Faszination Lichttechnik und Optik – warum diese Themenfelder so spannend sind

Licht ist überall

Ich muss gestehen, als Anfänger konnte ich mir auch nichts unter den Begriffen Lichttechnik und Optik vorstellen – besser gesagt, ich habe mir auf jeden Fall was Falsches vorgestellt.
Denn wenn man sieht in welchen Alltagsprodukten und -situationen wir Entwicklungen aus den Bereichen begegnen, ist das wirklich faszinierend.

Wir sind Tag und Nacht von Licht umgeben und nutzen auch ständig Licht in irgendeiner Form. Egal, ob du morgens nach dem Aufwachen das Licht einschaltest, die neusten Posts auf dem Smartphone liest oder bis tief in die Nacht die neusten Games zockst – hier waren Entwickler am Werk, die sich mit Licht und Optik auskennen!

Lichttechnik und Optik im Alltag

Smartphone Displays

Im Alltag machen wir es uns nicht bewusst, in welchen Produkten eigentlich lichttechnische oder optische Komponenten stecken.
Nehmen wir das Smartphone. Da fällt dir sicher auch zuerst die Taschenlampe ein, die macht ja Licht. Spannender wird es beim Display. Um eine hohe Auflösung, brilliante Farben und eine Touch-Funktion in ein so flaches Smartphone zu bekommen, ist einiges an Entwicklung und Erfahrung mit Wellenoptik nötig. Mehr dazu bald in einem Wissenschnipsel zu Wellenoptik oder auf der Seite Inside Digital zum Aufbau von Displays.

Objektive

Wenn du für Insta, Snapchat oder TikTok dein Smartphone oder eine Kamera für ein Foto oder ein Video zur Hand nimmst, nutzt du ein komplexes Optiksystem. Schau dir mal an, wie viele Linsen in einem Objektiv für eine Fotokamera verbaut sein können. Zwischen 8 bis 24 Linsen!

Die einzelnen Linsen müssen genau gefertigt und justiert sein, jeder Fleck oder Kratzer erzeugt Streulicht, jede ungewollte Verkippung kann Farbeffekte oder Verzerrungen hervorrufen und dein Foto ruinieren. Du hast dich gefragt, warum Objektive so teuer sind? Das ist die Antwort 🙂

Bei dem Objektiv eines Smartphones denkt man natürlich nicht an so komplexe optische Systeme. Da wäre ja auch kein Platz, immerhin sind aktuelle Smartphones nicht mal einen Zentimeter dick. Aber der Schein trügt. Während ein Kameraobjektiv durchaus mal 30cm lang und 2kg schwer sein darf [1], müssen die Komponenten für ein Smartphone sehr klein und leicht sein, ohne verzerrte Bilder zu liefern. Das ist nicht zu unterschätzen!

Ich könnte jetzt noch seitenweise über Alltagsgeräte schreiben, an denen Lichttechniker*innen und Optiker*innen mitgewirkt haben. Solar- und Photovoltaikpanels, Automobil-, Flugzeug- oder Schiffsbeleuchtung, Eventbeleuchtung usw. Aber das spare ich mir jetzt und hole das vielleicht in anderen Posts nach. Widmen wir uns stattdessen echt futuristischen Themen.

Lichttechnik und Optik als Zukunftstrends

Autonomes Fahren

Überall liest man von den Fahrzeugen der Zukunft, die allein durch die Gegend fahren, während wir gechillt auf dem Rücksitz im Web surfen.

Doch das funktioniert nur mit Licht und Optik. Es sind eine ganze Palette an Sensoren und Kameras nötig, damit das Fahrzeug seine Umwelt erkennen und uns sicher navigieren kann. Und diese Sensoren basieren auf Licht oder Strahlung und entsprechenden Sensoren mit optischen Systemen.

Hast du schon einmal von LiDAR gehört? Das steht für Light Detection and Ranging und ist ein System zum „Scannen“ der Umgebung, wie auch Radar oder Echolot. Anders ist, dass beim LiDAR Strahlung im IR Bereich erzeugt und in das Umfeld ausgesendet wird. Flächen und Objekte reflektieren die Strahlen zurück zum Empfänger der LiDAR Einheit. Mit einer Software kann durch die Anzahl der empfangenen Photonen und der Richtung die Umgebung rekonstruiert werden. Auf der Webseite des Unternehmens Blickfeld findest du weitere Infos rund um diese Technologie.

Medizintechnik

Was haben Optik und Lichttechnik mit dem Fachbereich Medizin zu tun? Einiges!

