Optik für Medientechniker (eBook)

Optische Grundlagen der Medientechnik

Ulrich Leute (Autor)

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2011 | 1. Auflage
158 Seiten
Carl Hanser Fachbuchverlag
9783446427136 (ISBN)

Infos

Digitale Medien beliefern Menschen u. a. mit optischen Informationen. Diese Informationen müssen nicht nur erzeugt, bearbeitet und gespeichert, sondern auch übertragen und präsentiert werden. Dafür sind zusätzlich oder überwiegend Kenntnisse aus dem Bereich der Optik nötig. Will man die modernen digitalen Geräte optimal nutzen, so muss man ihre Fahigkeiten kennen.
Dieses Lehrbuch für Medientechniker vermittelt die physikalischen Grundlagen aus dem Bereich der Optik. Neben der Beschreibung, der Erzeugung und Ausbreitung von Wellen, der Erläuterung von Lichtquellen und ihren physikalischen Eigenschaften, der Wahrnehmung von Farben und Farbstoffen sowie von Lampen, Lasern und Gittern werden Hinweise zu Spektren, zur Radiometrie und Fotometrie, zur Farbwiedergabe sowie zu bilderzeugenden Geräten gegeben.

Dr. rer. nat. Ulrich Leute ist Professor für Physik und Technische Physik an der Fakultät Grundlagen der Hochschule Ulm

Inhalt

Vorwort 6
Inhaltsverzeichnis 7
1Einleitung 10
1.1Objektivierbarkeit 10
1.2Aufgabe und Methode 12
2Wellenlehre 14
2.1Grundbegriffe 14
2.1.1Allgemeine Eigenschaften 14
2.1.2Harmonische Schwingungen und Wellen 16
2.1.3Interferenz 18
2.2Elektromagnetische Wellen 19
2.2.1Elektrisches Feld 19
2.2.2Magnetisches Feld 22
2.2.3Kopplung zwischen elektrischem und magnetischem Feld 23
2.2.4Die elektromagnetische Welle 24
2.2.5 Abstrahlung 27
Fragen und Rechenübungen 28
3Lichtspektren 30
3.1Einführung 30
3.1.1Spektralbereich 30
3.1.2Entstehung von Lichtqualität 31
3.2Mechanismen von Licht und Farbe 35
3.2.1Temperaturstrahlung 35
3.2.2Tageslicht 39
3.2.3Linienspektren von Atomen 42
3.2.4Molekülspektren 46
3.2.5Laser 48
3.2.6Festkörperspektren 53
3.2.7Fluoreszenzfarbstoffe 57
3.2.8Leuchtende Halbleiterbauelemente 60
3.2.9OLEDs 62
3.2.10Interferenzfarben 63
3.3Aufnahme von Spektren 66
3.3.1Beugungsgitter 66
3.3.2Glasprismen 68
3.3.3Regenbogen und Grüner Blitz 69
Fragen und Rechenübungen 71
4Bewertung von Licht 73
4.1Sehen von Farbe und Helligkeit 73
4.1.1Das Auge 73
4.2Farbmischung 76
4.2.1Subtrakive Farbmischung 76
4.2.2Additive Farbmischung 78
4.3Farbsysteme 79
4.3.1Normfarbtafel und CIEYxy 80
4.3.2UCS und CIELUV 85
4.3.3CIELab und CIELCh 86
4.3.4Farbwiedergabe 88
4.3.5RGB und CYMK 89
4.4Farb- und Glanzmessung 91
4.4.1Selbstleuchtende Flächen 91
4.4.2Körperfarben 92
4.4.3Glanzmessung 94
4.5Radiometrie und Photometrie 95
4.5.1Strahlungsphysikalische Größen 96
4.5.2Lichttechnische Größen 98
4.5.3Kontrast 101
4.5.4Fotometrie 102
Fragen und Rechenübungen 103
5Bilderzeugung 105
5.1Bildschirme 105
5.1.1Kriterien 105
5.1.2CRT-Displays 107
5.1.3Flüssigkristall-Displays 110
5.1.4Plasma-Displays 113
5.1.5Weitere Technologien 114
5.1.6Touchscreens 118
5.2Projektoren 120
5.2.1Digitale Projektoren 120
5.2.2Analoge Projektoren 124
5.3Kameras 126
5.3.1Digitale Lichtsensoren 126
5.3.2Objektive 128
5.4Scanner 130
5.5Holografie 132
Fragen und Rechenübungen 136
Weiterführende Literatur 137
Anhang 1 138
Über physikalische Einheiten 138
Anhang 2 140
Über einige Formeln und Funktionen 140
Anhang 3 146
Lösungen und Antworten zu den Übungsaufgaben 146
Sachwortverzeichnis 150

Textauszug

"5 Bilderzeugung (S. 104-105)

Bisher wurden farbige Körper, Flächen, Linien und Punkte erzeugt, teilweise dann messtechnisch untersucht und farbmetrisch charakterisiert. Jetzt sollen aus diesen Elementen, insbesondere aus den Punkten, Bilder entstehen: Punkte sind jetzt picture elements = Pixel, hier verstanden als kleinste physikalisch-technologisch darstellbare Bildpunkte. Eine andere Pixel-Definition meint den kleinsten, von der Grafikkarte eines Computers gelieferten Punkt, der mit dem physikalischen Pixel nicht übereinstimmen muss.

