Világítás tervezése excelben Hangolható LED-es világítás

Világítási követelmények Átlagos megvilágítás a munkasíkon: 1000 lux A megvilágítás egyenletessége: 0,7 Színvisszaadás: 90+ Színhőmérséklet: 4000 K ≤ T CP ≤ 6500 K

Radiometria, fotometria, színmérés A radiometria az optikai sugárzást fizikai mennyiségek formájában határozza meg. A fotometria ezt a sugárzást az átlagos emberi megfigyelő látására jellemző színképi függvény alapján értékeli. A színmérés a színészleléshez kíván objektíven mérhető mennyiségeket rendelni.

RADIOMETRIA Elektromágneses sugárzás optikai sugárzás: 100 nm – 1 mm hullámhosszú elektromágneses sugárzás látható sugárzás: 380 nm – 780 nm fény: a látható sugárzás által kiváltott észlelet

Radiometriai segédmennyiségek d  térszög : a sugárkúp által a gömbfelületből kimetszett terület és a gömbsugár négyzetének hányadosa: d  =dA/r 2

Radiometriai mennyiségek MegnevezésTermJeleEgysége sugárzott energia radiant energy Q joule, 1 J  1 kg  m 2  s -2 sugárzott teljesítmény radiant flux  vagy Fwatt (J  s -1 ) besugárzásirradianceE W  m -2 sugárerősségradiant intensity I W  sr -1 sugársűrűségradianceL W  m -2  sr -1

Radiometriai mennyiségek összefüggései sugárzott teljesítmény , Fwatt (J  s -1 ) teljesítmény eloszlás   d  /d Wm-1Wm-1 sugárzott energia Q joule, 1 J  1 kg  m 2  s -2 besugárzás E  d  /dA E W  m -2 sugárerősség I  d  /d  I W  sr -1 sugársűrűség L  d 2  /(d  dA cos  ) L W  m -2  sr -1

Színképfüggő mennyiségek hullámhossz függés: X( ) szűrő áteresztés színképi eloszlás: dX/d  X Katódsugár-csöves monitor fényporainak színképi eloszlás

Besugárzás E  d  /dA

Sugárerősség, pontszerű forrás I  d  /d 

Sugársűrűség A sugárzó felület dA felületeleme által a felület normálisától (n)  szögre elhelyezkedő irányban, a d  elemi térszögben kibocsátott d  sugáráram L  d 2  /(d  dA cos  ), spektrális sugársűrűség: L  dL /d  = d 3  /(d  dA cos  d )

Távolságtörvény (inverse square law) d   I d  d   dA 2 /d 2 d  /dA 2  E 2  (I d  )/dA 2  (I dA 2 )/(dA 2 d 2 ) = E 2  I / d 2

Általánosított távolságtörvény dE 2  (L cos  1 cos  2 dA 1 ) / d 2

Lambert sugárzó Lambert radiator sugársűrűsége szögfüggetlen: L(  )  L( ,  )  const.

Tükrös és diffúz reflexió

Lambert (reflektáló) felület egyenletesen diffúzan reflektáló felület nincs tükrös reflexiója reflexiós együttható:  =  refl /  be  refl =  be cos  a reflektált sugársűrűség irányfüggetlen: L refl  const.

Lambert reflektáló megvilá- gítás: E visszavert sugárzás, a sugár- sűrűség irány- független :

Lambert cosinus törvény

Lambert sugárzó fénysűrűsége független a ,  szögtől mivel a gömb felületén: dA 2 = R sin  R d  és az elemi térszög: d  = sin  d  d  a vetített térszög pedig:d  p = sin  d  d  cos  A féltérbe kisugárzott össz-fényáram: M =  / dA

A féltérbe kisugárzott fényáram: Lambert sugárzó esetén:

Láthatósági függvények

A V ( ) -láthatósági függvény A kék színképtartományban korrekció: V M ( )- láthatósági függvény. Új ajánlás, mely a vörös és infravörös színképtartományban is ad korrekciót. Korrigált függvények csak tudományos célra, gyakorlati fotometria számára marad a V ( )- láthatósági függvény.

A fotometria alapjai a fenti összefüggések alapján a monokromatikus komponenseket összegezhetjük: ez adja a fotometria és radiometria kapcsolatát

A fotometria alapjai Nappali (fotopos) látás: V( ), csapok közvetítik sötétben (szkotopos) látás: V’( ), pálcika- látás; szembíbor (rhodopsin), additivitás és proporcionalitás fennáll:

Fotometriai mennyiségek és egységek - 1 k és k’ konstansok: ahol K m = 683 lm/W alapján definiálhatjuk a fényáram egységét a lument. De a fényerősség egysége, a kandela az alapegység. K’ m = 1700 lm/W Fényáram jele:lm, egysége a lumen.

Fotopos, mezopos, szkotopos fotometria

Fotometriai mennyiségek és egységek - 2 fényerősség a pontszerű fényforrásból adott irányban, infinitezimális térszögben kibocsátott fényáram és a térszög hányadosa: jele: cd, egysége: kandela, 1 cd = 1 lm/sr

A kandela definíciója A kandela fényerősség SI egysége: azon Hz frekvenciájú monokromatikus sugárzást kibocsátó fényforrás fényerőssége adott irányban, amelynek sugárerőssége ebben az irányban 1/683 W/sr.”

A fényáram származtatása a fényerősségből

Fénysűrűség a dA 1 felületelemet elhagyó (azon áthaladó vagy arra beeső) és adott irányt tartalmazó d  térszögben sugárzott d  fényáramnak, valamint az elemi térszögnek és a felületelem adott irányra merőleges vetülete szorzatának hányadosa: egysége:cd/m 2, jele: L v

Megvilágítás Az adott pontot tartalmazó felületelemre beeső fényáramnak és ennek a felületelemnek a hányadosa egysége: lux, jele:lx; 1 lx = 1 lm/m 2

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

CIE A sugárzáseloszlás ahol: c 0 = /- 1,2 m/s

Fényforrások színi jellemzése Fény(forrás) színinger-mérése – színességi koordináták (domináns hullámhossz – gerjesztési tisztaság) színhőmérséklet korrelált színhőmérséklet Fényforrás színképe – színvisszaadás

Szín (inger-) diagram vagy színességi diagram

Korrelált színhőmérséklet Azonos korrelált színhőmérsékletű vonalak (az u,v- diagramban merőlegesek a Planck görbére)

Fényforrások színi jellemzése Fény(forrás) színinger-mérése – színhőmérséklet – korrelált színhőmérséklet Színvisszaadás – Az észlelt felület-szín függ a megvilágító színképi teljesítményeloszlásától színi áthangolódás: von Kries törvény, Bradford transzformáció, leírás az észleletet követő színrendszerben

Optimalizálás 3 csatornával A spektrum adott

Adott még Színinger megfeleltető függvények A LED-ek összfényárama A LED paramétereit a működési tartományban lineárisnak tekintjük Meghajtóáram korlátja

Tételezzünk fel egy féltérbe sugárzó koszinuszos fényeloszlást.

Feladatok Egy pontszerű sugárzóval valósítsuk meg. Az adott követelmények megfelelően egy 300x150 cm-es munkasíkon teljesüljenek. X különböző színhőmérsékleten