Aufbau einer Lochkamera

Das Fotopapier

Materialien, Werkzeuge und Arbeitsschritte

Sachanalyse

Die im folgenden Kapitel enthaltenen Informationen sollen als Basis für eine sinnvolle Unterrichtsplanung dienen und dem Leser die didaktische Reduktion nachvollziehbar machen, die sich aus der Fülle der Fachinformationen zwingend ergibt.

Dieses Kapitel gibt weit mehr Informationen, als man in der Grundschule umsetzen können wird. Allerdings ist es für den Lehrer Pflicht, umfassend informiert zu sein, wenn die fotografischen Ergebnisse nicht von Glück und Zufall abhängig sein sollen. Für eine sinnvolle Unterrichtsvorbereitung ist es daher für den Lehrer wichtig, sich eine Zeit lang intensiv mit der Lochkamerafotografie zu befassen und sie selbst zu betreiben. Dies habe ich getan – und das folgende Kapitel mag einen Spiegel meiner Bemühungen darstellen.

Das Thema Lochkamerafotografie wurde aus methodischen Gründen um verwandte Themen „Eigenschaften des Fotopapiers“, „Fotogramme“ und „Sun-Prints“ erweitert (vgl. Kapitel 3 - Didaktisch-methodische Analyse). Der geschichtliche Abschnitt wurde letztlich nicht in die Unterrichtseinheit integriert. Aufgenommen habe ich ihn trotzdem in diese Arbeit, da einzelne Kinder durchaus von sich aus Fragen gestellt haben, die in diese Richtung gingen.

2.1 Über die Geschichte der Fotografie

Am Anfang der Fotografie stand der Sonnentaler – jener helle, kreisrunde Punkt, der entsteht, wenn das Sonnenlicht durch eine beliebig geformte Öffnung oder einen Spalt fällt (siehe Abbildung 1). Das Entdecken und Verstehen der „Sonnentaler“ war vielleicht die wichtigste Voraussetzung für die Entwicklung der Fotografie, wie wir sie heute kennen. Das Phänomen der Sonnentaler stellt das elementarste Prinzip der Abbildung mit Licht dar und ermöglichte den Menschen vergangener Zeiten, das Licht und seine Eigenschaften zu studieren. Diese Beobachtungen führten sie schließlich zur Abbildung von Gegenständen, zur Entwicklung von Linsen, Fotopapier und Kameras. 

2.1.1 Sonnentaler

Bereits 500 vor Christus entdeckte der chinesische Philosoph und Schreiber Mo Ti, dass Lichtstrahlen, die durch ein schmales Loch dringen, auf einer gegenüberliegenden Wand ein Abbild erzeugen können, das den Objekten vor dem Loch entspricht (vgl. http://www.airtime.cu.uk/pinhole/history.htm).  Die Sonnentaler sind also nicht unbedingt Abbild der Öffnung, durch die das Licht kommt, sondern Abbild der Sonne selbst.

 Johannes Kepler schreibt 1604 in seinem Buch „Advitellionen paralipomena, Zusätze zur Optik des Vitelo“: „Daß der Sonnenstrahl, der durch irgendeine Spalte dringt, in Form eines Kreises auf die gegenüberliegende Fläche auffällt, ist eine allen geläufige Tatsache. Dies erblickt man unter rissigen Dächern, in Kirchen mit durchlöcherten Fensterscheiben, und ebenso unter jedem Baume. Von der wunderbaren Erscheinung dieser Sache angezogen, haben sich die Alten um die Erforschung der Ursachen Mühe gegeben. Aber ich habe bis heute noch keinen gefunden, der eine richtige Erklärung geliefert hätte.“  

Kepler lieferte dann schließlich die richtigen Erklärungen für dieses Phänomen und prägte zwei Vorstellungen : „Erstens: Ein leuchtender Punkt strahlt radial in alle Richtungen. Zweitens: Eine leuchtende Fläche kann als Ensemble unendlich vieler Punkte angesehen werden. So gesehen entwirft jedes von den Punkten der Lichtquelle ausgehende, vom Loch begrenzte Lichtbündel auf dem Schirm ein eigenes Bild des Loches. In der Überlagerung sämtlicher Bilder des Loches entsteht ein Gebilde, das der Form der Lichtquelle (des Loches) umso ähnlicher wird, je kleiner (je größer) das Loch und/oder je entfernter (je näher) der Schirm ist.“ (vgl. : http://www.schwaben.de/home/kepi/jkg-jks.htm).

Passen also die Entfernungen zwischen Lichtquelle, Lochblende und Projektionsfläche zusammen, entsteht auf der Projektionsfläche ein Abbild der Lichtquelle. Die Lichtquelle muss dabei nicht unbedingt ein Lichterzeuger sein. Es reicht, wenn sie das Licht nur reflektiert; auch beleuchtete Gegenstände können hinter einem Loch ein Abbild erzeugen.

2.1.2 Die Lochkamera als Zeichenhilfe und Instrument der Sonnenbeobahctung

Die Lochkamera war – naiv ausgedrückt – das Gerät, mit dem man sich die Sonnentaler ‚in die Tasche stecken konnte’. Die Beobachtungen, die man vorher nur an den von Kepler genannten Orten durchführen konnte, waren nun unter Laborbedingungen überall möglich, denn die Lochkamera war Loch und Projektionsfläche zugleich. Sie vereinfachte die Beobachtung erheblich, weil sie störendes Licht vom lichtschwachen Abbild fernhielt, damit man es betrachten konnte. Aufgrund des abgedunkelten Raumes bekam sie den Namen „Camera Obscura“ – „Dunkelkammer“ (aus dem Lateinischen übersetzt).

