Alapfogalmak II.
2015.09.29.
BME - VIK
1
Ismétlés:
Fényáram
dA Besugárzott felületi teljesítmény
dA(cos α ) dΩ = r2
Megvilágítás környezetre
Fényerősség térbeli eloszlásra
dΦ I= dΩ
dΦ E= dA 2015.09.29.
Sugárerősség
BME - VIK
2
Sugársűrűség L
n d
ω
δ
A sugárzó felület dA felületeleme által a felület normálisától (n) δ szögre elhelyezkedő irányban, a dω elemi térszögben kibocsátott dφ sugáráram 2
dA
2015.09.29.
dΦ ; W/(m2*sr) Le = dωdA cos δ BME - VIK
3
Fénysűrűség • a dA1 felületelemet elhagyó (azon áthaladó vagy arra beeső) és adott irányt tartalmazó dΩ térszögben sugárzott dΦ fényáramnak, valamint az elemi térszögnek és a felületelem adott irányra merőleges vetülete szorzatának hányadosa:
ε d2 Φ
2
d Φv Lv = dΩdA1 cos ε 1
egysége:cd/m2, jele: Lv 2015.09.29.
BME - VIK
dω
dA 1
φ
4
Másképp:
Iϑ L= A cos ϑ Egysége: kandela per négyzetméter, az egység jele: cd / m2 1 cd / m2 = 1 lm / 1 sr . m2 A fény forrása Nap délben Telihold Tiszta égbolt Fedett égbolt Izzólámpa, izzószála Nagynyomású nátriumlámpa Fénycső Irodai környezet falfelületei mesterséges világítás esetén Útburkolat korszerű közvilágítással 2015.09.29.
fénysűrűsége cd / m2 1.109 … 1,5. 109 2500 …3000 3000 … 7000 100 … 1000 10.106 70.103 …140.103 3000 …14.000 1 …200 0,1 … 5
BME - VIK
5
Összefüggések az alapmennyiségek között Fényáram dA
dΩ
Megvilágítás környezetre
Fényerősség térbeli eloszlásra
dΩ
dA
Fénysűrűség:
dE L= dΩ (cos α ) 2015.09.29.
d 2Φ L= dAdΩ (cos ϑ ) BME - VIK
dI ϑ L= dA(cos ϑ ) 6
Megne- Term. vezés Sugár- radiant zott energy energia Sugár- radiant zott flux teljesítmény
jel
Q = ∫ Φ dt
egység J =kg˙ m-2˙s-2
Φ vagy W F
irradianc E e radiant I intensity
W˙m-2
Sugár- radiance L sűrűség
W˙m-2˙ sr-1
Besugárzás Sugárerősség
2015.09.29.
W˙sr-1
Megne- Terminology Jel vezés Fényquantity of Qv energia light
Egység lmh
Fényáram
lm
luminous flux Φ
Megvi- illuminance lágítás Fényluminous erősség intensity
E
lx
I
cd
Fényluminance sűrűség
L
cd˙m-2
BME - VIK
7
Egyéb fogalmak 1. Fényhasznosítás Definíció: A fényforrás által kibocsátott fényáram és a felvett villamos teljesítmény hányadosa. Jele: η* Mértékegysége: lm/W η*= Φ/P
2015.09.29.
BME - VIK
8
Fényforrások fényhasznosítása Fényforrás típusa Fényhasznosítás (lm/W) Hagyományos 14,4 izzólámpa Halogén izzólámpa 17 Kompakt fénycső 85 Nagynyomású 90 fémhalogén lámpa Nagynyomású Na-lámpa 116 Kisnyomású Na-lámpa 206 LED világító dióda 80 - 200 2015.09.29.
BME - VIK
9
2. Élettartam: A fényforrás működési idejét határozza meg. Fajtái: 2.1.átlagos, a kiégési görbe 50 %-hoz tartozó érték.
2015.09.29.
BME - VIK
10
2.2.Névleges – gyártó által megadott 2.3.Garantált – amire garanciát vállal a gyártó 2.4.Várható – működési körülményektől függő Izzólámpák feszültség függése: Tvárható
U tényleges = Un
−13,1
Tn
2.5.Tényleges – az egyed tényleges működési időtartama 2015.09.29.