Sind z. B. die physikalischen Pixel größer als die gerechneten, weil die Auflösung zu groß ist (Beispiel 768 × 1024 auf einem 14ʺ-Display), so werden die dargestellten Zeichen unscharf. Ist die Auflösung zu klein (480 × 640 auf 19ʺ), so werden Zeichen stufig, ein gerechnetes Pixel besteht aus etlichen physikalischen. In der folgenden Diskussion stehen Bildschirme am Anfang, denn Monitore, Fernsehgeräte und weitere Displays sind wohl mit Abstand die häufigsten bilderzeugenden Geräte; dann kommen Projektoren und digitale Kameras sowie Scanner. Schließlich die reizvolle Rarität der Bilderzeugung durch Holografie.

5.1 Bildschirme

Bildschirme als Direktsicht-Anzeige sind die wichtigste Schnittstelle Mensch-Computer und daher von großer Bedeutung für die Effektivität und Ergonomie von vielen Arbeitsplätzen – Bildschirmarbeitsplätze sind potenziell anstrengend bis schädlich für Augen und Gehirn, für Rücken und Gliedmaßen – bis hin zum „Mausarm“. Lange Zeit und bis vor 2 oder 3 Jahrzehnten gab es bei nicht ganz simplen Displays praktisch nur eine Technologie, die herkömmliche CRT-Technologie (Kürzel-Erklärung vgl. 3.2.7 und 5.1.2). Doch bei wichtigen und seit den 1990er-Jahren massenhaft verkauften Produkten, v. a. Notebook und Mobiltelefon, war sie nicht einsetzbar – flach, klein und leicht war gefordert.

Bei Fernsehgeräten überwog bis zum Ende des 20. und noch am Anfang des 21. Jahrhunderts CRT; erst in der zweiten Hälfte des ersten Jahrzehnts wurden Flachbildschirme wichtiger. Bei Computer-Monitoren überholten die LCDs (vgl. 5.1.3) schon etwas früher (2002 bzgl. Erlös, 2004 bzgl. Stückzahl). Diese Flüssigkristall-(Liquid Crystal)Displays sind die mit Abstand wichtigsten Flachbildschirme.

Unter den anderen flachen Geräten spielen wohl Plasma Display Panels (PDPs) die größte Rolle; die zahlreichen weiteren Technologien deutlich kleinere, doch sind viele interessante neue Ansätze erkennbar. Alle werden hier sicher nicht erfasst werden, und die Einschätzungen hinsichtlich zukünftiger Bedeutung sind recht unterschiedlich und ändern sich auch schnell.

5.1.1 Kriterien

Auge und Gehirn brauchen optische Qualität. Kriterien in diesem Bereich werden zuerst genannt:
• Maximale Helligkeit, anzugeben als Leuchtdichte in cd/m²; die schwedische IT-Ergonomienorm TCO 03 (Tjänstemännens Centralorganisation) fordert für PC-Monitore mindestens 150 cd/m2.
• Kontrast, hier gemeint Leuchtdichtekontrast, der nicht zu klein sein darf und über den Schirm gleichmäßig sein muss.
• Auflösung, ausgedrückt durch verschiedene Angaben: Pixelzahl vertikal/horizontal (VGA 480 × 640, SVGA 600 × 800, XGA 768 × 1024, UXGA 1280 × 1600, QUXGA 2400 × 3200; alle für 4 : 3; HDTV 1080 × 1920 für 16 : 9); oder Pixeldichte (in ppi, per inch), Pixelgröße, manchmal auch Zeilenzahl pro Zoll (lpi, lines per inch)."

Produkt-Details

• Erscheint lt. Verlag: 1.1.2011
• Verlagsort: München
• Sprache: deutsch
• Themenwelt: Naturwissenschaften ► Physik / Astronomie ► Optik
• Themenwelt: Technik ► Elektrotechnik / Energietechnik
• Themenwelt: Technik ► Nachrichtentechnik
• Schlagworte: Grundlagen der Optik • Medientechnik • Optische Bauelemente
• ISBN-13: 9783446427136 / 9783446427136