Vorwort und Danksagung
Seit der Einführung der LED-Technologie zum Jahrhundertwechsel und mit der Entdeckung eines neuen lichtempfindlichen Rezeptors, dessen Signale maßgeblich zur Steuerung des menschlichen Biorhythmus beitragen, gibt es eine neue Dynamik in der Farbforschung und Lichtqualitätsforschung, gepaart mit intensiven Forschungsarbeiten auf den Gebieten der Neurobiologie, Schlafforschung, Psychologie, Humanmedizin und Arbeitswissenschaft mit den Zielen, den Zusammenhang zwischen Strahlungseigenschaften und Wirkmechanismen im Gehirn wie in den körperlichen Organen qualitativ und quantitativ zu ergründen.
Aus der Überzeugung, dass solche wertvollen wissenschaftlichen Erkenntnisse, die sicherlich noch in den nächsten Jahren weiter gesammelt werden, bereits in die Lichtkonzeptionierung, Lichtproduktentwicklung und Lichtplanung umgesetzt werden sollen, sahen die Autoren die Notwendigkeit, diese wissenschaftlichen Erkenntnisse mit den technologischen und anlagentechnischen Fortschritten wie Internet of Things, Vernetzung von Kommunikationssystemen und Sensorsystemen zu verbinden und zusammen zu bündeln. Das Buch möchte an Wissenschaftler, Lichtplaner, Lichtingenieure, Psychologen, Arbeitsingenieure und Studenten gerichtet sein.
Entstanden ist das Buch unerwartet in einer schwierigen Zeit mit COVID-19-Pandemie im Winter 2020-2021. Die Autoren bedanken sich bei den wissenschaftlichen Mitarbeitern der Technischen Universität Darmstadt S. Beck, J. Klabes, Dr. S. Babilon und B. Zandi für die Literatursammlung sowie bei den wissenschaftlichen Mitarbeitern S. Klir und S. Benkner, deren Vorlesungsfolien über „Smart Lighting“ für die Studenten der Lichttechnik einen Teil der Inhalte des Kap. 11 bilden. Der Dank der Autoren gilt ebenso M.Sc. W. Truong, zurzeit Promovend an der TU Darmstadt, für die gemeinsame Ausarbeitung der Konzepte der Messung der zirkadian wirksamen Metriken sowie für die gemeinsame Publikation mit dem Hauptautor dieses Buches über die Gesundheit der Frühschichtarbeiter, deren Ergebnisse in ein Subkapitel dieses Buches Eingang gefunden haben.
Darüber hinaus bedanken sich die Autoren herzlich bei den zwei Lichtexperten P. Dehoff (Dornbirn) und J. Minnerup (Arnsberg) für zahlreiche Diskussionen und für die Zusendung der Literatur über die Lichtqualität.
Zu guter Letzt möchten die Autoren ihren Familien danken – für die moralische Unterstützung vor und während der Buchschreibphase mit einem nicht einfachen Inhalt in einer nicht einfachen Zeit.
Darmstadt, 13. Februar 2021
Tran Quoc Khanh, Peter Bodrogi und Trinh Quang Vinh
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Einleitung und Motivation
1.1 Einführung: ein historischer Rückblick und aktuelle Fragestellungen
Die Internationale Beleuchtungskommission (CIE) definierte im September 1931, 90 Jahre vor der Erscheinung dieses Buches, die 2°-Normspektralwertfunktionen
1 a) In der Beleuchtungstechnik und in der Fotometrie: Vom Ende des 19. Jahrhundert bis etwa zuden 80er-Jahren des 20.Jahrhunderts erlebten einige Erdteile eine stetig wachsende Entwicklung des Industrialisierungsprozesses (z.B. Maschinenbau, Schiffbau, Elektrotechnik, Bauwesen), sodass die Forschungen in der Beleuchtungstechnik sich darauf konzentrierten, anhand von physiologischen visuellen Leistungen wie Kontrastvermögen, Sehschärfe, Lesegeschwindigkeit oder Fehlerrate der verrichteten Arbeit die Anforderungen an die Arbeitsplätze im Büro und in der Fertigung zu formulieren, wobei die Kenngrößen Beleuchtungsstärke (in lx) oder die Leuchtdichte (in cd/m2)zugrunde gelegt wurden. Die Forschungsergebnisse auf diesem Themengebiet bis zum Ende des 20. Jahrhunderts bildeten die Grundlagen für die heutigen internationalen und nationalen Normen der Beleuchtungstechnik [1–3].
2 b) In der Lichtquellentechnik: Von 1879 bis 1999 gab es eine Reihe von wichtigen Entwicklungsschritten von den Glühlampen über die Hochdruckentladungslampen, die Halogenglühlampen, Dreibanden-Leuchtstofflampen und Kompaktleuchtstofflampen (s. Tab. 1.1). Von 1994 bis heute erfährt die Lichtquellentechnik durch die neue Entwicklung von Hochleistungs-LEDs einen enormen Fortschritt. Die Lichtausbeute von weißen LEDs übertrifft die Werte der häufig verwendeten Entladungslampen (z.B. T5-Lampen, Cosmopolis-Lampen, HMI-Lampen). Die hohe Lichtausbeute der LEDs, die nach der V(𝜆)-Funktion für das Tagessehen bewertet wird, trägt positiv zur weltweiten Bemühung zur Energieeinsparung und Umweltschonung bei.
3 c) In der CIE-Farbmetrik: Die Geschichte der CIE-Farbmetrik ist durch die ständigen Bemühungen gekennzeichnet, wahrnehmungstechnische Farbattribute (Helligkeit, Re-lativhelligkeit, Farbton, Buntheit, Farbsättigung) zu definieren und in einem perzeptiv gleichabständigen Farbraum vektoriell anzuordnen. Wenn diese wahrnehmungstechnisch gleichabständigen Farbräume geschaffen werden, können die Farbdifferenzen verschiedener Farborte dort berechnet und für die industriellen Qualitätskontrollen verwendet werden. Ein Nutzen der Farbdifferenzberechnung ist die Definition des Farbwiedergabeindex. Diese oben beschriebene Aufgabenstellung wurde in den letzten Jahrzehnten in mehreren Erkenntnisstufen (s. Tab. 1.2 sowie [4, 5]) mehr oder weniger optimal gelöst. Die Forschungsergebnisse der Farbwissenschaft werden bis heute in der farbgebenden Industrie (Displaytechnik, Filmtechnik, Drucktechnik, Textilindustrie) und zunehmend seit etwa 2010 auch in der Beleuchtungstechnik und in der Lichtquellentechnik (LED, OLED) verwendet.
Tab. 1.1 Große Meilensteine in der Entwicklung der Lichtquellentechnik. Quelle: TU Darmstadt.
| Jahr | Inhalte |
|---|---|
| 1854 | Goebel: Glühlampe mit Bambusfaser |
| 1879 | Edison: Glühlampe mit Kohlefaden |
| 1900 | Cooper, Hewitt: Patent auf Quecksilberdampflampe |
| 1906 | Einführung der Wolfram-Metallfadenlampe mit Stickstofffüllung |
| 1934 | Einführung der Niederdruckentladungslampe mit Leuchtstoffen |
| 1959–1960 | Einführung der Halogenglühlampen |
| 1971 | Leuchtstofflampen mit Dreibandenkonzept |
| 1980 | Einführung der CFL-i (Energiespar)-Lampe |
| 1994 |
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