BME - VIK
11
Fényforrások névleges élettartam adatai: Izzó ⇒1000h; Vetítőlámpa ⇒ 10 h; Fénycső ⇒ 10.000 h; Nátriumlámpa ⇒ 28.000 h LED ⇒ ?
2015.09.29.
BME - VIK
12
LED élettartam
Forrás: LED magazin 2014 2015.09.29.
BME - VIK
13
LED-k élettartama
2015.09.29.
BME - VIK
14
LED öregítő berendezés a Pannon egyetemen Julabo F25-MC folyadékos termosztát, hőszigetelt kamra 60 db LED felszereléséhez, oszloponként áramgenerátor 350 mA, ill. 700 mA. 2015.09.29.
BME - VIK
15
Forrás: Csuti Péter és tsai Közvilágítási Ankét 2015.09.29. BME - VIK 2011
16
a fényáram tartásának vizsgálatára összeállított LM80-as ajánlásba beillesztendő a termikus feltérképezés is! Forrás: Csuti Péter és tsai Közvilágítási Ankét 2011 2015.09.29. BME - VIK
17
Különböző összetételű LEDek fényáramának hőmérsékletfüggése
2015.09.29.
BME - VIK
18
3. Felfutási idő… az az időtartam, amely alatt a fényforrás eléri fényárama 95%át.
Rövid, ha tf<6 s 2015.09.29.
BME - VIK
19
4. Újragyújtási idő
2015.09.29.
BME - VIK
20
Lambert féle koszinusz törvény
Iϑ = I 0 cos ϑ Iϑ L= A cos ϑ I0 L= A
2015.09.29.
BME - VIK
21
Lambert sugárzó esetén:
ρE L= π Közvilágításban:
L = qE
2015.09.29.
BME - VIK
22
Anyagjellemzők
ρ=
f (Φ λρ )
Spektrális reflexiós tényező
Φλ
Φ λ ρ (λ ) d (λ ) ∫ ρ= e
Φe
2015.09.29.
BME - VIK
Teljes reflexió
23
ρv =
λ ρ λ λ Φ V ( ) ( ) d ( ) e λ ∫
∫ Φ λV (λ )dλ e
ρ+α+τ=1
2015.09.29.
BME - VIK
24
Fényvisszaverés – áteresztés indikátrixai
2015.09.29.
BME - VIK
25
2015.09.29.
BME - VIK
26
Hideg tükör
2015.09.29.
BME - VIK
27
Hőszűrő üveg
2015.09.29.
BME - VIK
28
Világítás minőségi és mennyiségi jellemzői
Mennyiségi jellemzők: megvilágítás, fénysűrűség
Minőségi jellemzők: színhőmérséklet, színvisszaadás, káprázás,
2015.09.29.
BME - VIK
29
Mi a szín? • észlelet, mely az agyban keletkezik; • színinger, mely a környezetből érkező, a szemünkbe bejutó elektromágneses sugárzás látható része; • érzéklet, az érzékelő sejtekben kiváltott ingerület.
Pannon Egyetem Virtuális Környezetek és Fénytani Laboratórium
Színes fények keveréke • Additív színkeverés • Az észlelet a látórendszerünk-ben keletkezik
Pannon Egyetem Virtuális Környezetek és Fénytani Laboratórium
Színkeverés a monitorban
• vörös, zöld, kék fénypor sugárzásának keveréke adja a színes fényingert a monitoron. Pannon Egyetem Virtuális Környezetek és Fénytani Laboratórium
Az additív színmegfeleltetés alapkísérlete intenzitást szabályozó fényrekesz
összehasonlító fényforrások
vizsgálandó fényforrás
Pannon Egyetem Virtuális Környezetek és Fénytani Laboratórium
CIE színingermetrika, 1 • A színinger-egyenlet feltételei: – Színegyenlet:
C ≡ R (R ) + G ( G ) + B(B )
– 2° osztott látómező, központi fixálás, sötét környezet. – R=G=B=1 esetén legyen fehér a szín – Alapszíningerek (megfeleltető, refrencia, primér ingerek, stimulusok): 1 cd/m2
• vörös (R):
700 nm,
• zöld (G):
546,1 nm, 4,5907 cd/m2
• kék (B):
435,8 nm, 0,0601 cd/m2
Pannon Egyetem Virtuális Környezetek és Fénytani Laboratórium
rgb színmegfeleltet színmegfeleltető fg.
