Eine Lupe, ein Beamer, dein Auge und die Kamera in deinem Handy haben etwas gemeinsam: In allen steckt eine Sammellinse. Sie ist in der Mitte dicker als am Rand und kann Licht sammeln. In drei Versuchen findest du heraus, wo sich das Licht hinter der Linse trifft, wie auf einem Schirm ein Bild entsteht und wie dein Handy es schafft, in Sekundenbruchteilen scharf zu stellen.
Lumi ist wieder da! Der kleine Lichtfleck mit dem großen Mundwerk hat sich ein Handy besorgt (von welchem Taschengeld, bleibt ein Rätsel) und will nur noch eins: Fotos von Katze Minka. Lumis Sprüche sind albern, die Strahlen nicht: Alle Wege und Abstände werden genau berechnet. Bei dieser Simulation wurde keine Katze gestört. Eine Tafel Schokolade allerdings schon.
Schicke die Lumis los und ziehe die Schokolade nach links und rechts. Wo schmilzt sie? Mach die Linse danach dicker oder dünner.
Achtung: Eine Lupe in der Sonne kann Papier anzünden. Und schau niemals durch eine Linse in die Sonne!
Ziehe den Schirm, bis Karla darauf scharf zu sehen ist. Ziehe dann Karla näher an die Linse heran. Was musst du mit dem Schirm machen?
| Karla | Bild | |
|---|---|---|
| Abstand zur Linse | – | – |
| Größe | – | – |
Von jedem Punkt der Flamme geht Licht in alle Richtungen. Ein ganzes Bündel davon trifft die Linse. Die Linse lenkt alle diese Strahlen so um, dass sie sich hinter ihr wieder in einem Punkt treffen. Dort entsteht das Bild der Flammenspitze. Genauso geht es jedem anderen Punkt der Kerze.
Steht der Schirm genau dort, wo sich die Strahlen treffen, ist das Bild scharf. Steht er davor oder dahinter, kommt dort statt eines Punktes ein Lichtfleck an: Das Bild ist unscharf.
Warum steht Karla auf dem Kopf? Das Licht von ihrer Flamme (oben) läuft schräg nach unten durch die Linse und landet unten. Das Licht von ihrem Fuß landet oben. Genauso wird links und rechts vertauscht. Achte auf Karlas rote Schleife!
| Karla steht … | Bild auf dem Schirm | Beispiel |
|---|---|---|
| weit weg (weiter als 2f) | umgekehrt, verkleinert, nah hinter der Linse | Handykamera, Auge |
| genau bei 2f | umgekehrt, gleich groß | Kopiergerät |
| näher (zwischen f und 2f) | umgekehrt, vergrößert, weit hinter der Linse | Beamer |
| genau im Brennpunkt F | kein Bild: Das Licht läuft parallel weiter | Scheinwerfer |
| ganz nah (näher als f) | kein Bild auf dem Schirm. Durch die Linse sieht man Karla aufrecht und vergrößert. | Lupe |
Eine Faustregel für alle Fälle: Je näher der Gegenstand an die Linse rückt, desto weiter hinten entsteht das Bild, und desto größer wird es.
Lass Minka näher kommen oder weiter weggehen und drücke dann Autofokus. Oder schiebe die Linse selbst. Tippe aufs Display (oder auf 📸), um ein Foto zu machen.
Die Zeichnung ist etwa 90-fach vergrößert. In Wirklichkeit ist das ganze Kameramodul nur so dick wie ein Radiergummi.
Hinter dem kleinen runden Fenster auf der Rückseite deines Handys sitzt eine Sammellinse. Sie bildet die Welt auf den Bildsensor ab. Der Sensor ist der „Schirm“ der Kamera. Er besteht aus Millionen winziger Lichtmesser, den Pixeln. Jedes Pixel misst, wie hell und welche Farbe das Licht an seiner Stelle ist.
Der Sensor ist fest eingebaut. Damit das Bild trotzdem für nahe und ferne Dinge scharf wird, schiebt ein winziger Motor die Linse hin und her: der Autofokus. Für nahe Dinge muss die Linse weiter vom Sensor weg, genau wie der Schirm in Versuch 2. Oft muss sie dafür nur um den Bruchteil eines Millimeters wandern. Weil das Handy nicht sofort weiß, wo es scharf ist, probiert es kurz hin und her. Das siehst du, wenn das Bild beim Scharfstellen kurz „pumpt“.
Auch auf dem Sensor steht das Bild auf dem Kopf. Das merkst du nie, weil das Handy es heimlich wieder umdreht, bevor es aufs Display kommt. In echten Handys sitzen übrigens fünf bis sieben Linsen hintereinander. Zusammen wirken sie wie eine einzige Sammellinse, machen das Bild aber schärfer bis in die Ecken.
| Handykamera | Auge | |
|---|---|---|
| sammelt das Licht | Linse (aus Kunststoff) | Augenlinse |
| fängt das Bild auf | Bildsensor mit Pixeln | Netzhaut mit Sinneszellen |
| lässt mehr oder weniger Licht durch | Blende | Pupille |
| stellt scharf | Motor verschiebt die Linse | Muskeln verformen die Linse |
| dreht das Bild richtig herum | Software | Gehirn |
Wusstest du? Das Auge kann seinen „Sensor“ nicht verschieben. Deshalb macht es die Linse einfach dicker oder dünner. Dickere Linse, kürzere Brennweite: Das kennst du aus Versuch 1. Und wer vor die Kameralinse fasst, bekommt keinen scharfen Finger aufs Foto, sondern einen rosa Nebel. Probier es aus!