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Theoretische Grundlagen der Lichttechnik


Physikalisch gesehen, ist Licht eine elektromagnetische Schwingung. Es ist darum verwandt mit Rundfunkwellen, Röntgenstrahlen und sogar mit dem elektrischen Wechselstrom.

Elektromagnetische Schwingungen lassen sich über Ihre Wellenlänge charakterisieren. Das Spektrum reicht von sehr langwelligen Schwingungen (technischer Wechselstrom), bis hin zu den extrem kurzwelligen Röntgenstrahlen.

Die nebenstehende Tabelle gibt einen Überblick über typische Wellenlängen einiger in der Technik benutzter elektrischer Schwingungen.

Als Licht wird lediglich der extrem kleine Bereich zwischen 400 Nanometern (= 1/2500 Millimeter) und 780 Nanometern (= 1/1282 Millimeter) bezeichnet. Nur für diesen Bereich elektromagnetischer Schwingungen ist das menschliche Auge empfindlich, wobei die Farbempfindung von der spezifischen Wellenlänge der Schwingung abhängig ist.

typische Wellenlängen in der Technik

Röntgenstrahlung 1 nm
sichtbares Licht 400 - 780 nm
Mikrowellen 1 mm
Rundfunkwellen 300 m
Fernsehübertragung 1 m
Wechselstrom 6000 km

Nicht für alle Wellenlängen ist das Auge jedoch gleich empfindlich. Der Maximalwert liegt beim Menschen bei etwa 555 nm, also im gelb-grünen Farbbereich (siehe Grafik). Am unempfindlichsten reagiert es auf dunkelrote und violette Farbtöne.

Diese ungleichmäßige Farbempfindlichkeit stammt aus der Zeit, als der Mensch noch als Jäger und Sammler durch die Wälder schlich. Damals war er darauf angewiesen, Beutetiere auch bei schlechten Lichtverhältnissen im sonst grünen Umfeld wahrnehmen zu können.

Im Bereich der Foto-, Film- und Videotechnik findet diese Eigenschaft des Auges Berücksichtigung bei der Kalibrierung von Belichtungsmesseinrichtungen. Hierbei wird die Spektralempfindlichkeit der Messzelle der Empfindlichkeitskurve des Auges nachempfunden.

Nur in ganz wenigen Fällen wird man es ausschließlich mit Licht einer bestimmten Wellenlänge zu tun haben (beispielsweise bei Laserlicht). In der Regel setzt sich die Lichtfarbe aus elektromagnetischer Strahlung unterschiedlicher Wellenlängen zusammen. Bestes Beispiel hierfür ist das Tageslicht. Es enthält ein breites Spektrum sichtbarer (und teilweise auch unsichtbarer) elektromagnetischer Strahlung. In der Gesamtheit führt dies zu einem weißen Lichteindruck.

Weißes Licht kann jedoch sehr unterschiedlich zusammengesetzt sein. Je nach Art der Lichtquelle kann entweder die langwellige oder die kurzwellige Strahlung stärker vorhanden sein. Dadurch bleibt das Licht zwar weiß, jedoch im ersten Fall mit einem warmen (rötlichen) Einschlag; im zweiten Fall erscheint es kälter und damit bläulicher (manchmal auch als "weißer" bezeichnet).

Diese Lichtunterschiede müssen bei photografischen Aufnahmen berücksichtigt werden. Um sie bewerten und gegebenenfalls korrigieren zu können, misst man die Farbtemperatur der Lichtquelle.

Aber auch bereits ein wesentlich eingeschränkteres Lichtspektrum erzeugt für das Auge scheinbar weißes Licht. Die Abbildung rechts zeigt, wie sich aus den additiven Grundfarben Rot, Grün und Blau weißes Licht erzeugen lässt.

Videomonitore arbeiten beispielsweise nach diesem Prinzip. Alle darauf erkennbaren Farben bestehen in Wirklichkeit nur aus den drei additiven Grundfarben in unterschiedlichen Mischungsverhältnissen.

Scheinwerfer, die Ihr Licht auf diese Weise produzieren gibt es nicht - die Farbwiedergabe wäre zu schlecht - betrachten Sie doch mal Ihre Wohnung nur im Licht Ihres Fernsehers!

Trotzdem gibt es, insbesondere im Bereich der Allgemeinbeleuchtung, Lichtquellen, die bauartbedingt nicht in der Lage sind, ein vollständiges Spektrum abzustrahlen (z.B. Gasentladungslampen). Bei fotografischen Aufnahmen muss dies berücksichtigt werden, andernfalls ist mit Farbabweichungen oder sogar Farbstichen zu rechnen. Die Charakterisierung einer Lichtquelle in Bezug auf ihre Farbwiedergabeeigenschaften erfolgt durch den Farbwiedergabeindex.


siehe auch:

Mathematische Grundlagen der Lichttechnik
Die Farbtemperatur
Der Farbwiedergabeindex

© Stefan Neudeck
www.filmtechnik-online.de 13.11.99