Színingermegfeleltető függvények 0,40 0,35 0,30 R(λ) 0,25 G(λ) B(λ) 0,20 0,15 0,10 0,05 0,00 -0,05350 400 450 500 550 600 650 700 750 800 -0,10 -0,15 hullámhossz, nm
Pannon Egyetem Virtuális Környezetek és Fénytani Laboratórium
A színinger-megfeleltetés additív Ha
C( λ1 ) ≡ r1 (R ) + g1 (G) + b1 (B) és
C( λ2 ) ≡ r2 (R ) + g 2 (G) + b 2 (B) akkor:
C( λ1) + C( λ2 ) ≡ ( r1 + r2 )(R) + (g1 + g2 )(G) + (b1 + b2 )(B) Pannon Egyetem Virtuális Környezetek és Fénytani Laboratórium
Additivitás: összetett színkép 780 nm
R=k
∑ P ( λ ) r ( λ ) ∆λ
380 nm 780 nm
G=k
∑ P ( λ ) g ( λ ) ∆λ
380 nm 780 nm
B=k
∑ P ( λ ) b ( λ ) ∆λ
380 nm Pannon Egyetem Virtuális Környezetek és Fénytani Laboratórium
Additivitás: összetett színkép • Leírás integrálok formájában 780 nm
∫ P ( λ ) r ( λ ) dλ ,
R=k
780 nm
G=k
380 nm
380 nm
780 nm
B=k
∫ P ( λ ) g ( λ ) dλ ,
∫ P(λ )b (λ )dλ
380 nm
Pannon Egyetem Virtuális Környezetek és Fénytani Laboratórium
X,Y,Z színinger tér: CIE 1931 szabványos színinger-észlelő 1. Az equienergetikus színkép színingerösszetevői azonosak legyenek. 2. A fotometriai információt egyetlen színingerösszetevő, (Y), hordozza (ha sugársűrűséget mértünk, úgy a fénysűrűséget kapjuk). Azaz az Y(λ) = V(λ). 3. Az összes reális színinger színinger-összetevői a színingertér első negyedében feküdjenek, s lehetőleg érintsék a tengelyeket. Pannon Egyetem Virtuális Környezetek és Fénytani Laboratórium
RGB - XYZ matrix transformáció X 2,76888 1,75175 1,13016 R Y = 1,00000 4,59070 0,06010 ⋅ G Z
0,00000 0,05651 5,59427
Az inverse transformació: 0, 41846
-0,15866
-0, 08283
-0, 09117 0, 00092
0, 25243 -0, 00255
0, 01571 0,17860
Pannon Egyetem Virtuális Környezetek és Fénytani Laboratórium
B
A CIE 1931 színinger-megfeleltető függvények
Pannon Egyetem Virtuális Környezetek és Fénytani Laboratórium
Átlátszatlan, nem fémes anyag beeső fény
diffúz reflexió tükrös reflexió
A tárgy színe a diffúz reflexióból adódik Veszprémi Egyetem Szín és Multimédia Laboratórium
Felület/test színingerek mérése • Sugársűrűségi tényező β(λ)= Lrefl (λ)/Lbe (λ) • Színinger-összetevő: 780 nm
X =k
∫ S ( λ ) ⋅ β ( λ ) ⋅ x ( λ ) dλ ,
780 nm
Y =k
380 nm
∫ S ( λ ) ⋅ β ( λ ) ⋅ y ( λ ) dλ ,
380 nm 780 nm
Z =k
∫ S (λ ) ⋅ β (λ ) ⋅ z (λ )dλ
380 nm
k=
1
∫ S ( λ ) y ( λ ) dλ Pannon Egyetem Virtuális Környezetek és Fénytani Laboratórium
Szabványos sugárzáseloszlások
Veszprémi Egyetem Szín és Multimédia Laboratórium
Színességi koordináták
X x= , X +Y + Z
Y Z y= , z= X +Y + Z X +Y + Z
ahol x + y + z = 1
