Fotografieren und Farbfotografie

Heutzutage ist jedem Menschen in Europa der Fernseher ein Begriff. Er ist ein alltäglicher Gebrauchsgegenstand und niemand möchte ihn missen. Genauso wie der Fernseher erfreut sich auch das Kino großer Beliebtheit.
Ursprung dieser beiden Einrichtungen aber ist die Fotografie. Ohne die Fotografie gäbe es kein Fernsehen oder Kino, denn Kino ist ursprünglich nichts anderes als schnell hintereinandergezeigte Fotografien.
Der Begriff Fotografie geht auf die beiden griechischen Wörter „photo“ und „graphein“ zurück. Sie bedeuten „Licht “und „schreiben“.

Fotografie ist ein Sammelbegriff für Verfahren zur Herstellung von Bildern auf lichtempfindlichen Flächen (Platte, Papier, Film).
Durch das Licht, d.h. durch elektromagnetische Strahlung kommt es zu einer fotochemischen Reaktion auf der Filmoberfläche. Die Abbildungen, die bei dieser Reaktion entstehen, werden Fotografie genannt.

Grundlagen der Schwarz-Weiß-Fotografie

Ohne Chemie würde Fotografieren nicht funktionieren. Grundlage der Fotografie ist die Lichtempfindlichkeit von Silberhalogeniden.
Silberhalogenide sind sehr lichtempfindlich. Durch die Zuführung von Energie in Form von Licht zerfallen sie in elementares Silber und das entsprechende Halogen.

$2AgX\stackrel{h\nu }{\to }2Ag+X_2$

Durch die Bildung des elementaren Silbers färben sich die weiß bis gelb gefärbten Silberhalogenide schwarz. Daher bewahrt man diese Substanzen in Laboratorien lichtgeschützt in braunen Flaschen auf.

Vom Film zum Foto

Ein Negativfilm besteht aus einer transparenten (durchsichtigen) Trägerschicht, meistens Celluloseacetat oder einem Polyester.
Auf diese Trägerschicht wird eine feste Dispersion aus Silberhalogenidkörnern (meist Silberbromid AgBr) aufgetragen, die sich in einem sogenannten Schutzkolloid befindet. Dieses Schutzkolloid besteht aus Gelatine und bildet eine Hülle um die Silberhalogenidschicht.

Silberbromidkristalle sind nicht wie ideale Kristalle aufgebaut, sondern enthalten sogenannte Fehlstellen. Diese Fehlstellen werden dadurch verursacht, dass ein Teil der Silber-Ionen beweglich ist und die regelmäßige Struktur des Gitters verlassen kann. Diese Ionen werden Zwischengitter-Ionen genannt. Diese Zwischengitter-Ionen können leichter angeregt werden als die „normalen“ Kristall-Ionen. Absorbiert ein Silberbromidkristall ein Photon, so entsteht ein Fotoelektron, das sich mit einem Zwischengitter-Silberion vereinigen kann. Das entstandene Silberatom lagert sich mit weiteren Silberatomen zu einem vieratomigen Latentbildkeim Ag₄ zusammen.

$A{g}^{+}+e^{–}\stackrel{}{\to }Ag$

Durch die Belichtung entsteht auf diese Weise ein latentes Bild. Das Bild heißt latent, weil es zwar bereits vorhanden, aber noch nicht sichtbar ist, da die Silberkeime noch nicht sichtbar sind (latent von lat. latere = verborgen sein).

Silberbromid kann allerdings nur Licht mit einer Wellenlänge, die kleiner als 480 nm ist, absorbieren, was UV-Licht und blauem Licht entspricht. Der Bereich des sichtbaren Licht erstreckt sich jedoch von 400 nm - 800 nm.
Um auch längerwellige (energieärmere) Strahlung zu erfassen, werden Sensibilisatoren eingesetzt. Dabei handelt es sich um bestimmte Farbstoffmoleküle, die Strahlung oberhalb von 480 nm absorbieren. Durch die Lichtenergie werden sie in einen angeregten Zustand versetzt und sind für kurze Zeit mit Energie angereichert. Diesen Energieüberschuss können sie auf andere Moleküle oder Atome (Akzeptoren) übertragen. Voraussetzung hierfür ist, dass die benötigte Anregungsenergie des Akzeptors kleiner ist als die Energie des angeregten Donators.

