Lichttechnik PDF
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Hamburg University of Applied Sciences (HAW Hamburg)
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This document provides a comprehensive overview of fundamental concepts in light and vision. It details the structure and function of the human eye, explaining key components like the cornea, lens, retina, and photoreceptors. The document also explores light measurement units and related calculations..
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Vorlesung 1: Wahrnehmung Lernziele: … kennen die wichtigsten Bestandteile des menschlichen Auges … kennen die wichtigsten Photorezeptoren … kennen die spektrale Anpassung der Photorezeptoren und dessen Auswirkung … können Adaptation und Akkomodation unterscheiden … kennen Verfahren zum Messen...
Vorlesung 1: Wahrnehmung Lernziele: … kennen die wichtigsten Bestandteile des menschlichen Auges … kennen die wichtigsten Photorezeptoren … kennen die spektrale Anpassung der Photorezeptoren und dessen Auswirkung … können Adaptation und Akkomodation unterscheiden … kennen Verfahren zum Messen des Sehens kennen die wichtigsten Bestandteile des menschlichen Auges: Hornhaut (Cornea): Schützt das Auge und trägt zur Lichtbrechung bei. Linse (Lens): Verantwortlich für die Fokussierung von Lichtstrahlen auf die Netzhaut. Pupille: reguliert den Lichteinfall in das Innere des Auges durch zusammenziehen oder weiten Netzhaut (Retina): Enthält die Photorezeptoren (Stäbchen und Zapfen), die Licht in Nervenimpulse umwandeln. Regenbogenhaut (Iris): Regelt die Pupillenweite, also die Größe der Pupille. Sehnerv (Nervus opticus): Überträgt die visuellen Informationen von der Netzhaut zum Gehirn. Gelber Fleck (Macula lutea): Bereich des schärfsten Sehens, speziell in der Sehgrube (Fovea centralis). Blinder Fleck: Stelle, an der der Sehnerv das Auge verlässt und keine Photorezeptoren vorhanden sind. kennen die wichtigsten Photorezeptoren Die Netzhaut enthält zwei Arten von Photorezeptoren: Stäbchen: Etwa 120 Millionen, spezialisiert auf das Sehen bei schwachem Licht (skotopisches Sehen). Sie ermöglichen keine Farbwahrnehmung. Zapfen: Etwa 6 Millionen, für das Sehen bei Tageslicht (photopisches Sehen) und Farbsehen verantwortlich. Es gibt drei Typen: S-Zapfen (kurzwellig, blau) M-Zapfen (mittelwellig, grün) L-Zapfen (langwellig, rot) kennen die spektrale Anpassung der Photorezeptoren und dessen Auswirkung Die spektrale Empfindlichkeit der Zapfen erlaubt Farbsehen, während Stäbchen auf Helligkeitsänderungen spezialisiert sind. Anpassungen: mit L Leuchtdichte Photopisches Sehen (Tagsehen): Dominanz der Zapfen, Empfindlichkeit bei ca. 555 nm (grün-gelb). V(λ) L > 102 cd⁄m2 Mesopisches Sehen (Übergangszustand) kombiniert beide Mechanismen. Skotopisches Sehen (Nachtsehen): Dominanz der Stäbchen, Empfindlichkeit bei ca. 507 nm (blau-grün). V‘(λ) L < 10−5 cd⁄m2 Auswirkungen: Die Farbwahrnehmung ist bei schwachem Licht eingeschränkt. können Adaptation und Akkomodation unterscheiden Adaptation: Anpassung des Auges an unterschiedliche Lichtverhältnisse: Pupillenweite reguliert einfallendes Licht. Wechsel zwischen Zapfen- und Stäbchensehen. Anpassung der Photopigmente. Akkommodation: Veränderung der Linsenkrümmung durch den Ziliarmuskel, um Objekte in unterschiedlicher Entfernung scharf zu sehen: Nahsicht: Linse wird runder. Fernsicht: Linse wird flacher. kennen Verfahren zum Messen des Sehens Visustest: Test der Sehschärfe (z. B. Snellen-Tafeln). Ishihara-Test: Überprüfung auf Farbsehschwächen wie Rot-Grün-Blindheit. Farnsworth-Munsell-Test: Bewertet die Fähigkeit, Farbnuancen zu unterscheiden. Eye-Tracking: Erfassung von Augenbewegungen zur Analyse von Blickverhalten und Sehstrategien. Adaptometrie: Messung der Anpassungsfähigkeit des Auges an verschiedene Lichtintensitäten. Vorlesung 2: Lichttechnische Grundgrößen I … kennen die Definition von Licht … kennen den Unterschied zwischen strahlungsphysikalischen und lichttechnischen Größen … kennen Formelzeichen und Einheit der 4 lichttechnischen Grundgrößen … kennen die Definition des Lichtstroms und der Lichtausbeute … können einfache Berechnungen des Lichtstroms und der Lichtausbeute durchführen … kennen die Definition der Lichtstärke … können Lichtstärkeverteilungen interpretieren … kennen verschiedene Darstellungen der Lichtstärkeverteilung kennen die Definition von Licht Licht ist der Teil der elektromagnetischen Strahlung, der im menschlichen Auge eine Hellempfindung auslöst. Es umfasst Wellenlängen von etwa 380 bis 780 nm, wobei das Maximum der Empfindlichkeit bei 555 nm im photopischen Sehen (Tageslichtbedingungen) liegt. Dieser Bereich unterscheidet sich von nicht sichtbarer Strahlung wie Infrarot oder UV-Licht und wird durch das spektrale Hellempfindlichkeitsgrad V(λ) beschrieben. kennen den Unterschied zwischen strahlungsphysikalischen und lichttechnischen Größen Strahlungsphysikalische Größen messen die gesamte Energie der elektromagnetischen Strahlung, unabhängig von der Wahrnehmung. Lichttechnische Größen berücksichtigen hingegen die visuelle Empfindlichkeit des Auges. Strahlungsfluss 𝜙𝑒 (W) Lichtstrom 𝜙𝑣 (lm) phi Strahlstärke 𝐼𝑒 (W/sr) Lichtstärke 𝐼𝑣 (cd = lm/sr) Strahldichte 𝐿𝑒 (W/m²sr) Leuchtdichte 𝐿𝑣 (cd/m²) Bestrahlungsstärke 𝐸𝑒 (W/m²) Beleuchtungsstärke 𝐸𝑣 (lux = lm/m²) e energetisch v visuell, nur zur Unterscheidung verwendet kennen Formelzeichen und Einheit der 4 lichttechnischen Grundgrößen Lichtstrom (Φ): Lumen (lm), misst die gesamte sichtbare Strahlungsleistung. Lichtstärke (I): Candela (cd), beschreibt den Lichtstrom pro Raumwinkel. Beleuchtungsstärke (E): Lux (lx), Lichtstrom pro Flächeneinheit. Leuchtdichte (L): cd/m², Lichtstärke pro Fläche in eine Richtung. kennen die Definition des Lichtstroms Φ und der Lichtausbeute η Lichtstrom: Die bewertete