Pannon Egyetem Virtuális Környezetek és Fénytani Laboratórium
Szín (inger-)
diagram vagy színességi diagram
Pannon Egyetem Virtuális Környezetek és Fénytani Laboratórium
A színinger-összetevők értéke Az S(λ) spektrális eloszlású sugárzás színinger-összetevői: 780 nm
X = k
780 nm
∫ Sλ( λ )x ( λ )dλ ,
Y = k
380 nm
∫ Sλ( λ ) y ( λ )dλ , 380 nm
780 nm
Z = k
∫ Sλ( λ )z ( λ )dλ 380 nm
ha k = 683 lm/W, akkor fotometriai adatokat kapunk. Pannon Egyetem Virtuális Környezetek és Fénytani Laboratórium
MacAdam ellipszisek • The CIE x,y diagram színingermegkülönböztetési ellipszisekkel Pannon Egyetem Virtuális Környezetek és Fénytani Laboratórium
CIE 1976 (L*a*b*) szín(inger)tér, CIELAB színtér •
L*= 116(Y/Yn)1/3 - 16
•
a*= 500[ ( X/Xn)1/3 - (Y/Yn)1/3 ]
•
b*= 200[ (Y/Yn)1/3 - (Z/Zn)1/3]
• ha
X/Xn > 0,008856
•
Y/Yn > 0,008856
•
Z/Zn > 0,008856 Veszprémi Egyetem Szín és Multimédia Laboratórium
Színterek CIE LAB színtér Munsell rendszer NCS Coloroid színtér Transzformációk
2015.09.29.
u `= 13 L ( u `− u `0 ) ∗
v `= 13 L ( v `− v `0 ) ∗
4X u `= X + 15 Y + Z 9Y v `= X + 15 Y + Z BME - VIK
50
A színhőmérséklet a fényforrás spektrális eloszlását jellemzi, a színérzetet meghatározó fogalom
Korrelált színhőmérséklet A fekete test azon valóságos hőmérséklete, amelyen a fekete test színe a legjobban hasonlít a kérdéses sugárzó színére. „legjobban hasonlít” csak olyan színpontokra igaz, ahol a távolság nem nagyobb 10 megkülönböztethető árnyalatnál. Jele: CCT , mértékegysége: K 2015.09.29.
BME - VIK
51
Korrelált színhőmérséklet • Azonos korrelált színhőmérsékletű vonalak (az u,vdiagramban merőlegesek a Planck görbére)
Pannon Egyetem Virtuális Környezetek és Fénytani Laboratórium
Szín(inger-) vagy színességi diagram 0,9 520 nm 0,8
•R, G, B: katódsugárcsöves monitor alapszíningerei
540 nm 510 nm
0,7
G
0,6
•Planck sugárzók vonala
560 nm
500 nm 0,5 y
580 nm
0,4
2000 K 4000 K
0,3
600 nm R
7000 K 650 nm 100 000 K
0,2
0,1
475 nm B 450 nm
0 0
0,1
400 nm 0,2
0,3
0,4 x
0,5
0,6
0,7
0,8
Iso-hőmérséklet vonalak az u,v diagramban
Színhőmérsékleti csoportok: Meleg ⇒CCT< 3300 K Semleges ⇒3300≤CCT ≤ 5300 Hideg ⇒ CCT ≥ 5300
2015.09.29.
BME - VIK
55
Minőségi és mennyiségi jellemzők közötti összefüggések
Kruithof diagram
2015.09.29.
BME - VIK
56
A színvisszaadás fogalma • A sugárzás spektrális eloszlásának a hatása a tárgyak színes megjelenésére; a tárgyak egy referenciaeloszláshoz tartozó színes megjelenésével való tudatos vagy tudatalatti összehasonlítása.
Ri; Ra; Ra<100 2015.09.29.
BME - VIK
57
