Alapfogalmak II BME -VIK

Átírás

1 Alapfogalmak II BME -VIK 1

2 Ismétlés: Fényáram Besugárzott felületi teljesítmény da Megvilágítás környezetre dω Fényerősség térbeli eloszlásra = da ( cosα ) r 2 Sugárerős- ség E = dφ da I = dφ dω BME - VIK 2

3 n δ Sugársűrűség L d ω A sugárzó felület da felületeleme által a felület normálisától (n) δ szögre elhelyezkedő irányban, a dω elemi térszögben kibocsátott dφφ sugáráram d A L e = d 2 AΦ dωd cosδ ; W/(m 2 *sr) BME - VIK 3

4 Fénysűrűség a da 1 felületelemet elhagyó (azon áthaladó vagy arra beeső) és adott irányt tartalmazódω térszögben sugárzott dφfényáramnak, valamint az elemi térszögnek és a felületelem adott irányra merőleges vetülete szorzatának hányadosa: L v = 2 dφv dωda cosε 1 1 ε d 2 Φ d ω egysége:cd/m 2, jele: L v da BME - VIK 4 φ

5 Másképp: Acosϑ Egysége: kandela per négyzetméter, az egység jele: cd / m 2 1 cd / m 2 = 1 lm / 1 sr. m 2 A fény forrása L = I ϑ fénysűrűsége cd / m 2 Nap délben Telihold Tiszta égbolt Fedett égbolt Izzólámpa, izzószála Nagynyomású nátriumlámpa Fénycső Irodai környezet falfelületei mesterséges világítás esetén Útburkolat korszerű közvilágítással , , BME - VIK 5

6 Összefüggések az alapmennyiségek között da Fényáram dω Megvilágítás környezetre dω Fényerősség térbeli eloszlásra da Fénysűrűség: L = de dω ( ) cosα L = d 2 Φ dadω ( ) cosϑ L = di da ϑ ( cosϑ) BME - VIK 6

7 Megnevezés Terminology Jel Egység Sugárzott energia Fényáram Besugárzás E W m -2 Megvilágítás Sugárerősség Term. jel egység Megnevezés radiant energy energia Sugárzott teljesít- mény radiant flux irradianc e radiant intensity Q = Φ dt Φ vagy F J =kg Fény- m-2 s-2 W quantity of light Q v luminous flux Φ lmh lm illuminance E lx luminous intensity I cd radiance L W m -2 sr -1 I W sr -1 Fényerősség Sugársűrűség Fénysűrűség luminance L cd m BME -VIK 7

8 Egyéb fogalmak 1. Fényhasznosítás Definíció: A fényforrás által kibocsátott fényáram és a felvett villamos teljesítmény hányadosa. Jele: η * Mértékegysége: lm/w η * = Φ/P BME - VIK 8

9 Fényforrások fényhasznosítása Fényforrás típusa Hagyományos izzólámpa Fényhasznosítás (lm/w) 14,4 Halogén izzólámpa 17 Kompakt fénycső 85 Nagynyomású fémhalogén lámpa 90 Nagynyomású Na-lámpa 116 Kisnyomású Na-lámpa 206 LED világító dióda BME - VIK 9

10 2. Élettartam: A fényforrás működési idejét határozza meg. Fajtái: 2.1.átlagos, a kiégési görbe 50 %-hoz tartozó érték BME - VIK 10

11 2.2.Névleges gyártó által megadott 2.3.Garantált amire garanciát vállal a gyártó 2.4.Várható működési körülményektől függő Izzólámpák feszültség függése: T várható U = tényleges U n 13,1 T n 2.5.Tényleges az egyed tényleges működési időtartama BME - VIK 11

12 Fényforrások névleges élettartam adatai: Izzó 1000h; Vetítőlámpa 10 h; Fénycső h; Nátriumlámpa h LED? BME - VIK 12

13 LED élettartam Forrás: LED magazin BME - VIK 13

14 LED-k élettartama BME -VIK 14

15 LED öregítő berendezés a Pannon egyetemen Julabo F25-MC folyadékos termosztát, hőszigetelt kamra 60 db LED felszereléséhez, oszloponként áramgenerátor 350 ma, ill. 700 ma BME -VIK 15

