Es ist auch möglich und wahrscheinlichDiese Punktlichtquellen werden NICHT perfekt auf die Mitte einer Fotoseite fokussiert. Es ist durchaus plausibel, dass eine luftige Scheibe an der Grenze zwischen zwei Fotoseiten oder der Verbindung von vier Fotoseiten fokussiert wird. Bei einem Schwarz-Weiß-Sensor oder einem Foveon-Sensor (gestapelte Farbsensoren) würde dies nur zu einer Erweichung führen. In einem Farb-Bayer-Sensor, bei dem eine quadratische Verbindung von 4 Fotoseiten ein wechselndes Muster von GRGB-Farben erfasst, kann eine luftige Scheibe die endgültige Farbe dieser vier Fotoseiten beeinträchtigen sowie eine Weichzeichnung oder eine falsche Auflösung verursachen.
Mein Canon 450D, ein 12,2-MP-APS-C-Sensor, hat eine Beugungsgrenze von 1: 8,4. Im Gegensatz dazu hat der Canon 5D Mark II, ein 21,1-Megapixel-Vollbildsensor, eine Beugungsgrenze von 1: 10,3. Der größere Sensor kann, obwohl er fast doppelt so viele Megapixel hat, einen zusätzlichen Stopp einlegen, bevor er an seine Beugungsgrenze stößt. Dies liegt daran, dass die physische Größe der Fotoseiten auf der 5D II größer ist als die auf der 450D. (Ein gutes Beispiel für einen der zahlreichen Vorteile größerer Sensoren.)
Schraubenschlüssel in der Mischung
Es kann vorkommen, dass Sie im Internet auf Tabellen stoßen, die eine bestimmte beugungsbegrenzte Blende für bestimmte Formate angeben. Ich sehe oft f / 16 für APS-C-Sensoren und f / 22 für Full Frame. In der digitalen Welt sind diese Zahlen im Allgemeinen unbrauchbar. Die beugungsbegrenzende Apertur (DLA) ist letztendlich eine Funktion des Verhältnisses der Größe eines fokussierten Lichtpunkts (einschließlich des Luftscheibenmusters) zur Größe eines einzelnen Lichtsensorelements auf einem Sensor. Bei jeder Sensorgröße, APS-C oder Vollbild, ändert sich die Beugungsgrenze in Abhängigkeit von der Größe der Fotoseiten. Ein Beispiel hierfür ist die EOS Rebel-Kameraserie von Canon im Laufe der Jahre:
Camera | DLA
--------------------
350D | f/10.4
400D | f/9.3
450D | f/8.4
500D | f/7.6
550D | f/6.8
Die Geschichte sollte für die Filmkorngröße ähnlich sein. Filme mit feinerem Korn wären letztendlich anfälliger für Beugungserweichung bei niedrigeren Öffnungen als Filme mit größeren Körnern.
Die Beugungsgrenzfrequenz
Beugung wird oft als Bildkiller angepriesen, und die Leute sprechen von der "Beugungsgrenze" als dem Punkt, an dem Sie ein Bild nicht mehr "sinnvoll" auflösen können. Im Gegensatz dazu ist die Beugungsgrenze nur der Punkt , an den Beugungs beginnt ein Bild für das jeweilige Bildmedium beeinflussen Sie verwenden. Die Beugungsgrenzfrequenz ist der Punkt, an dem eine zusätzliche Schärfe für eine gegebene Apertur unmöglich ist, und dies ist in der Tat eine Funktion der Linse und der physikalischen Apertur.
Die Formel für die Grenzfrequenz der Beugung für (perfekte) optische Systeme lautet wie folgt:
fc = 1 / (λ * f #) Zyklen / mm
Dies besagt, dass der Kehrwert der Wellenlänge des fokussierten Lichts multipliziert mit der Blendenzahl der Linse die Anzahl der Zyklen pro Millimeter ist, die aufgelöst werden können. Die Beugungsgrenzfrequenz ist im Allgemeinen der Punkt, an dem die Auflösung die Wellenlänge der Lichtfrequenzen selbst erreicht. Für sichtbares Licht λ zwischen 380-750 nm oder 0,38-0,75 Mikrometer. Bis die Grenzfrequenz für eine bestimmte Blende erreicht ist, kann eine höhere Auflösung erzielt werden.
Visuelle Beispiele
Die obige Whubers-Folge von Bildern ist ein gutes Beispiel für den Effekt der Beugung sowie den Effekt der optischen Aberrationen, wenn die Linse weit geöffnet ist. Ich denke, es leidet ein bisschen unter einer Fokusverschiebung aufgrund von sphärischen Aberrationen. Deshalb habe ich ein animiertes GIF erstellt, das die Auswirkungen der Änderung der Blende eines Canon 50 mm 1: 1,4-Objektivs von der größten Blende in die engste Blende zeigt .
(Hinweis: Das Bild ist groß, 3,8 Megabyte. Lassen Sie es also vollständig herunterladen, um den Vergleich der Schärfe bei jeder Aufnahme zu sehen.) Das Bild weist bei weit geöffneter Aufnahme eine deutliche optische Aberration auf, insbesondere eine chromatische Aberration und eine sphärische Aberration (möglicherweise sind es einige) leichte purpurfarbene Ränder ... Ich habe versucht, mich ganz auf etwas zu konzentrieren. Von Blende 2,8 bis Blende 8 ist die Schärfe am besten, wobei Blende 8 ideal ist. Bei 1: 11 fällt die Schärfe aufgrund der Beugung geringfügig ab . Bei 1: 16 und insbesondere bei 1: 22 beeinflusst die Beugung die Bildschärfe sichtbar. Beachten Sie, dass f / 22 auch bei Beugungsunschärfe noch erheblich schärfer ist als f / 1.4 oder f / 2.
