ZÁKLADNÍ FOTOMETRICKÉ VELIČINY

ZÁKLADNÍ FOTOMETRICKÉ VELIČINY Ing. Petr Žák

ČVUT / FEL

Základní fotometrické veličiny VÝVOJ ČLOVĚKA • vývoj člověka – přizpůsobení okolnímu prostředí (adaptace) • příjem informací o okolním prostředí • smyslové orgány – rozhraní pro příjem informací

ČVUT / FEL

Základní fotometrické veličiny SMYSLOVÉ ORGÁNY 

vývoj člověka

–

adaptace organismu na okolní prostředí



adaptace organismu

–

vývoj smyslových orgánů



smyslové orgány

–

zdroje informací o okolním prostředí

zrak

sluch

hmat

čich

chuť

Nejdůležitější smyslový orgán zrak umožňuje získat více než 80 % informací o okolním prostředí

ČVUT / FEL

Základní fotometrické veličiny

ZMĚNA

PŘÍRODNÍ SVĚTELNÉ PODMÍNKY

DEN  hlavní zdroj světla: Slunce  dynamické světelné prostředí  osvětlenost: 10 – 100 000 lx  teplota chromatičnosti: 2 000 – 20 000 K  směr světla: převážně směrové – difúzní NOC  hlavní zdroj světla: Měsíc, hvězdy  nízké hladiny osvětlenosti 0,001 – 1 lx  teplota chromatičnosti: ~ 4 000 K  směr světla: směrové

ČVUT / FEL

Základní fotometrické veličiny PŘIZPŮSOBENÍ ORGANISMU PŘÍRODNÍM SVĚTELNÝM PODMÍNKÁM

I. příjem a zpracování informací

ČVUT / FEL

II. řízení biologických pochodů

Základní fotometrické veličiny PŘÍJEM A ZPRACOVÁNÍ INFORMACÍ Denní (fotopické) vidění  fotoreceptory – převážně čípky  vnímání barev  velký adaptační rozsah

Noční (skotopické) vidění  fotoreceptory – převážně tyčinky  citlivost posunuta ke kratším λ (nm)  větší citlivost než čípky K´ (l ) - skotopické vidění K´ (507)max = 1700 lm /W

1600 1400

K (lm /W )

1200 1000 800

K (l ) - fotopické vidění K (555)max = 683 lm /W

l m = 555 nm

600 400 200 0 400

450

500

550

l (nm )

600

650

Vidění za šera (mezopické vidění) – tyčinky + čípky ČVUT / FEL

700

Základní fotometrické veličiny ŘÍZENÍ BIOLOGICKÝCH POCHODŮ V LIDSKÉM TĚLE DEN  blokace hormonu melatoninu  tvorba hormonu kortizolu  aktivace organismu C(l)

NOC  vylučování hormonu melatonin  rozpouštění hormonu kortizolu  útlum organismu V´(l)

V(l)

Poměrná spektrální citlivost receptorů zraku při denním a nočním vidění a cirkadiánního čidla 1 0.9

poměrná spektrální citlivost (-)

0.8 0.7 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0 400

420

440

460

480

500

520

540

560

580

600

620

640

660

680

700

vlnová délka (nm) V(lambda)

V´(lambda)

circadianní čidlo

Pravidelné změny přírodních světelných podmínek (den / noc) registrují čidla centrálních biologických hodin tzv. cirkadiánní čidla C(l) ČVUT / FEL

Základní fotometrické veličiny VÝVOJ CIVILIZACE – ZMĚNA PŘIROZENÝCH SVĚTELNÝH PODMÍNEK

Budování umělých sídel  ochrana před vlivy prostředí  nižší úrovně osvětlení

Sdružování sídel  využívání venkovního prostoru  noční osvětlení

Hledání přijatelných minimálních osvětleností ve dne a maximálních v noci ČVUT / FEL

