mini|Nur ein schmaler Bereich des Bilds erscheint scharf – ein Beispiel für geringe Schärfentiefe mini|Drei APS-Filmschachteln bei verschiedenen Blendenstufen (ƒ/2.8 – ƒ/4 – ƒ/5.6 – ƒ/8 – ƒ/11 – ƒ/16) mini|Das Freistellen eines Objektes durch geringe Schärfentiefe am Beispiel eines einzelnen Radfahrers, der aus der Gruppe herausgehoben wird mini|Mithilfe einer Blende lässt sich der scharf abgebildete Bereich vergrößern

Die Schärfentiefe ist ein Längenmaß für die Ausdehnung des scharfen Bereichs im Objektraum eines abbildenden optischen Systems (des Raums in der Lichtrichtung vor der Linse). Der ähnliche Begriff Tiefenschärfe beschreibt hingegen die fotografische Schärfe (und bei deren Fehlen indirekt die Unschärfe) der Objekte der räumlichen Tiefe. Diese nur sinnverwandten Begriffe werden irrtümlich oft synonym verwendet.

Die ästhetische Qualität von Unschärfe wird auch als Bokeh beschrieben, Unschärfe durch Weichzeichnen ist eine Veränderung der Bildaussage mit Hilfe technischer Mittel. Der Raum der Schärfentiefe auf der Bildseite (also in Lichtrichtung hinter der Linse) wird Abbildungstiefe genannt.

Der Begriff Schärfentiefe spielt in der Fotografie eine zentrale Rolle. Er beschreibt die Größe des Entfernungsbereichs, innerhalb dessen ein Objekt hinlänglich scharf abgebildet wird. In der Regel wird eine große Schärfentiefe durch kleine Blendenöffnungen oder Objektive mit kurzen Brennweiten erreicht: Von vorn bis hinten sieht dann alles mehr oder weniger scharf aus. Das Gegenteil der weitgehenden Schärfe, die weitgehende Unschärfe, ist eine VarianteDaniel Negenborn: Der Filmlook: So entsteht der echte Filmlook.Lexikoneintrag Filmlook bei bet.de des sogenannten „Film-Look[s]“, wobei der Bereich der Schärfentiefe klein gehalten wurde (englisch: ): Die Kamera zeichnet die zentrale Figur scharf, eventuell nur das Auge einer Person,Der Fotograf Emil Otto Hoppé gehörte zu den ersten, die das Manko sehr geringer Schärfentiefe als ästhetisches Stilmittel verwendete. In seinem Selbstporträt von 1926 () sind nur ein kleiner Teil seiner Hand sowie die Augen scharf – Hoppé liebte Hände. während alles vor und hinter ihr unscharf erscheint. Diese Technik bezeichnet man auch als „freistellen“ durch geringe Schärfentiefe. Der Begriff „Schärfentiefe“ fand erstmals 1970 Eingang in die Norm DIN 19040-3.

Der Abbildungsfehler, dass Bildelemente nicht so durchgängig scharf gesehen werden wie mit einem nicht-fehlsichtigen Auge (erklärt bei Auflösungsvermögen#Auge) kann verschiedene Ursachen haben (siehe dazu Unschärfe#Fotografie). Die Schärfentiefe wird außer durch die Wahl der Brennweite und der Entfernungseinstellung auch durch die Blendenöffnung beeinflusst: je größer die Blendenöffnung (kleine Blendenzahl), umso geringer ist die Schärfentiefe. Bei einer Entfernungseinstellung (Fokussierung) auf ein nahes Objekt ist der optisch als scharf erfasste Objektraum von–bis kürzer als bei einer Fokussierung auf ein weiter entferntes Objekt. Die Wahl der Blendenöffnung ist Teil der Belichtungseinstellung und kann „manuell“ auch durch Variation der Verschlusszeit bei automatischen Kameras beeinflusst werden.

In der Computeranimation ist die Schärfentiefe ein optischer Effekt, der im Nachhinein in jedes einzelne Bild eingerechnet wird und deshalb erheblichen Rechenaufwand bedeutet. Meist wird hier der englische Begriff (DOF) benutzt.

Geometrische Schärfentiefe Es sind grundsätzlich zwei verschiedene Anordnungen zu unterscheiden: Die Camera obscura, die lediglich aus einer einzigen Lochblende besteht, und ein Linsensystem, das so eine Blende ebenfalls enthält, aber zusätzlich noch (mindestens) eine Linse (vor oder hinter der Blende), die eine reguläre optische Abbildung produziert.

