Grundlagen der Lichttechnik, Optik und visuellen Wahrnehmung

Das elektromagnetische Spektrum und Licht

Das Licht ist ein Teil des elektromagnetischen Spektrums, das verschiedene Arten von Wellen umfasst, wie z. B. kosmische Strahlung, Gamma- und UV-Strahlen. Jede dieser Wellenarten ist durch eine charakteristische Wellenlänge oder Frequenz definiert, die eine bestimmte Größenordnung umfasst.

Optische Phänomene

Das menschliche Auge ist nur für die Bestrahlung eines kleinen Bereichs des elektromagnetischen Spektrums empfindlich. Wenn Licht auf ein Objekt trifft, werden Teile seiner Farbkomponenten von der Oberfläche absorbiert, und der Rest wird reflektiert. Die reflektierten Komponenten bestimmen die Farbe, die wir wahrnehmen.

Grundlegende Lichtphänomene

• Reflexion: Ein Phänomen, das auftritt, wenn Licht auf die Grenzfläche zweier verschiedener Medien trifft und durch das Gesetz der Reflexion geregelt wird. Die Richtung, in der das Licht austritt, wird durch die Art der Oberfläche bestimmt.
• Refraktion (Brechung): Ein Lichtstrahl wird von seinem Weg abgelenkt, wenn er eine Oberfläche zwischen verschiedenen Medien durchläuft (nach dem Gesetz der Brechung). Dies liegt daran, dass die Ausbreitungsgeschwindigkeit des Lichts in jedem Medium unterschiedlich ist.
• Übertragung (Transmission): Bezieht sich auf die Doppelbrechung oder den Durchgang von Licht.
• Resorption (Absorption): Der Prozess im Zusammenhang mit Farbe.

Vision und visuelle Wahrnehmung

Seharten (Abhängig von der Lichtmenge)

• Photopisches Sehen (Tagsehen): Klare und detaillierte Sicht.
• Skotopisches Sehen (Nachtsehen): Bei niedrigeren Lichtstärken (unter 0,25 cd/m²). Empfindlicher für Blau und Intensität; Farbwahrnehmung verschwindet.
• Mesiopisches Sehen (Dämmerungssehen): Zwischensituationen. Die Fähigkeit, Farben zu unterscheiden, nimmt bei geringer Lichtmenge ab. Die Empfindlichkeit verschiebt sich von Gelb zu Blau.

Akkommodation

Die Fähigkeit des Auges, automatisch auf Objekte in verschiedenen Entfernungen zu fokussieren.

Adaptation

Die Fähigkeit des Auges, sich automatisch an wechselnde Lichtverhältnisse anzupassen. Dies beinhaltet die Regulierung der Pupillenöffnung und photochemische Veränderungen in der Netzhaut.

Gesichtsfeld

• Monokulares Sehen: Ohne Tiefenwahrnehmung.
• Binokulares Sehen: Mit Tiefenwahrnehmung, im überlappenden Bereich beider Augen. Gesamtbereich: ca. 180°.

Faktoren der visuellen Wahrnehmung

Externe Faktoren können in zwei Klassen unterteilt werden:

• Subjektive Faktoren: Visuelle Gesundheit, Aufmerksamkeitsniveau, Ruhe oder Bewegung, visueller Komfort.
• Objektive Faktoren: Größe, Sehschärfe, Kontrast und Zeit.

Farblehre

Man unterscheidet zwischen dem physikalischen Phänomen (Licht und Kontrastempfindlichkeit) und dem sensorischen Phänomen.

Farbe als physikalisches Phänomen

Weißes Licht von der Sonne wird durch die Vereinigung der Farben des Regenbogens (mit der entsprechenden Wellenlänge) gebildet. Wenn ein undurchsichtiger Körper mit weißem Licht beleuchtet wird, absorbiert er einen Teil der Farben und reflektiert den Rest. Die reflektierte Lichtstrahlung bestimmt die Farbe, die unsere Augen sehen. Die Farben können verfälscht werden, wenn monochromatische Lichtquellen oder diskontinuierliche Frequenzen verwendet werden.

Farbe als sensorisches Phänomen

Man unterscheidet zwischen kalten Farben (Violett, Blau, Dunkelgrün) und warmen Farben (Gelb, Orange, Rot und Hellgrün).

Farbmischung

• Primärfarben: Deren Kombination alle anderen Farben erzeugt (Cyan, Magenta und Gelb).
• Sekundärfarben: Werden durch 50%-Mischungen der Primärfarben erhalten.
• Tertiärfarben: Werden durch Mischen von Sekundärfarben untereinander erhalten.

Mischung in der Beleuchtung

Wird durch die Verwendung von Filtern und Lichtstrahlen erreicht:

• Additive Farbmischung: Erhalten durch farbige Lichtstrahlen. Die resultierende Farbe hängt von der Komponente mit dem größten Anteil ab. Wenn gleiche Mengen verwendet werden, entstehen Komplementärfarben.
• Subtraktive Farbmischung: Mit weißem Licht, das durch eine Reihe aufeinanderfolgender Farbfilter geleitet wird, wodurch ein Ton der Intensität zwischen den Komponenten entsteht.

Das Munsell-System oder RGB-Systeme dienen zur Definition von Farben.

Lichttechnik und grafische Darstellung (Luminotechnik)

Lichtverteilungskurve (LVK) / Polardiagramm

Die Lichtstärke (I) wird durch drei Koordinaten dargestellt. I ist der numerische Wert der Lichtstärke in Candela (cd) und gibt die Länge des Vektors an, während die anderen Koordinaten die Richtung bestimmen. Der C-Winkel wird in der senkrechten Ebene gemessen, und der Y-Winkel (Gamma) ist der Neigungswinkel um die vertikale Achse der Leuchte. In den Kurvenradien und dem konzentrischen Umfang werden der Winkel Y und der Wert der Lichtstärke in Candela dargestellt.

Matrix der Lichtintensitäten

Für jedes Wertepaar (C, Y) erhält man einen Wert für eine Leuchte mit einem Lichtstrom von 100 lm.

Isocandela-Diagramm

Stellt in einer Ebene Kurven gleicher Lichtstärke dar. Jeder Punkt zeigt die Richtung eines Raumes, definiert durch Winkelkoordinaten. Man unterscheidet zwei Fälle: Projektoren (für die Projektion) und Leuchten (für die allgemeine Beleuchtung). (Lambert'sche azimutale Projektion).

Isolux-Kurven

Beziehen sich auf die Beleuchtungsstärke (Lux). Sie geben Auskunft über die Lichtmenge, die an jedem Punkt der Arbeitsfläche ankommt, und werden häufig für die Straßenbeleuchtung verwendet. Sie werden in absoluten Werten (z. B. für eine Lampe mit 1000 lm und einer Montagehöhe von 1 m) angegeben.