Warum ein Densitometer zuerst die Lichtdurchlässigkeit misst und daraus die optische Dichte berechnet.
Viele verbinden den Begriff Dichte mit einer physikalischen Größe wie Masse oder Gewicht. Bei einem Densitometer bedeutet Dichte jedoch etwas völlig anderes.
Ein Densitometer misst nicht die Materialdichte einer Probe. Es geht nicht um „schwer“ oder „leicht“. Stattdessen bestimmt es, wie stark eine Probe Licht abschwächt. Diese Größe wird als optische Dichte bezeichnet und spielt in zahlreichen industriellen Anwendungen eine wichtige Rolle – beispielsweise bei optischen Filtern, technischen Folien, Display- und Instrumentenfolien oder anderen transparenten Materialien.
Doch wie entsteht eigentlich ein Dichtewert?
Die Antwort überrascht viele.
Ein Densitometer misst die optische Dichte nicht als ersten Messwert.
Ein Densitometer misst zunächst die Lichtdurchlässigkeit (Transmission)
Die eigentliche Messung eines Densitometers beginnt mit der Bestimmung der Lichtdurchlässigkeit, auch Transmission genannt.
Dazu wird die Probe zwischen einer Lichtquelle und einem Sensor positioniert. Das Licht durchdringt das Material und wird auf seinem Weg teilweise absorbiert oder gestreut. Der Sensor misst den verbleibenden Lichtanteil. Dieser wird als Transmission bezeichnet und beschreibt, wie viel Licht eine Probe passieren lässt.
Je mehr Licht den Sensor erreicht, desto höher ist die Transmission. Je weniger Licht hindurchtritt, desto stärker schwächt die Probe das Licht ab.
Auf Grundlage dieser Messung berechnet das Densitometer anschließend die optische Dichte.
Abb. 1: Prinzip der Transmissionsmessung. Je nach Lichtdurchlässigkeit einer Probe erreicht unterschiedlich viel Licht den Sensor. Diese gemessene Transmission bildet die Grundlage zur Berechnung der optischen Dichte.
Aus der Transmission wird die optische Dichte berechnet
Nachdem das Gerät die Transmission bestimmt hat, berechnet es daraus die optische Dichte. Die Berechnung erfolgt nach einer logarithmischen Beziehung:
D = −log₁₀(T)
Dabei steht T für die gemessene Transmission. Sie wird als Verhältnis des durchgelassenen Lichtes zur eingestrahlten Lichtmenge angegeben.
Die mathematische Beziehung beruht auf dem Bouguer-Lambert-Beer-Gesetz, das nach den Wissenschaftlern Pierre Bouguer (1698–1758), Johann Heinrich Lambert (1728–1777) und August Beer (1825–1863) benannt ist. Es beschreibt den Zusammenhang zwischen der Abschwächung von Licht und den Eigenschaften des durchstrahlten Mediums.
Für die praktische Anwendung bedeutet das vor allem eines:
Je weniger Licht eine Probe durchlässt, desto höher ist ihre optische Dichte.
Das wird besonders deutlich, wenn man Transmission und optische Dichte miteinander vergleicht.
| Optical Density | Transmission |
| D0 | 100 % |
| D1 | 10 % |
| D2 | 1 % |
| D3 | 0,1 % |
| D4 | 0,01 % |
| D5 | 0,001 % |
| D6 | 0,0001 % |
Jeder Anstieg um eine Dichteeinheit bedeutet, dass nur noch ein Zehntel der bisherigen Lichtmenge die Probe durchdringt.
Warum die optische Dichte so wichtig ist
Die optische Dichte ist überall dort von Bedeutung, wo Materialien Licht gezielt durchlassen oder abschwächen sollen. Dazu zählen beispielsweise optische Filter, technische Folien, Displayelemente oder bedruckte transparente Materialien.
Damit diese Produkte ihre Funktion zuverlässig erfüllen, müssen ihre optischen Eigenschaften zuverlässig reproduzierbar sein. Die objektive Messung der optischen Dichte ermöglicht es, diese Eigenschaften zu prüfen, zu dokumentieren und mit festgelegten Grenzwerten zu vergleichen.
Das ColorLite sd350 liefert mehr als einen Dichtewert
Das ColorLite sd350 ist ein spektrales Transmissions-Densitometer. Es misst das durch eine Probe hindurchtretende Licht im sichtbaren Wellenlängenbereich von 400 bis 700 nm und berechnet daraus die optische Dichte.
Da das Gerät das vollständige Transmissionsspektrum erfasst, lassen sich aus derselben Messung nicht nur Dichtewerte bestimmen. Gleichzeitig können auch Farbwerte wie CIE L*a*b*, XYZ oder Yxy berechnet und angezeigt werden. Anwender erhalten dadurch sowohl Informationen über die Lichtdurchlässigkeit als auch über die Farbe transparenter oder transluzenter Materialien, ohne eine zweite Messung durchführen zu müssen.