16 Forrás: Csuti Péter és tsaiközvilágítási Ankét BME -VIK

17 a fényáram tartásának vizsgálatára összeállított LM80-as ajánlásba beillesztendő a termikus feltérképezés is! Forrás: Csuti Péter és tsaiközvilágítási Ankét BME -VIK 17

18 Különböző összetételű LEDek fényáramának hőmérsékletfüggése BME -VIK 18

19 3. Felfutási idő az az időtartam, amely alatt a fényforrás eléri fényárama 95%- át. Rövid, ha t f <6 s BME - VIK 19

20 4. Újragyújtási idő BME - VIK 20

21 Lambert féle koszinusz törvény I = I cosϑ ϑ 0 L = I ϑ Acos ϑ I0 L = A BME - VIK 21

22 Lambert sugárzó esetén: L ρ = E π Közvilágításban: L = qe BME - VIK 22

23 Anyagjellemzők ρ = f ( Φ Φ ρ ) Spektrális reflexiós tényező ρ Φ ρ( ) ( ) e = Φ e d Teljes reflexió BME - VIK 23

24 ρ v = Φ e V Φ ( e ) V ρ ( ( ) d ) d( ) ρ+α+τ= BME - VIK 24

25 Fényvisszaverés áteresztés indikátrixai BME - VIK 25

26 BME - VIK 26

27 Hideg tükör BME - VIK 27

28 Hőszűrő üveg BME - VIK 28

29 Világítás minőségi és mennyiségi jellemzői Mennyiségi jellemzők: megvilágítás, fénysűrűség Minőségi jellemzők: színhőmérséklet, színvisszaadás, káprázás, BME -VIK 29

30 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

31 Színes fények keveréke Additív színkeverés Az észlelet a látórendszerünk-ben keletkezik Pannon Egyetem Virtuális Környezetek és Fénytani Laboratórium

32 Színkeverés a monitorban vörös, zöld, kék fénypor sugárzásának keveréke adja a színes fényingert a monitoron. Pannon Egyetem Virtuális Környezetek és Fénytani Laboratórium

33 Az additív színmegfeleltetés alapkísérlete összehasonlító fényforrások intenzitást szabályozó fényrekesz vizsgálandó fényforrás Pannon Egyetem Virtuális Környezetek és Fénytani Laboratórium

34 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): vörös (R): 700 nm, 1 cd/m 2 zöld (G): 546,1 nm, 4,5907 cd/m 2 kék (B): 435,8 nm, 0,0601 cd/m 2 Pannon Egyetem Virtuális Környezetek és Fénytani Laboratórium

35 Színingermegfeleltető függvények rgb színmegfeleltető fg. 0,40 0,35 0,30 0,25 G() R() 0,20 B() 0,15 0,10 0,05 0,00-0, ,10-0,15 hullámhossz, nm Pannon Egyetem Virtuális Környezetek és Fénytani Laboratórium

36 A színinger-megfeleltetés additív Ha C 1 és ( 1) r1 ( R) + g1( G) + b ( B) C 2 ( 2) r2 ( R) + g 2( G) + b ( B) akkor: ( 1 )+C( 2 ) ( r1 + r2 )( R)+(g 1 +g2)( G)+(b 1 +b )( B) C 2 Pannon Egyetem Virtuális Környezetek és Fénytani Laboratórium

37 Additivitás: összetett színkép 780 nm R = k P ( ) r ( ) 380 nm 780 nm G = k P( ) g ( ) 380 nm 780 nm B = k P( ) b ( ) 380 nm Pannon Egyetem Virtuális Környezetek és Fénytani Laboratórium

38 Additivitás: összetett színkép Leírás integrálok formájában R = k B = k 780 nm 780 nm P ( ) r ( )d, G = k P ( ) g ( )d, 380 nm 780 nm 380 nm P( ) b ( )d 380 nm Pannon Egyetem Virtuális Környezetek és Fénytani Laboratórium

39 X,Y,Z színinger tér: CIE 1931 szabványos színinger-észlelő 1. Az equienergetikus színkép színingerösszetevői azonosak legyenek. 2. A fotometriai információt egyetlen színinger- összetevő, (Y), hordozza (ha sugársűrűséget mértünk, úgy a fénysűrűséget kapjuk). Azaz az Y() = V(). 3. Az összes reális színinger színinger-összetevői a színingertér első negyedében feküdjenek, s lehetőleg érintsék a tengelyeket. Pannon Egyetem Virtuális Környezetek és Fénytani Laboratórium

