Vignettierung

Vignettierung (Randabschattung) bei einer Aufnahme mit einem Mikroskop

Als Vignettierung (frz. vignette „Randverzierung“, „Abzeichen“) bezeichnet man in der Fototechnik eine Abschattung zum Bildrand hin, die durch eine axiale Anordnung zweier Öffnungen hervorgerufen wird. Sie kann auch bei Spiegelteleskopen auftreten und wird beim Schmidt-Teleskop durch Vergrößerung des Hauptspiegels umgangen.

In der fotografischen Praxis wird der Begriff oft fälschlicherweise etwas großzügig ausgelegt und auch für den Randlichtabfall verwendet.

Echte Vignettierungen

Optische Vignettierung

Vignettierung durch eine Blende. Der vignettierungsfreie, der vollständig abgedunkelte sowie der vignettierte Bereich dazwischen sind gekennzeichnet

Die Ursache der optischen Vignettierung liegt darin, dass die Lichtstrahlen, die auf die Bildebene auftreffen, sowohl die Eintrittsöffnung (z. B. eine Linse) als auch die Austrittsöffnung (und möglicherweise noch weitere Öffnungen, z. B. Linsen oder Blenden) durchtreten müssen. Ab einem bestimmten Abstand von der optischen Achse „sieht“ ein Film in der Bildebene durch die Austrittsöffnung nur noch den Rand der Eintrittsöffnung, bei noch größeren Abständen ist die Eintrittsöffnung überhaupt nicht mehr zu sehen - und daher kann dort auch kein Licht mehr auf die Bildebene treffen. Anders gesagt: Die Abdunklung ist der (unscharfe) Schatten der Austrittsöffnung.

Die Animation verdeutlicht diese Zusammenhänge:

Vignettierung durch die Austrittslinsenöffnung bei einem Telephoto-Objektiv.
H ist die bildseitige Hauptebene

Es mag hier der Eindruck entstehen, dass eine Blende für die Vignettierung verantwortlich ist. Tatsächlich gelten dieselben Zusammenhänge, wenn sich anstelle einer Blende eine zweite Linse im Strahlengang befindet (wie z. B. bei einem Fernrohr). Dabei werden die Strahlenbündel je nach Art der Linse noch zusätzlich gebündelt bzw. aufgefächert.

Im folgenden ist dies am Beispiel eines sogenannten Telephoto-Designs veranschaulicht (Telephoto-Design bezeichnet ein Konstruktionsprinzip, das gerne verwendet wird, um die Baulänge von langbrennweitigen Objektiven zu verkürzen). Es ergibt sich dieselbe Vignettierung durch die Öffnung der Austrittslinse wie bei einer Blendenöffnung:

Der Einfluss einer Blende auf die Zone der Vignettierung

Die optische Vignettierung kann durch Abblenden reduziert werden, u. U. sogar soweit, dass das gesamte Bild vollständig frei von optischer Vignettierung ist. Auf den ersten Blick scheint es erstaunlich, dass man eine Verdunkelung durch noch weiteres „Abschatten“ durch die Blende reduzieren kann. Tatsächlich vergrößert man durch das Abblenden den vignettierungsfreien Bereich - aber man verkleinert dadurch auch gleichzeitig den maximal nutzbaren Bereich. Die Zone der Vignettierung wird dadurch schmaler.

Man erkennt, dass sich durch Abblenden der vignettierungsfreie Bildkreis vergrößert. Dies ist von Bedeutung z. B. in der Großformatfotografie. Viele Objektive für Großformat erlauben es, durch Abblenden einen größeren Bildkreis zu nutzen. Aber auch normale Kleinbild- oder Kompaktkamera-Objektive zeigen bei Offenblende eine sichtbare Vignettierung, die gegebenenfalls durch Abblenden reduziert werden muss.

Umgekehrt bedeutet dies auch, dass Objektive für kleine Aufnahmeformate (Crop-Sensor, z. B. APS-C) bei vergleichbarem Materialaufwand mit einer größeren Anfangsblende (und somit lichtstärker) gebaut werden können ohne dadurch stärker zu vignettieren als Objektive für größere Aufnahmeformate.

Maximale Leuchtdichte

Bei Teleobjektiven ist die Anfangsblende möglicherweise so weit geöffnet bzw. das Telephoto-Glied so groß, dass die Vignettierung bereits im Bildzentrum beginnt, die vignettierungsfreie Zone also völlig verschwindet. Die Zone der Vignettierung ist aber so breit, dass die Helligkeit nur langsam abfällt. Der Film „sieht“ im Bildzentrum durch die Austrittsöffnung die ganze Eintrittslinse. Ein weiteres Vergrößern der Austrittsöffnung würde das Bild im Bildzentrum deshalb nicht weiter aufhellen. Die Leuchtdichte im Bildzentrum würde nicht mehr größer, während sich hingegen die fotografische Lichtstärke rein rechnerisch weiter vergrößern würde.

