Slovník pojmov: biele svetlo a fotometria

Biele svetlo

Biele svetlo je elektromagnetické žiarenie, ktoré zahŕňa všetky vlnové dĺžky v rámci viditeľného spektra, zvyčajne od 380 do 780 nanometrov (nm). Na rozdiel od monochromatického svetla, ktoré pozostáva z jednej vlnovej dĺžky a javí sa ako farebné, biele svetlo je zložené z viacerých spektrálnych zložiek, pričom každá zodpovedá inej farbe. Najznámejším zdrojom je slnečné svetlo, ktoré sa javí ako biele vďaka svojmu spojitému a vyváženému spektru. Umelé zdroje ako žiarovky, niektoré LED a fluorescenčné lampy sú navrhnuté tak, aby napodobňovali toto zloženie, aby ich ľudia vnímali ako biele.

Pocit bielej vzniká vtedy, keď tri typy čapíkov v ľudskom oku – citlivé na krátke (S), stredné (M) a dlhé (L) vlnové dĺžky – sú stimulované v takom pomere, že mozog ich interpretuje ako bielu. Môže ísť o spojité rozloženie vlnových dĺžok (prírodné alebo žiarovkové zdroje) alebo o zmes niekoľkých diskrétnych vlnových dĺžok (ako pri RGB displejoch).

Biele svetlo je nevyhnutné vo všetkých oblastiach, ktoré súvisia s videním – od letectva (kde je jasnosť osvetlenia a presnosť farieb kľúčová pre bezpečnosť a navigáciu), cez architektúru, priemysel až po diaľkový prieskum. Jeho spektrálny obsah možno rozložiť na známe farby dúhy pomocou hranola, čo odhaľuje jeho zloženú povahu – jav, ktorý ako prvý študoval Isaac Newton.

Elektromagnetické spektrum

Elektromagnetické spektrum je celý rozsah vlnových dĺžok alebo frekvencií elektromagnetického žiarenia – od gama lúčov (s vlnovými dĺžkami menšími ako nanometer) až po rádiové vlny (s dĺžkou v kilometroch). Viditeľné spektrum – relevantné pre biele svetlo – predstavuje len malú časť, približne od 380 do 780 nm.

Priľahlé k viditeľnému rozsahu sú ultrafialové žiarenie (100–380 nm) a infračervené žiarenie (780 nm–1 mm). Tieto oblasti sú pre ľudské oko neviditeľné, no v technológiách a vede majú významné využitie. Napríklad letecké osvetľovacie systémy sú navrhnuté tak, aby vyžarovali vlnové dĺžky, ktoré najmenej ovplyvňujú atmosférické podmienky ako hmla.

Viditeľné spektrum

Viditeľné spektrum je časť elektromagnetického spektra, ktorú priemerné ľudské oko dokáže vnímať – zvyčajne od 380 do 780 nm. V rámci tohto pásma rôzne vlnové dĺžky zodpovedajú rôznym farbám:

Hranice nie sú presne vymedzené kvôli prekrývajúcej sa citlivosti čapíkov a individuálnym rozdielom vo videní. Limity viditeľného spektra môžu byť upravené v technických normách (napr. 400–700 nm pre fotometriu).

Spektrálne rozloženie

Spektrálne rozloženie opisuje, ako zdroj svetla vyžaruje energiu naprieč viditeľným spektrom. Zvyčajne sa znázorňuje ako graf intenzity v závislosti od vlnovej dĺžky.

Typy spektrálneho rozloženia:

• Spojité spektrum: Vyžarované zdrojmi ako Slnko alebo žiarovky; obsahuje všetky viditeľné vlnové dĺžky.
• Čiarové spektrum: Vyžarované výbojkami; pozostáva z ostrých píkov na diskrétnych vlnových dĺžkach (napr. sodíkové alebo ortuťové výbojky).
• Pásové spektrum: Obsahuje skupiny blízko seba ležiacich čiar, vyskytuje sa v vysokotlakových lampách alebo niektorých prírodných javoch.

Spektrálne rozloženie určuje farebný vzhľad, farebnú teplotu a podanie farieb. V letectve musí osvetlenie spĺňať normy pre spektrálne rozloženie kvôli bezpečnosti a spoľahlivosti.

Vnímanie farieb

Vnímanie farieb je subjektívny zážitok, ktorý vzniká stimuláciou sietnice rôznymi vlnovými dĺžkami. Ľudské oko má tri typy čapíkov:

Mozog interpretuje kombinované reakcie a vytvára pocit farby. Ak sú všetky tri stimulované rovnako, výsledkom je „biela“. Citlivosť oka vrcholí pri asi 555 nm za denného svetla (fotopické videnie) a posúva sa na 507 nm (skotopické videnie) v slabom svetle – jav známy ako Purkyňov efekt.

