Galerie   Spiele   Spenden   Startseite    Forum    Wiki    Suchen    FAQ    Registrieren    Login
Hier kostenlos deinen Spreadshirt Shop eröffnen!
Neues Thema eröffnen  Neue Antwort erstellen Seite 1 von 1
 
Lochkamera
Dies ist ein Wiki-Beitrag

Dieser Wiki-Beitrag kann von anderen Benutzern bearbeitet werden.

Autor Nachricht
Antworten mit Zitat
Beitrag Lochkamera 
 
Lochkamera

Wechseln zu: Suche


Eine Lochkamera ist das einfachste Gerät, mit dem sich optische Abbildungen erzeugen lassen. Sie benötigt dafür keine optische Linse, sondern nur eine dunkle Zelle (eine camera obscura), eine kleine Öffnung in dieser Zelle und eine Abschirmung, um das entstandene reelle Bild zu betrachten.



Funktionsweise



Funktionsweise einer Lochkamera


Ähnlich wie bei einer optischen Linse erzeugt ein kleines Loch auf einer Projektionsfläche eine Abbildung von angestrahlten oder selbst leuchtenden Gegenständen. Die Zeichnung rechts zeigt zwei Strahlenbündel, die von zwei Punkten eines Gegenstands in das Loch eintreten. Der kleine Durchmesser der Blendenzahl beschränkt die Bündel auf eine kleine Öffnung und verhindert die vollständige Ãœberlappung 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 Ãœberlagerung der Scheibchenbilder erzeugt ein verzeichnungsfreies Bild. Mathematisch ausgedrückt ist das Bild das Ergebnis einer Faltung aus idealer Abbildung des Gegenstands mit der Blendefläche. In der rein theoretischen Betrachtung, ist die Lochkamera das Ideal einer Kamera.


Abbildungsgeometrie einer Lochkamera


Unschärfefleck


Abbildungsgeometrie der Lochkamera

Der Abstand der Projektionsfläche zum Loch ist die Bildweite b. Löcher können im Gegensatz zu Linsen die einfallenden Lichtstrahlen nicht brechen und demzufolge auch nicht bündeln. Es existiert kein Brennpunkt (F) und keine Brennweite (f). D ist der Durchmesser des Lochs. Der Quotient b/D ergibt die Blendenzahl, analog zur Blendenzahl f/D beim Objektiv. 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 100mm/0,5mm = 200. Eine Vergrößerung des Lochs auf 1 mm verringert die Blendenzahl auf 100mm/1mm = 100. Die Belichtungszeit verringert sich dabei um den Faktor 4 (Verhältnis der Lochflächen: (1mm/0.5mm)2 = 4). (Zum Vergleich: Kleinbildkameras haben kleinste Blenden zwischen 1,4 und ca. 4.)

Je kleiner der Lochdurchmesser D ist, desto kleiner sind die Strahlenbündel, umso schärfer erscheint die Abbildung. Für die Größe S des Unschärfeflecks gilt dabei



Die Bildgröße eines Lichtpunkts nimmt also linear mit der Blendengröße ab. Hierdurch gewinnt das Bild an Schärfe, wenn zu einer geringeren Blendengröße übergegangen wird. Oft wird dies verwechselt mit der Vermutung, dass das Bild insgesamt mit abnehmender Blendengröße kleiner wird. Kleiner werden jedoch nur die Unschärfen, die das Bild eines beobachteten Gegenstandes an dessen Begrenzungslinien "ausfransen" lassen.

Schärfentiefe



Vergleich: Foto einer Häuserzeile mit
Lochkamera (Schwarzweißaufnahme auf Filmmaterial) und
Linsenkamera (Farbaufnahme auf Halbleitersensor)



Die Schärfe der Bilder ist von der Entfernung der abzubildenden Gegenstände zum Loch (Gegenstandsweite) nicht abhängig. Es ist also keine Entfernungseinstellung erforderlich, die „Schärfentiefe“ ist „unendlich“. (Dies ist ein grundsätzlicher Unterschied zu mit Linsen ausgestatteten Kameras, bei denen eine Entfernungseinstellung erforderlich ist und die deshalb auch als „fokussierende“ Kameras bezeichnet werden.) Die Bilder sind jedoch nie ganz scharf, da das Loch aus Gründen der Lichtstärke und Beugung nicht beliebig klein gewählt werden kann. Bei großen Bildweiten (starke Vergrößerungen) hat die Lochkamera jedoch ein befriedigendes Auflösungsvermögen, feine Details lassen sich befriedigend erkennen.

