Arbetsplatsoptometri för optiker

Transkript

1 Arbetsplatsoptometri för optiker Peter Unsbo KTH Biomedical and x-ray physics Visual Optics

2 God visuell kvalitet (Arbets-)uppgiftens/miljöns visuella krav << Individens visuella förmåga

3 Synfunktioner/synförmåga Detektion Upplösning Färgseende Djupseende

4 Synfunktioner/synförmåga Detektion Synfält Huvud- och ögonrörelser Ljuskänslighet och mörkeradaptation Kontrastdetektion Flimmerfrekvens

5 Synfunktioner/synförmåga Upplösning Synskärpa Kontrastkänslighet Påverkas av: Brytningsfel Aberrationer Spridning Luminans Kontrast Tid

6

7

8 Synskärpa och luminans

9 Uppgiftens synbarhet Storlek Avstånd Belysning Kontrast/bildkvalitet Färg Tid Rörelse Bländning

10 Förbättrad visuell kvalitet 1) Öka synbarheten hos uppgiften, dvs minska de visuella kraven. 2) Öka individens visuella förmåga. Korrektion Synhjälpmedel

11

12

13 Förbättrad synbarhet

14 Kursdelen handlar om Fotometri och belysningskällor 20/2 kl 8-12 Bildskärmar och bildkvalitet 20/2 kl (Niclas Rydell) Optisk strålning och strålskydd Måndag 26/2 8-12

15 Laborationer Fotometrilab på egen hand Assistans finns 23/2 kl 8-12 Rapport lämnas till Peter senast 2/3. Bildskärmar och bildkvalitet 23/2 kl 8-12 eller 26/2 kl OBS laborationen görs i datorsal 505Mat (sök på Mat på: Redovisas på plats för Niclas

16 Fotometri

17 Ljusflöde, Mängden strålningsenergi/tid [W] från en källa viktad med ögats känslighetskurva. Mäts i lumen [lm] Ex 60W glödlampa => 600 lm Laserpekare 10 mw => 6 lm

18 Ögats känslighetsområde Skotopisk V' Fotopisk V Ögats spektrala känslighetskurva vid mörker- respektive ljusadaptation (enligt CIE).

19 Från radiometri till fotometri Vid fotopiskt seende (luminanser över 3 cd/m 2, endast tappar) gäller: v V ( ) ( ) d 360 Vid skotopiskt seende (luminanser under cd/m 2, endast stavar) gäller: e v V '( ) ( ) d 360 e

20 Exempel 1 W grönt ljus (555 nm) = 683 lm 1 W infrarött ljus (ex nm) = 0 lm

21 Ljusemissionsförmåga, M Ljusflöde per ytenhet från en ljuskälla eller belyst yta. M = /A, där A är källans area. Mäts i [lm/m 2 ] Ex 60W glödlampa => lm/m 2 Laserpekare 10 mw => lm/m 2

22 Rymdvinkel En area på 1 m 2 av en sfär med radien 1 m motsvarar en steradian [sr]. Hela sfären = 4 sr. Om avståndet r är 5 gånger större än diametern på arean A, kan man räkna med platt area.

23 Ljusflöde/rymdvinkel Mäts i [cd]=[lm/sr] Ljusstyrka, I Ex stearinljus = 1 cd Ex 60W glödlampa => 50 cd Laserpekare 10 mw => cd

24 Isotrop källa För en isotrop källa är ljusstyrkan oberoende av riktning. I = /4 (Glödlampan är nästan isotrop. Lysrör, dioder, ficklampor mm. är inte isotropa källor)

25 Luminans, L Ljusstyrka/projicerad källyta. (Projicerad yta är den yta källan ser ut att ha från en viss riktning. En sfärisk yta har alltså en projicerad yta motsvarande en cirkelskiva) L = I/(A cos ) I Mäts i [cd/m 2 ] Bestämmer hur ljus en yta ser ut. A Ex 60W glödlampa => cd/m 2 Laserpekare 10 mw => cd/m 2

