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E-Book

Optik für Medientechniker

Optische Grundlagen der Medientechnik

AutorUlrich Leute
VerlagCarl Hanser Fachbuchverlag
Erscheinungsjahr2011
Seitenanzahl158 Seiten
ISBN9783446427136
FormatPDF
KopierschutzWasserzeichen/DRM
GerätePC/MAC/eReader/Tablet
Preis19,99 EUR
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

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Leseprobe
"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)."
Blick ins Buch
Inhaltsverzeichnis
Vorwort6
Inhaltsverzeichnis7
1Einleitung10
1.1Objektivierbarkeit10
1.2Aufgabe und Methode12
2Wellenlehre14
2.1Grundbegriffe14
2.1.1Allgemeine Eigenschaften14
2.1.2Harmonische Schwingungen und Wellen16
2.1.3Interferenz18
2.2Elektromagnetische Wellen19
2.2.1Elektrisches Feld19
2.2.2Magnetisches Feld22
2.2.3Kopplung zwischen elektrischem und magnetischem Feld23
2.2.4Die elektromagnetische Welle24
2.2.5 Abstrahlung27
Fragen und Rechenübungen28
3Lichtspektren30
3.1Einführung30
3.1.1Spektralbereich30
3.1.2Entstehung von Lichtqualität31
3.2Mechanismen von Licht und Farbe35
3.2.1Temperaturstrahlung35
3.2.2Tageslicht39
3.2.3Linienspektren von Atomen42
3.2.4Molekülspektren46
3.2.5Laser48
3.2.6Festkörperspektren53
3.2.7Fluoreszenzfarbstoffe57
3.2.8Leuchtende Halbleiterbauelemente60
3.2.9OLEDs62
3.2.10Interferenzfarben63
3.3Aufnahme von Spektren66
3.3.1Beugungsgitter66
3.3.2Glasprismen68
3.3.3Regenbogen und Grüner Blitz69
Fragen und Rechenübungen71
4Bewertung von Licht73
4.1Sehen von Farbe und Helligkeit73
4.1.1Das Auge73
4.2Farbmischung76
4.2.1Subtrakive Farbmischung76
4.2.2Additive Farbmischung78
4.3Farbsysteme79
4.3.1Normfarbtafel und CIEYxy80
4.3.2UCS und CIELUV85
4.3.3CIELab und CIELCh86
4.3.4Farbwiedergabe88
4.3.5RGB und CYMK89
4.4Farb- und Glanzmessung91
4.4.1Selbstleuchtende Flächen91
4.4.2Körperfarben92
4.4.3Glanzmessung94
4.5Radiometrie und Photometrie95
4.5.1Strahlungsphysikalische Größen96
4.5.2Lichttechnische Größen98
4.5.3Kontrast101
4.5.4Fotometrie102
Fragen und Rechenübungen103
5Bilderzeugung105
5.1Bildschirme105
5.1.1Kriterien105
5.1.2CRT-Displays107
5.1.3Flüssigkristall-Displays110
5.1.4Plasma-Displays113
5.1.5Weitere Technologien114
5.1.6Touchscreens118
5.2Projektoren120
5.2.1Digitale Projektoren120
5.2.2Analoge Projektoren124
5.3Kameras126
5.3.1Digitale Lichtsensoren126
5.3.2Objektive128
5.4Scanner130
5.5Holografie132
Fragen und Rechenübungen136
Weiterführende Literatur137
Anhang 1138
Über physikalische Einheiten138
Anhang 2140
Über einige Formeln und Funktionen140
Anhang 3146
Lösungen und Antworten zu den Übungsaufgaben146
Sachwortverzeichnis150

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