Základní fotometrické veličiny ELEKTROMAGNETICKÉ ZÁŘENÍ Paprsek

Složka elmag. záření se sinusovým průběhem:  vlnová délka nebo kmitočet;  rychlost šíření;  energie;  směr šíření;  polarizace;  fáze

Svazek paprsků Zářivý tok e = dWe / dt

Energie přenášená zářením za 1 s

Soubor paprsků různých vlnových délek ČVUT / FEL

Základní fotometrické veličiny OPTICKÉ ZÁŘENÍ – UV, VIZ, IR

UV záření:

VIZ - viditelné záření:

IR záření:

UV-A: 315 – 400 nm UV-B: 280 – 315 nm UV-C: 100 – 280 nm

modrá: 380 – 490 nm zeleno žlutá: 490 – 590 nm oranžovo červená: 590 – 780 nm

IR-A: 780 – 1400 nm IR-B: 1400 – 3000 nm IR-C: 3000 nm – 1mm

Viditelné záření

ČVUT / FEL

Základní fotometrické veličiny ZRAKOVÝ ORGÁN A PROCES VIDĚNÍ Zrakový orgán - oko část optická - rohovka, přední komora, duhovka se zornicí, čočka zprostředkovává příjem informace; část nervová - sítnice (fotoreceptory, gangliové a další nervové buňky, vzájemné vazby), zrakový nerv, mozková centra vidění - vazby s ostatními centry Vidění  příjem informace přinášené světelným podnětem – oko (čidlo zraku)  zpracování, výběr a zakódování informace (optic.podněty v nerv.vzruchy  přenos do mozkových center vidění – vzniká zrakový počitek  syntéza počitků – vytváří se zrakový vjem  zatřídění vjemu ve vědomí a) k bezprostřednímu využití b) k uchování v paměti – pozdější aplikace ČVUT / FEL

Základní fotometrické veličiny SVĚTLO, SPEKTRÁLNÍ CITLIVOST LIDSKÉHO OKA Světelný tok (světlo) viditelné záření zhodnocené zrakem pozorovatele podle spektrální citlivosti zraku k záření různých vlnových délek 1700 1600 K´(l) - skotopické vidění max. 1700 lm/W při 507 nm

1500 1400

K´´(l) K´´(l)- -mezopické mezopické vidění vidění adaptační jas 0,1 cd.m-2 adaptační max. 756 lm/W jas 0,1 při cd.m 532 nm

Světelná účinnost záření ( l m / W )

1300

2

1200 1100 1000 900

K(l) - fotopické vidění max. 683 lm/W při 555 nm

800 700 600

K´´(l) - mezopické vidění adaptační jas 1 cd.m-2 max. 695 lm/W při 545 nm

500 400 300 200 100 0 400

420

440

460

480

500

520

540

560

vlnová délka (nm)

ČVUT / FEL

580

600

620

640

660

680

700

Základní fotometrické veličiny VLASTNOSTI SVĚTELNÉHO PROSTŘEDÍ A JEJICH POPIS I. Kvantitativní veličiny hodnocení množství světla a jeho míry (dostatečnost, nadměrnost):  světelný tok,  osvětlenost,  svítivost,  jas. II. Spektrální veličiny: hodnocení spektrálních (barevných) vlastností osvětlení:  teplota chromatičnosti,  index podání barev. III. Směrové veličiny: Hodnocení směrových vlastností světla a schopnosti tvorby stínů (3D objekty):  světelný vektor,  činitel podání tvaru. ČVUT / FEL

Základní fotometrické veličiny GEOMETRICKÉ VELIČINY

Kontrolní plocha A (m2)

Prostorový úhel  (sr)

Kontrolní plocha je libovolná, zpravidla rovinná část prostoru, která je součástí konkrétního povrchu nebo imaginární volnou plochou, libovolně umístěnou v prostoru.

