1. Podstawowe pojęcia techniki świetlnej

Badaniem natury światła, a więc prawami opisującymi jego emisję, rozchodzenie się oraz

oddziaływanie z materią, zajmuje się dział fizyki zwany optyką. W optyce falowej rozpatrywane są

zjawiska

optyczne, w których przejawia się falowa natura światła, np.: zjawiska interferencji, dyfrakcji,

polaryzacji i dyspersji światła.

1.2. Widmo promieniowania widzialnego

Światło jest promieniowaniem widzialnym (elektromagnetycznym) zdolnym do wywoływania u

człowieka i zwierząt bezpośrednio wrażeń wzrokowych, z których wynika widzenie. Źródła światła
sztucznego są przeważnie źródłami elektrycznymi, natomiast wytwarzane przez nie światło jest w
zasadzie wielkością nieelektryczną, wyrażaną wielkościami i prawami fotometrycznymi.

Rys. 1. Zakres promieniowania widzialnego

Przyjmuje się, że promieniowanie widzialne zawiera w widmie fal elektromagnetycznych, w bardzo

wąski przedział od 380 do 780 nm. Taki zakres odbiera nasze oko, ale zwierzęta mogą rejestrować
promieniowanie o innych długościach.

W widmie światła widzialnego istnieją przedziały o różnych długościach fal, które oko ludzkie

odbiera jako wrażenie różnych barw, np.:

przedział o długości fali od 380 nm do 436 nm - fiolet,

przedział o długości fali od 436 nm do 495 nm - niebieski,

prze

dział o długości fali od 495 nm do 566 nm - zielony,

przedział o długości fali od 566 nm do 589 nm - żółty,

przedział o długości fali od 589 nm do 627 nm - pomarańczowy,

przedział o długości fali od 627 nm do 780 nm - czerwony.

Najlepiej widzimy w środku zakresu promieniowania widzialnego a najgorzej na końcach zakresu.

Światło w naszym oku odbierają receptory znajdujące się na siatkówce: 125 milionów pręcików i

6,5 miliona czopków. Dzięki czopkom człowiek rozróżnia barwy w jasnym pomieszczeniu oraz ostro
widzi szczegóły. Czopki zawierają trzy typy barwników o maksimach czułości w obszarach błękitu,
oranżu i czerwieni.

W zależności od stopnia podrażnienia każdego z barwików mózg otrzymuje różne serie impulsów

ner

wowych i interpretuje je jako różne kolory. Czopki potrafią również rozróżniać natężenie światła

czyli jego intensywność.

Gdy oświetlenie jest słabe, czopki przestają pracować i nie rozpoznajemy wtedy barw. Zaczynają

wtedy odbierać pręciki, które pozwalają widzieć jednobarwne przedmioty przy słabym oświetleniu,
rejestrując ich natężenie.

Naturalnymi źródłami światła są ciała ogrzane do temperatury ponad 700°C. Na skutek ruchów

cieplnych następuje wtedy wzbudzenie elektronów wewnątrz substancji i przy powrocie do niższych
stanów energetycznych następuje emisja światła. Taki proces zachodzi w zwykłych żarówkach.

Innym sposobem jest pobudzanie do świecenia atomów substancji (najczęściej rtęci)

przepływającym prądem w gazach. Są to lampy wyładowcze np. świetlówki lub żarówki
energooszczędne.

1.3. Podstawowe wielkości oświetleniowe

1) Strumień świetlny

Strumieniem świetlnym (Φ) nazywamy część promieniowania optycznego emitowanego przez

źródło światła, którą widzi oko ludzkie w jednostce czasu. Jednostką strumienia świetlnego jest lumen,

Im.

2) Światłość

Światłość (I) jest to gęstość kątowa strumienia świetlnego źródła światła wysyłanego w danym

kierunku. Światłość charakteryzuje rozsył strumienia świetlnego w przestrzeni, czyli ilość strumienia
świetlnego wysyłanego przez źródło światła w niewielkim kącie bryłowym otaczającym określony
kierunek. Światłość I wyznacza się ze wzoru:

gdzie

ω - jest to kąt bryłowy, który na powierzchni kuli o promieniu r, zakreślanej z wierzchołka tego

kąta, ogranicza pole S = r

2

. Jednostką światłości jest kandela cd = Im/sr, gdzie; sr - steradian to

jednostka kąta bryłowego.

Rys. 2. Graficzne przedstawienie światłości

3) Natężenie oświetlenia

Natężenie oświetlenia (E) jest to gęstość powierzchniowa strumienia świetlnego padającego na

daną płaszczyznę, czyli jest to stosunek strumienia świetlnego padającego na płaszczyznę do jej pola

powierzchni:

Jednostką natężenia oświetlenia jest luks (lx), gdzie: lx = Im/m

2

.

Rys. 3. Graficzne przedstawienie jednostki natężenia oświetlenia

4. Luminancja

Luminancja (L) jest fizyczną miarą jaskrawości. Zależy od natężenia oświetlenia na

obserwowanym obiekcie, właściwości odbiciowych powierzchni obiektu (barwa, stopień
chropowatości) oraz od jego pola pozornej powierzchni świecącej. Pozorna powierzchnia świecąca
jest to wielkość postrzeganej przez obserwatora powierzchni płaszczyzny świecącej uzależniona od

kierunku jej obserwacji.

Pozorna powierzchnia świecąca jest to zarówno płaszczyzna świecąca w sposób bezpośredni -

oprawa oświetleniowa, jak i płaszczyzna świecąca w sposób pośredni, np. ściana, przez odbicie
światła. Wówczas gdy kąt pomiędzy prostopadłą do powierzchni świecącej a kierunkiem obserwacji
wynosi 0°, pole pozornej powierzchni świecącej równe jest polu powierzchni świecącej. W miarę
wzrostu ww. kąta, pole pozornej powierzchni świecącej zmniejsza się zgodnie z kosinusem tego kąta,
aż do kąta 90°, kiedy wynosi zero.

Luminancja wyrażana jest wzorem: L =ρE / p. Jednostką luminancji jest cd/m

2

.

Rys. 4. Pozorna powierzchnia świecąca

5) Kontrast jaskrawości

Kontra

st jaskrawości (k) oznacza subiektywne oszacowanie różnicy w wyglądzie dwu części pola

widzenia, oglądanych równocześnie lub kolejno. W znaczeniu obiektywnym kontrast jest najczęściej
określany wzorem:

k = L

1

/ L

2

,

gdzie: L

1

, L

2

– luminancje, a L

1

> L

2

.