Die Digitalkamera als „Camera Obscura“

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In diesem Beitrag blicken wir gemeinsam mit Dir in die Vergangenheit zu den Ursprüngen der Fotografie. Es wird um die Camera Obscura gehen oder auch um die Lochkamera bzw. Lochblende (manche nutzen auch den englischen Begriff ‚pinhole‘).

Aus diversen Gesprächen und Diskussionen weiß ich, dass sich an diesem Thema die Geister scheiden. Manche sind von dem Thema sehr angetan, andere halten die Lochblende für völlig überflüssig. Viele haben aber auch völlig falsche Vorstellungen von dem Thema.

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Trotzdem möchte ich dieses Thema hier vorstellen. Nicht nur, weil ich es persönlich mag, fotografisch zu experimentieren, sondern auch, weil dieses Thema einige fotografische Grundlagen bezüglich der Ausbreitung von Lichtwellen, der Projektion von Motiven auf eine Fläche und auch zum Thema Unschärfe vermittelt.

Neben ein wenig fotografischer Historie und einigen theoretischen Grundlagen zum Thema Camera Obscura zeige ich Dir, wie Du Dir eine Lochblende selber bauen kannst, dazu eine günstige fertige Variante und schlussendlich auch eine „professionelle“ Lösung. Dazu gibt es natürlich ein Paket an Beispielfotos, damit Du Dir selbst ein Bild machen kannst.

Camera Obscura: Die Historie

Wer genau die Funktion der Camera Obscura nun „erfunden“ hat, wird sich wohl nicht mehr feststellen lassen. Es wird auch eher eine zufällige Entdeckung gewesen sein, als wirklich eine Erfindung. Es gibt jedenfalls schon Berichte aus der Zeit der alten Griechen, die diesen Effekt kannten und beschrieben haben.

Der erste (mir) bekannte Einsatz in der Kunst findet sich bei Leonardo da Vinci, der sich das Prinzip der Camera Obscura zunutze machte, um die Konturen eines entstehenden Bildes möglichst realitätsnah auf die Leinwand zu bekommen.

Erst Anfang des 19. Jahrhunderts kam jemand auf die Idee dieses Prinzip zu nutzen, um durch Belichtung auf lichtempfindliches Material die Projektion dauerhaft zu konservieren (das erste Foto). Diese Fotografie existiert übrigens heute noch und wird bald 200 Jahre alt sein.

Wenn Du Dich für die Historie näher interessierst, findest Du unter dem Link einige interessante Fakten über die Camera Obscura zum Nachzulesen.

Camera Obscura: Ein bisschen Theorie

Wenn Du die später im Verlaufe des Artikels gezeigten Fotos ansiehst und ein Enthusiast von tollen, scharfen und kontrastreichen Fotos bist, wirst Du Dich vielleicht fragen: Was soll das jetzt hier? Viele finden gar keinen Gefallen an den unscharfen Ergebnissen der Lochblende.

Ich habe mich bewusst entschieden dieses Thema etwas systematischer anzugehen, weil es manchen Spaß macht, mit so einfachen Mitteln kreativ zu werden. Aber vor allem, weil die Lochblende sich eignet, um einige fotografische Grundlagen zu vermitteln.

Dazu schaue Dir bitte die Grafik an, die Du über diesem Text siehst. Jeder Punkt auf einem Motiv reflektiert Licht (sofern er selbst keine aktive Lichtquelle ist). Dieses Licht wird je nach Material in alle Richtungen reflektiert. Für die Erklärungen an dieser Stelle nimm einfach an, dass diese Reflexion in alle Richtungen und Winkel gleich ist.

Damit projiziert jeder dieser Punkte auf jede Fläche natürlich sein Abbild. Das Problem ist aber, dass durch die beliebige Streuung sich alle Abbilder überlagern und so kein Bild projizieren, sondern eine flächige Mischung aller Projektionen. Du kannst nichts erkennen.

Bei dem jungen Mann hat Norbert zwei Lichtstrahlen eingezeichnet. Sie gehen vom Kopf aus und von den Füßen. Vor dem jungen Mann befindet sich eine Wand mit einem Loch. Eingezeichnet wurden nur die Teile der von dem jeweiligen Punkt ausgehenden Strahlen, die das Loch passieren können.

Ist der Raum hinter diesem Loch ausreichend dunkel, dann entsteht ein Abbild von dem jungen Mann. Aus dem Verlauf dieser Strahlen wird ersichtlich, warum es auf dem Kopf steht. Übrigens steht das Bild auch auf dem Sensor der Kamera auf dem Kopf. Du siehst es durch den Sucher richtig, da es durch das Prisma des optischen Suchers gespiegelt wird.

