Farben Optik

Wird das Spektrum im Kreis angeordnet, entsteht ein Farbkreis. Als Bindeglied zwischen dem kurzwelligen 
Blau und dem langwelligen Rot wird die Farbe Magenta hinzugefügt, welche ja nicht im Spektrum vertreten ist. Der Farbkreis kann als Grundlage für die Farbmischverfahren verwendet werden.  

• Die Grundfraben (rot, grün, blau) ergeben additive Farbmischung
• Die Grundfarben (cyan, magenta, gelb) ergeben subtraktive Farbmischung

Eine Mischfarbe ist aus zwei oder mehr Primärfarben zusammengesetzt. Eine Mischfarbe kann in die Primärfarben zerlegt werden, aus der sie entstanden ist. 

• Eine Komplementärfarbe entsteht, wenn eine Farbe (Frequenz) aus dem Spektrum herausgefiltert wird. 
• Zwei Komplementärfarben geben additiv gemischt weiss
• Zwei Komplementärbarben geben subtraktiv gemischt schwarz
• Wird bei weissem Licht eine einzige Farbe entfernt, bekommt man die Komplemtärfarbe.

• Weiss, Grau und Schwarz
• Weiss entsteht z. B. wenn alle Spektralfarben additiv gemischt werden. 
• Schwarz entsteht z. B. wenn alle Spektralfarben subtraktiv gemischt werden. 
• Ein mittleres („reines“) Grau absorbiert alle Spektralfarben gleichmässig zu 50 % (d. h. der Absorptionsgrad und der Reflexionsgrad sind 0,5). 

Unter dem Begriff „Farbmischverfahren“ versteht man die technischen Verfahren, bei denen man aus wenigen Farben andere Farben mischt. 

Bei der additiven Farbmischung werden aus mindestens zwei verschiedenfarbigen Lichtquellen hellere Mischfarben erzeugt. Die additive Farbmischung wird z. B. beim Farb-fernsehgerät, beim Computermonitor oder teilweise bei Be-leuchtungsanlagen (z. B. Bühnenbeleuchtung im Theater) angewendet. 

Wenn dem Auge verschiedene Farben in sehr kurzen zeitlichen Abständen bzw. mit einer hohen Bildfrequenz gezeigt werden, so kann das Auge die einzelnen Farben nicht auflösen. Somit wird das zeitliche Auflö-sungsvermögen überschritten. Dadurch kann das Auge die einzelnen Farben nicht sehen, sondern es nimmt die scheinbar resultierende Mischfarbe wahr.

Wegen des beschränkten Auflösungsvermögens des Auges kann ebenfalls eine „pseudo-additive“ Farbmischung entstehen, wenn die einzelnen Leuchtpunkte so klein sind und so nahe beieinander liegen, dass sie vom menschlichen Auge nicht mehr aufgelöst werden können. Das Auge kann dann die einzelnen Farben nicht mehr getrennt wahrnehmen und mischt diese. Das wird beim Farbfernsehgerät oder Computerdisplayausgenützt. 

• Die subtraktive Farbmischung wird beispielsweise in der analogen Farbfotografie, beim Farbdruck oder bei Körperfarben, beispielsweise Farben von Kleidern; Farbe des Autos usw. angewendet.  Filterfarben bzw. übereinanderliegende Filter basieren auch auf dem Prinzip der subtraktiven Farbmischung. 
• Bei der subtraktiven Farbmischung werden vom vorhandenen, polychromatischen Licht einzelne Farben herausgefiltert.
• Durch die subtraktive Farbmischung entstehen dunklere Farben.  

 Die Farbpunkte reflektieren das Licht ihrer Eigenfarbe. 
 Die Menge der Farbpunkte und die Grösse der einzelnen Farbpunkte pro Fläche entscheiden über die Helligkeit des Bildausschnitts. 
 Auf den weissen (unbedruckten) Stellen wird poly-chromatisches Licht reflektiert. 
 Das reflektierte Licht mischt sich additiv und er-zeugt den Farbeindruck. 

Durchsichtige Körper werden in der Optik als Filter bezeichnet. Ihre Wirkungsweise beruht auf dem Zusammenspiel von Transmission und Absorption.

1. Ein Farbfilter lässt das Licht seiner Eigenfarbe durch. 
2. Ein Farbfilter reflektiert das Licht seiner Eigenfarbe. 
3. Ein Farbfilter absorbiert das Licht seiner Komplementärfarbe.

• Trifft polychromatisches („weisses“) Licht auf einen Selektivfilter, so lässt er seine eigene Farbe durch und absorbiert die anderen Farben. Dadurch „färbt“ er das austretende Licht in seine Eigenfarbe. 
• Ein Kontrastfilter absorbiert im Wesentlichen nur seine Komplementärfarbe. Alle anderen Farben lässt er (mehr oder weniger) hindurch. Gefärbte Brillengläser sind mischfarbige Filter. 

Eine Körperfarbe entsteht somit auch durch eine subtraktive Farbmischung. Ein farbiger Körper reflektiert bevorzugt Frequenzen seiner Eigenfarbe (= selektive Reflexion) und absorbiert bevorzugt Frequenzen seiner Komplementärfarbe (= selektive Absorption). 