Strahlungsleistung im sichtbaren Bereich, gewichtet nach V(λ). Formel: 780𝑛𝑚 Φ = 𝐾𝑚 ∫ Φ𝑒𝜆 * 𝑉(𝜆) * 𝑑𝜆 Maßeinheit: lumen [lm] λ=380𝑛𝑚 Photometrisches Strahlungsäquivalent: zur Berechnung des Lichtstroms aus dem Strahlungsfluss‘ Für photopisches Sehen: 𝐾𝑚 = 683 lm⁄W bei 𝜆 = 555nm Für skotopisches Sehen: 𝐾𝑚 = 1699 lm⁄W bei 𝜆 = 507nm Lichtausbeute (η): Verhältnis von sichtbarer Strahlungsleistung zu elektrischer Leistung η=Φ/Pel (Einheit: lm/W). 𝛷 = Lichtstrom (lumen, lm) 𝑃el= elektrische Anschlussleistung (Watt, W) Beispiel: Eine LED-Lampe hat: Lichtstrom: Φ=400 lm Leistungsaufnahme: Pe=10 W η = Φ/Pe = 40010 = 40 lm/W. können einfache Berechnungen des Lichtstroms und der Lichtausbeute durchführen Übung 1: Eine monochromatische Lichtquelle mit Φe=3 W emittiert Licht bei λ=530 nm (V(λ)=0.862V) Berechnung des Lichtstroms: Φ=Km⋅Φe⋅V(λ)=683⋅3⋅0.862≈1765.4 lm. Übung 2: Berechnung der Lichtausbeute: Gegebene Werte: Lichtstrom Φ=2000 lm, Eingangsleistung Pe=40 W η = Φ/Pe = 2000/40 = 50 lm/W kennen die Definition der Lichtstärke I Die Lichtstärke (I) beschreibt den Lichtstrom (Φ), der in eine bestimmte Richtung pro Raumwinkel (sr) abgestrahlt wird. Formel: 𝐼 = 𝑑Φ1 /𝑑Ω1 𝑑Ω = 𝑑𝐴𝐾/ 𝑟² = 2𝜋 (1 − cosα)*Ω0 Maßeinheit: Candela [cd] I: Lichtstärke [cd], Φ: Lichtstrom [lm], Ω: Raumwinkel [sr]. können Lichtstärkeverteilungen interpretieren Lichtstärkeverteilungskurven (LVK) und Lichtstärkeverteilungskörper zeigen, wie Lichtstärke in verschiedenen Raumwinkeln verteilt ist. Typische Darstellungen umfassen rotationssymmetrische oder asymmetrische Verteilungen, je nach Lichtquelle. kennen verschiedene Darstellungen der Lichtstärkeverteilung Lichtstärkeverteilung kann als: LVK-Kurve: 2D-Diagramm, das die Lichtverteilung entlang von Ebenen (z. B. C0-C180, C90-C270) zeigt. LVK-Körper: 3D-Modell der Lichtverteilung, oft bei komplexeren Leuchtmitteln verwendet. Berechnung Lichtausbeute Gegeben: Leistung der Glühlampe: 𝑃=100W Lichtausbeute: η=15lm/W Ges: Φ, I R: Φ=P⋅η, Φ=100⋅15 Φ=1500lm. I:I=Φ/π4 = 1500/4π = 119,37 cd Vorlesung 3: Lichttechnische Grundgrößen II … kennen die Definition der Beleuchtungsstärke … kennen typische Größenordnungen und Anwendungen für Beleuchtungsstärken … können einfache Berechnungen für Beleuchtungsstärken durchführen … kennen verschiedene Beleuchtungsstärke Arten … kennen die Definition der Leuchtdichte … kennen typische Größenordnungen und Anwendungen für Leuchtdichten … wissen, was ein Lambertstrahler ist … können für einfache Berechnungen zwischen Beleuchtungsstärke und Leuchtdichte durchführen … kennen verschiedene Arten der Reflexion an Oberflächen kennen die Definition der Beleuchtungsstärke E Die Beleuchtungsstärke E ist definiert als der empfangene Lichtstrom (Φ in lm) pro beleuchteter Fläche (A in m2). Formel: E=Φ/A2 Maßeinheit: lm / m2 = lux [lx] Φ Lichtstrom, A2 beleuchtete Fläche E, Beleuchtungsstärke Beispielrechnung: Eine Lichtquelle emittiert Φ=2000lm