Entwickeln des Films

Das latente Bild, das nach der Belichtung auf dem Film vorhanden ist, muss nun durch chemische Behandlung sichtbar gemacht werden.
Dieses Sichtbarmachen wird als Entwicklung bezeichnet. Die erhaltene Abbildung wird als Negativ bezeichnet, da in ihr die dunklen Stellen des Originals (Ursprungsmotiv) hell, helle Stellen dagegen aber dunkel wiedergegeben werden. Die Entwicklung erfolgt mit dem sogenannten Entwickler, einer alkalischen Lösung eines Reduktionsmittels, z. B. Hydrochinon. Die organischen Bestandteile dieser Lösung reduzieren die Silber-Ionen in der Umgebung der Silberkeime zu elementarem Silber.

Dabei kommt es zu einer katalytischen Verstärkung der Reduktion an den Stellen, an denen sich viele Silberkeime befinden, d. h. an den stärker belichteten Stellen. Je mehr Latentbildkeime sich an einer Stelle des Bildes befinden (d. h. je stärker diese Stelle belichtet wurde), desto stärker wird diese Stelle bei der Entwicklung geschwärzt. Das Bild wird nun als Negativ sichtbar.

Fixieren des Bildes

Nachdem der Entwickler gut abgespült wurde, muss das Bild fixiert werden, weil ansonsten jeder weitere Lichteinfall ein weiteres Schwärzen des Negatives hervorrufen würde. Durch das Fixierbad, das leicht sauer ist, werden die übrigen Silberhalogenidreste herausgelöst und die Silberatome stabilisiert. Das Fixierbad besteht meistens aus Natriumthiosulfat ${\text{(Na}}_{\text{2}}{\text{S}}_{\text{2}}{\text{O}}_{\text{3}})$ oder Ammoniumthiosulfat. Natriumthiosulfat reagiert mit dem restlichen Silberhalogenid zu einem Komplex aus Silber und Thiosulfat und zum entsprechenden Natriumhalogenid.

$AgB{r}_{(s)}+2N{a}_2{S}_2{O}_{3(aq)}\stackrel{}{\to }N{a}_3\left[Ag{(S_2{O}_3)}_2\right]{}_{(aq)}+NaB{r}_{(aq)}$

Die entstehenden Verbindungen sind wasserlöslich und können somit gut ausgewaschen werden.
Danach muss der Film sorgfältig gewässert werden, da Überreste des Fixiermittels zur allmählichen Zerstörung des Negativs führen würden. Im Anschluss daran kommt das Negativ noch in ein Reinigungsbad, wodurch die Bildung von Wasserflecken verhindert wird.

Herstellen des Abzuges

Aus diesem Negativ, das ja die Helligkeitswerte verkehrt wiedergibt, muss jetzt noch ein Positiv, der sogenannte Abzug hergestellt werden. Dies geschieht, indem man das Negativ auf Fotopapier projiziert. Das Fotopapier wird dann nach einem ähnlichen Verfahren entwickelt und man erhält vom Negativ ein Positiv. Der Vorteil dieser Variante ist, dass man von einem Negativ unendlich viele Positive herstellen kann. Außerdem kann man leicht Vergrößerungen anfertigen.

Farbfotografie

Heutzutage wird nur noch selten mit Schwarz-Weiß-Filmen fotografiert. Es werden hauptsächlich Farbfilme eingesetzt.

Grundlagen

Licht ist aus elektromagnetischer Strahlung verschiedener Wellenlängen (Farben) zusammengesetzt. Man kann durch die Mischung der additiven Grundfarben oder der subtraktiven Grundfarben jede Farbe erzeugen.
Die additiven Grundfarben sind Blau, Rot und Grün. Die Bezeichnung additiv rührt daher, dass eine Mischung aller drei Farben wieder weißes Licht ergibt. Mit den subtraktiven Farben Cyan, Magenta und Gelb kann man jeweils einen Teil des weißen Lichts „entfernen“. Cyan (= Blau + Grün) entfernt den Rotanteil des Lichtes, Magenta (= Rot + Blau) den grünen Anteil und Gelb (= Rot + Grün) den blauen Anteil des weißen Lichts. Mischt man zwei subtraktive Grundfarben, so erhält man eine additive Grundfarbe. Eine Mischung aller subtraktiven Grundfarben ergibt schwarz, da alle Farbanteile des Lichts entfernt werden. In der Farbfotografie spielt fast ausschließlich die subtraktive Farbmischung eine Rolle.