Da sich in dem Loch keine Linse befindet, werden die Lichtstrahlen nach dem Passieren des Lochs nicht gebündelt, sondern breiten sich weiter aus. Daraus ergibt sich, dass auf der Wand ein unscharfes Bild entsteht.

Die Schärfe (oder Unschärfe) ist dabei von zwei Parametern abhängig: Von der Größe des Lochs (je kleiner es ist, desto schärfer wird das Abbild) und vom Abstand der Projektionsfläche zur Öffnung. Allerdings geht der letztere Effekt einher mit einer Verkleinerung des Abbildes. Du bekommst also nur eine relative Verbesserung der Schärfe, die sich wieder aufhebt, wenn Du das Abbild wieder vergrößerst. Gleichzeitig nimmt aber mit der Verkleinerung der Öffnung die durchfallende Gesamtmenge des Lichts ab und zwar genau im Quadrat des Durchmessers. Halbierst Du den Durchmesser, fällt nur noch ein Viertel des Lichts hindurch.

Damit entspricht das Verhalten der Lochblende exakt der fotografischen Blende, die ja meistens in der Größe veränderlich ist. Auch dort wird durch die Halbierung des Durchmessers die Lichtmenge geviertelt und muss dann durch eine entsprechende Verlängerung der Belichtungszeit kompensiert werden.

Der Unterschied besteht darin, dass ein Objektiv im weitesten Sinne eine Lochblende mit eingesetzter Linse ist, die die hinter der Öffnung stattfindende weitere Ausbreitung des Lichts ins Gegenteil umkehrt und das Licht wieder bündelt, um ein scharfes Abbild zu bekommen.

Camera obscura: Ein wenig Geometrie

Hat eine Lochblende eine Brennweite? Nein, nicht wirklich. Trotzdem gilt die folgende Linsengleichung: B/G = b/g

Die Buchstaben haben folgende Bedeutung:

B ist die Höhe des auf die Projektionsfläche projizierten Gegenstands/Objektes
b ist der Abstand der Lochblende zur Projektionsfläche (Mattscheibe)
G ist die tatsächliche Höhe des Gegenstands/Objektes
g ist der Abstand des Motivs/Gegenstands von der Lochblende.

Nehmen wir nun an der junge Mann aus dem obigen Beispiel ist 2 Meter groß (G) und steht 10 Meter von der Kamera weg (g) und der Abstand der Lochblende zum Bildsensor beträgt 50 mm (b). Dann kannst Du ausrechnen wie groß der junge Mann auf dem Sensor abgebildet wird:

B/2 m = 0,05 m/10 m oder B = 0,05 m/10 m * 2 m = 0,01 m oder 10 mm

Er würde damit also auf den Sensor passen (auch APS-C mit bummelig 15 mm Höhe). Wenn Du jetzt mittels Zwischenringen die Lochblende so nach vorn versetzt, dass der Abstand 10 cm beträgt ergibt sich:

B/2 m = o,1 m/10 m oder B = 0,1 m/10 m * 2 m = 0,02 m oder 20 mm

In diesem Fall müsste der Bildsensor entweder eine Höhe von mind. 20 mm (Kleinbildformat hat 24 mm) haben oder Du müsstest den Abstand vergrößern (g).

Lochblende? Einfach selber machen!

Wenn Du ein wenig mit der Lochblende experimentieren willst, aber kein Geld ausgeben möchtest, dann kannst Du Dir eine einfache Lochblende selber bauen.

Du benötigst einen möglichst kleinen Bohrer, einen Akkuschrauber und einen Deckel für das Kameragehäuse, in den Du möglichst senkrecht und möglichst mittig ein möglichst dünnes Loch bohrst. Meist kannst Du Dich zum Finden der Mitte an der Markenprägung auf dem Deckel orientieren, bei Canon in die Mitte des ersten „n“ bohren, bei Nikon mitten ins „k“ (als Beispiel). Keine Sorge übrigens, den Deckel kannst Du danach weiter nutzen, im Zweifel einen Tropfen Heißklebe (gibt es auch schwarz) oder UHU und der Deckel ist wieder dicht.

Dann setzt Du den Deckel statt Objektiv auf die Kamera und los kann es gehen. Allerdings solltest Du die Kamera auf ein Stativ stellen und Livebild einstellen, denn durch den Sucher siehst Du (fast) nichts! Kein Wunder, denn je nach Lochdurchmesser reden wir hier von dem Lichtwert einer Blende f/200 – f/400.

