Die Funktionsweise der Camera Obscura:
Ähnlich einer optischen Linse erzeugt ein kleines Loch auf einer Projektionsfläche ein Abbild von angestrahlten Gegenständen. 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.

Mathematisch ausgedrückt ist das Bild das Ergebnis einer Faltung aus idealer Abbildung des Gegenstands mit der Blendefläche. 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. 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. Die Beugungserscheinungen setzen bei Licht bei ca. 0.5É m ein.

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Die Lochgröße bestimmt die Schärfe der Abbildung. Aus der Strahlengeometrie folgt (B: Bildgröße eines Objektpunkts; f: Bildweite (Brennweite); g: Gegenstandsweite; D: Lochdurchmesser):



Beugungserscheinungen an der Lochblende setzen der klassischen Betrachtungsweise Grenzen. Für Lichtbeugung gilt vereinfacht (mit c= const = 1 µm):



Nach der strahlenoptischen Betrachtung nimmt die Bildgröße eines Lichtpunkts linear mit der Blendengröße ab. Die Lichtbeugung zeigt ein umgekehrtes Verhalten. Die Bildgröße verhält sich umgekehrt proportional zum Lochdurchmesser. Der optimale Durchmesser D(f) ist der Wert, für den die Gleichungen (1) und (2) den kleinsten Wert liefern. Die Extremwertsuche liefert:



(für g>>f)


für D in Millimeter, wenn f in Meter