 Fotopapier, auf dem man das Abbild hätte festhalten können, gab es zu dieser Zeit natürlich noch nicht. Trotzdem gab es für die Camera Obscura zahlreiche Einsatzmöglichkeiten:

Ersetzte man den Projektionsschirm durch eine Milchglasscheibe, konnte man darauf die Abbildungsumrisse nachzeichnen und so Ge­bäude, Landschaften und Ge­sichter in völlig fehlerfreier Per­spektive auf durchscheinendes Papier übertragen. Anschlie­ßend wurde die so angefertigte Skizze ausgestaltet. Die erste Fotokamera war quasi eine Zeichenhilfe. In Abbildung 2 ist solch ein Gerät dargestellt.

Auch für das Studium der Sonne wurde die Lochkamera eingesetzt. Die erste Nutzung der Camera Obscura zur Sonnenbeobachtung (vgl. Anmerkung 1) wird dem holländischen Physiker Reiner Gemma Frisius zugeschrieben. Frisius veröffentlichte 1544 seine Publikation über eine Sonnenfinsternis, die er mit Hilfe des Sonnentalereffekts (vgl. Anmerkung 2) beobachtet hatte (vgl. http://www.airtime.co.uk/pinhole/history.htm).  Die folgende Abbildung gibt seine Zeichnung wieder.

2.1.3 Erste Fotografien

1822-1826 – also lange Zeit nach der Entwicklung der Lochkamera – entwickelte der Franzose Nicéphore Niépce die Heliographie: Sie machte es möglich, das Abbild der Camera Obscura nicht nur abzumalen, sondern in allen Einzelheiten zu speichern. Eine Glasplatte wurde mit Asphaltlack überzogen und in der Camera Obscura mehrstündig belichtet. Das Licht machte den Lack säurebeständig. Die löslichen Stellen wurden anschließend weggeätzt. Mit dem so entstandenen „Bild-Relief“ konnte wie mit einer Druckplatte nach dem Einfärben gedruckt werden. Dieses Verfahren war das erste fotomechanische Druckverfahren.

Das erste fotografische Verfahren wurde 1839 von Jacques Louis Mandé Daguerre (1787-1851) entwickelt, bei dem die Filmplatte selbst zum Foto wurde und nicht nur Druckwerkzeug war. Bei diesem Verfahren wurde auf Kupferplatten eine dünne Silberschicht aufgewalzt und anschließend hochglanzpoliert. Nach einer Bedampfung mit Jod entstand auf der Platte eine lichtempfindliche Silberjodidschicht, die in der Camera Obscura belichtet wurde. Anschließend wurde mit Quecksilberdämpfen entwickelt und mit Fixiernatronlösung die Platte lichtecht gemacht. Vorteile des Verfahrens lagen in der hohen Detailgenauigkeit der kontrastreichen Aufnahme. Sie konnte (und musste meistens) nachbearbeitet werden, indem mit verschiedenen Chemikalien Details herausgearbeitet oder entfernt wurden. Das Daguerreotyp – so der Name des Erzeugnisses – war Positiv und Negativ zugleich (je nach Blickwinkel). Nachteilig war, dass man es nicht kopieren konnte – alle Daguerreotypien waren daher stets umständlich und kostspielig produzierte Einzelstücke. Ein Massenmedium war diese Technik daher sicherlich nicht.

Ebenfalls 1839 entwickelte William Henry Fox Talbot (1800-1877) den Vorläufer unseres heutigen Fotopapiers. Er erzeugte auf silbersalzhaltigen Papierschichten Negativ-Abbildungen. Das Positiv wurde durch Kopieren des Negativs erzeugt. Die Ergebnisse waren anfangs allerdings wenig kontrastarm und überzeugten nur wenige Fotografen. Im Übrigen waren die Negativ-Schichten bei farbigen Vorlagen farbtonfalsch, da das benutzte Silberjodid lediglich auf die violetten und blauen Farbanteile des Lichts reagierte. Andere Farben wurden nicht abgebildet, so dass Details auch schon mal ganz verschwinden konnten. Dieser Makel haftete zwar auch der Daguerreotypie an, doch konnte sie sich mit ihren feinen, kontrastreichen Abbildungen zunächst behaupten.

Später wurde das sogenannte Nassverfahren 1850-51 von Gustav Le Gray und Fr. Scott Archer eingeführt. Sie gossen mit Jodsalzen versetztes Kollodium auf eine Glasplatte und tauchten das angetrocknete Präparat in Silbernitratlösung, so dass eine lichtempfindliche Silberjodid-Schicht entstand, und belichteten anschließend die noch feuchte Glasplatte. Das Verfahren war schwierig und umständlich, weil die Glasplatte vor Ort behandelt, entwickelt und fixiert werden musste, setzte sich jedoch aufgrund der guten Ergebnisse (mit Ausnahme der bereits angedeuteten Farbverfälschungen des Silberjodids) gegenüber der Daguerreotypie durch und beherrschte für rund 30 Jahre die Fotografie.