Lichtstrom und beleuchtet eine Fläche von A=10m2 𝐸=Φ/𝐴 = 2000lm/10 m2 = 200 lx kennen typische Größenordnungen und Anwendungen für Beleuchtungsstärken einige Beispiele … Sommer – am hellen Tag 100 000 lux Bewölkter Himmel, trüber Tag 5000 lux Musical im Spot bis 4000 lux Sportveranstaltung TV bis zu 2500 lux Arbeitsplatzbeleuchtung 500 – 1000 lux Theater 500 – 1000 lux TV-Set 400 - 800 lux Mondlicht – klarer Himmel 0,1-2 lux können einfache Berechnungen für Beleuchtungsstärken durchführen Photometrisches Entfernungsgesetz: Das Gesetz beschreibt die Abnahme der Beleuchtungsstärke mit dem Quadrat des Abstands (r) zwischen Lichtquelle und beleuchteter Fläche: E=I*cos y/r^2 wobei III die Lichtstärke in Candela (cd) ist I die Lichtstärke in Richtung auf das beleuchtete Flächenelement r der Abstand zwischen Lichtquelle und beleuchtetem Flächenelement γ der Lichteinfallswinkel, Winkel zwischen der Verbindungslinie zwischen Lichtquelle und Flächenelement und Normale n des Flächenelements Beispielrechnung: Wenn eine Lampe mit 500 cd eine Fläche in 3 m Entfernung beleuchtet, und der Winkel γ=0 ist, dann gilt: E = (500 *cos (0)) / 3^2 = 500/9 = 55,56 lux kennen verschiedene Beleuchtungsstärke Arten Beleuchtungsstärke kann horizontal oder vertikal gemessen werden, abhängig von der Fläche, die beleuchtet wird: Horizontale Beleuchtungsstärke (Eh) misst das Licht auf einer horizontalen Fläche. Vertikale Beleuchtungsstärke (Ev) bezieht sich auf das Licht, das auf eine vertikale Fläche trifft. kennen die Definition der Leuchtdichte Leuchtdichte (L) ist die Lichtstärke, die von einer bestimmten Fläche in eine bestimmte Richtung abgestrahlt wird. Sie beschreibt den Helligkeitseindruck eines Objekts und ist eine wichtige Größe für die visuelle Wahrnehmung von Lichtquellen. Formel: L=dI / dA * cos(y) Maßeinheit: cd / m2 L die Leuchtdichte in cd/m² ist, 𝑑𝐼 die Lichtstärke (in Candela, cd) ist, dA die Fläche der Lichtquelle ist, γ der Winkel zwischen der Normale der Fläche und der Richtung des betrachterliegenden Lichtstroms ist. kennen typische Größenordnungen und Anwendungen für Leuchtdichten einige Beispiele … Sonne am Mittag 1,65·109 cd/m2 Draht einer Halogenlampe 20 - 30·106 cd/m2 Mittlerer klarer / bedeckter Himmel 2·10³ / 8·10³ cd/m2 LED > 500·10³ cd/m² Leuchtstofflampe 5 – 40·103 cd/m2 LCD Display weiß 150 – 500 cd/m2 Arbeitstisch (Em = 500 lx, ρ ≈ 0,6) 100 cd/m2 wissen, was ein Lambertstrahler ist Ein Lambertstrahler ist ein idealisierter Strahler, dessen Leuchtdichte in alle Richtungen gleich ist. Dies bedeutet, dass die Helligkeit der Oberfläche unabhängig vom Betrachtungswinkel konstant bleibt. Diese Eigenschaften gelten für matte Oberflächen, die Licht diffus reflektieren. Die Formel für die Lichtstärke eines Lambertstrahlers: 𝐼(𝛾1) = 𝐼0 ⋅ cos 𝛾1 können für einfache Berechnungen zwischen Beleuchtungsstärke und Leuchtdichte durchführen Beleuchtungsstärke (E) und Leuchtdichte (L) hängen zusammen, da die Beleuchtungsstärke auf eine Oberfläche die Leuchtdichte dieser Oberfläche beeinflusst. Besonders bei diffusen Reflektionen kann die Leuchtdichte durch die Beleuchtungsstärke berechnet werden: L=p*(E/pi) L die Leuchtdichte in cd/m² ist, ρ der Reflexionsgrad der Oberfläche ist, E die Beleuchtungsstärke in lx ist. Beispielrechnung: Für eine Fläche mit einer Beleuchtungsstärke von 500 lx und einem Reflexionsgrad von 0,6 ergibt sich: L= 0,6 * (500/pi) = 96,5cd/m^2 kennen verschiedene Arten der Reflexion an Oberflächen Reflexion ist die Rückstrahlung von Licht auf eine Oberfläche, und der Reflexionsgrad (ρ) gibt an, wie viel des einfallenden Lichtstroms reflektiert wird. Der Reflexionsgrad kann mit der Formel: p=𝛷r/𝛷0 berechnet werden, wobei: Φr der reflektierte Lichtstrom (in Lumen) ist, Φe der einfallende Lichtstrom (in Lumen) ist. Beispiel Ein reflektierter Lichtstrom von 400 Lumen bei einem einfallenden Lichtstrom von 1.000 Lumen ergibt: ρ=400/1000=0.4 Der Reflexionsgrad beträgt also 0,4 oder 40%. Diffuse Reflexion (Lambert-strahler) Lr = (p*E) / pi * Ω0 𝐿0 = einfallende Leuchtdichte 𝐿 = reflektierte Leuchtdichte 𝜌𝑑 = diffuser Reflexionsgrad 𝐸 = Beleuchtungsstärke auf der Fläche Gerichtete Reflexion (Spiegelung) 𝐿r = 𝜌r ⋅ 𝐿0 𝐿0 = einfallende Leuchtdichte 𝐿 = reflektierte Leuchtdichte 𝜌r = Reflexionsgrad gerichtete Reflexion Gemischte Reflexion Anteile aus diffuser und gerichteter Reflexion Übungsaufgabe Eine Leuchte mit einem Leuchtmittel (Lichtstrom 3200 lm, LVK rechts) hängt in 4m Höhe über einem Tisch. Wie groß ist die Beleuchtungsstärke E in Punkt P welche 2,3m entfernt vom ursprünglichen Mittelpunkt ist E=(I*cos(y)) / r^2 I=𝛷/4pi = 3200/4pi = 255,5 cd y= tan (y) = h/d = 4/2,3 = 1,74 tan^-1(1,74) = 60,1 Grad cos (60,1) = 0,499 r= Wurzel aus 4^2+2,3^2 = 4,6m E=(255,5 * cos(60,1)) / 4,6^2 = 6,02 lx Vorlesung 4: Lampen und Leuchten … kennen die den Unterschied Lampen und Leuchten … kennen verschiedene Prinzipien der Lichterzeugung … kennen lichttechnische Gütemerkmale, mit denen sich Lampen beschreiben lassen … kennen typische lichttechnische Gütemerkmale von Temperaturstrahlern … kennen typische lichttechnische Gütemerkmale von Entladungslampen … kennen typische lichttechnische Gütemerkmale von LEDs … kennen Bestandteile von Leuchten … kennen verschiedene Arten und Merkmale von Leuchten kennen die den Unterschied Lampen und Leuchten Definition Lampe: Eine Lampe ist die Lichtquelle selbst, z. B. Glühbirnen, Leuchtstofflampen oder LEDs. Ihre Hauptfunktion ist die Lichterzeugung. Definition Leuchte: Eine Leuchte ist eine Vorrichtung, die die Lampe enthält und das Licht verteilt, um spezifische Anforderungen zu erfüllen. Dazu gehören Gehäuse, Reflektoren, Abdeckungen und elektrische Anschlüsse. Unterschied: Während die Lampe die Lichtquelle ist, dient die Leuchte als System zur Montage, Verteilung und oft zur ästhetischen Anpassung des