40 RGB -XYZ matrix transformáció X 2, , ,13016 Y = 1, , ,06010 Z 0, , , R G B Az inverse transformació: 0, , , , , , , , ,17860 Pannon Egyetem Virtuális Környezetek és Fénytani Laboratórium

41 A CIE 1931 színinger-megfeleltető függvények Pannon Egyetem Virtuális Környezetek és Fénytani Laboratórium

42 Átlátszatlan, nem fémes anyag beeső fény diffúz reflexió tükrös reflexió A tárgy színe a diffúz reflexióból adódik Veszprémi Egyetem Szín és Multimédia Laboratórium

43 Felület/test színingerek mérése Sugársűrűségi tényező β()= Lrefl ()/Lbe () Színinger-összetevő: = = 780 nm 780 nm, )d ( ) ( ) (, )d ( ) ( ) ( β β y S k Y x S k X Pannon Egyetem Virtuális Környezetek és Fénytani Laboratórium = = = 780 nm 380 nm 380 nm 380 nm )d ( ) ( ) (, )d ( ) ( ) (, )d ( ) ( ) ( β β β z S k Z y S k Y x S k X = d ) ( ) ( 1 y S k

44 Szabványos sugárzáseloszlások Veszprémi Egyetem Szín és Multimédia Laboratórium

45 Színességi koordináták Z Y X Z z Z Y X Y y Z Y X X x + + = + + = + + =,, Pannon Egyetem Virtuális Környezetek és Fénytani Laboratórium Z Y X Z Y X Z Y X ahol x + y + z = 1

46 Szín (inger-) diagram vagy színességi diagram Pannon Egyetem Virtuális Környezetek és Fénytani Laboratórium

47 A színinger-összetevők értéke Az S() spektrális eloszlású sugárzás színinger-összetevői: 780 nm 780 nm X = k S( ) x( ) d, Y = k S( ) y( ) d, 380 nm 380 nm 780 nm Z = k S( ) z( )d 380 nm ha k = 683 lm/w, akkor fotometriai adatokat kapunk. Pannon Egyetem Virtuális Környezetek és Fénytani Laboratórium

48 MacAdam ellipszisek The CIE x,y diagram színingermegkülönböztetési ellipszisekkel Pannon Egyetem Virtuális Környezetek és Fénytani Laboratórium

49 CIE 1976 (L*a*b*) szín(inger)tér, CIELAB színtér L*= 116(Y/Y n ) 1/3-16 a*= 500[ ( X/X n ) 1/3 - (Y/Y n ) 1/3 ] b*= 200[ (Y/Y 1/3 1/3 n ) - (Z/Z n ) ] ha X/X n > 0, Y/Y n > 0, Z/Z n > 0, Veszprémi Egyetem Szín és Multimédia Laboratórium

50 Színterek CIE LAB színtér Munsell rendszer NCS Coloroid színtér Transzformációk u`= 13 L ( u` u` ) 0 v ` = 13 L ( v ` v ` ) 0 u`= v`= 4 X X + 15Y + Z 9Y BME - VIK 50 X + 15Y + Z

51 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 BME - VIK 51

52 Korrelált színhőmérséklet Azonos korrelált színhőmérsékletű vonalak (az u,vdiagramban merőlegesek a Planck görbére) Pannon Egyetem Virtuális Környezetek és Fénytani Laboratórium

53 Szín(inger-)vagy színességi diagram 0,9 0,8 0,7 0,6 520 nm 510 nm 540 nm G 560 nm R, G, B: katódsugárcsöves monitor alapszíningerei Planck sugárzók vonala 0,5 500 nm 580 nm y 0,4 0, K 4000 K 2000 K R 600 nm 650 nm 0, K 0, nm B 450 nm 400 nm 0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 x

54 Iso-hőmérsékletvonalak az u,vdiagramban

55 Színhőmérsékleti csoportok: Meleg CCT< 3300 K Semleges 3300 CCT 5300 Hideg CCT BME - VIK 55

56 Minőségi és mennyiségi jellemzők közötti összefüggések Kruithof diagram BME - VIK 56

57 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. R i ; R a ; R a < BME -VIK 57