Der Durchbruch gelang schließlich Hermann Wilhelm Vogel (1834-1898) im Jahre 1873, indem er Bromsilber mit geeigneten Färbemitteln für die Farben grün und gelb sensibilisierte. Später kamen – durch Verwendung geeigneter Stoffe – noch alle weiteren Farben des Farbspektrums hinzu. Selbst Farben, die das menschlichen Auge nicht wahrnehmen kann, sind inzwischen auf Film festhaltbar. Filme, die für blaues und grünes Licht, nicht jedoch für rotes Licht sensibilisiert sind, nennt man orthochromatisch. Im Gegensatz dazu sind panchromatische Filme über das gesamte Farbspektrum sensibilisiert. Die orthochromatischen Filme besitzen den Vorteil, dass man mit ihnen unter Rotlicht arbeiten kann; bei panchromatischen Filmen ist dies nicht möglich.

2.1.4 Die Linse löst die Lochblende ab

Mit der Verbesserung der optischen Linsen wurde die Technik der Lochkamerafotografie schnell verdrängt. Hält man eine Linse vor eine Lochblende, ermöglicht dies ein schärferes Abbild bei kürzeren Belichtungszeiten. Das Abbild entsteht dabei nicht mehr durch die Lochblende, sondern wird von der Linse hervorgerufen. Vor allem die Belichtungszeiten schafften früher bei der Lochkamerafotografie Probleme, weil bewegte fotografierte Objekte verschwammen (oder gar vom Bild verschwanden!). Bei Portraitaufnahmen gab es eine Reihe von Hilfsstativen, die den Portraitierten ruhig stellen sollten (vgl. folgende Abbildung).

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Heute hat sich die Lochkamerafotografie bei vielen Fotografen wieder etabliert. Gerade der Effekt, dass bewegte Gegenstände verschwimmen, ist erwünscht. Die Lochkamera produziert weiche, tiefenscharfe, harmonische Bilder und reduziert das „Schreiben mit Licht auf sein elementarstes Grundprinzip“ (vgl.  http://www.agfaphoto.com/de/magazin/9808/index.html). Diese Aspekte fordern insbesondere viele Künstler heraus.

2.2 Aufbau einer Lochkamera

Im folgenden Kapitel möchte ich den Leser mit der Lochkamera vertraut machen.

2.2.1 Die "One-Shot-Camera"

Bei der Lochkamera gibt es im Gegensatz zu Linsenkameras (z.B. zur Spiegelreflexkamera) keine beweglichen Teile. Sie besteht lediglich aus einem lichtdichten Gehäuse mit einem Loch. Jedes Objekt, das lichtdicht gemacht werden kann, ist im Prinzip als Gehäuse einer Lochkamera verwendbar. Die Palette reicht von einer Walnuss bis hin zum Container eines LKW. Gebräuchlich sind natürlich die handlicheren Modelle wie Keks-, Creme- oder Kaffeedosen, aber auch Schuhe, Kokosnüsse, Wecker und ausgediente, alte Kameras, die man mit sehr geringem Aufwand zu Lochkameras umrüsten kann. Der Ausschluss von Licht ist wegen der Lichtempfindlichkeit des Fotopapiers wichtig, das in einer Dunkelkammer in die Kamera eingelegt und hier zum Entwickeln auch wieder entnommen wird. Man bezeichnet solch eine Kamera deswegen auch als „One-Shot-Camera",  weil sie stets nur ein Foto erlaubt. Will man mehrere Fotos aufnehmen, sollte die Dunkelkammer also nicht allzu weit weg sein.

2.2.2 Gehäusegrößen

Die Abmessungen der Lochkamera haben entscheidende Auswirkungen auf das von ihr erzeugte Abbild.

Unter der Bildweite (vgl. Abbildung oben) versteht man den Abstand zwischen Lochblende und Projektionsschirm (bzw. Fotopapier). Das scharfe Abbild kann – anders als bei einer Linsenkamera – an beliebiger Stelle hinter der Lochblende „abgegriffen“ werden und weist stets vollständige Tiefenschärfe auf. Die Bildweite ist somit beliebig und muss prinzipiell nicht auf das Loch abgestimmt werden.

Allerdings hat die Bildweite Auswirkungen auf die Größe der erzeugten Abbildung.

Es gilt:  , wobei A den Abbildungsmaßstab darstellt (Mestwerdt, Schulte, 1998).

Die Gegenstandsgröße ist zur Abbildungsgröße direkt proportional.

Dies bedeutet zum einen, dass die Abbildung genau dann in Originalgröße erscheint, wenn Gegenstandsweite und Bildweite identisch sind (in der Abbildung oben ist dies der Fall); zum anderen bedeutet es, dass die Abbildung genau dann größer wird, wenn entweder der Abstand zum Motiv verringert oder die Bildweite vergrößert wird (z.B. indem man ein längeres Gehäuse wählt).

Rücken Lochblende und Papier bei einer kurzen Kamera eng zusammen, entspricht der aufgenommene Bildwinkel einem Weitwinkel-Objektiv. Der Bildwinkel ist dann sehr groß, allerdings werden die Bildinhalte stark verkleinert.

Bei zunehmendem Abstand wird der Bildwinkel kleiner, jedoch vergrößern sich die Bildinhalte.

Die eigentliche Stärke der Lochkamera liegt in einer starken Vergrößerung, die ohne die linsenübliche perspektivische Verzerrung (Merz, Findeisen, 1997) einhergeht. Mit Lochkameras lassen sich also besonders gut Nahaufnahmen von kleinen Objekten (wie z.B. Pflanzen, Insekten usw.) machen.

 Einen Effekt der ganz besonderen Art erzielt man durch die Wölbung der Projektionsfläche (bzw. des Fotopapiers) an der Rückwand der Kamera. Bei Getränkedosen beispielsweise ist diese konkave Wölbung bereits als Kamerarückwand vorgegeben. Liegt das Fotopapier an der Rückwand an, ergeben sich Verzerrungen in der Abbildung.