Unabhängig von der Lichtstärke bildet die Wellenlänge des Lichts eine unter Grenze für D. Beugungserscheinungen treten bei allen Wellenlängen auf. Rot wird etwas stärker als Blau gebeugt.

Bildgröße



Bildgröße bei der Lochkamera


Bezeichnet G die Gegenstandshöhe ( = tatsächliche Größe des betrachteten Gegenstandes), g die Gegenstandsweite (= Abstand des Gegenstandes von der Lochscheibe), b die Bildweite (= Abstand von der Lochscheibe zur Mattscheibe) und B die Bildhöhe (= Höhe des erzeugten Bildes auf der Mattscheibe), so gilt:


Diese Gleichung ist aus der geometrischen Optik auch als 1. Linsengleichung bekannt, sie gilt in gleicher Weise für fokussierende Kameras. Die Bildgröße hängt also nur von den Abständen ab, nicht jedoch von der Blendengröße bzw. Lochgröße.

Anwendungen


Spalte im Korbgeflecht erzeugen Sonnenbildchen links an der Wand.

Im Alltag beobachtet man zuweilen Abbildungen an kleinen Öffnungen. Das Bild rechts zeigt einen Korbstuhl, der seitlich von der Sonne beschienen wird und links an der Wand einen Schatten wirft. Die engen Spalte des Korbgeflechts erzeugen Lichtmuster auf der Wand in Form runder Scheibchen einheitlicher Größe. Hierbei handelt es sich um Abbilder der kreisförmigen Sonne, nicht etwa um Umrisse des Geflechts.

Ähnliches beobachtet man im Wald, wenn Zwischenräume in dichtem Blattwerk die Sonne auf dem Boden als verschwommene Kreisscheiben abbilden (sogenannte Sonnentaler). Wer den Grund dafür nicht kennt, ist dann sehr überrascht, dass bei einer partiellen Sonnenfinsternis diese Sonnentaler als „Halbmöndchen“ erscheinen.

Auch werden Lochblenden als abbildende Linsen für Röntgenstrahlung eingesetzt. Denn, anders als für sichtbares Licht, gibt es für diese kurzwellige Strahlung keine Materialien mit geeigneter Brechzahl, aus denen sich Linsen herstellen ließen.

Auswirkungen der Lichtbeugung


Beugungserscheinungen an der Lochblende setzen der klassischen Betrachtungsweise Grenzen. Der Durchmesser S des Unschärfeflecks vergrößert sich dadurch um den Durchmesser ΔS des Beugungsscheibchens. Für diesen gilt vereinfacht:



Dabei ist c eine Konstante, die hier mit ≈ 1 µm angenommen werden kann.

Nach der strahlenoptischen Betrachtung nimmt die Größe des Unschärfeflecks linear mit der Blendengröße ab (siehe oben). Die Lichtbeugung zeigt ein umgekehrtes Verhalten: Die Unschärfe verhält sich umgekehrt proportional zum Lochdurchmesser. Der optimale Durchmesser Dopt ist der Wert, für den beide zusammen am kleinsten sind. Die Extremwertsuche liefert:



    Für g>>b gilt die Näherung: .

    Mit c = 1 µm liefert die Formel den Wert für Dopt in Millimeter, wenn b in Meter eingesetzt wird.

Der optimale Durchmesser ist damit ein wenig kleiner als die innere Zone einer Fresnel-Zonenplatte.

Beispiele:

<table>
    <tr>
        <th> Bildweite <b>b</b> (Länge der Lochkamera)</th>
        <td> Optimale Blendenöffnung <b>D<sub>opt</sub></b> für weit entfernte Objekte</td>
        <td> Größe des Unschärfeflecks <b>S</b> für unendlich entfernte Objekte</td>
        <td> Blendenzahl <b>b/D</b>
</td>
    </tr>
    <tr>
        <th> 1 cm</th>
        <td> 0,1 mm</td>
        <td> 0,11 mm</td>
        <td> 100</td>
    </tr>
    <tr>
        <th> 10 cm</th>
        <td> 0,32 mm</td>
        <td> 0,63 mm</td>
        <td> 312</td>
    </tr>
    <tr>
        <th> 1 m</th>
        <td> 1 mm</td>
        <td> 2 mm</td>
        <td> 1000</td>
    </tr>
    <tr>
        <th> 10 m</th>
        <td> 3,2 mm</td>
        <td> 6,3 mm</td>
        <td> 3100</td>
    </tr>
</table>


Die „Optimierung“ bezieht sich hierbei ausschließlich auf die Bildschärfe! Die Lichtstärke dieser Kameras (abzulesen an der Blendenzahl in der letzten Spalte) ist sehr gering. Bei Belichtung auf Filmmaterial ist selbst bei hellem Sonnenschein der Schwarzschildeffekt zu berücksichtigen!