Abb. 2: Display eines Densitometers nach der Messung einer Probe. Angezeigt wird die berechnete optische Dichte D = 1,277, die aus der gemessenen Lichtdurchlässigkeit ermittelt wurde.
Das integrierte 2-Kanal-System sorgt für einen großen Messbereich und eine hohe Messgenauigkeit. Je nach optischer Dichte der Probe schaltet das sd350 automatisch zwischen zwei Messverfahren um. Dadurch können Dichtewerte von D0 bis D6 zuverlässig und reproduzierbar erfasst werden.
Je nach Geräteausführung kann das ColorLite sd350 sowohl für Transmissionsmessungen transparenter Materialien als auch für Reflexionsmessungen von Oberflächen eingesetzt werden.
Im Transmissionsmodus misst das Gerät das durch die Probe hindurchtretende Licht. Aus dem gemessenen Transmissionsspektrum berechnet es sowohl die optische Dichte als auch Farbwerte wie CIE L*a*b*, XYZ oder Yxy. Im Reflexionsmodus erfolgt eine spektrale Farbmessung von Oberflächen:
Das Densitometer kann hierfür optional mit einer 45°/0°-Messgeometrie für die Auflicht-Messung von Oberflächen ergänzt werden. Beide Messmodi basieren auf demselben spektralen Messprinzip, werden jedoch je nach Messaufgabe ausgewählt und nicht gleichzeitig durchgeführt.
Damit deckt das ColorLite sd350 – je nach Geräteausführung und Messmodus – sowohl Anwendungen der Densitometrie als auch der spektralen Farbmessung ab.
Fazit
Ein Densitometer misst die optische Dichte nicht direkt.
Es misst zunächst, wie viel Licht eine Probe durchlässt. Erst aus dieser Information berechnet das System den Dichtewert.
Wer dieses Messprinzip versteht, kann Messergebnisse besser einordnen und erkennt, warum moderne spektrale Messsysteme aus einer einzigen Transmissionsmessung weit mehr Informationen gewinnen können als einen einzelnen Dichtewert. Neben der optischen Dichte lassen sich beispielsweise auch Farbwerte berechnen und dokumentieren.
Ob technische Folien, optische Filter, Displays oder andere lichtdurchlässige Materialien – eine objektive Dichtemessung bildet die Grundlage für reproduzierbare Qualität, nachvollziehbare Entscheidungen und eine verlässliche Kommunikation entlang der gesamten Prozesskette.
Abb. 3: Präzise Dichtemessung an einer bedruckten Folie. Die gemessene Lichtdurchlässigkeit bildet die Grundlage für die Berechnung der optischen Dichte.
FAQ
Was misst ein Densitometer?
Ein Densitometer misst die Lichtdurchlässigkeit (Transmission) oder – je nach Gerät – die Lichtreflexion einer Probe. Aus diesen Messdaten berechnet es die optische Dichte. Moderne spektrale Densitometer erfassen dabei das gesamte Spektrum und können daraus zusätzlich Farbwerte bestimmen.
Was ist der Unterschied zwischen Transmission und Reflexion?
Bei der Transmission wird das Licht gemessen, das eine transparente oder transluzente Probe durchdringt. Diese Messmethode wird beispielsweise für Folien, Filter oder Thermotransfer-Farbbänder eingesetzt. Bei der Reflexion wird das von einer Oberfläche zurückgeworfene Licht ausgewertet – etwa bei bedruckten Materialien oder Beschichtungen.
Wie wird die optische Dichte berechnet?
Die optische Dichte wird aus der gemessenen Transmission nach der Formel D = −log₁₀(T) berechnet. Je weniger Licht eine Probe durchlässt, desto höher ist ihre optische Dichte.
Was bedeutet D0 bis D6?
Die D-Werte beschreiben, wie stark eine Probe Licht abschwächt. Jede Erhöhung um eine Dichteeinheit bedeutet, dass nur noch ein Zehntel der vorherigen Lichtmenge die Probe durchdringt. Ein Messbereich bis D6 ermöglicht die zuverlässige Messung sowohl sehr transparenter als auch stark absorbierender Materialien.
Kann ein Densitometer auch Farbe messen?
Ja. Spektrale Densitometer wie das ColorLite sd350 erfassen das vollständige Transmissionsspektrum. Daraus lassen sich neben der optischen Dichte auch Farbwerte wie CIE L*a*b* berechnen und anzeigen, ohne dass eine zusätzliche Messung erforderlich ist.
Für welche Anwendungen eignet sich ein Densitometer?
Densitometer kommen überall dort zum Einsatz, wo die optische Dichte transparenter oder transluzenter Materialien objektiv bestimmt werden muss. Typische Anwendungen sind beispielsweise:
- Thermotransfer-Farbbänder
- Druckfilme und Druckvorlagen
- Etiketten
- Verpackungsfolien
- Instrumentenscheiben und Bedienblenden
- Optische Filter
- Transparente technische Kunststoffe
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