Das folgende Foto stammt aus einer ‚Filmdöschenkamera’.  Bei der Belichtung lag es an der Rückwand der runden Dose an, was zu einer Vergrößerung der Randinhalte führte. Die große Nase ist also nicht eine konstante Eigenschaft der fotografierten Person! :-)

2.2.3 Die Lochblende

Das Foto entsteht bei der Lochkamera im Gegensatz zur bekannteren Linsenkamera – wie der Name schon sagt – nicht durch eine Linse, sondern durch ein winziges Loch auf der Vorderseite des Gehäuses. Dieses Loch beschränkt das Licht, das in die Box gelangt. Es ordnet das Lichstrahlenwirrwarr, das außerhalb der Lochkamera herrscht, und gestattet (idealerweise) jeweils nur einem Lichtstrahl den Weg zu jeweils einem Punkt der Projektionsfläche auf der Rückwand der Kamera. Dies verdeutlicht die folgende Abbildung.

Klicken Sie auf das Bild, um es vergrößert darzustellen. Mit der Back-Taste Ihres Browsers kommen Sie wieder zu diesem Text. Das Bild wurde entnommen aus: CVK Physik für Realschulen 1989.

2.2.4 Belichtungszeiten

Diese Technik bedingt einige Unterschiede zum bekannten Fotografieren: Lochkameras sind im Gegensatz zu Linsenkameras äußerst lichtschwach, weil sie mehrere von einem Gegenstandspunkt ausgehende Lichtstrahlen nicht bündeln (wie die Linsenkamera), sondern von diesen nur einen Lichtstrahl durchlassen, was zur Abnahme der Darstellungshelligkeit führt. Die Belichtungszeiten, die man von Linsenkameras kennt (100stel Sekunde oder ähnlich) sind daher passé. Lochkameras haben in Verbindung mit Fotopapier (das im Vergleich zu Kleinbildfilmen recht träge auf Licht reagiert) Belichtungszeiten im Minutenbereich. Die Spanne reicht dabei von einigen Sekunden bei sonnigem, wolkenlosem Wetter bis einigen Stunden bei bedecktem Himmel, einbrechender Dunkelheit oder bei Innenaufnahmen.

Das Fotopapier reagiert schneller bei Tageslicht; künstliches (Scheinwerfer-)Licht besitzt ein kleineres Farbenspektrum und belichtet das Papier weniger schnell als Sonnenlicht. Daher sind bei der Arbeit mit Fotopapier Außenaufnahmen in jedem Fall vorzuziehen.

Auch längere Gehäuse (größere Bildweiten) führen zu einer Verlängerung der notwendigen Belichtungszeit. Dieselbe „Lichtmenge“ muss sich in diesem Falle auf die größere Fläche der Kamerarückwand verteilen (siehe Anmerkung). In verschiedenen Tests erreichte ich bei Filmdöschen (ca. 3 cm Bildweite) eine optimale Belichtungszeit von 10 Sekunden, während eine größere Holzkamera (ca. 12 cm Bildweite) unter denselben Voraussetzungen 3 Minuten benötigte, um ein Fotopapier optimal zu belichten.

Für die Qualität des Bildes spielen drei Faktoren eine wichtige Rolle: der Lochdurchmesser, die Lochform und die Lochlänge.

1.2.4.1 Lochdurchmesser

Aus der oben aufgeführten Zeichnung geht hervor, dass die Abbildung auf dem Schirm unten umso schärfer wird, je kleiner der Lochdurchmesser bemessen ist. Die Abbildungspunkte werden umso breiter aufgefächert (und überlagern sich dadurch), je größer der Lochdurchmesser wird.

Durch die optische Beugung sind jedoch auch der Verkleinerung des Loches Grenzen gesetzt. Unter optischer Beugung versteht man die Beugung des Lichts an den Rändern von Gegenständen – bei der Lochkamera sind dies die Lochränder (siehe Anmerkung). Während die Beugung bei optimal gewählter Lochgröße dabei hilft, ein schärferes Abbild zu erzeugen, erzeugt sie bei einem zu kleinen Loch Unschärfe.

Die ideale Lochgröße hängt von der Bildweite ab und kann dementsprechend berechnet werden. In der Literatur werden hierfür allerdings verschiedene Formeln angegeben. Die in der Praxis üblichen Formeln unterscheiden sich zum Teil. So ergeben sich unterschiedliche Formeln für unterschiedliche Lichtspektren – je nachdem welche Farbempfindlichkeit das Fotopapier besitzt und welche Farben man abbilden möchte. Auch auf diesen Umstand möchte ich in dieser Arbeit nicht näher eingehen.

Eine der möglichen Formeln lautet  , wobei d den Durchmesser des Lochs und b die Bildweite bezeichnet. Für verschiedene Bildweiten ergibt sich beim Einsetzen in die Formel die nebenstehende Tabelle:

 Diese Tabelle stellt allerdings keine Verbindlichkeit dar. Will man die Unschärfe als Effekt nutzen, kann man das Loch entsprechend vergrößern bzw. verkleinern.

 Auch bei ungünstigen Lichtverhältnissen (bei Wolken oder Innenaufnahmen...) lässt sich ein größeres Loch verwenden. Da die Belichtungszeit in erster Linie von der Lochgröße abhängig ist (sie regelt schließlich, wie viel Licht in die Kamera dringt), kann man größere Lochdurchmesser verwenden, um die Belichtungszeiten nicht unnötig lang werden zu lassen. Bezahlt wird dieser Vorteil freilich mit einem unschärferen Foto, bei dem viele Details verschwimmen und helle Bildpunkte die dunklen überlagern.

