Fotografie

Reflexion

Reflexion bedeutet, dass Licht, welches auf einen Gegenstand trifft, von diesem zurückgeworfen wird. Dadurch ist es möglich, Gegenstände und dessen Farbe zu erkennen. Man unterscheidet direkte (gerichtete) und diffuse Reflexion. Für das Sehen und die Fotografie ist die diffuse Reflexion entscheidend.



direkte/ gerichtete und diffuse Reflexion
direkte/ gerichtete und diffuse Reflexion
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Lichtstrahlen

Licht breitet sich von der Quelle geradlinig als Strahl aus, bis es auf eine Fläche trifft, die es entweder reflektiert oder absorbiert. Einzelne Lichtstrahlen sind in der Realität selten anzutreffen, meist wird Licht als Bündel von Lichtstrahlen ausgesandt.

Laserstrahl
Laserstrahl: Reflexion

Relativ nahe an einen Lichtstrahl kommt das Licht eines Laserpointers. Dieses wird als paralleles Bündel von Lichtstrahlen abgegeben und kann näherungsweise als ein Lichtstrahl angenommen werden.
Dieses Laserstrahl ist in einem staub- und nebelfreiem Raum erst sichtbar, wenn er direkt ins Auge leuchtet (Achtung, nicht nachmachen, kann zu Schäden am Auge führen) oder z.B. auf eine Wand trifft.
Der Verlauf des Strahls selbst ist nicht sichtbar. Im folgenden Bild ist er aber als rote Linie eingezeichnet.
Trifft der Laserstrahl auf einen Spiegel, wird er von diesem in reflektiert.
Eine ideal glatte Fläche (z.B. ein Spiegel) reflektiert das Licht nach dem physikalischen Grundsatz: Eintrittswinkel gleich Austrittswinkel. Dies bedeutet, dass jeder Lichtstrahl, der auf einen Spiegel trifft, genau in eine bestimmte Richtung reflektiert wird. Deswegen kann man in einem Spiegel Gegenstände erkennen.
Trifft der Strahl auf eine (nicht spiegelnde) Wand, wird er dort diffus reflektiert, d.h. es werden Strahlen in alle möglichen Raumrichtungen ausgesandt. Treffen einige dieser Strahlen auf unser Auge, kann man den Laserpunkt sehen. Von diesem Punkt geht für das Auge keine Gefahr mehr aus, da durch die diffuse Reflexion die Intensität der einzelnen Strahlen deutlich reduziert ist.

LASER ist eine Abkürzung und steht für Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation. Laserlicht ist einfarbig und parallel.

Fällt ein Lichtstrahl auf eine raue Oberfläche, wird er in alle Raumrichtungen reflektiert. Da das bei den meisten Oberflächen so ist, dadurch wird das Licht in einem Raum in alle möglichen Richtungen gestreut und trifft unter verschiedensten Winkeln auf andere Gegenstände. Dies ist der Grund dafür, dass Gegenstände sehen können. Eine Oberfläche, die kein Licht reflektiert erscheint uns als komplett schwarz. Wird alles auftreffende Licht reflektiert, erscheint die Oberfläche weiß.
Die realen Oberflächen liegen irgendwo zwischen den beiden theoretischen Punkten der vollkommenen Absorption und der vollständigen Reflexion.
Je nachdem wie viel und welche spektralen Anteile des Lichts reflektiert bzw. absorbiert werden, entstehen verschieden Helligkeiten und Farben.

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Lichtbündel

Lichtkegel einer Taschenlampe
Lichtkegel einer Taschenlampe

Mit einem Lichtstrahl ist es fast unmöglich Gegenstände sichtbar zu machen, dazu braucht man eine größere Anzahl von Lichtstrahlen.
Ein Lichtbündel ist eine Menge von Lichtstrahlen, welches z.B. von einer Taschenlampe erzeugt wird. Wenn sich das Licht in einem Kegel ausbreitet, kann man auch von einem Lichtkegel sprechen.
Wenn nun dieser Lichtkegel auf ein Objekt trifft, wird es von dort diffus reflektiert und man kann das Objekt und dessen Farbe sehen. Durch die Reflektion wird auch der restliche Raum etwas erhellt, so dass man nun die Wände etwas deutlicher sehen kann. Hinter dem Würfel wird ein Schlagschatten entstehen. Dieser ist wird aber durch Streulicht etwas aufgehellt.
Wenn man als Lichtquelle eine Deckenlampe verwendet, wird der ganze Raum gleichmäßig erhellt. Dadurch werden die Wände heller und der Schlagschatten des Würfels reduziert.

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Camera obscura

Aber warum können wir Objekte sehen und fotografieren?
Betrachtet man den oberen und den unteren Punkt eines Pfeils, dann werden von diesen Punkten die reflektierten Strahlen kugelförmig ausgesandt. Wenn man nun eine lichtempfindliche Schicht neben dem Pfeil aufstellt, wird man auf dieser nur Kreise von reflektiertem Licht erkennen können. Der Pfeil wäre aber nicht als solcher zu erkennen.

Camera Obscura
Camera Obscura

Um nun aber jeden Punkt des Pfeils erkennen zu können darf im Idealfall nur ein Lichtstrahl pro Punkt auf die lichtempfindliche Schicht (Netzhaut, Kleinbildfilm, CCD usw.) fallen. Dies erreicht man, in dem man die anderen ausblendet. Dazu verwendet man z.B. eine Wand mit einem sehr kleinen Loch, einer Blende. Die Größe der Abbildung ist vom Verhältnis der Abstände Objekt-Blende und Bildwand-Blende abhängig.
Diesen Effekt hat Leonardo da Vinci in einem dunklem Raum mit Loch in der Wand entdeckt: Camera obscura (dt.: dunkler Raum). Daraus leitet sich auch der Name Kamera für einen Fotoapparat ab.
Eine solche Blende besitzt auch unser Auge und jede Foto- oder Filmkamera.
Um ein scharfes Bild von dem Objekt vor der Blende zu bekommen, müsste die Blende aber so klein sein, dass nur jeweils ein Lichtstrahl hindurch passt. Dies würde aber zur Folge haben, dass nur sehr wenig Licht auf die Bildwand trifft, wodurch ein sehr dunkles Abbild entsteht. Um dies zu vermeiden verwendet man Blenden mit größeren Löchern. Damit man aber trotzdem ein scharfes Bild erhält, braucht man eine Linse. Wie diese funktioniert, wird in folgendem Kapitel erklärt: Linse

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