Optik

Das physische Grundgesetz, nach dem jede Kamera funktioniert, ist die sogenannte Linsengleichung.

Wenn man durch eine Sammellinse parallele Lichtstrahlen (z.B. von der Sonne) fallen lässt, so werden diese in einem Punkt hinter der Linse gebündelt. Der Abstand dieses Punktes von der Linsenmitte wird Brennweite genannt. In Formeln erhält die Brennweite den Buchstaben f (von engl. "focal length").

Befindet sich nun ein Objekt in einem Abstand g (für "Gegenstandweite") vor der Linse, kann man in einem Abstand b (für "Bildweite") hinter der Linse ein scharfes Abbild des Objekts erhalten. Die Linsengleichung besagt, dass 1/f = 1/g + 1/b. Für den Abbildungsmaßstab A gilt: A = b / g. Ist A beispielsweise 0,01, dann wird ein 1 m großes Objekt auf dem Film oder Bildsensor in einer Größe von 1 cm abgebildet.

Eigentlich müsste die Konstruktion einer Kamera mit diesen Grundlagen sehr simpel sein: Man nimmt eine Sammellinse und montiert sie so, dass man die Entfernung zum Film oder Bildsensor justieren kann. Außen bringt man eine Skala an, mit der man die Bildweite einstellen kann. Fertig.

Leider gibt es eine ganze Reihe weiterer Faktoren, die die Sache deutlich verkomplizieren. Das führt dazu, dass hochwertige Kameraobjektive aus mehr als einem Dutzend Linsen bestehen, die verschieden geformt und aus verschiedenen Glassorten gefertigt sind.

Sphärisch und Asphärisch
Der einfachste Linsentypus ist die sphärische Linse. Sie hat im Zentrum sehr gute Abbildungseigenschaften, in Richtung Rand verändert sich der Brennpunkt jedoch.

Chromatische Abbildungsfehler
Licht verhält sich abhängig von seiner Wellenlänge unterschiedlich, beispielsweise wird es verschieden stark gebrochen. Übertragen auf eine Sammellinse bedeutet das, dass die Brennweite von der Farbe des Lichts abhängt.

Fokuseinstellung und Zoom
Eigentlich müsste zur Fokuseinstellung nur die Linse gemäß der Linsengleichung in die richtige Position gebracht werden. Leider gilt dies bei Objektiven, die aus vielen Linsen zusammengesetzt sind, nur eingeschränkt.

Digitalkamera-Objektive
Die meisten kompakten Digitalkameras haben vergleichsweise schlichte Objektive. Bei den einfachsten Modellen fehlt nicht nur ein Zoom, sondern sogar die gesamte Fokussierung.