Die so produzierte „Lochblende“ habe ich dann gleich ausprobiert

Links siehst Du immer die Aufnahme mit offener Kamera (ohne Deckel und ohne Objektiv), auf denen – wie zu erwarten – nichts zu erkennen ist, weil sich alle Unschärfekreise nahezu komplett überlagern, Du kannst nur die Farben erahnen. Rechts siehst Du die Aufnahme mit Lochblende. Du erkennst schon sehr gut, was ich fotografiert habe.

Dass die Fotos extrem unscharf sind und zerfranzt, liegt daran, dass das Loch nicht ganz sauber rund ist und 2mm eigentlich zu groß, ich hatte leider keinen kleineren Bohrer zu Hand. Aber es geht an dieser Stelle ja nur um das Prinzip und nicht um Perfektion.

„Professionelle“ Lochblenden

Tatsächlich kannst Du Lochblenden auch im Fotozubehör kaufen, es gibt wirklich einen Markt dafür. Nachfolgend zeige ich Dir zwei solcher „Modelle“.

Die erreichbare Qualität und Schärfe hängt ganz wesentlich mit der Größe (das haben wir ja oben hergeleitet) der Öffnung zusammen, aber auch damit, wie exakt und scharfrandig die Offenblende ist.

Das Bild links oben zeigt eine Variante, wo in einer großen Bohrung eine Metallfolie eingesetzt wurde. In dieser Folie befindet sich ein exakt 0,25 mm große Loch, das mittels Laser in die Folie gebohrt wurde.

Du erkennst auf den ersten Blick schon: Die Schärfe hat sehr deutlich zugenommen, das Motiv ist schon sehr gut zu erkennen und die Schärfentiefe ist wie zu erwarten nahezu „unendlich“ in der Ausdehnung.

Die „professionelle“ Variante habe ich letztes Jahr als „Frühbucher“ aus einem Crowdfunding-Projekt. Diese Lochblende sieht aus wie ein kleines Objektiv und hat auch einen „Blendenring“.

Mit diesem Ring kannst Du verschiedene Lochdurchmesser einstellen, je nach gewünschter Schärfe oder gewünschtem Effekt. Damit Du einen Eindruck davon bekommst, habe ich eine kleine Serie von immer demselben Motiv mit den verschiedenen Durchmessern gemacht.

An dieser Reihe lassen sich schön viele Effekte erklären, die auch bei Objektiven mit Glaslinsen auftreten. Bei der großen Öffnung ist die Unschärfe sehr groß. Die Details sind nicht vorhanden. Je kleiner die Öffnung wird, umso besser wird der Gesamteindruck, die Details treten hervor und die Gesamtschärfe nimmt zu.

Dieser Effekt hält an bis ca. 0,2 mm. Danach nimmt die Schärfe gerade nach außen hin dramatisch ab. Woran mag das liegen? An der Kantenbeugung. Die Lochkanten brechen das Licht, je kleiner die Öffnung, um so stärkeres Gewicht bekommt dieser Effekt. Diese Beugungsunschärfe tritt auch bei „normalen“ Objektiven auf (wenn auch nicht so dramatisch), ab f/11 – f/16 nimmt zwar die Schärfentiefe an sich zu, aber die Gesamtschärfe nimmt ab.

Auch wenn manche Objektive Blenden von f/28, f/32 oder gar f/45 anbieten, machen solche Einstellung fast nie Sinn, eben wegen des Schärfeverlustes. In solchen Fällen ist der Graufilter sinnvoller eingesetzt. Zum Abschluss noch einige Impressionen, entstanden während meiner Versuche mit diesen Lochblenden. Insbesondere bei Landschaften mag ich den Effekt sehr gern (wenn sich denn die passende Landschaft findet).

Fazit

Lochblenden sind günstig und haben einen ganz eigenen Charakter. Sie laden zum Experimentieren ein. Sie sind aber auch sehr gut geeignet, um einige fotografische Grundlagen zu erfahren und zu verinnerlichen, insbesondere rund um die Verschlusszeit und die ISO-Empfindlichkeit. Sie haben aber auch einen kreativen Effekt, denn das Motiv muss dazu passen. Sie laden Dich daher ein das passende Motiv zu suchen und zu finden.

In der fotocommunity findest Du unter den Begriffen Lochblende und Pinhole viele tolle Beispiele, wie kreativ manche Fotografen die Lochblende einsetzen.

Viel Freude beim Anschauen.