1. Ein farbiger Körper reflektiert vor allem das Licht seiner Eigenfarbe. 
2. Ein farbiger Körper absorbiert vor allem das Licht seiner Komplementärfarbe. 

• Ein blauer reinfarbiger Körper reflektiert blau und absorbiert alle anderen Farben mit einem grossen Absorptionsgrad. 
• Ein blauer mischfarbiger Körper reflektiert blau und die benachbarten Farben mit einem grossen Reflexionsgrad und absorbiert nur seine Komplementärfarbe. 

• Die Ausbreitungsgeschwindigkeit von Licht ist - in einem optisch dichteren Medium als dem Vakuum - von der Frequenz abhängig. Diese Abhängigkeit von der Lichtgeschwindigkeit heisst Dispersion. 
• Die Brechzahl und somit auch die Lichtbrechung sind von der Lichtgeschwindigkeit abhängig.
• Tritt polychromatisches Licht schräg in ein anderes Medium über, wird es demzufolge in seine Spektralfarben zerlegt. Dabei wird kurzwelliges Licht stärker abgelenkt als langwelliges. Weil die Brechzahl für kurzwelliges Licht stärker zunimmt als für langwelliges Licht, ist der kurzwellige Spektralbereich stärker aufgefächert. 

Wird polychromatisches Licht mittels Beugung in seine monochromatischen Bestandteile zerlegt, so entsteht ebenfalls ein Farbband. Dabei wird langwelliges Licht stärker abgelenkt, als kurzwelliges. Bei der Beugung ist die Lichtablenkung von der Wellenlänge abhängig. Die Spektralfarbverteilung ist gleichmässig und daher kann beim Beugungsspektrum die exakte spektrale Zusammensetzung des polychromatischen Lichts gesehen werden. 

Bei Emissionsspektren wird das Licht von Lichtquellen (glühenden Stoffen) in seine Spektralfarben zerlegt. 

Wird das Licht von glühenden festen Körpern und von Flüssigkeiten zerlegt, so erhält man ein durchgehendes Farbband, das als kontinuierliches Spektrum bezeichnet wird. Demzufolge besteht das kontinuierliche Spektrum aus allen sichtbaren Frequenzen.

Wird das Licht von glühenden atomaren oder kleinmolekularen Gasen zerlegt, so erhält man nur einzelne farbige Spektrallinien. Zwischen den Spektrallinien sind dunkle Zwischenräume. Somit ist das Linienspektrum nicht  kontinuierlich (durchgehend) sondern diskontinuierlich (unterbrochen). Mit den Linienspektren können Elemente identifiziert werden. 

Beim Absorptionsspektrum befindet sich zwischen dem Selbstleuchter und dem Prisma ein weiteres durchsichtiges optisches Medium, das Lichtanteile absorbiert (herausfiltert). Dadurch entstehen dunkle Linien im Farbband. Somit ist auch das Absorptionsspektrum diskontinuierlich. 
Beispiele für solche lichtdurchlässige Medien sind: 
 Filtergläser 
 Flüssigkeiten 
 Gase bzw. Dämpfe 

Leuchtende Gase erzeugen Linien- oder Bandenspektren. Wird jedoch polychromatisches Licht, das aus allen Frequenzen besteht, durch ein Gas gesandt, so absorbiert das Gas genau diejenigen Frequenzen, welches es im glühenden Zustand selber aussendet. D. h. vom polychromatischen Licht werden einzelne Spektrallinien absorbiert; im Farbband werden dunkle Linien sichtbar. 

Zerlegt man das Sonnenlicht mit einfachen Hilfsmitteln, so sieht man - scheinbar - ein kontinuierliches Spekt-
rum. Betrachtet man dieses Spektrum aber mit feineren Apparaten, stellt man schwarze Streifen in diesem Spektrum fest. Somit ist das Sonnenspektrum ein diskontinuierliches Spektrum. 

Die Chromosphäre (= „Atmosphäre“ der Sonne) besteht aus glühenden Gasen.  Diese glühenden Gase absorbieren das Licht, welches von der Sonne erzeugt wird. Somit kommt dieses absorbierte Licht gar nicht erst auf der Erde an. 

• Mit anderen Worten: Die Chromosphäre absorbiert einzelne Frequenzen. 

• Brechungs-
• Beungungs-
• Emissions-
• Kontinuierliches-
• Linien-
• Absorbations-
• Sonnen-

Farbiges Licht entsteht durch Selbstleuchter, die entsprechende Frequenzen aussenden oder durch Nichtselbstleuchter, die bestimmte Frequenzen des Lichts unterschiedlich reflektieren und absorbierten. 
Die Farben können physikalisch mit drei Kriterien erfasst werden. 

Die Frequenz einer Lichtwelle bestimmt die Farbempfindung welche diese Lichtwelle im Auge (bzw. im Gehirn) hervorruft.

Die Sättigung beschreibt, wie stark sich ein farbiger Reiz von einem unfarbigen Reiz unabhängig von dessen Helligkeit unterscheidet. Alle Farbtöne (Bunttöne) haben eine Sättigung bis zu 100 %, und die Unbuntfarben Weiss, Grau und Schwarz eine Sättigung von 0%. Farben mit geringer Sättigung werden Pastellfarben genannt. Die Sättigung beschreibt also den Eindruck der Farbigkeit einer Fläche.