Camera obscura mini|Camera obscura

Von einem Objekt ausgehende Lichtstrahlen fallen durch die Lochblende auf die Bildebene (einen Schirm, einen Film oder einen Kamerabildsensor). Je nach Durchmesser der Blende werden aus diesen Lichtstrahlen mehr oder weniger dicke Lichtkegel. Durch Schnitt der Bildebene mit einem Kegel entsteht auf der Ebene ein Kreis, sogenannte Zerstreuungskreise oder Unschärfekreise (Z). Sie existieren bei jeder Dimensionierung der Abstände zwischen Objekt, Blende und Bild. Die Kreisgröße in der Bildebene berechnet sich nach dem Strahlensatz. Dabei ist der Einfluss des Lochblendendurchmessers einfach proportional: Je größer das Loch, desto größer der Unschärfekreis. Für eine schärfere Abbildung wird ein kleineres Loch benötigt. Wird jedoch das Loch zu stark verkleinert, so wird der Bereich der geometrischen Optik verlassen und es treten die Welleneigenschaften des Lichtes in den Vordergrund. Die dabei auftretenden Beugungseffekte werden umso stärker, je kleiner das Loch ist. Hierdurch kommt es zu einer Abnahme der Schärfe. Somit gibt es für eine Camera obscura einen optimalen Lochdurchmesser. Weiterhin muss bei dieser Optimierung neben den Abbildungseigenschaften auch berücksichtigt werden, dass mit einem kleineren Lochdurchmesser der Lichtstrom abnimmt und damit die Belichtungszeiten zunehmen.

Linsensystem Eine zusätzlich eingebaute Linse sorgt dafür, dass im idealen Fall bei einer bestimmten Entfernung der Bildebene von der Linse eine scharfe Abbildung auftritt. Bei dieser Position entfällt also die obige Ungenauigkeit und die Blendenöffnung kann im Interesse besserer Lichtausbeute wesentlich vergrößert werden. Erst wenn es um Objektpunkte geht, die vor oder hinter dieser scharf abgebildeten Position liegen, verringert sich diese Schärfe und sinkt mit wachsendem Abstand auf den Wert, den die Blende allein als Camera obscura bewirken würde. Genauer:

In der geometrischen Optik können nur diejenigen Punkte als scharfe Bildpunkte in der Bildebene (Film oder Sensor) wiedergegeben werden, die auf der Ebene liegen, die sich in der Gegenstandsweite zur Linse befindet. Alle anderen Punkte, die sich auf näher oder weiter entfernt liegenden Ebenen befinden, erscheinen in der Bildebene nicht mehr als Punkte, sondern als Scheibchen, sogenannte Zerstreuungs- oder Unschärfekreise (Z).

Zerstreuungskreise entstehen, weil die von der Linse (dem Objektiv) auf die Bildebene (den Film) fallenden Lichtkörper Kegel sind. Durch Schnitt der Bildebene mit einem Kegel entsteht auf der Ebene ein Kreis. Eng nebeneinander liegende Punkte, die nicht in der Gegenstandsebene liegen, werden durch eng nebeneinander liegende Zerstreuungskreise abgebildet, die sich überdecken und in den Randbereichen vermischen, wodurch ein unscharfes Bild entsteht.

Der für die Akzeptanz von Schärfe maximal tolerierbare Zerstreuungskreisdurchmesser für einen Fotoapparat wird mit bezeichnet. Die absolute Größe des maximalen Zerstreuungskreises ist abhängig vom Aufnahmeformat, da sie 1/1500 der Diagonalen beträgt. Solange die Unschärfekreise nicht größer als werden, liegen sie unterhalb der Auflösungsgrenze des Auges, und die Abbildung wird als scharf erachtet. Dabei entsteht der Eindruck, das Bild weise nicht nur eine Schärfenebene, sondern einen Schärfebereich auf. Problematisch wird ein eingeschränkter Schärfentiefebereich auch dann, wenn die Schärfemessung nicht direkt in der Bildebene, sondern mit gesonderten Einstellscheiben oder Schärfesensoren erfolgt, da es dann durch Toleranzen in der Bildweite leicht zu Fokussierungsfehlern kommen kann.