Vnímanie farieb závisí od kontextu, adaptácie a spektrálneho zloženia svetla. Metamerizmus nastáva, keď rôzne spektrá vnímame ako rovnakú farbu. Letecké normy určujú hranice chromatickosti pre biele a farebné svetlá kvôli bezpečnosti.

Aditívne miešanie farieb

Aditívne miešanie farieb je spôsob, akým sa rôzne farebné svetlá kombinujú na vytvorenie nových farieb – vrátane bielej – stimulovaním čapíkov sietnice v určitých pomeroch. Miešaním červenej, zelenej a modrej (RGB) svetla v správnych intenzitách vzniká biela. Tento princíp sa využíva v digitálnych displejoch, prístrojových paneloch a letiskovom značení.

Aditívne miešanie sa líši od subtraktívneho miešania (používaného pri pigmentoch a filtroch). Medzinárodné normy definujú chromatické súradnice pre „bielu“ v letectve a iné prevádzkové farby, čím zabezpečujú spoľahlivé rozpoznávanie farieb.

Farebná teplota

Farebná teplota opisuje odtieň bieleho svetla porovnaním so spektrom ideálneho čierneho telesa pri danej teplote (v kelvinoch, K). Nižšie farebné teploty (2700–3500 K) pôsobia teplo (žlté/červené), vyššie (5000–6500 K) pôsobia chladne (modrobiele).

Farebná teplota je kľúčová pre letecké a priemyselné osvetlenie, podporuje vizuálny komfort, bezpečnosť a presné rozlíšenie farieb.

Svetelný tok

Svetelný tok je celkové množstvo viditeľného svetla vyžarovaného zdrojom do všetkých smerov, vážené podľa citlivosti ľudského oka. Meria sa v lúmenoch (lm) a odlišuje sa od žiarivého výkonu (wattov) tým, že zohľadňuje len viditeľné vlnové dĺžky.

Svetelný tok (Φ_v) sa vypočíta integráciou spektrálneho výkonu so zrakovou účinnosťou oka (V(λ)), ktorá vrcholí pri 555 nm. Je to kľúčový parameter na špecifikáciu výkonu lámp a svietidiel v letectve a priemysle.

Svietivosť

Svietivosť vyjadruje, koľko svetelného toku je vyžarované v určitom smere v danom priestorovom uhle. Meria sa v kandelách (cd), pričom jedna kandela je jeden lúmen na steradián.

Smerové svetlá (napr. dráhové svetlá, majáky) sa špecifikujú podľa svietivosti. Normy ICAO určujú požadované hodnoty a uhlové rozdelenie pre bezpečnosť v letectve.

Osvetlenosť

Osvetlenosť určuje množstvo svetelného toku dopadajúceho na plochu na jednotku plochy, meria sa v luxoch (lx), kde jeden lux je jeden lúmen na meter štvorcový. Určuje, ako jasne je povrch osvetlený a je kľúčová pre viditeľnosť na letiskách, v kokpitoch aj na pracoviskách.

ICAO a ďalšie organizácie určujú požadované úrovne osvetlenosti pre bezpečnú navigáciu a prevádzku. Luxmetre merajú osvetlenosť a pomáhajú kontrolovať, či systémy spĺňajú normy.

Jas

Jas je jas svetelného alebo odrazivého povrchu, ako ho vníma pozorovateľ, pričom zohľadňuje intenzitu aj premietnutú plochu. Meria sa v kandelách na meter štvorcový (cd/m²), jas je kľúčový pre čitateľnosť displejov, značenie a ergonomické osvetlenie.

Vypočíta sa ako: L = I / (A · cosθ)

kde L je jas, I je svietivosť, A je plocha a θ je uhol medzi normálou povrchu a smerom pohľadu. Letecké normy určujú hodnoty jasu pre viditeľnosť a bezpečnosť.

Fotometria

Fotometria je veda o meraní viditeľného svetla tak, ako ho vníma ľudské oko. Zahŕňa veličiny ako svetelný tok, svietivosť, osvetlenosť a jas – všetky sú vážené podľa spektrálnej citlivosti oka. Fotometria je nevyhnutná pri návrhu osvetlenia, bezpečnosti a plnení predpisov – najmä v letectve, architektúre a priemysle.

Fotometrické merania využívajú senzory a filtre kalibrované na ľudskú vizuálnu odpoveď, čím zabezpečujú konzistentnosť a relevantnosť pre reálne vnímanie. Medzinárodné normy (ICAO, CIE) určujú postupy a limity pre fotometrické parametre v kritických prostrediach.

Pochopením bieleho svetla, jeho spektrálnych vlastností a fotometrických veličín môžu inžinieri a prevádzkovatelia navrhovať osvetľovacie systémy, ktoré optimalizujú viditeľnosť, bezpečnosť a komfort – najmä v náročných oblastiach ako letectvo a doprava.