Vergleich zur fokussierenden Kamera

Im Vergleich zu denen einer fokussierenden Kamera sind die Bilder einer Lochkamera in der Regel unschärfer, da das Loch wegen der Lichtstärke und wegen der Lichtstreuung nicht beliebig klein gewählt werden kann. Bei großen Bildweiten (starken Vergrößerungen) lässt sich mit einer die Lochkamera jedoch ein besseres Auflösungsvermögen erreichen als mit einer fokussierende Kamera mit kurzer Brennweite. Außerdem sind ihre Bilder frei von Verzeichnungen und Farbsäumen

Schließlich ist zu beachten, dass bei einer fokussierenden Kamera bei einer gegebenen Fokussierung immer nur die Gegenstände in einer bestimmten Gegenstandsweite scharf abgebildet werden. Je nach der Blendenzahl nimmt die Schärfentiefe für davor oder dahinter liegende Gegenstände rasch ab. Dies ist jedoch nicht auf die Eigenschaften einer linsenlosen Kamera (Lochkamera) oder einer linsenbehafteten Kamera (in diesem Fall fokussierenden Kamera) zurück zu führen, sondern beruht auf dem (optischen Gesetz) Zerstreuungskreis.


Experimente



Foto, aufgenommen mit einer Lochkamera aus Beton


Das Funktionsprinzip einer Lochkamera sowie die Lichtausbreitung lassen sich gut mit einfachen, auch für Kinder geeigneten Experimenten verdeutlichen. Lochkameras lassen sich aus Streichholzschachteln, Getränke- oder Keksdosen bauen - aber selbst Wassertonnen oder Baucontainer kommen in Frage.

Zum Beispiel kann eine Kiste oder Dose innen matt geschwärzt und an einer Seite mit einem 0,2…1 mm großen Loch versehen werden. Ist die Lochkamera zum Betrachten von Bildern gedacht, so ist die Rückseite eine Mattscheibe (Transparentpapier), die durch eine Röhre oder ein Tuch vor Streulicht geschützt ist.

Man kann mit einem solchen Behälter aber auch wirklich fotografieren. Dazu wird bei absoluter Dunkelheit ein Film oder anderes lichtempfindliches Material auf der dem Loch gegenüberliegenden Innenwand fixiert und das Loch dann dicht verschlossen. Anschließend wird bei Helligkeit das Motiv gewählt, der Verschluss geöffnet und nach Ende der Belichtungszeit wieder verschlossen. Die Dauer der Belichtung ist (wie bei der herkömmlichen Fotografie) von vielen Faktoren abhängig: der vorhandenen Lichtintensität, der Größe des Lochs, der Länge des Lichtweges und der Bewegung des Motivs; sie kann zwischen 1 Sekunde und mehreren Minuten betragen. Bei der Entwicklung des Films entsteht ein Negativ, das ggf. durch eine Kontaktkopie zu einem Positiv verarbeitet werden kann. Für ein gutes Ergebnis ist eine exakte Rundung des Lochs wichtig. Ausgefranste Lochränder verstärken die oben beschriebene Lichtbeugung und führen zu unscharfen Bildern. Da bei größeren Bildwinkeln die Ränder des Negativs deutlich weniger Licht erhalten, bleiben sie (bei gleicher Helligkeit des Objektes) heller; das Positiv wird am Rande also dunkler. Wenn dieser Vignetteneffekt unerwünscht ist, muss man beim Umkopieren durch manuelles Abwedeln für eine gleichmäßige Belichtung sorgen.


AV1, zur Lochkamera umgebaut

Eine weitere Möglichkeit, sich eine Lochkamera selbst zu schaffen, besteht im einfachen Umbau eines analogen Fotoapparates. Dieser muß dazu lediglich über eine Wechseloptik verfügen, damit man das Objektiv vollständig entfernen kann, sowie eine Auslösemöglichkeit, bei der der Verschluss sich beliebig lange offenhalten lässt. Die Optik wird entfernt und durch eine Blindkappe ersetzt, die mit einer entsprechenden Bohrung versehen wird. Optimal ist ein kleiner Vorsatzhalter für verschiedene Lochblenden. Diese Konstruktion bietet den Vorteil, dass man mehr als nur „einen Schuss“ hat und den eingelegten Film (schwarz/weiss oder farbig) hinterher zum Entwickeln abgeben kann, also keine Dunkelkammer oder sonstiges Zubehör benötigt.


