Ulrich Leute. Medientechniker. Optische Grundlagen der Medientechnik. Optik für

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1 Ulrich Leute Optik für Medientechniker Optische Grundlagen der Medientechnik

2 Ulrich Leute OPTIK für Medientechniker

3 22 Zoll großes kapazitives LCD-Multi-Touch-Display für 20-Finger-Interaktivität (Bild: 3M)

4 Ulrich Leute OPTIK für Medientechniker Optische Grundlagen der Medientechnik Mit 133 Bildern und 32 Übungsaufgaben Fachbuchverlag Leipzig im Carl Hanser Verlag

5 Prof. Dr. rer. nat. habil. Ulrich Leute Hochschule Ulm Bibliografische Information der Deutschen Nationalbibliothek Die Deutsche Nationalbibliothek verzeichnet diese Publikation in der Deutschen Nationalbibliografie; detaillierte bibliografische Daten sind im Internet über abrufbar. ISBN Dieses Werk ist urheberrechtlich geschützt. Alle Rechte, auch die der Übersetzung, des Nachdruckes und der Vervielfältigung des Buches oder Teilen daraus, vorbehalten. Kein Teil des Werkes darf ohne schriftliche Genehmigung des Ver lages in irgendeiner Form (Fotokopie, Mikrofilm oder ein anderes Verfahren), auch nicht für Zwecke der Unterrichtsgestaltung, reproduziert oder unter Verwendung elektronischer Systeme verarbeitet, vervielfältigt oder verbreitet werden. Fachbuchverlag Leipzig im Carl Hanser Verlag 2011 Carl Hanser Verlag München Lektorat: Jochen Horn Herstellung: Katrin Wulst Umbruch: Werksatz Schmidt & Schulz GmbH, Gräfenhainichen Druck und Bindung: Kösel, Krugzell Printed in Germany

6 Vorwort Allein in Deutschland gibt es einige Hundert Studiengänge an Universitäten, Hochschulen verschiedenster Art und Fachhochschulen, die sich mit Medien beschäftigen herkömmlichen Medien wie Printmedien sowie Neuen Medien, die vor allem elektronisch und digital arbeiten. Die Hauptzielrichtungen solcher Studiengänge sind natürlich unterschiedlich: Bei vielen stehen Design und Gestaltung im Vordergrund, bei anderen Wort und Bild, bei etlichen auch Medientechnik. Medientechnik spielt nur in einem Teil der Studiengänge die Hauptrolle, mehr oder weniger große Nebenrollen spielt sie aber auch in den anderen. Schon wer sich eines Rechners bedient, und das sind heute wohl alle, sollte ein Gefühl für die technischen Möglichkeiten der Neuen Medien entwickeln. Wer einen Internetauftritt oder einen Werbefilm konzipieren und rea lisieren soll, der muss darüber Bescheid wissen, welche Bildqualität mit Dramaturgielicht, Kameras, Displays, Video-Projektoren und anderen technischen Hilfsmitteln möglich ist. Dieses Konzept hat sich an der Hochschule Ulm im Studiengang Digital Media bewährt. Der Studiengang verknüpft Gestaltung, Inhalt und die Technologie der digitalen Medien auf besondere Art und Weise. In den ersten beiden Semestern (Grundstudium) lernen die Studierenden die Grund lagen der Gestaltung, der Medientechnik und des Programmierens. ( Im ersten Semester werden den Studierenden unter anderem die Grundlagen von Optik und Akustik nahegebracht, soweit sie für die moderne Medientechnik relevant sind. Aus dieser Experimentalvorlesung ist das vorliegende Buch entstanden. Weil aber Optik das größere und wohl auch wichtigere Gebiet ist und weil Akustik bzw. Tontechnik schon umfassend dargestellt sind, beschränkt sich dieses Buch auf die optischen Prinzipien der Medientechnik. Wohlgemerkt, die wirklich optischen Prinzipien; wie optische Da ten im Computer verarbeitet, komprimiert, formatiert, gespeichert oder sonst wie aufgearbeitet werden, das ist nicht Thema des Buches. Studierenden sowie Berufstätigen, die ihre Kenntnisse aktualisieren und ver tiefen möchten, soll dieses Buch helfen, die faszinierende Verbindung zwischen gestalterischer Idee und technischer Realisation erfolgreich herzustellen. 5 Vorwort Ulm, im November 2010 Ulrich Leute

7 Inhaltsverzeichnis Vorwort 1 Einleitung 1.1 Objektivierbarkeit Aufgabe und Methode Wellenlehre 2.1 Grundbegriffe Allgemeine Eigenschaften Harmonische Schwingungen und Wellen Interferenz Elektromagnetische Wellen Elektrisches Feld Magnetisches Feld Kopplung zwischen elektrischem und magnetischem Feld Die elektromagnetische Welle Abstrahlung Fragen und Rechenübungen Lichtspektren 3.1 Einführung Spektralbereich Entstehung von Lichtqualität Mechanismen von Licht und Farbe Temperaturstrahlung Tageslicht Linienspektren von Atomen Molekülspektren Laser Festkörperspektren Fluoreszenzfarbstoffe Leuchtende Halbleiterbauelemente OLEDs Interferenzfarben Aufnahme von Spektren Beugungsgitter Glasprismen Regenbogen und Grüner Blitz Fragen und Rechenübungen Bewertung von Licht 4.1 Sehen von Farbe und Helligkeit Das Auge Farbmischung Subtraktive Farbmischung Additive Farbmischung Farbsysteme Normfarbtafel und CIEYxy UCS und CIELUV CIELAB Farbwiedergabe RGB und CMYK Farb- und Glanzmessung Selbstleuchtende Flächen Körperfarben Glanzmessung Radiometrie und Fotometrie Strahlungsphysikalische Größen Lichttechnische Größen Kontrast Fotometrie Fragen und Rechenübungen Bilderzeugung 5.1 Bildschirme Kriterien CRT-Displays Flüssigkristall-Displays Plasma-Displays Weitere Technologien Touchscreens Projektoren

8 7 Inhaltsverzeichnis Digitale Projektoren Analoge Projektoren Kameras Digitale Lichtsensoren Objektive Scanner Holografie Fragen und Rechenübungen Anhang 2 Über einige Formeln und Funktionen Anhang 3 Lösungen und Antworten zu den Übungsaufgaben Sachwortverzeichnis Weiterführende Literatur Anhang 1 Über physikalische Einheiten