Achte beim nächsten Zahnarztbesuch mal auf die Leuchte, die der Arzt über dir platziert. Zugegeben, aus ästhetischer Sicht ist da noch Potential nach oben. Wichtig ist aber die Funktion. Es steckt ein ausgeklügeltes optisches System dahinter, das das Licht der Leuchte genau auf deinen Mund lenkt und dort die geforderte Beleuchtungsstärke von 5.000-8.000lx erzeugt [1].

Ein optisches Gerät, dass nicht nur im Labor der Zahnarztpraxis zu finden ist, ist das Mikroskop. Aber Mikroskop ist nicht gleich Mikroskop. Von Unterschieden in der Probenbeleuchtung bis zur Elektronenstrahl-Mikroskopie – hier steckt geballtes Optikwissen in den Geräten. Und die Entwicklungen gehen immer weiter. Auf der Seite des Zeiss- Online Campus kannst du dich über die verschiedenen Formen der Mikroskopie erkundigen.

Ein für mich besonders spannendes Thema ist die holographische Mikroskopie. Wie du ja sicher schon von meiner Über mich Seite weißt, habe ich zum Thema Holographie promoviert und ich bin immer wieder begeistert von den vielen Einsatzmöglichkeiten. Bald findest du auch einen Wissenschnipsel zu den Grundlage der Holographie.

Bei der Mikroskopie ermöglicht die Holographie beispielsweise durch die Rekonstruktion von Phaseninformationen eine sehr genaue Vermessung von Oberflächen oder von sich schnell verändernden Objekten. Hierzu kommt sicher mal ein eigener Beitrag im Blog, bis dahin empfehle ich dir als Einstieg diesen Beitrag der Universität Stuttgart zur kurzkohärenten digitalen Holographie in der Mikroskopie.

Innen- und Außenbeleuchtung

Die Innen- und Außenbeleuchtung ist schon heute ein komplexeres Thema, als man als Aussenstehender vielleicht glaubt. Viele Normen legen fest, wie die Leuchten in Schulen, Hörsälen, Fabrikhallen oder Büros positioniert werden und welche Beleuchtungsstärken und Farbtemperaturen sie erzeugen müssen [3]. Doch auch darüber hinaus gibt es Regularien – nämlich für die Locations unserer Freizeitaktivitäten. Ein Hint an alle Fußball- oder Konzert- oder Theaterfans: achtet das nächste Mal im Stadion, der Konzerthalle oder im Theater mal auf die unfassbare  Menge an Leuchten!
Schau dir die Traversen mit den vielen Leuchten in diesem Bild eines Fußballsstadions an. Beeindruckend oder?

Doch eigentlich soll es hier ja um Zukunftstrends gehen. Sagt dir der Begriff Lichtverschmutzung etwas? Mit den vielen künstlichen Lichtquellen, die wir nutzen, um auch Nachts im Straßenverkehr oder zu Hause genug Licht zu haben, um wie am Tag sehen zu können, erzeugen wir soviel Licht, dass die Natur dadurch „verwirrt“ wird (Infos zu Nacht- und Tagsehen findest du hier: Die Rezeptoren des Auges ).

Insekten und Vögel nutzen die Sterne am Nachthimmel, um sich zu orientieren. Bei den ganzen Leuchten um sie herum fällt das schwer [4]. Aber wir beeinflussen mit der Beleuchtung nicht nur die Natur, sondern bringen auch unseren Tag-Nacht-Rhythmus durcheinander. Zu dem Einfluss des Lichts auf unseren Körper aber ein andern Mal mehr.

Im Sinne unserer Umwelt wird in Zukunft also mehr auf eine Beleuchtung geachtet werden müssen, die die Nachtaktiven unter uns nicht einschränkt und gleichzeitig Rücksicht auf Tiere und Pflanzen nimmt. Ein spannendes Vorhaben, bei dem Lichttechnik, Optik, Biologie, Chemie und viele weitere Disziplinen zusammen kommen.

Es gibt noch so viele weitere spannende Themen aus den Bereichen Licht und Optik. Aber die stelle ich ein anderes Mal vor. Für heute soll es an dieser Stelle reichen.

War für dich etwas Inspirierendes dabei?
Dich interessiert ein spezielles lichttechnisches oder optisches Thema und du wünscht dir einen Beitrag oder ein Wissensschnipsel dazu? Schreib mir gern eine Email und ich schaue, ob ich dazu etwas beitragen kann.

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Hier erfährst du mehr zu Kooperationen.

Quellen

[1] https://www.sony.de/electronics/kamera-objektive/sel200600g/specifications

[2] https://dentalspiegel-online.de/perfektes-licht-fuer-die-zahnbehandlung/

[3] https://www.trilux.com/de/beleuchtungspraxis/

[4] https://www.spektrum.de/lexikon/biologie-kompakt/lichtverschmutzung-und-ihre-fatalen-folgen-fuer-tiere/7024