Camera Obscura

 

Funktionsweise einer Lochkamera ( camera obscura )

 

 

Fällt Licht durch ein kleines Loch in einen ansonsten lichtdichten Hohlkörper, so wird in ihm ein spiegelverkehrtes und auf dem Kopf  stehendes Bild erzeugt. Durch diesen Camera-Obscura-Effekt entsteht in dem Hohlkörper eine Projektion des Außenraums. Die  Schemazeichnung rechts zeigt exemplarisch zwei Strahlenbündel, die von zwei Punkten eines Gegenstands in das Loch eintreten. Der  kleine Durchmesser der Blende beschränkt die Bündel auf einen kleinen Öffnungswinkel und verhindert die vollständige Überlappung  der Lichtstrahlen. Strahlen vom oberen Bereich eines Gegenstands fallen auf den unteren Rand der Projektionsfläche, Strahlen vom  unteren Bereich werden nach oben weitergeleitet. Jeder Punkt des Gegenstands wird als Scheibchen auf der Projektionsfläche  abgebildet. Die Überlagerung der Scheibchenbilder erzeugt ein verzeichnungsfreies Bild. Mathematisch ausgedrückt ist das Bild das  Ergebnis einer Faltung aus idealer Abbildung des Gegenstands mit der Blendefläche.

 

 

Der Abstand der Projektionsfläche vom Loch ist die Bildweite (b).Brennpunkt (Fokus) (F) und Brennweite (f) existieren bei Lochkameras nicht, da es keine Linse gibt, die Lichtstrahlen bricht und bündelt. D ist der Durchmesser des Lochs. Der  Quotient b/D ergibt die Blendenzahl, analog zur Blendenzahl beim Objektiv (f/D). Je kleiner die Blendenzahl ist, desto lichtstärker ist das Bild. Eine Kammer mit b = 100 mm und D = 0,5 mm hat eine Blendenzahl von 100 mm / 0,5 mm = 200. Eine Vergrößerung des Lochs auf 1 mm verringert die Blendenzahl auf 100 mm / 1 mm = 100. Die Belichtungszeit verringert sich dabei um den Faktor 4 (Verhältnis der Lochflächen: (1 mm / 0,5 mm)² = 4). Zum Vergleich: Lichtstarke Kameraobjektive haben oft eine größte Blende von 1,4 - 2,8.

 

 

 

 

Je kleiner der Lochdurchmesser D, desto kleiner sind die Strahlenbündel, umso schärfer erscheint die Abbildung. Der Grenzwert für D ist erreicht, wenn das Loch die Größenordnung der Strahlungswellenlänge erreicht (siehe unten). Die Beugungserscheiningen setzen für sichtbares Licht bei ca. 0,5 µm ein.

 

Die Schärfe der Bilder ist von der Entfernung der abzubildenden Gegenstände bis hin zum Loch (Gegenstandsweite) nicht abhängig. Von einer Schärfentiefe im eigentlichen Sinn kann also nicht gesprochen werden. Die Bildschärfe wird durch die Lochgröße bestimmt, kleinere Durchmesser erzeugen schärfere Bilder und umgekehrt. Die Bilder sind stets unscharf, da das Loch aus Gründen der Lichtstärke nicht beliebig klein gewählt werden kann. Bei großen Bildweiten (starke Vergrößerungen) hat die Camera Obscura jedoch ein hohes Auflösungsvermögen, feine Details lassen sich gut erkennen.