Die Tabelle 1 ist ausgelegt für den Gebrauch von Fotopapier. Möchte man lediglich ein Bild auf die Rückwand projizieren, ohne es auf Fotopapier aufzuzeichnen (z.B. in einer begehbaren Lochkamera), dann sollte man den Lochdurchmesser vergrößern; das Auge nimmt ein helles, unscharfes Bild besser wahr als ein dunkleres, scharfes. Auch Farben werden bei einem größeren Lochdurchmesser besser erkennbar.

2.2.4.2 Lochform

Auch die Form des Blendenloches beeinflusst das Bild. In Abbildung 10 ist zu erkennen, dass das dreieckige Blendenloch zu dreieckigen Abbildungspunkten führt. Die unendlich vielen Abbildungspunkte überlagern sich zwar gegenseitig und führen so wieder zur korrekten Abbildung der Lichtquelle; die Form der Abbildungspunkte führt jedoch zu einer leichten Unschärfe. Besonders bei großen Hell-Dunkel-Kontrasten wird auf dem Bild die Lochform erkennbar, während sie sich bei den weniger kontrastreichen Teilen verliert.

 In der fotografischen Praxis kommen die unterschiedlichsten Lochformen zum Einsatz: Eine Lochblende mit einem dünnen senkrechten Schlitz führt zu Bildern, die aus dieser Form aufgebaut sind. Es gibt auch Lochblenden mit konzentrischen, dünnen Schlitzen (siehe Abbildung 12 ). Sie bieten den Vorteil, dass sie sehr große Lochdurchmesser für sehr kurze Belichtungszeiten erlauben, führen jedoch nicht zu einer dem Lochradius entsprechenden Unschärfe.

 
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Es ist übrigens nicht unbedingt erforderlich, sich auf ein Loch zu beschränken. Sticht man mehrere Löcher in einigem Abstand nebeneinander in die Lochblende, erhält man auch mehrere Abbildungen desselben Motivs, die sich auf dem Fotopapier überlagern können.

2.2.4.3 Lochlänge

Aufmerksamkeit sollte auch der Lochlänge geschenkt werden. Idealerweise hat das Loch die Länge 0, damit keine Reflexionen innerhalb des Lochkanals auftreten (Abbildung 13 zeigt diese Reflexionen an einer stark vergrößerten Lochblende, die bei allen anderen Abbildungen zuvor vernachlässigt wurden). Um diese Reflexionen zu minimieren, sollte das Material der Lochblende möglichst dünn sein.

2.3 Das Fotopapier

Das Fotopapier spielt eine wesentliche Rolle in der Unterrichtseinheit zur Lochkamera. Es ermöglicht, die Beobachtungen festzuhalten und die von der Lochkamera produzierten Bilder zu speichern. Der Umgang mit dem Papier stellt jedoch einige Herausforderungen an den Benutzer, die ich im folgenden Kapitel erläutern möchte.

2.3.1 Wirkungsweise modernen Fotopapiers

Auf dem handelsüblichen Fotopapier, das man in Fotoläden kaufen kann, befindet sich eine Silberhalogenid-Schicht, die in einer Gelatine-Emulsion eingebettet ist. Das Silberhalogenid bildet in der Gelatine Kristalle, die unter Lichteinfluss langsam in metallisches Silber und Halogen aufgespaltet werden. Das metallische Silber färbt die belichteten Stellen schwarz. Das gasförmige Halogen verflüchtigt sich (vgl. http://www.gwdg.de/~fschuen/foto-net/filme/entwickel.html). 

Ein Fotopapier, das ohne lichtdichte Schutzverpackung dem Sonnenlicht ausgesetzt ist, entwickelt sich innerhalb einiger Stunden und wird dabei völlig schwarz. Findet dagegen nur eine sehr kurze Belichtung statt, gibt es eine latente Schwärzung, d.h. die Silberhalogenid-Kristalle entwickeln lediglich einen Silbermetall-Keim aus mindestens 4 Atomen (siehe Abbildung 14 ). Für das Auge wahrnehmbar ist dieser Vorgang noch nicht – nur mit einem Elektronenmikroskop ist diese Änderung sichtbar. Doch die alkalische Entwicklerflüssigkeit ermöglicht, alle ‚infizierten’ Kristalle komplett zu metallischen Silber zu reduzieren. Eine anschließende Fixierung mit einer sauren Lösung (Fixierer) wäscht die noch vorhandenen Kristalle des Silberhalogenids aus der Beschichtung und verhindert so eine weitere, nachfolgende Schwärzung, wenn man das Papier bei Tageslicht betrachtet.

2.3.2 Die Lochkamera erzeugt Negative

Da alle Stellen schwarz werden, an die Licht gelangt, und alle Stellen weiß bleiben, die vom Licht nicht erreicht werden, erhält man nach dem Entwickeln ein graustufenumgekehrtes Bild – ein sogenanntes Negativ. Erst mit einem Kontaktabzug bekommt man das gewohnte Positiv-Bild.

