Leute Optik für Medientechniker

Optische Grundlagen der Medientechnik
1. Auflage 2011
ISBN: 978-3-446-42713-6
Verlag: Hanser, Carl
Format: PDF
Kopierschutz: Adobe DRM (»Systemvoraussetzungen)

E-Book, Deutsch, 158 Seiten

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

Autoren/Hrsg.

Leute, Ulrich

Inhaltsverzeichnis

1;Vorwort;6
2;Inhaltsverzeichnis;7
3;1Einleitung;10
3.1;1.1Objektivierbarkeit;10
3.2;1.2Aufgabe und Methode;12
4;2Wellenlehre;14
4.1;2.1Grundbegriffe;14
4.1.1;2.1.1Allgemeine Eigenschaften;14
4.1.2;2.1.2Harmonische Schwingungen und Wellen;16
4.1.3;2.1.3Interferenz;18
4.2;2.2Elektromagnetische Wellen;19
4.2.1;2.2.1Elektrisches Feld;19
4.2.2;2.2.2Magnetisches Feld;22
4.2.3;2.2.3Kopplung zwischen elektrischem und magnetischem Feld;23
4.2.4;2.2.4Die elektromagnetische Welle;24
4.2.5;2.2.5 Abstrahlung;27
4.2.5.1;Fragen und Rechenübungen;28
5;3Lichtspektren;30
5.1;3.1Einführung;30
5.1.1;3.1.1Spektralbereich;30
5.1.2;3.1.2Entstehung von Lichtqualität;31
5.2;3.2Mechanismen von Licht und Farbe;35
5.2.1;3.2.1Temperaturstrahlung;35
5.2.2;3.2.2Tageslicht;39
5.2.3;3.2.3Linienspektren von Atomen;42
5.2.4;3.2.4Molekülspektren;46
5.2.5;3.2.5Laser;48
5.2.6;3.2.6Festkörperspektren;53
5.2.7;3.2.7Fluoreszenzfarbstoffe;57
5.2.8;3.2.8Leuchtende Halbleiterbauelemente;60
5.2.9;3.2.9OLEDs;62
5.2.10;3.2.10Interferenzfarben;63
5.3;3.3Aufnahme von Spektren;66
5.3.1;3.3.1Beugungsgitter;66
5.3.2;3.3.2Glasprismen;68
5.3.3;3.3.3Regenbogen und Grüner Blitz;69
5.3.3.1;Fragen und Rechenübungen;71
6;4Bewertung von Licht;73
6.1;4.1Sehen von Farbe und Helligkeit;73
6.1.1;4.1.1Das Auge;73
6.2;4.2Farbmischung;76
6.2.1;4.2.1Subtrakive Farbmischung;76
6.2.2;4.2.2Additive Farbmischung;78
6.3;4.3Farbsysteme;79
6.3.1;4.3.1Normfarbtafel und CIEYxy;80
6.3.2;4.3.2UCS und CIELUV;85
6.3.3;4.3.3CIELab und CIELCh;86
6.3.4;4.3.4Farbwiedergabe;88
6.3.5;4.3.5RGB und CYMK;89
6.4;4.4Farb- und Glanzmessung;91
6.4.1;4.4.1Selbstleuchtende Flächen;91
6.4.2;4.4.2Körperfarben;92
6.4.3;4.4.3Glanzmessung;94
6.5;4.5Radiometrie und Photometrie;95
6.5.1;4.5.1Strahlungsphysikalische Größen;96
6.5.2;4.5.2Lichttechnische Größen;98
6.5.3;4.5.3Kontrast;101
6.5.4;4.5.4Fotometrie;102
6.5.4.1;Fragen und Rechenübungen;103
7;5Bilderzeugung;105
7.1;5.1Bildschirme;105
7.1.1;5.1.1Kriterien;105
7.1.2;5.1.2CRT-Displays;107
7.1.3;5.1.3Flüssigkristall-Displays;110
7.1.4;5.1.4Plasma-Displays;113
7.1.5;5.1.5Weitere Technologien;114
7.1.6;5.1.6Touchscreens;118
7.2;5.2Projektoren;120
7.2.1;5.2.1Digitale Projektoren;120
7.2.2;5.2.2Analoge Projektoren;124
7.3;5.3Kameras;126
7.3.1;5.3.1Digitale Lichtsensoren;126
7.3.2;5.3.2Objektive;128
7.4;5.4Scanner;130
7.5;5.5Holografie;132
7.5.1;Fragen und Rechenübungen;136
8;Weiterführende Literatur;137
9;Anhang 1;138
9.1;Über physikalische Einheiten;138
10;Anhang 2;140
10.1;Über einige Formeln und Funktionen;140
11;Anhang 3;146
11.1;Lösungen und Antworten zu den Übungsaufgaben;146
12;Sachwortverzeichnis;150

Leseproben

" (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 14"-Display), so werden die dargestellten Zeichen unscharf. Ist die Auflösung zu klein (480 × 640 auf 19"), 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.


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)."

Über Autor(innen)

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