Prostorový úhel je určen velikostí plochy, vyťaté obecnou kuželovou plochou, se středem v pozorovacím bodě, na povrchu jednotkové koule. (max = 4)

ČVUT / FEL

Základní fotometrické veličiny SVĚTELNÝ TOK

el (W)

Kl (lm/W) Světelný tok  (lm) zářivý tok (W) zhodnocený zrakem podle spektrální citlivosti oka

l (lm)

  683



 0

 d e l     · V l  · dl  dl l

Využití: vyjádření množství světla vyzářeného světelnými zdroji Příklad: světelný tok sodíkové výbojky 70 W je 6 600 lm ČVUT / FEL

Základní fotometrické veličiny OSVĚTLENOST

E 

 A

Osvětlenost E (lx) plošná hustota světelného toku

Využití: hodnocení osvětlení zrakového úkolu nebo prostoru Příklad: osvětlení venkovních komunikací se pohybuje v rozsahu 1 – 30 lx. ČVUT / FEL

Základní fotometrické veličiny SVÍTIVOST

 I   Svítivost I (cd) Prostorová hustota světelného toku

 = prostorový úhel (sr) velikost plochy vyťaté obecnou kuželovou plochou na povrchu jednotkové koule

Příklad: svítidlo pro komunikace 70 W může mít osovou svítivost 1000 cd. ČVUT / FEL

Základní fotometrické veličiny SVÍTIVOST

Využití: popis vyzařování svítidel - způsob vyzáření světelného toku do okolí Příklad: svítidlo pro komunikace 70 W může mít osovou svítivost 1000 cd. ČVUT / FEL

Základní fotometrické veličiny JAS

Jas L (cd/m2)

I L  Ap

LOP 

EN



Prostorová a plošná hustota světelného toku

Využití: hodnocení úrovně osvětlení (ulice) nebo pro hodnocení oslnění Příklad: jas pozemních komunikací se pohybuje v rozsahu 0,35 – 2 cd/m2 ČVUT / FEL

Základní fotometrické veličiny TEPLOTA CHROMATIČNOSTI

Teplota chromatičnosti Tc (K) Barevný tón bílého světla.

Využití: popis barevného tónu světla (chromatičnosti) Příklad: vysokotlaká sodíková výbojka má Tcn ~ 2 000 K ČVUT / FEL

Základní fotometrické veličiny TEPLOTA CHROMATIČNOSTI

Teplota chromatičnosti Tc (K) teplota černého zářiče, jehož záření má tutéž barevnou jakost [např. tytéž souřadnice x, y] jako uvažované záření. Barevný tón bílého světla

Teplota chromatičnosti Tc (K)

teple bílý

< 3 300 K

neutrálně bílý

3 300 – 5 300 K

chladně bílý

> 5 300 K

Čára teplotních zářičů s hodnotami teploty chromatičnosti Tc [křivka 2] ČVUT / FEL

Základní fotometrické veličiny INDEX PODÁNÍ BAREV

Index podání barev Ra (-) charakterizuje vliv spektrálního složení světla zdrojů na vjem barvy osvětlených předmětů. Věrný vjem barev je v denním světle a ve světle teplotních zdrojů. Věrný vjem barev Ra = 100, barvy nelze rozlišit Ra = 0

Využití: hodnocení podání barev ve světle posuzovaného světelného zdroje Příklad: vysokotlaká sodíková výbojka Ra = 25 ČVUT / FEL

Základní fotometrické veličiny SVĚTELNÝ VEKTOR

Světelný vektor  (lx) popisuje převažující směr světelného toku v daném bodě prostoru

ČVUT / FEL

Základní fotometrické veličiny STŘEDNÍ KULOVÁ OSVĚTLENOST

Střední kulová osvětlenost E4 (lx) popisuje, zda je prostor dostatečně prosvětlen, „nasycen světlem“.

ČVUT / FEL

Základní fotometrické veličiny ČINITEL PODÁNÍ TVARU

P=0 Činitel podání tvaru P ( - ) vyjádření směrových vlastností osvětlení související s tvorbou stínů P=0 – 4.

ČVUT / FEL

P 

 E 4