Lochfotografie: Berechnung des Lochdurchmessers, Umrechnung der Belichtungszeit und Bildfeldbereich

1. Die physikalische Natur und die geometrischen optischen Grenzen der Lochbildgebung

Die Lochkamerafotografie verzichtet vollständig auf alle komplizierten und dicken Glaslinsen und verlässt sich bei der Abbildung ausschließlich auf das älteste Prinzip der linearen Lichtausbreitung in der geometrischen Optik:

1. Kontraintuitive optische unendliche Schärfentiefe:

• Da es keine brechende Linse zum Fokussieren gibt, gelangt das Licht direkt durch die winzige Lochblende und wird auf den lichtempfindlichen Film projiziert;
• Lochkameras haben keine physische Brennweite und keinen Fokussierungsmechanismus! Von einem Oberfläche-zu-Oberfläche-Objekt, das 1 Zentimeter von der Lochblende entfernt ist, bis hin zu einer entfernten Galaxie, die Dutzende Millionen Kilometer entfernt ist, ist das gesamte Panorama in absolut gleicher Fokusschärfe.

2. Dilemma: Geometrische Dispersion vs. optische Beugung:

• Die Lochblende ist zu dick (z. B. 2 mm): Der geometrische Lichtfleck ist zu groß, das Licht überlappt stark und das Bild ist verschwommen wie bei einem großen Milchglas.
• Die Lochblende ist zu dünn (z. B. 0,05 mm): Nach der Wellentheorie des Lichts unterliegen Lichtwellen am Rand extrem kleiner Blenden einer heftigen Fraunhofer-Beugung. Das Licht wird gestreut und gestreut, zudem ist das Bild heftig unscharf und die Belichtungszeit beträgt bis zu mehrere Stunden.

2. Berechnungsformel für den optimalen Lochdurchmesser nach Rayleigh-Kriterium (Rayleigh Optimum)

Der Physiker John William Strutt (3. Baron Rayleigh) gab eine mathematische Formel für die optimale Apertur an, die geometrische Klarheit und minimale Beugung berücksichtigt:
$$D = c \times \sqrt{\lambda \times f}$$
Unter ihnen:

• $D$: optimaler Lochdurchmesser (mm mm);
• $f$: der physikalische Abstand von der Lochblende zum lichtempfindlichen Film (äquivalente Brennweite, mm);
• $\lambda$: zentrale Wellenlänge des sichtbaren Lichts (normalerweise gelbgrünes Licht $\lambda \ungefähr 0,00055 \text{ mm}$, also 550 nm);
• $c$: konstante Konstante (normalerweise $c \ca. 1,9$ empfohlen von Lord Rayleigh oder $1,41$ empfohlen von Petzval).

Schnelle Nachschlagetabelle für optimale Lochblendendurchmesser für gängige Brennweiten:

• Ultraweitwinkelende (Brennweite 35 mm): Der optimale Lochblendendurchmesser beträgt 0,26 mm; der Blendenwert beträgt ca. f/135.
• Standardende (Brennweite 50 mm): Der optimale Lochblendendurchmesser beträgt 0,31 mm; Der Blendenwert beträgt ungefähr f/160.
• Teleobjektiv (Brennweite 100 mm): Der optimale Lochblendendurchmesser beträgt 0,44 mm; Der Blendenwert beträgt ungefähr f/227.

3. Handgefertigte, hochpräzise Lasernadellöcher (Messingblech-Schleifmethode)

Gewöhnliche Nähnadeln stanzen direkt Löcher in Cola-Dosen, und die Lochwände weisen Grate und dicke Schatten auf, was zu schwarzen Rändern und starker Streuung führt:

1. Materialauswahl (0,05 mm ultradünnes Kupfer-/Messingblech):

• Je dünner, desto besser, um zu verhindern, dass sich die Lochblende in eine „Mikroröhre“ verwandelt und das schräge Licht vom Rand blockiert.

2. Nähnadelrotation und Rotationsgravurmethode:

• Legen Sie ein dünnes Kupferblech auf eine Hartplatte.
• Verwenden Sie die feinste Insektennadel Nr. 00 oder eine sehr feine Nähnadel, drücken Sie sie vertikal in die Mitte des Kupferstücks, drehen Sie den Nadelkörper vorsichtig mit beiden Händen und drücken Sie eine kleine Ausbuchtung auf der Rückseite des Kupferstücks heraus;
• Drehen Sie das Kupferblech um und verwenden Sie 1500 Mesh ~ 2000 Mesh ultrafeines wasserbeständiges Schleifpapier, um die erhabenen Bereiche horizontal zu schleifen, um das Kupferblech dünner zu machen;
• Drehen Sie die Nadelspitze erneut vorsichtig, um in das Kupfer einzudringen.

3. Beseitigen Sie Grate und optische Schwärzungen:

• Unter einer Hochleistungslupe oder einem Mikroskop prüfen: Die Lochblende muss perfekte Rundheit ohne Metallgrate am Rand aufweisen;
• Rauchen Sie Streichhölzer oder sprühen Sie matte, hochtemperaturbeständige mattschwarze Farbe auf, um die Kupferlöcher zu schwärzen und die Reflexion auf der Metalloberfläche vollständig zu beseitigen.

4. Berechnung der Belichtung bei extrem kleiner Blende f/200 und Fehlerkompensation nach dem Reziprozitätsgesetz

Da die Lochblende normalerweise nur f/180 oder f/250 ist, kann sie mit keinem automatischen Belichtungsmesser in der Kamera abgelesen werden:

1. Grundlegende Umrechnungsmethode (f/22 in f/180 mit einem Belichtungsmesser umrechnen):

• Messen Sie zunächst mit einer gewöhnlichen Digitalkamera oder einem Handlichtmesser die erforderliche Verschlusszeit für die Blende f/22 bei ISO 100 (f/22 entspricht beispielsweise 1/4 Sekunde bei sonnigem Tageslicht).
• Der Übergang von f/22 zu f/180 dauert ganze 6 EV-Stufen ($2^6 = 64$-mal).
• Theoretische Lochbelichtungszeit: $1/4 \text{s} \times 64 = 16 \text{ Sekunden}$.

2. Reziprozitätsfehler bei überlagerter Film-Langzeitbelichtung:

• Die Emulsionseffizienz des Films nimmt bei extrem langsamer Belichtung von mehr als 1 Sekunde stark ab und es muss eine große Belichtungskorrektur hinzugefügt werden!
• Am Beispiel eines normalen Kodak Tri-X 400-Films:
• Theoretische Berechnungszeit 16 Sekunden $\to$ Die tatsächliche Belichtung muss zwischen 45 und 60 Sekunden liegen!

3. Visuelle Poesie des fertigen Films:

• Die extrem lange Belichtungszeit verwandelt die im Wind wiegenden Bäume in dunstigen Rauch und löst die turbulente Menschenmenge völlig in Nichts auf, so dass nur die ewig stillen Gebäude und sanften und verträumten surrealen Licht- und Schattenbilder übrig bleiben, die den ursprünglichen Charme der klassischen Fotografie des 19. Jahrhunderts ausstrahlen.

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