Lichtes. kennen verschiedene Prinzipien der Lichterzeugung Temperaturstrahler: Lichterzeugung durch Erhitzung eines Feststoffs (z. B. Wolframdraht in Glühlampen). Effizienz ist gering, da viel Energie als Wärme abgegeben wird. Glühlampen, Halogenglühlampen Entladungslampen: Elektrische Entladung durch ionisiertes Gas erzeugt Licht (Kompakt) Leuchtstofflampen, Niederdruck-/ Hochdruckentladungslampen Elektrolumineszenzstrahler: Lichtemission durch Halbleitermaterialien. Hohe Effizienz und Langlebigkeit. LED kennen lichttechnische Gütemerkmale, mit denen sich Lampen beschreiben lassen Lichtstrom (Φ): Gesamte abgestrahlte Lichtmenge, gemessen in Lumen (lm). Lichtausbeute (η): Verhältnis von Lichtstrom zu aufgenommener elektrischer Leistung (lm/W). Lebensdauer: Zeit bis zum Ausfall oder bis der Lichtstrom auf einen definierten Wert sinkt. Farbtemperatur: Wahrnehmung der Lichtfarbe in Kelvin (z. B. warmweiß bei 2700 K, tageslichtweiß bei 6500 K). Farbwiedergabeindex (Ra): Wie natürlich Farben unter der Lampe erscheinen (Skala 0-100). kennen typische lichttechnische Gütemerkmale von Temperaturstrahlern Glühlampen: Lichtstrom: 60-48.000 lm (abhängig von der Größe und Leistung). Lichtverteilung: Punktlichtquelle, gerichtetes Licht Farbtemperatur: 2800-3200 K (warmweiß). Lichtausbeute: < 25 lm/W (sehr ineffizient). Lebensdauer: 2000-4000 Stunden. Anwendungen: Akzentbeleuchtung in Häusern oder dekorativen Elementen. kennen typische lichttechnische Gütemerkmale von Entladungslampen Leuchtstofflampen: Lichtstrom: 200-6150 lm. Lichtverteilung: diffuses Licht Farbtemperatur: 2700-17.000 K. Lichtausbeute: Bis zu 104 lm/W (hohe Effizienz). Lebensdauer: 15.000-30.000 Stunden. Anlaufzeit: Licht erreicht nach einigen Sekunden 100 % Helligkeit. Halogen-Metalldampflampe Lichtstrom: 5700 - 220 000 lm Lichtverteilung: Punktlichtquelle oder diffuses Licht Lichtausbeute: ≤ 108 lm/W Lebensdauer: 3000 – 20000 h ähnlichste Farbtemperatur: 3000, 4000, 5600K Farbwiedergabeindex Ra: 75 - 95 Anlaufverhalten Neustart: ca. 3 - 8 Minuten 5 - 15 Minuten Natriumdampflampen: Sehr effizient (geeignet für Straßenbeleuchtung). Schwache Farbwiedergabe. kennen typische lichttechnische Gütemerkmale von LEDs Lichtverteilung: Punktlichtquelle Lichtausbeute (weiße LED): < 130 lm/W (in der Praxis) < 250 lm/W (Lab) Lebensdauer: 30 000 - 50 000 h ähnlichste Farbtemperatur: 2800 – 5000 Farbwiedergabeindex Ra: > 70, > 80, > 90 Anlaufverhalten: direkt kennen Bestandteile von Leuchten Gehäuse: Schutz und Design. Lampe Optische Bauteile: Reflektoren, Linsen und Diffusoren zur Lichtlenkung. Betriebsgerät Elektrische Bauteile: Betriebsgeräte und Anschlüsse. Montagesysteme: Halterungen zur Befestigung. Optische Bauteile: Reflektoren (Parabel, Ellipse, Kreis, Hyperbel, Evolventenreflektor, Hybrid) Reflexion Transmission Abdeckungen: klar, satiniert, opal Linsen für Strahler: Skulpturenlinse, Floodlinse, Softlinse kennen