Világítástechnika I. VEMIVIB544V A fény és tulajdonságai, fotometriai alapfogalmak és színmérés
tartalom • • • •
Fotometriai ismétlés Fénysűrűség Színmérés Sugárzáseloszlások
Lambert (reflektáló) felület • • • • •
egyenletesen diffúzan reflektáló felület nincs tükrös reflexiója reflexiós együttható: = refl/ be refl = be cosa . a reflektált sugársűrűség irányfüggetlen: Lrefl (d)= const.
Lambert reflektáló • megvilágítás: E • visszavert sugárzás, a sugársűrűség irányfüggetlen:
bee sõ sugá rn ya ál b fe ül el tno m r á lsi a v si sza ve r t sugá r sugá rsû rû ség i ve k ot r
E L= re fel k tá ól fe ül el t
Lambert sugárzó • sugársűrűsége szögfüggetlen: L(d) = L(,) = const. L dw n dw
d P
dA
Fotometria • az optikai sugárzást a látószerv színképi érzékenységének megfelelően értékeli • vizuális alapkísérlet: fényinger egyenlőség
színes vizsgáló sugárforrás
összehasonlító sugárforrás
Villogásos fotometria • világosságészlelet egyenlőség meghatározása bizonytalan • két fényingert felváltva juttatva a szembe, frekvenciát növelve, előbb szűnik meg a színkülönbség észlelet, mint az intenzitás észlelet (10 – 20 Hz-es tartomány)
Villogásos fotométer elvi felépítése körszektor
tükör összehasonlító sugárzás forrása
motor féligáteresztő tükör megfigyelő szeme
monokromátor
fényrekesz
vizsgálandó sugárzás forrása
1 3
sugárzás mérő
6 4
Sugársűrűség L
n dw
d
A sugárzó felület dA felületeleme által a felület normálisától (n) d szögre elhelyezkedő irányban, a dw elemi térszögben kibocsátott d sugáráram L = d2/(dwdAcosd) , spektrális sugársűrűség: L = dL /d = = d3 /(dwdAcosdd)
dA
Fénysűrűség • a dA1 felületelemet elhagyó (azon áthaladó vagy arra beeső) és adott irányt tartalmazó d térszögben sugárzott dF fényáramnak, valamint az elemi térszögnek és a felületelem adott irányra merőleges vetülete szorzatának hányadosa:
2v Lv = Ω A1cos1 egysége:cd/m2, jele: Lv
d 2F
dw
dA
1
Anyagjellemzők
Reflexió, abszorpció, transzmisszió
Kontraszt, kontrasztviszony • kontraszt: ahol
L t Lb c= Lb
▫ Lt a jel (target) fénysűrűsége ▫ Lb a háttér (background) fénysűrűsége
• kontrasztviszony:
Lt cv = Lb
Hatásfok, fényhasznosítás • sugárzási hatásfok, jel: a sugárzó sugárzott és felvett teljesítményének hányadosa • sugárforrás fényhasznosítása, egysége: lm/W a kibocsátott fényáram és a sugárzó által felvett teljesítmény hányadosa
Fényforrások fényhasznosítása Fényforrás típusa Hagyományos izzólámpa Halogén izzólámpa Kompakt fénycső Nagynyomású fémhalogén lámpa Nagynyomású Na-lámpa Kisnyomású Na-lámpa LED (világító dióda)
Fényhasznosítás (lm/W) 14,4 17 85 90 116 206 80 – 200 (303)
Szkotopos, mezopos és fotopos fénysűrűségi tartomány lg( cd/m² )
-5
-4
-3
szkotopos
-2
-1
mezopos
0
1
2
3
fotopos
4
5
6
Mezopos fotometria • CAD laboratóriumokban és irányító központokban előforduló számítástechnikusi feladat • útvilágítás • 3 cd/m2 és 10-3 cd/m2 közötti fénysűrűség tartomány • szem színképi érzékenysége V()-tól V’() felé tolódik el.
A szín fogalma • A „szín” fogalmát kiegészítés nélkül ne használjuk! - inger vagy észlelet ▫ ▫ ▫ ▫
színészlelet - pszichológiai fogalom színinger - pszichofizikai fogalom radiometria - fizikai fogalom fotometria - a színinger egyik dimenziója
Színmérés • A szín észlelet, agyunkban keletkezik • számszerű leírás: színinger, mely az észleletet kiváltja • színinger-megfeleltetés • színinger keltés: ▫ additív színkeverés : monitor ▫ szubtraktív színkeverés: színes film, nyomtató
Színkeverés
additív
és szubtraktív színkeverés
Az additív színmegfeleltetés alapkísérlete összehasonlító fényforrások
vizsgálandó fényforrás
intenzitást szabályozó fényrekesz
Additív színingerkeverés • Additivitás: Ha C1R1(R)+G1(G)+B1(B) C2R2(R)+G2(G)+B2(B) akkor CR(R)+G(G)+B(B), ahol R= R1+ R2, G= G1+ G2, B= B1+ B2,
Additív színingerkeverés • Proporcionalitás Ha C1R1(R)+G1(G)+B1(B) akkor aC1aR1(R)+aG1(G)+aB1(B)
Additív színkeverés - Grassmann törvények • Minden színinger létrehozható 3 egymástól független színinger additív keverékeként. A függetlenség alatt azt értjük, hogy a három színinger közül egyik sem hozható létre a másik kettő additív keverékeként. ▫ RGB, ahol R ≠ (m∙G + n∙B)
• Színinger egyezés létrehozásához csak a választott alapszíninger a lényeges, a színképi összetétele nem. ▫ pl. izzó vs. kompakt fénycső
• Az egyes színingerek változtatásának hatására folyamatosan változik.
erősségének folyamatos az eredő színinger is
Színinger-összetevők vagy tristimulusos értékek
R = k S r ( )d
G = k S g ( ) d
B = k S b ( ) d
rgb színegyeztető fg.
Színinger-megfeleltető függvények (colour matching functions) 0,40 0,35 0,30 0,25 B( ) 0,20 0,15 0,10 0,05 0,00 -0,05350 400 450 -0,10 -0,15
G( )
500
550 600
R( )
650
hullámhossz, nm
r ( ), g ( ), b ( )
700 750
800
CIE 1931 színingermérő rendszer
CIE XYZ tristimulusos érték (színingerösszetevők), önvilágítók (fényforrások) 780
780
780
380
380
380
X = k S x ( )d ; Y = k S y ( )d ; Z = k S z ( )d
( x ( ), y ( ), z ( ))
a színinger-megfeleltető függvények
Sλ - az ingert kiváltó színképi () teljesítményeloszlása [W] Az y függvény azonos a V() függvénnyel, k = 683 lm/W
szín(inger-) vagy színességi koordináták X x= X Y Z Y y= X Y Z
Szín(inger-) vagy színességi diagram 0.9
•R, G, B: katódsugár-csöves monitor alap-színingerei
520 nm 0.8
540 nm
•Planck sugárzók vonala
510 nm
0.7
560 nm
G
0.6 500 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 400 nm
450 nm
0 0
0.1
0.2
0.3
0.4
x
0.5
0.6
0.7
0.8
A színességi diagram színes ábrája