Um einen Kontaktabzug herzustellen, wird das Negativ auf ein noch nicht belichtetes Fotopapier gelegt (die beschichteten Seiten liegen dabei zusammen). Beide Papiere werden mit einer Glasplatte beschwert, damit der Kontakt gleichmäßig über die gesamte Fläche sichergestellt ist (Abstände zwischen den Papieren verursachen Reflexionen, die schließlich zu dunklen Stellen auf der Kontaktkopie führen). Mit einer normalen, hellen Leuchte (z.B. Zimmerlampe) kann nun die Belichtung durchgeführt werden, die einige Sekunden dauert (je nach Beleuchtungsstärke). Das Positiv-Papier kann nach der Belichtung ebenso wie das Negativ zuvor entwickelt werden. Von einem Negativ lassen sich beliebig viele Positive abziehen, da es sich durch den Vorgang nicht verändert.

2.3.3 Fehlende Farbe

In der Unterrichtseinheit zur Lochkamera habe ich mich ausschließlich auf Schwarz-Weiß-Planfilme konzentriert (in dieser Arbeit der Einfachheit halber nur als „Fotopapier“ bezeichnet). Der Wunsch nach Farbe ist durchaus berechtigt, allerdings haben Filme, die Farben speichern können, einen wesentlich komplizierteren Aufbau (sie bestehen aus drei Schichten, die jeweils eine Grundfarbe beinhalten), können wegen des panchromatischen Spektrums nicht bei Dunkelkammerlicht bearbeitet werden und erfordern wesentlich kompliziertere Entwicklungsmethoden (die einzelnen Schichten werden nacheinander entwickelt und Temperaturen und Entwicklungszeiten müssen bei der Entwicklung genau eingehalten werden).

Die Entwicklung der Farbfilme im Sachunterricht der Grundschule erscheint mir daher als zu kompliziert. Zu viele Missergebnisse würden die Motivation der Kinder beeinträchtigen. Will man Farbe verwenden, kommt man um die industrielle Entwicklung der belichteten Filme kaum herum. Der industriellen Fertigung jedoch mangelt es an Anschaulichkeit, die in der Grundschule wichtig ist. Aus diesem Grund habe ich auf den Einsatz von Farbbildern in der Unterrichtseinheit verzichtet.

2.3.4 Einsatzmöglichkeiten des Fotopapiers ohne Kamera

Um den Umgang mit dem Fotopapier zu üben und Tricks und Kniffe beim Entwicklungsvorgang herauszufinden (z.B. Abwedeln, Stellen bedecken usw.), eignen sich besonders „Sun-Prints“ (Der Begriff stammt aus Patra Holter, 1980)  (Sonnenbilder) und Fotogramme:

2.3.4.1 Sun-Prints

Da das Papier auch ohne Entwickler auf Sonnenlicht reagiert und langsam schwarz wird, kann man sogenannte „Sun-Prints“ herstellen, indem man das Fotopapier mit Gegenständen belegt, die eine Schwärzung an den Auflagestellen verhindern. In den Entwickler darf solch ein Foto selbstverständlich nicht mehr, da es ansonsten völlig schwarz würde. Eine Fixierung dagegen schützt die helleren Stellen vor weiterer Entwicklung. Auf diese Weise bekommt man interessante Schattenrisse der Gegenstände.

2.3.4.2 Fotogramme

Schneller gelingt dies mit sogenannten Fotogrammen. Bei dieser Technik wird das Fotopapier bei Rotlicht in der Dunkelkammer mit Gegenständen bestückt. Durchscheinende Dinge mit charakteristischen Konturen (z.B. getrocknete Blätter) kann man – wie beim Kontaktabzug – mit einer Glasplatte beschweren. Aber auch dreidimensionale Gegenstände lassen interessante Abbildungen entstehen (z.B. Schlüssel, Hand, usw.). Anschließend wird mit einer normalen Lampe für einige Sekunden belichtet. Die belichteten Stellen des Papiers werden in der alkalischen Entwicklerlösung geschwärzt; im Fixierer wird das restliche Silberhalogenid entfernt. Die Technik des Entwickelns entspricht weitgehend der Vorgehensweise beim Entwickeln von Lochkamerafotos, weshalb sich Fotogramme gut zum Einüben der Abfolge der Entwicklungsschritte eignen.

2.4 Materialien, Werkzeuge und Arbeitsschritte

Lochkameras können – wie bereits in Kapitel 2.2.1 erwähnt – aus den verschiedensten Materialien und Gegenständen gebaut werden. Handwerklich anspruchsvollere Kameras sind aus Holz oder Karton gebaut, für einfachere Modelle wählt man fertige Gehäuse, die nicht extra hergestellt und lichtdicht gemacht werden müssen (z.B. Blechdosen).

Vor Beginn der Unterrichtsreihe war ich lange auf der Suche nach geeigneten Materialien und Werkzeugen, mit denen man die Arbeitsschritte reduzieren und den Herstellungsprozess der Kamera so gestalten kann, dass Kinder ihn leisten können. Kinder leisten jedoch nicht unbedingt immer Vergleichbares. Während das einfachste Modell die einen überfordert, langweilt es die anderen. Daher ist es erforderlich, stets auch Alternativen im Hinterkopf zu haben. Auf diese möchte ich im folgenden Abschnitt ebenso eingehen wie auf die didaktisch reduzierte, einfache Methode.

2.4.1 Herstellen des Gehäuses

  Um möglichst schnell ein geeignetes Gehäuse zu bekommen, empfiehlt sich die Verwendung einer Blechdose. Diese Blechdose sollte einen Deckel besitzen, der sich leicht öffnen lässt, was bei Keksdosen, Kaffeedosen usw. meistens der Fall ist. Weniger geeignet sind – aufgrund des fehlenden Deckels – Konservendosen; aber auch diese lassen sich verwenden, wenn man sich einen passenden Deckel aus Pappe selbst baut (siehe Abbildung 16); die Herstellung ist jedoch nicht ganz einfach und setzt Geschick voraus, da der Deckel später sehr genau passen muss.