verschiedene Arten und Merkmale von Leuchten Klassifizierung nach Montage: Innenleuchten: Pendelleuchten, Anbauleuchten, Downlights. Außenleuchten: Straßenlaternen, Flutlichtanlagen. Lichtverteilung: Direkt, indirekt oder gemischt. Beispiele: Arbeitsleuchten: Fokusiertes Licht. Allgemeinleuchten: Diffuses Licht für Räume. Vorlesung 5: Farbe, Farbwiedergabe … kennen den Unterschied zwischen Farbreiz, Farbvalenz und Farbempfindung … kennen das CIE XYZ System und die Normfarbtafel 1931 … kennen die Definition des Farbgamuts … können einfache Berechnungen mit Normfarbvalenzen und Farbortkoordinaten durchführen … kennen die Begriffe Farbtemperatur und Lichtfarbe und können Beispiele nennen … kennen die Bedeutung der Begriffe: Judd‘schen Graden, Planckscher Kurvenzug, Purpurlinie und können sie erläutern. … kennen 2 Farbwiedergabeindizes und können deren Grundzüge wiedergeben kennen den Unterschied zwischen Farbreiz, Farbvalenz und Farbempfindung Die Unterscheidung zwischen Farbreiz, Farbvalenz und Farbempfindung beschreibt verschiedene Aspekte der Farbwahrnehmung. Der Farbreiz(funktion) 𝝋(𝝀) entsteht durch die spektrale Strahlungsverteilung eines Objekts, die auf die Netzhaut des Auges trifft. (Primärstrahler [φλ = Sλ] oder Sekundärstrahler [Sλ = φλ*β(λ)dλ]) Die Farbvalenz ist die resultierende Erregung der Netzhaut durch den Farbreiz, welche als Mischung von Primärvalenzen dargestellt werden kann. Die Farbempfindung ist subjektiv und wird durch das Gehirn interpretiert, basierend auf dem Farbreiz und individuellen Wahrnehmungseigenschaften. Relative spektrale Strahlungsverteilung 𝑺(𝝀) Wie viel Licht eine Lichtquelle bei der Wellenlänge 𝜆𝜆 abgibt Remissionseigenschaft des Körpers 𝜷(𝝀) Veränderung und Absorption des Lichtes, das in die Objektoberfläche eindringt kennen das CIE XYZ System und die Normfarbtafel 1931 Das CIE XYZ-System ist eine mathematische Beschreibung der menschlichen Farbwahrnehmung und ermöglicht die Messbarkeit und Reproduzierbarkeit von Farben. Es basiert auf drei imaginären Primärfarben (X, Y, Z), die die Farbwahrnehmung abbilden. Die Normfarbtafel 1931 zeigt die Farbwiedergabe als Diagramm mit den Normfarbwertanteilen x, y und dem Spektralfarbenzug. Sie dient als Grundlage für die Analyse und Kommunikation von Farben in unterschiedlichen Medien. kennen die Definition des Farbgamuts Der Farbgamut beschreibt den Bereich aller Farben, die von einem Farbdarstellungssystem (z. B. Bildschirm) wiedergegeben werden können. Er ist in der Normfarbtafel als Fläche definiert, die von den Primärvalenzen des Systems aufgespannt wird. Beispiele für Farbräume mit definiertem Gamut sind sRGB und Adobe RGB, die jeweils unterschiedliche Farbumfänge abdecken. können einfache Berechnungen mit Normfarbvalenzen und Farbortkoordinaten durchführen Ihnen stehen zur Farbmischung 3 LED-Lichtquellen gleicher Helligkeit (Y=100) mit den in der Tabelle angegebenen Farborten zur Verfügung. 