Alapfogalmak II. 2015.09.29. BME -VIK 1
Ismétlés: Fényáram Besugárzott felületi teljesítmény da Megvilágítás környezetre dω Fényerősség térbeli eloszlásra = da ( cosα ) r 2 Sugárerős- ség E = dφ da I = dφ dω 2015.09.29. BME - VIK 2
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) 2015.09.29. BME - VIK 3
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 1 2015.09.29. BME - VIK 4 φ
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 1.10 9 1,5. 10 9 2500 3000 3000 7000 100 1000 10.10 6 70.10 3 140.10 3 3000 14.000 1 200 0,1 5 2015.09.29. BME - VIK 5
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) 2015.09.29. BME - VIK 6
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 -2 2015.09.29. 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 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 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: T várható U = tényleges U n 13,1 T n 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 tsaiközvilágítási Ankét BME -VIK 2011 2015.09.29. 16
a fényáram tartásának vizsgálatára összeállított LM80-as ajánlásba beillesztendő a termikus feltérképezés is! Forrás: Csuti Péter és tsaiközvilágítási 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 t f <6 s 2015.09.29. BME - VIK 19
4. Újragyújtási idő 2015.09.29. BME - VIK 20
Lambert féle koszinusz törvény I = I cosϑ ϑ 0 L = I ϑ Acos ϑ I0 L = A 2015.09.29. BME - VIK 21
Lambert sugárzó esetén: L ρ = E π Közvilágításban: L = qe 2015.09.29. BME - VIK 22
Anyagjellemzők ρ = f ( Φ Φ ρ ) Spektrális reflexiós tényező ρ Φ ρ( ) ( ) e = Φ e d Teljes reflexió 2015.09.29. BME - VIK 23
ρ v = Φ e V Φ ( e ) V ρ ( ( ) d ) d( ) 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 összehasonlító fényforrások intenzitást szabályozó fényrekesz 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): 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
Színingermegfeleltető függvények rgb színmegfeleltető fg. 0,40 0,35 0,30 0,25 G() R() 0,20 B() 0,15 0,10 0,05 0,00-0,05350 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 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
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
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
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
RGB -XYZ matrix transformáció X 2,76888 1,75175 1,13016 Y = 1,00000 4,59070 0,06010 Z 0,00000 0,05651 5,59427 59427 R G B Az inverse transformació: 0, 41846-0,15866-0, 08283-0, 09117 0, 25243 0, 01571 0, 00092-0, 00255 0,17860 Pannon Egyetem Virtuális Környezetek és Fénytani Laboratórium
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()= 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
Szabványos sugárzáseloszlások Veszprémi Egyetem Szín és Multimédia Laboratórium
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
Szín (inger-) diagram vagy színességi diagram Pannon Egyetem Virtuális Környezetek és Fénytani Laboratórium
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
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/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 > 0,008856 Y/Y n > 0,008856 Z/Z n > 0,008856 Veszprémi Egyetem Szín és Multimédia Laboratórium
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 2015.09.29. BME - VIK 50 X + 15Y + Z
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 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 0,3 7000 K 4000 K 2000 K R 600 nm 650 nm 0,2 100 000 K 0,1 0 475 nm B 450 nm 400 nm 0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 x
Iso-hőmérsékletvonalak az u,vdiagramban
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. R i ; R a ; R a <100 2015.09.29. BME -VIK 57