26 Diffus/matt källa (Lambertkälla) För en lambertkälla är luminansen oberoende av riktning. (Vitt papper, snö, tjock-tv, matt vägg är exempel på lambertkällor)

27 Punktkälla Om avståndet till ljuskällan är större än 5 gånger ljuskällans diameter, kan den betraktas som en punkt. (Ett en meter långt lysrör kan betraktas som en punktkälla på 5 m avstånd)

28 Belysning, E Ljusflöde/ytenhet som träffar en belyst yta. Mäts i [lux]=[lm/m 2 ]

29 Belysning från punktkälla Belysningen från en punktkälla ges av E = I/d 2, där d är avståndet till belyst yta.

30 Belysning och infallsvinkel Belysningen minskar med infallsvinkeln på ljuset: E = E cos( ), där är infallsvinkeln.

31 Fotometrar Luxmätare Luminansmätare Screenmaster

32 Ljusets reflektion Blank yta => spekulär reflektion. Matt yta => diffus reflektion I verkliga ytor får man ett mellanting. Andel som reflekteras kallas reflektans R (%) (Ju större infallsvinkeln är, desto mer spekulär reflex)

33 Glans Mäts med glansmätare Anges i glansenheter [GU] Glans 0 motsvarar helt matt yta Glans 100 motsvarar polerad svart glasyta.

34 Luminansen hos en belyst yta För en perfekt matt yta är luminansen oberoende av riktningen. (Ytan ser lika ljus ut från alla håll). Luminansen blir L Belysningen Reflektansen Ljusemmissionsförmågan

35 Luminansen hos en belyst yta Vid spekulär reflektion får man en bild av ljuskällan. Luminansen i bilden av ljuskällan blir: L L ljuskälla Reflektansen

36 Exempel Glödlampa, 60W, 600 lm, 100,000 cd/m 2 belyser yta på avståndet 0.5 m i 45 infallsvinkel. Belysningen blir då 225 lux. 1. Vit, matt yta med reflektans 80% får luminansen 60 cd/m Svart, blank yta med spekulär reflektans 10% ger en reflex med luminansen 10,000 cd/m 2! Bländning!

37 Ljuskällor

38 Svartkroppsstrålare Om man värmer upp en svart kropp så börjar den avge elektromagnetisk strålning. Ju varmare kroppen är desto mer förskjuts strålningen mot kortare våglängder. Den lyser!

39 Svartkroppsstrålare

40 Korrelerad färgtemperatur CCT Med färgtemperaturen på en ljuskälla menas temperaturen på den svartkroppsstrålare vars färg mest liknar den aktuella ljuskällans. Anges i grader Kelvin [K]. Ex K (dagsljus). (OBS ljuskällor med låg färgtemperatur upplevs ge ett varmt ljus, medan hög färgtemperatur upplevs ge ett kallt ljus.)

41 Färgåtergivningsindex Ra Ljuskällans förmåga att återge färger på ett naturligt sätt anges med färgåtergivningsindex Ra. Man jämför 8 färgprover dels belysta med ljuskällan och dels med en svartkroppsstrålare med samma färgtemperatur. Ra = 0 betyder ingen färgåtergivning. Ra = 100 betyder att proverna ser lika ut.

42 Färgåtergivningsindex Ra > 80 rekommenderas där god färgåtergivning krävs

43 Färgåtergivningsindex

44 Ljusutbyte Mängden ljus man får ut ur lampan för varje watt elektrisk effekt den konsumerar. Mäts i lumen/watt [lm/w] Ex. 60 W glödlampa ger ca 600 lm. Alltså är ljusutbytet ca 10 lm/w.