Auch aus fertigen Pappröhren (z.B. Teppichrollen oder Toilettenrollen) lassen sich mit Hilfe der selbstgebauten Deckel gute Gehäuse anfertigen, die auch gleich eine gewölbte Projektionsfläche besitzen (vgl. Abbildung 8 – Beispiel einer gewölbten Projektionsfläche). Bei diesem Kameramodell müssen die Deckel ebenfalls dicht sitzen, damit kein Licht eindringen kann – daher bedarf diese Gehäuseform ein wenig handwerkliches Geschick.

Innen sollte die Kamera schwarz sein um störende Reflexionen zu verhindern. Dies ist entweder mit mattem Lack (bei Blechdosen sinnvoll) oder mit schwarzer Abtönfarbe zu erreichen. Bei Abtönfarbe in Blechdosen kann das Problem auftreten, dass sich die Farbe vom Untergrund löst, wenn man das eingeklebte Fotopapier wieder herauszieht. Um dies zu verhindern lässt man entweder die betreffende Stelle von Farbe frei oder bedeckt sie mit einem breiten Stück Klebeband, auf dem das Foto hält.

Theoretisch kann das Blendenloch direkt in das Gehäuse gebohrt werden – dies ist beispielsweise bei der Filmdöschenkamera empfehlenswert. Zum einen muss das Lochblendenmaterial allerdings möglichst dünn sein (vgl. Kap. 2.2.4.3), zum anderen ist eine auswechselbare Blende sinnvoll, um unterschiedliche Lochgrößen und -formen ausprobieren zu können. Um dies zu ermöglichen wird das Blendenloch durch einem separaten Träger gebohrt (vgl. Kap. 2.4.2); dieser wird anschließend lichtdicht über ein größeres Loch auf der Kamera-Vorderseite geklebt.

Ist das Gehäuse aus Blech oder Kunststoff, lässt sich das große Loch einfach mit einem Locheisen und einem Lochschneider herstellen. Mit dem Locheisen und einem Hammer wird das Material durchbohrt, damit der Lochschneider angesetzt werden kann. Mit einem Schraubenschlüssel lässt sich anschließend die Schraube des Lochschneiders anziehen und man erhält ein sauberes, rundes Loch. Eine genaue Beschreibung mit Abbildungen zu diesem Vorgang findet sich im Anhang (vgl. 8.5.2).

Für das Aufkleben der Lochblende hat sich der Kleber Patafix (von der Firma Uhu) als sehr nützlich erwiesen. Diese Knetmasse fixiert die Lochblende, schließt sie lichtdicht ab und ist später wieder leicht ablösbar. Herkömmliche Knetmasse ist weniger gut geeignet, da sie Metalle nicht miteinander verklebt und beim Austrocknen Risse bilden kann. Möglich ist es zwar auch, die Lochblende auf dem Deckel mit Tesafilm zu befestigen, doch kann durch kleine Spalten Licht in die Kamera eindringen. Diese müssten dann noch einmal extra mit Knetmasse abgedichtet werden.

 Im Übrigen lassen sich alle undichten Stellen des Gehäuses gut mit herkömmlicher Knetmasse abdichten. Schafft es das Licht trotzdem, in die Kamera zu gelangen, kann man dies an dunklen Schatten oder Wolken auf dem Foto erkennen. Eine Nachbearbeitung bzw. Korrektur der Kamera ist jedoch in jedem Fall möglich.

2.4.2 Herstellen der Lochblende

Professionelle Lochkamera-Erbauer fertigen die Kameralöcher üblicherweise mit entsprechend dünnen Bohrern (etwa 0,05 mm bis 1 mm) an. Dies ist allerdings in der Grundschule nicht ratsam; der Bohrer-Verschleiß wäre enorm. Daher bietet sich an, das Loch mit einer dünnen Nadel zu stechen.

Für die Lochblende gibt es mehrere Material-Alternativen, von denen ich an dieser Stelle drei vorstellen möchte:

2.4.2.1        Lochblende aus Kunststoff

Aus schwarzem Kunststoff (Stücke von Heftstreifen oder Schnellhefterrückseite) lassen sich gute Lochblenden herstellen. Beim Durchstechen mit einer Nadel entsteht auf der anderen Seite immer ein Material-Grat, der abgeschliffen werden muss, um ein möglichst sauberen ‚Lochkanal’ zu erhalten. Kunststoff bietet den Vorteil, dass es sehr robust ist, nicht so schnell reißt und sich gut abschleifen lässt.

2.4.2.2        Lochblende aus Aluminiumfolie

Aluminiumfolie dagegen reißt sehr leicht. Bedingt durch das empfindliche Material entstehen beim obligatorischen Nachschleifen des Loches meist auch noch mehrere andere (unerwünschte) Löcher. Auch später ist die Lochblende vom Einreißen bedroht und beim Austauschen der Lochblende muss man sehr vorsichtig vorgehen, um sie nicht zu zerstören. Insgesamt würde ich persönlich eher vom Gebrauch von Aluminiumfolie abraten, auch wenn sie in vielen Publikationen empfohlen wird.

2.4.2.3 Lochblende aus Blech

Das stabilste Material für eine Lochblende ist das Blech einer Getränkedose (siehe Abbildung 17). Mit einem stumpfen Bleistift wird eine kleine Delle in das Blech gedrückt, die auf der anderen Seite abgeschliffen wird, bis man keine Delle mehr fühlt und das Material an dieser Stelle hauchdünn geworden ist. Anschließend wird mit einer Nadel diese dünne Stelle angestochen. Der dabei entstehende Grat muss nun noch abgeschliffen werden (vgl. Zeichnung auf http://www.gwdg.de/~fschuen/foto-net/dyo/pinhole.html) .