künstlerische Aspekte


Bestimmte Eigenschaften der Lochkamera-Fotografie haben Künstler schon immer fasziniert. Dazu gehört in erster Linie die grafisch-flächige Wirkung solcher Fotografien: durch die gleichmässig über das Bild verteilte Schärfentiefe tritt die räumliche Wahrnehmung des Objekts zurück - alles "wirkt wie gezeichnet". Ein weiterer Aspekt ist die Tatsache, dass sich schnell durch das Bild bewegende Objekte bei langen Belichtungszeiten nicht mehr auf dem Foto wiederfinden: es ist somit z. B. möglich, den Markusplatz in Venedig oder den Stachus in München völlig ohne Menschen oder Fahrzeuge abzulichten. Andererseits ergibt sich aus dieser Tatsache, dass eine Landschaftsaufnahme möglichst bei völliger Windstille erfolgen muss, wenn man keine Verwischungen in den Ästen der Bäume haben will. Der Effekt der Mehrfachbelichtung kann jedoch gerade bei Portrait-Aufnahmen gewünscht sein; es verleiht diesen Aufnahmen eine besondere Lebendigkeit.


Literatur


deutsch

  • Thomas Bachler: Arbeiten mit der Camera obscura, Lindemanns 2001, ISBN 3895062227
  • Reinhard Merz und Dieter Findeisen: Fotografieren mit der selbstgebauten Lochkamera, Augustus Verlag, Augsburg, 1997, ISBN 3-8043-5112-3
  • Peter Olpe: Die Lochkamera - Funktion und Selbstbau, Lindemanns Verlag, Stuttgart 1995, ISBN 3-928126-62-8 und Lochkamera. Lindemanns 2001. ISBN 3895061727
  • Ulrich Clamor Schmidt-Ploch. Die Lochkamera. Abbildungsoptimierung. Physikalische Hintergründe. BoD GmbH, Norderstedt 2001. ISBN 3831112614


englisch

  • John Warren Oakes: Minimal Aperture Photography Using Pinhole Cameras, ISBN 0819153702 & 0819153699


Bauanleitungen






Weblinks


  

Quelle

Teile des Artikels inkl. Bilder entstammen dem Artikel Lochkamera von de.wikipedia.org. Dort findest Du weitere informationen über Autoren, Urheberrecht und Lizenzen.

Kategorie:




Dieser Wiki-Beitrag wurde 1 mal bearbeitet, zuletzt: Fr, 18. Jan 2008 08:37Alle Ausgaben
Offline ICQ-Nummer Benutzer-Profile anzeigen Private Nachricht senden Website dieses Benutzers besuchen Zeige persönliche Gallerie dieses Benutzers
Beitrag herunterladen Nach oben Nach unten
Beiträge der letzten Zeit anzeigen:   
AusblendenWar das Thema hilfreich?

 

Du bist nicht berechtigt, dieses Thema zu bewerten.

Durchschnittliche Bewertung Schlechteste Bewertung Beste Bewertung Anzahl der Bewertungen
0.00 0 0 0
Verteile dieses Thema
blinkslist.com blogmarks.net co.mments.com del.icio.us digg.com newsvine.com facebook.com fark.com feedmelinks.com furl.net google.com linkagogo.com ma.gnolia.com meneame.net netscape.com reddit.com shadows.com simpy.com slashdot.org smarking.com spurl.net stumbleupon.com technorati.com favorites.live.com yahoo.com
AusblendenÄhnliche Beiträge
Thema Autor Forum Antworten Letzter Beitrag
Keine neuen Beiträge Anleitung zum Bau einer Lochkamera thyno Sonstige Typen 3 Mi, 28. Nov 2007 19:08 Letzten Beitrag anzeigen
thyno

Neues Thema eröffnen  Neue Antwort erstellen  Seite 1 von 1
 

Benutzer in diesem Thema: Kein registrierter, kein versteckter und kein Gast
Registrierte Benutzer: Keine


 
Berechtigungsliste
Du kannst keine neuen Themen in diesem Forum erstellen.
Du kannst nicht auf Beiträge in diesem Forum antworten.
Du kannst deine Beiträge in diesem Forum nicht bearbeiten.
Du kannst deine Beiträge in diesem Forum nicht löschen.
Du kannst nicht an Umfragen in diesem Forum teilnehmen.
Du kannst keine Dateien in diesem Forum anhängen.
Du kannst keine Dateien in diesem Forum herunterladen.
Du kannst keine Kalender-Ereignisse in diesem Forum eintragen.