45 Ljusmodulation Luminansen varierar i tiden. 100 Hz vanligast. Mäts i procent Ger upphov till flimmer Stroboskopeffekt Bildskärm + lampa Ex glödlampa % Lysrör %

46 Glödlampa Glödande wolframtråd Temperatur 2500 K Ra = 100 Ljusutbyte lm/w Lågt flimmer Livstid 1000 h

47 Utfasning av glödlampan 1 september september september september september september september 2016 Förbud mot alla matta glödlampor Förbud mot klara glödlampor på 100 W och däröver Förbud mot klara 75 W glödlampor Förbud mot klara 60 W glödlampor Förbud mot klara 40 och 25 och 15 W glödlampor Skärpta krav på prestanda på lågenergilampor och LED lampor Skärpta krav på halogenlampor och alla lampor > 60 lm

48 Energimärkning av ljuskällor Energieffektivitetsklass Energieffektivitetsindex (EEI) för oriktade lampor A++ (effektivast) EEI 0,11 A+ 0,11 < EEI 0,17 A 0,17 < EEI 0,24 B 0,24 < EEI 0,60 C 0,60 < EEI 0,80 D 0,80 < EEI 0,95 E (minst effektiv) EEI > 0,95 EEI 1,0 motsvarar ungefär glödlampa (11-14 lumen/watt)

49 Halogenlampa Glödande wolframtråd Temperatur 3000 K Ra = 100 Ljusutbyte lm/w Lågt flimmer Livstid h Halogener = fluor, klor, brom, jod och astat

50 Gasurladdningslampor Ström av elektroner genom en gas (kvicksilver eller natrium) ger ljus. Lågt tryck ger vissa bestämda våglängder (spektrallinjer). Högt tryck ger bredare spektralfördelning Kräver driftdon för att ge lampan rätt spänning och ström

51 Lysrörslampor Kvicksilver lågt tryck ger UV 254 nm och synliga linjer. Fosforskikt ger ljus av UV CCT K Ra = (40) - 90 Ljusutbyte lm/w (inklusive driftdon)

52 Lysrörslampor Kan ge 50 Hz flimmer Flimmer kan minskas med elektroniska driftdon med KHz. Livstid upp till h Kompaktlysrör med inbyggda driftdon (lågenergilampor) Mindre ljus vid lägre omgivningstemperatur

53 Märkning av lysrör Ex betyder Ra mellan 80 och betyder färgtemperatur på 2700 K

54 Kvicksilverlampor Kvicksilver högt tryck ger UV 365 nm och betydande andel synligt ljus. Fosforskikt ger ljus av UV CCT K Ra = Ljusutbyte lm/w (inklusive driftdon) Vägbelysning, industri Livstid upp till h 100% flimmer

55 Metallhalidlampor Kvicksilver högt tryck ger UV 365 nm och betydande andel synligt ljus. Metallhalider ger högre ljusutbyte och Ra (Indium, thallium, tenn) Fosforskikt ger ljus av UV CCT K Ra = Ljusutbyte lm/w (inklusive driftdon) Fasadbelysning, sporthallar. Projektorer, butiker (med högt Ra) Livstid upp till tim

56 Högtrycksnatrium lampor Ger ljus runt 590 nm. CCT K Ljusutbyte lm/w Ra >0, Dålig Vägbelysning i städer, flodljus, industriomr.

57 Lågtrycksnatrium lampor Ger endast ljus vid 590 nm. Ljusutbyte lm/w Ra =? Motorvägsbelysning Livstid h

58 Lysdioder (LED) Halvledarmaterial, ljus genom rekombination av elektron-hålpar Normalt enfärgade. Trafikljus, ficklampor, reklamskyltar, belysning

59 LED-lampor Formade som lysrör, glödlampor, mm. Blå + fosforskikt (Blå+grön+röd=vit eller UV + fosforskikt) Ljusutbyte upp till 125 lm/w (inklusive driftdon) Ra = (vita) Hembelysning, gatubelysning, kontorsbelysning Livstid upp till h (beror på kylningen)

60 LED lamp (2700 K) Spectral distribution: Wavelength (nm)

61 Blackbody (2700K) 15 lm/w LED lamp (2700 K) Fluorescent tube 80 lm/w 60 lm/w Visible Wavelength (nm)