Die Camera Obscura

Lochkamera Fotografie auf dem Jakobsweg
Die Camera Obscura (lat. Camera - Kammer; obscura - dunkel) oder auch Lochkamera ist eine dunkle Kammer oder Schachtel, in die durch ein kleines Loch Licht hineinfallen kann. Auf der dem Loch gegenüberliegenden Seite
entsteht ein spiegelverkehrtes und auf dem Kopf stehendes Abbild. Diese Projektion kann betrachtet oder aufgezeichnet werden.

Funktionsweise
Ähnlich einer optischen Linse erzeugt ein kleines Loch auf einer Projektionsfläche ein Abbild von angestrahlten Gegenständen. Die Schemazeichung zeigt exemplarisch zwei Strahlenbündel, die von zwei Punkten eines Gegenstands in das Loch eintreten.
Prinzip der Lochkamera
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, dessen Schärfe vom Abstand des Gegenstands und der Form der Blende abhängt. Mathematisch ausgedrückt ist das Bild das Ergebnis einer Faltung aus idealer Abbildung des Gegenstands mit der Blendefläche.

Das Bild ist sehr lichtschwach und es kann nur bei ausreichender Abdunkelung der Umgebung beobachtet werden. Dies geschieht zum Beispiel durch ein Tuch, das das Umgebungslicht außerhalb der halbtransparenten Rückwand abhält. Oder der Beobachter begibt sich selbst in die Kammer, wobei die Adaption (Auge) des Auges an die Dunkelheit die Beobachtung erleichtert.
Arbeitet man mit Filmmaterial muss die Belichtung entsprechend lang sein.

Der Abstand der Projektionsfläche zur Öffnung bestimmt die Brennweite f. Der Quotient f/D definiert, wie bei einem Objektiv, die Blendenzahl. Je kleiner sie ist, desto lichtstärker ist das Objektiv. Eine Kammer von f=100 mm Größe mit einem D=0.5 mm großen Loch hat folglich eine Blendenzahl von 200. Eine Vergrößerung des Lochs auf 1 mm verringert die Blendenzahl auf 100. Die Belichtungszeit verringert sich um den Faktor 25. Zum Vergleich: ein Kleinbild Kameraobjektiv besitzt eine Blende von 2-3.

Je kleiner der Lochdurchmesser D ist, desto kleiner sind die Strahlenbündel, umso schärfer erscheint die Abbildung. Der Grenzwert für D ist erreicht, wenn das Loch die Größenordnung der Strahlungs-Wellenlänge erreicht (siehe unten). Die Beugungserscheinungen setzen bei Licht bei ca. 0.5μm ein.