Slovníček pojmů: Bílé světlo a fotometrie

Bílé světlo

Bílé světlo je elektromagnetické záření zahrnující všechny vlnové délky v rámci viditelného spektra, obvykle od 380 do 780 nanometrů (nm). Na rozdíl od monochromatického světla, které se skládá z jedné vlnové délky a je vnímáno jako barevné, bílé světlo je složené z více spektrálních složek, z nichž každá odpovídá jiné barvě. Nejznámějším zdrojem je sluneční světlo, které je vnímáno jako bílé díky svému souvislému a vyváženému spektru. Umělé zdroje, jako jsou žárovky, některé LED diody a zářivky, jsou navrženy tak, aby tuto skladbu napodobovaly, takže je člověk vnímá jako bílé.

Pocit bílé vzniká tehdy, když jsou tři typy čípků v lidském oku – citlivé na krátké (S), střední (M) a dlouhé (L) vlnové délky – stimulovány v poměrech, které mozek interpretuje jako bílou. To může být výsledkem souvislého rozložení vlnových délek (přírodní nebo žárovkové zdroje) nebo směsí několika diskrétních vlnových délek (například v RGB displejích).

Bílé světlo je zásadní ve všech oblastech souvisejících s viděním: od letectví (kde je jasnost a přesnost barev osvětlení klíčová pro bezpečnost a navigaci) přes architekturu, průmysl až po dálkový průzkum Země. Jeho spektrální složení lze rozložit do známého duhy pomocí hranolu, což ukazuje jeho složenou povahu – jev poprvé studovaný Isaacem Newtonem.

Elektromagnetické spektrum

Elektromagnetické spektrum je úplný rozsah vlnových délek nebo frekvencí elektromagnetického záření, od gama záření (s vlnovými délkami menšími než nanometr) až po rádiové vlny (s vlnovými délkami v řádu kilometrů). Viditelné spektrum – důležité pro bílé světlo – tvoří jen malou část, přibližně od 380 do 780 nm.

Sousedí s ním ultrafialové (100–380 nm) a infračervené záření (780 nm–1 mm). Tyto oblasti jsou pro lidské oko neviditelné, ale v technologiích a vědě hrají významnou roli. Například letecké osvětlovací systémy jsou navrženy tak, aby maximalizovaly viditelnost vyzařováním vlnových délek, které nejméně ovlivňuje atmosféra, například mlha.

Viditelné spektrum

Viditelné spektrum je část elektromagnetického spektra, kterou dokáže vnímat průměrné lidské oko, typicky od 380 do 780 nm. V tomto pásmu odpovídají různé vlnové délky různým barvám:

Hranice nejsou ostře vymezené kvůli překrývání citlivosti čípků a individuálním rozdílům ve vidění. Limity viditelného spektra mohou být upraveny v technických normách (například 400–700 nm pro fotometrii).

Spektrální rozložení

Spektrální rozložení popisuje, jak zdroj světla vyzařuje energii napříč viditelným spektrem. Obvykle se zobrazuje jako graf intenzity v závislosti na vlnové délce.

Typy spektrálního rozložení:

• Souvislé spektrum: Vydávané například Sluncem nebo žárovkami; obsahuje všechny viditelné vlnové délky.
• Čárové spektrum: Vydávané výbojkami; tvořeno ostrými špičkami na konkrétních vlnových délkách (např. sodíkové nebo rtuťové výbojky).
• Pásové spektrum: Obsahuje skupiny těsně seřazených čar, vyskytuje se u vysokotlakých výbojek nebo některých přírodních jevů.

Spektrální rozložení určuje vzhled barvy, barevnou teplotu a podání barev. V letectví musí osvětlení splňovat normy pro spektrální rozložení kvůli bezpečnosti a funkčnosti.

Vnímání barev

Vnímání barev je subjektivní zážitek vznikající stimulací sítnice různými vlnovými délkami. Lidské oko má tři typy čípků:

Mozek interpretuje kombinované odpovědi a vytváří vjem barvy. Když jsou všechny tři stimulovány stejně, výsledkem je „bílá“. Citlivost oka vrcholí přibližně při 555 nm za denního světla (fotopické vidění) a posouvá se na 507 nm za šera (skotopické vidění) – tento jev se nazývá Purkyňův efekt.