Analogien

Die geometrischen Verhältnisse ändern sich nicht, wenn eine Öffnung sozusagen invertiert wird und das ursprüngliche „Loch“ durch eine undurchsichtige Scheibe ersetzt wird. Die vignettierungsfreie Zone wird dann zum Kernschatten, die Zone der Vignettierung wird zum Halbschatten und die vollständig abgedunkelte Zone wird zur vollständig schattenfreien Zone. Vignettierung kann geometrisch also wie z. B. eine Sonnenfinsternis betrachtet werden.

Mechanische Vignettierung

Mechanische Vignettierung auf einer 13 x 18 cm-Fotoplatte. Grund war ein unpassender Verschlussvorsatz, der den Strahlengang behinderte

Abschattungen - mitunter auch als mechanische oder physikalische Vignettierung bezeichnet - werden beispielsweise durch falsch gewählte Streulichtblenden oder zu viele Filter oder Vorsatzlinsen, deren Fassungen die Randstrahlen abblenden, hervorgerufen. Es hat im Grunde genommen nichts mit der Objektivkonstruktion zu tun, wenn auf das Objektiv montierte Objekte - oder der eigene Finger - bei der Aufnahme ungewollt ins Bild geraten.

Pixel-Vignettierung

Pixel-Vignettierung ist ein Randlichtabfall der ausschließlich digitale Aufnahmemedien betrifft. Er kommt dadurch zustande, dass die einzelnen lichtempfindlichen Elemente eines digitalen Bildsensors nicht auf der Oberfläche des Sensors liegen, sondern sich konstruktionsbedingt in winzigen Vertiefungen befinden. So wie die flachen Lichtstrahlen der Abendsonne nicht mehr in die Täler reichen, können auch flach auftreffende Lichtstrahlen die lichtempfindliche Fläche der Photodiode nur noch teilweise ausleuchten. Die Pixel-Vignettierung lässt sich technisch prinzipiell verbessern, z. B. durch Einsatz von Mikrolinsen. Moderne Bildsensoren kompensieren die Pixel-Vignettierung durch entsprechende Algorithmen bereits elektronisch „On-Chip“.

Randlichtabfall

Natürlicher Randlichtabfall für verschiedene Brennweiten, bezogen auf das Kleinbildformat (43,2 mm Diagonale)

Beim Randlichtabfall handelt es sich eigentlich nicht um eine Vignettierung, denn die Ursache für den Randlichtabfall ist keine Abschattung.

Natürlicher Randlichtabfall

Der natürliche Randlichtabfall – fälschlicherweise oft auch natürliche Vignettierung genannt – führt zu einer stetigen Verdunkelung des Bildes zu den Bildecken hin. Die größte wirksame Blende eines Objektivs verringert sich, je weiter das abzubildende Objekt von der optischen Achse entfernt ist. Das Maß des Lichtabfalls ist annähernd proportional zur vierten Potenz des Cosinus des Winkels zur optischen Achse (Cos4-Gesetz). Der natürliche Randlichtabfall kann weder durch Abblenden noch durch konstruktive Maßnahmen eliminiert werden; er kann bestenfalls durch eine geeignete Objektivbauweise etwas reduziert werden. Diese Art der Vignettierung ist am auffälligsten bei der Abbildung von Flächen gleichmäßiger Helligkeit.

Bild mit deutlich sichtbarem Randlichtabfall

Randlichtabfall durch ungenügende Beleuchtung

Vignettierung bei vollem Zoom einer Kompaktkamera

Mitunter werden auch Randabdunkelungen durch eine mangelhafte Ausleuchtung z. B. durch den Elektronenblitz fälschlicherweise als Vignettierung bezeichnet. Beispielsweise leuchtet ein Blitzgerät auf oder in der Kamera ein flaches Objekt ungleichmässig aus – die Teile des Motivs, die am weitesten von der Lichtquelle entfernt sind werden schwächer ausgeleuchtet als nahe liegende Teile der Szene. Leuchtet das Blitzgerät einen kleineren Winkel aus, als vom Objektiv auf dem Aufnahmemedium abgebildet wird (siehe Bildwinkel), hat dies auch eine Randabdunkelung zur Folge.

Weblinks

 Commons: Vignettierung – Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien

• Ausführliche Beispiele (englisch)
• Lens Vignetting (englisch)
• aperture pupil (PDF, englisch) (1,05 MB)
• Informationen zu Vignettierungen und Randlichtabfall bei Taunusreiter.de (deutsch)
• Vignettierung (Randabschattung) in der Mikroskopie und Makroskopie (deutsch)