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2.4.3 Messen der Lochgröße und Kontrollieren der Form

Legt man das Lochblech auf einen Tageslichtprojektor, der das Abbild auf eine weit (ab 8 Meter) entfernte Wand wirft, kann man mit Hilfe der entstandenen Vergrößerung die Lochränder und die Form des Loches überprüfen. Um ein ideales, wirklich kreisrundes Loch zu erhalten, sind meistens mehrere Versuche nötig.

Mit Hilfe zweier Lineale (ein durchsichtiges auf dem Projektor und ein zweites, mit dem man an der Projektionswand misst) lässt sich auch die genaue Größe des Loches berechnen. Die Länge eines an die Wand projizierten Zentimeters ergibt die Vergrößerung. Ist der auf die Wand projizierte Zentimeter z.B. 16 Zentimeter lang, ergibt sich eine Vergrößerung von 1:16. Entsprechend kann die gemessene Lochgröße an der Wand auf die Lochblende vom Tageslichtprojektor zurückgerechnet werden. Steht kein Tageslichtprojektor zur Verfügung, kann man die Lochblenden auch in einen Dia-Projektor einlegen.

2.4.4 Einrichten der Dunkelkammer

Die Dunkelkammer ist der Ort, an dem die Lochkameras geladen und entladen und an dem die Fotos entwickelt und erstmals begutachtet werden.

Dies stellt an ihre Einrichtung gewisse Bedingungen:

1.4.4.1 Der Raum

Ein Raum mit Fenstern lässt sich meist nur sehr schwer und mit großem Aufwand (z.B. mit Holzplatten oder Kartonagen) gegen eindringendes Licht abdichten; Licht kann durch die erstaunlichsten Wege schlüpfen. Kellerräume ohne Fenster erleichtern die Einrichtung erheblich.

Ein Wasseranschluss ist wünschenswert, da die Fotos nach dem Entwickeln und Fixieren über einen längeren Zeitraum gewässert (d.h. unter fließendem Wasser gespült) werden sollen, um restlos alle Chemikalien zu entfernen. Ist kein Wasseranschluss vorhanden, genügt zur Not auch eine Schüssel mit Wasser. Das Wasser sollte dann des Öfteren gewechselt werden.

Bei der Dunkelkammerbeleuchtung handelt es sich um ein rotes Dunkelkammerlicht. Das verwendete orthochromatische Fotopapier ist unempfindlich gegenüber der Farbe Rot. Die Dunkelkammerleuchte sollte vom Fotopapier mindestens 90 cm entfernt aufgehängt sein.

In der Dunkelkammer findet das Arbeiten aufgrund des schummrigen Lichts unter erschwerten Bedingungen statt. Zwar gewöhnt sich das menschliche Auge nach einigen Minuten an die Dunkelheit  (vgl. Adaptation, Anhang 126), doch sollte die Dunkelkammer eine feste Ordnung vorweisen, in der sich Gegenstände leichter finden lassen.

In den meisten Fotolabors hat sich eine Trennung zwischen ‚Trocken-’ und ‚Nassarbeitsplatz’ durchgesetzt. Sie stellt sicher, dass kein Foto-Material durch Chemikalien beschmutzt wird und dass die entsprechenden Geräte und Werkzeuge leicht aufgefunden werden können.

Nach Möglichkeit sollte jeder Arbeitslatz in der Dunkelkammer eine eigene Dunkelkammerleuchte erhalten.

2.4.4.2 Chemikalien

Der Nassarbeitsplatz beinhaltet vier Bäder:

Klicken Sie auf das Bild, um das Arbeitsblatt einzusehen, das den Kindern zur Verfügung stand.

2.4.4.2.1 Sicherheitsaspekte

Fixierbad, Stoppbad und Wässerungsbad sind prinzipiell als unbedenklich für die Gesundheit einzustufen. Der Fixierer ist laut Packungsbeilage weder gesundheitsschädlich noch reizend.

Der Entwickler allerdings reizt Augen und Haut, ist gesundheitsschädlich und ruiniert bei Kontakt auch die Kleidung. Beim Umgang mit dieser Chemikalie ist daher äußerste Vorsicht geboten. Spritzer lassen sich in der Dunkelkammer kaum vermeiden und werden auch nicht immer direkt bemerkt. Daher ist alte Kleidung zu empfehlen. Schutzbrillen sind Pflicht! Da verschleppter Entwickler in Stopper, Fixierer und Wässerungsbad enthalten sein kann, ist auch mit diesen Bädern vorsichtig umzugehen.

Chemikalien werden im Fotolabor grundsätzlich in dafür vorgesehenen Behältern aufbewahrt. Darüber hinaus ist es aufgrund der Verwechslungsgefahr bzw. Entwicklerspritzern nicht erlaubt, in der Dunkelkammer zu trinken bzw. zu essen.

Entsorgt werden die Chemikalien an der städtischen Entsorgungsstelle. Die im Fixierer in großen Konzentrationen enthaltenen Silberverbindungen wirken bakterienabtötend und belasten daher die Umwelt. Das Silber kann aus dem Fixierer wiedergewonnen werden; die Sammlung in der städtischen Entsorgungsstelle lohnt sich daher in zweifacher Hinsicht.