Vnímání barev závisí na kontextu, adaptaci a spektrálním složení světla. Metamerie nastává, když různá spektra vypadají stejně barevně. Letecké normy určují hranice chromatických souřadnic pro bílá a barevná světla kvůli bezpečnosti.

Adiční míchání barev

Adiční míchání barev popisuje, jak se různé barevné světla kombinují a vytvářejí nové barvy – včetně bílé – stimulací čípků sítnice ve specifických poměrech. Smícháním červeného, zeleného a modrého světla (RGB) ve správných intenzitách vzniká bílá. Tento princip se využívá v digitálních displejích, přístrojových panelech a letištním značení.

Adiční míchání se liší od subtraktivního (používaného u pigmentů a filtrů). Mezinárodní normy určují chromatické souřadnice pro leteckou „bílou“ a další provozní barvy, aby bylo zajištěno spolehlivé rozpoznávání barev.

Barevná teplota

Barevná teplota popisuje odstín bílého světla porovnáním se spektrem ideálního černého tělesa při určité teplotě (v kelvinech, K). Nižší barevné teploty (2700–3500 K) působí teple (žlutě/červeně), vyšší (5000–6500 K) studeně (modrobíle).

Barevná teplota je zásadní pro letecké a průmyslové osvětlení, protože podporuje vizuální komfort, bezpečnost a přesné rozlišení barev.

Světelný tok

Světelný tok je celkové množství viditelného světla vyzařovaného zdrojem do všech směrů, zohledněné citlivostí lidského oka. Měří se v lumenech (lm) a liší se od zářivého výkonu (wattů) tím, že zahrnuje pouze viditelné vlnové délky.

Světelný tok (Φ_v) se vypočítává integrací spektrálního výkonu se zrakovou účinností oka (V(λ)), která vrcholí při 555 nm. Je to klíčový parametr pro specifikaci výkonu světelných zdrojů v letectví a průmyslu.

Světelná intenzita

Světelná intenzita udává, kolik světelného toku je vyzařováno v konkrétním směru v rámci daného prostorového úhlu. Měří se v kandelách (cd), přičemž jedna kandela odpovídá jednomu lumenu na steradián.

Směrová světla (například dráhová, majáky) jsou určována svou světelnou intenzitou. Normy ICAO stanovují požadované hodnoty a úhlová rozložení kvůli bezpečnosti v letectví.

Osvětlenost

Osvětlenost udává množství světelného toku dopadajícího na plochu o určité velikosti, měří se v luxech (lx), kdy jeden lux je jeden lumen na metr čtvereční. Určuje, jak jasně je plocha osvětlena, což je zásadní pro viditelnost na letištích, v kokpitech a pracovních prostorech.

ICAO a další organizace stanovují požadované úrovně osvětlenosti pro bezpečnou navigaci a provoz. Osvětloměry měří osvětlenost a pomáhají zajistit, že osvětlovací systémy splňují normy.

Jas (luminance)

Jas je vnímání světlosti světelného nebo odrazivého povrchu pozorovatelem, zohledňující jak intenzitu, tak promítnutou plochu. Měří se v kandelách na metr čtvereční (cd/m²) a je klíčový pro čitelnost displejů, značení a ergonomii osvětlení.

Vypočítává se jako: L = I / (A · cosθ)

kde L je jas, I je intenzita, A plocha a θ je úhel mezi normálou k ploše a směrem pohledu. Letecké normy stanovují hodnoty jasu pro zajištění viditelnosti a bezpečnosti.

Fotometrie

Fotometrie je věda o měření viditelného světla tak, jak ho vnímá lidské oko. Zahrnuje veličiny jako světelný tok, intenzitu, osvětlenost a jas, všechny zohledňující spektrální citlivost oka. Fotometrie je zásadní při návrhu osvětlení, bezpečnosti a dodržování předpisů – obzvláště v letectví, architektuře a průmyslu.

Fotometrická měření využívají snímače a filtry kalibrované podle lidské vizuální odezvy, což zajišťuje konzistenci a relevantnost pro reálné vnímání. Mezinárodní normy (ICAO, CIE) určují postupy a limity fotometrických parametrů v kritických prostředích.

Díky pochopení bílého světla, jeho spektrálních vlastností a fotometrických veličin mohou inženýři a provozovatelé navrhovat osvětlovací systémy optimalizované pro viditelnost, bezpečnost a komfort – zejména v náročných oblastech, jako je letectví a doprava.