Aufbau

Farbfilme sind in ihrer Zusammensetzung komplizierter aufgebaut als Schwarz-Weiß-Filme. Sie bestehen aus mehreren verschiedenen Schichten, wobei sich lichtempfindliche Schichten und Filterschichten abwechseln.

Die Entwicklung solcher mehrschichtigen Filme geht auf EASTMAN KODAK in den USA (1935) und AGFA-GAEVERT in Deutschland (1936) zurück. Die farbempfindlichen Schichten enthalten eine Dispersion aus Silberbromidkristallen, an die der entsprechende Sensibilisator durch Adsorption gebunden ist, und einen Farbkuppler, der nach der Entwicklung die belichteten Stellen Cyan, Magenta bzw. Gelb färbt.

Entwickeln

Wird der Farbfilm belichtet, entsteht in jeder der drei Schichten ein latentes Schwarz-Weiß-Bild. Bei der Entwicklung wird wie beim Schwarz-Weiß-Film das Silberbromid durch den Entwickler zu metallischem Silber reduziert. Der Entwickler wird hierbei oxidiert. Die oxidierte Form des Entwicklers kann nun mit dem Farbkuppler zu einem Farbstoff reagieren. So entsteht ein farbiges Negativ aus den Farben Cyan, Magenta und Gelb.
Danach wird wiederum das unbelichtete Silberhalogenid mit Hilfe von Natriumthiosulfat (Fixierbad) entfernt. Das Fotopapier, auf dem das Positiv entsteht, ist ähnlich in Schichten aufgebaut wie das Filmmaterial. Belichtet man das Papier durch das Negativ hindurch, entsteht wiederum ein latentes Bild. Dieses wird mit dem Entwickler sichtbar gemacht, indem das Silberhalogenid reduziert wird und sich aus dem Entwickler und dem Farbkuppler ein Farbstoff bildet. Das anschließende Fixieren funktioniert wie beim Schwarz-Weiß-Film, und man erhält das Positiv mit den wirklichkeitsgetreuen Farben.

Digitalkameras

Digitalkameras sind im Wesentlichen genauso aufgebaut wie herkömmliche Fotoapparate. Der entscheidende Unterschied besteht darin, dass das Bild nicht auf einem Film gespeichert wird, sondern auf einem CCD-Chip (CCD ist die Abkürzung von charge-coupled device - ladungsgekoppeltes Schaltelement).
Dieses Halbleiterbauelement besteht aus vielen kleinen schachbrettartig angeordneten Zellen (Pixeln). Fällt Licht auf den CCD-Chip, so ist die Intensität des auf verschiedene Stellen fallenden Lichtes unterschiedlich. Diese unterschiedliche Lichtintensität bewirkt eine unterschiedliche Aufladung der Pixel. Diese Ladungen werden ausgelesen, in ein digitales Bild umgewandelt und in einem Speicher abgelegt.
Diese im Speicher abgelegten Bilder können

• mit einem Farbdrucker ausgedruckt werden oder
• auf einen PC übertragen, dort bearbeitet, gespeichert und bei Bedarf ausgedruckt werden.

Entscheidend für die Bildqualität ist vor allem die Bildauflösung. Ein normales Kleinbildnegativ hat eine Auflösung von ca. 4 Millionen Bildpunkten. Die schnelle technische Entwicklung hat dazu geführt, dass die Bildauflösung der Digitalkameras ähnlich hoch ist wie bei Filmen. Allerdings sind gegenwärtig gute Digitalkameras wesentlich teurer als entsprechende herkömmliche Fotoapparate.
Die digitale Fotografie hat aber zwei entscheidende Vorteile:

• Digitale Bilder lassen sich mithilfe von speziellen Bildbearbeitungsprogrammen im Computer in vielfältiger Weise bearbeiten, allerdings auch leicht manipulieren.
• Die Lichtempfindlichkeit von Digitalkameras übertrifft schon heute die von Filmen. Damit kann man auch noch in schwach beleuchteten Räumen brauchbare Bilder machen.