Die folgende Tabelle veranschaulicht die maximale Größe der Zerstreuungskreise je nach Aufnahmeformat des jeweiligen Fotoapparats:

AufnahmeformatAbbildungsgrößeSeitenverhältnisBilddiagonaleZNormalbrennweite 1/3″-Digitalkamera-Sensor 4,4 mm × 3,3 mm 4:3 5,5 mm 3,7 µm 6,4 mm 1/2,5″-Digitalkamera-Sensor 5,3 mm × 4,0 mm 4:3 6,6 mm 4,4 µm 7,6 mm 1/1,8″-Digitalkamera-Sensor 7,3 mm  ×  5,5 mm 4:3 9,1 mm 6,1 µm 10,5 mm 2/3″-Digitalkamera-Sensor 8,8 mm  ×  6,6 mm 4:3 11,0 mm 7,3 µm 12,7 mm MFT-Sensor 17,3 mm × 13,0 mm 4:3 21,6 mm 14,4 µm 24,9 mm APS-C-Sensor 22,2 mm × 14,8 mm 3:2 26,7 mm 17,8 µm 30,8 mm APS-C-Sensor 23,7 mm × 15,7 mm 3:2 28,4 mm 19,2 µm 32,8 mm APS-H-Sensor 27,9 mm × 18,6 mm 3:2 33,5 mm 22,4 µm 38,7 mm Kleinbildformat 36 mm × 24 mm 3:2 43,3 mm 28,8 µm 50,0 mm Digitales Mittelformat 48 mm × 36 mm 4:3 60,0 mm 40,0 µm 69,3 mm Mittelformat 4,5 × 6 56 mm  × 42 mm 4:3 70,0 mm 46,7 µm 80,8 mm Mittelformat 6 × 6 56 mm  × 56 mm 1:1 79,2 mm 52,8 µm 91,5 mm Großformate z. B. 120 mm × 90 mm z. B. 4:3 z. B. 150 mm  90–100 µm z. B. 150 mm Größere Formate bis 450 mm × 225 mm — — > 100 µm —

Berechnung der Schärfentiefe

Einfache Gleichung Folgende Variablen werden benötigt: die Objektiv-Brennweite , zum Beispiel 7,2 mm die Blendenzahl gibt das Verhältnis von Brennweite zum Durchmesser der Eingangspupille an, zum Beispiel 5,6. Die Eingangspupille ist das virtuelle Bild der physischen Blende durch das gegenstandseitig vorgelagerte Linsensystem. Liegt die Blende vor dem gesamten Linsensystem, ist sie auch zugleich Eingangspupille. Weiter unten wird in den Formeln durch ersetzt. Während direkt vom Blendenring der Kamera abgelesen werden kann, ist ein um den Pupillenmaßstab korrigierter Wert: die Gegenstandsweite (Entfernung der fokussierten Gegenstandsebene von der vorderen Hauptebene), zum Beispiel 1000 mm der Durchmesser des Zerstreuungskreises , zum Beispiel 0,006 mm. der Abstand des Bildpunktes des Gegenstandes im Nah- bzw. Fernpunkt zur Bildebene der Einstellweite

Für eine Annäherung an kann folgende Formel mit als Formatdiagonale des Aufnahmeformates in mm und als Anzahl der zu unterscheidenden Punkte entlang der Diagonalen verwendet werden:

Dieser Näherung liegt die Annahme zugrunde, dass das menschliche Auge über die Bilddiagonale maximal 1500 Punkte auflösen kann, wenn der Sehabstand etwa gleich der Bilddiagonalen ist. Für technische Anwendungen mit höherer Bildauflösung muss gegebenenfalls deutlich höher gewählt werden.

Die Linsengleichungen für die vordere (+) und hintere (-) Begrenzungsebene des Schärfebereiches lauten:

Insbesondere ergibt sich aus der Linsengleichung die allgemeine Beziehung von Bildweite zur Gegenstandsweite:

.

mini|766x766px|Darstellung der grundlegenden geometrischen Überlegungen zur Herleitung der Schärfentiefe. Aus dem roten und grünen Dreieck lässt sich die Ausgangsbeziehung für den Nahpunkt ableiten, aus dem gelben und blauen Dreieck die für den Fernpunkt. Zu beachten ist, dass die Differenzen (db) für den Nah- und Fernpunkt nicht gleich sind.

Geometrische Überlegungen zum Zerstreuungskreis , dem Durchmesser der Austrittspupille und den Bildweiten und mit der Einstellbildweite und den Bildweiten der objektseitigen Fern- bzw. Nahpunkte und führen mithilfe des Strahlensatzes zu der Beziehung

und man erhält:

Damit kann bei gegebener Gegenstandsweite der Nah- bzw. Fernpunkt bei gegebener Blende und Zerstreuungskreisrdurchmesser berechnet werden.