1. Welcher Farbort entsteht durch Mischung der drei LEDs bei gleicher Helligkeit? Zeichnen Sie diesen im xy-Farbdiagramm ein. 2. Welche Farben können Sie mit den drei LEDs mischen? Zeichnen Sie den Bereich im xy-Farbdiagramm ein. Für Rot (R): Gegeben: x=0,6345, y=0,3302, Y=100 z=1−0,6345−0,3302=0,0353 X=0,6345/0,3302⋅100=192,16 Z=0,0353/0,3302⋅100=10,69 Für Grün (G): Gegeben: x=0,4705, y=0,3894, Y=100 z=1−0,4705−0,3894=0,1401 X=0,4705/0,3894⋅100=120,83 Z=0,1401/0,3894⋅100=35,98 Für Blau (B): Gegeben: x=0,2452, y=0,1941, Y=100 z=1−0,2452−0,1941=0,5607 X=0,2452/0,1941⋅100=126,33 Z=0,5607/0,1941⋅100=288,87 x=X/(X+Y+Z) = 439,31/(439,31+300+335,54=0,4087 y=Y/(X+Y+Z) = 300/(439,31+300+335,54=0,2791 XRGB=XR+XG+XB=192,16+120,83+126,33=439,31 YRGB=YR+YG+YB=100+100+100=300 ZRGB=ZR+ZG+ZB=10,69+35,98+288,87=335,54 2. Welche Farben können Sie mit den drei LEDs mischen? Zeichnen Sie den Bereich im xy-Farbdiagramm ein. kennen die Begriffe Farbtemperatur und Lichtfarbe und können Beispiele nennen Die Farbtemperatur beschreibt die Lichtfarbe eines schwarzen Strahlers bei einer bestimmten Temperatur in Kelvin. Sie basiert auf dem Spektrum, das ein schwarzer Strahler bei dieser Temperatur emittiert. Typische Beispiele für Farbtemperaturen sind: Kerzenlicht: 1500 K Halogenlampe: 3000 K Tageslicht: 5600 K Der Planck’sche Kurvenzug im CIE-xy-Diagramm stellt die Farborte von schwarzen Strahlern dar. Weiße Lichtquellen werden durch ihre ähnlichste Farbtemperatur (CCT) charakterisiert. kennen die Bedeutung der Begriffe: Judd‘schen Graden, Planckscher Kurvenzug, Purpurlinie und können sie erläutern. Judd’sche Graden: Diese stellen eine Korrektur des CIE-Standards dar, um die menschliche Farbwahrnehmung in bestimmten Bereichen besser zu berücksichtigen. Planckscher Kurvenzug: Zeigt die Farborte von schwarzen Strahlern in Abhängigkeit von deren Temperatur. Diese Linie ist wichtig zur Bestimmung der Farbtemperatur von Lichtquellen. Purpurlinie: Verbindet die spektralen Endpunkte (violett und rot) im CIE-xy-Diagramm und stellt nicht spektrale Farben dar. kennen 2 Farbwiedergabeindizes und können deren Grundzüge wiedergeben Die Farbwiedergabeindizes bewerten, wie gut eine Lichtquelle Farben im Vergleich zu einer Referenzlichtquelle gleicher Farbtemperatur wiedergibt. CRI (Color Rendering Index): ○ Verwendet seit Jahrzehnten zur Bewertung konventioneller Lichtquellen. ○ Bei : Referenz ist ein Planckscher Strahler. 5000 K TM30-15 (Illuminating Engineering Society Standard): 99 Testfarben ○ Moderner Ansatz mit zwei Metriken: ○ Rf (Fidelity Index): Bewertet die Ähnlichkeit zu 99 Referenzfarben, maximale Treue ist 100. ○ Rg (Gamut Index): Bewertet den Farbumfang. Werte können höher als 100 sein und zeigen eine sättigungssteigernde Wirkung. ○ Genauere Ergebnisse bei Lichtquellen mit diskontinuierlichen Spektren (z. B. LEDs). ○ Gegenüber Ra (allg. Farbwiedergabeindex) zuverlässiger