Lichttechnische Begriffe, Beleuchtung:
To Do:
- Integrationsverhalten des Auges, z.B. aus
http://www.uctc.net/scripts/countdown.pl?207.pdf "integration by the human eye" von Theodore E. Cohn. - Fehler in der CIE-Augenempfindlichkeitsfunktion (von 1931!) http://www.4colorvision.com/files/photopiceffic.htm: merkliche Empfindlichkeit bei 300nm, weitere Stichwörter "Brezold-Brucke" und "Purkinje" Effekt, "hyperopic and mesopic conditions". Unter o.g. Link gibt es umfangreiche Informationen zum Download!
Radiometrie (radiometry) vs. Photometrie(photometry)
Sichtbarer Bereich: 360nm bis 830nm (außerhalb weniger als 10E-5 relative Empfindlichkeit). Die spektrale Hellempfindlichkeitskurve (spectral luminous efficiency function) bestimmt das Verhältnis zwischen photometrischen und radiometrischen Größen und hat ihr Maximum von 683lm/W bei einer Wellenlänge (im Vakuum) von 555nm bzw. (unabhängig vom Medium) bei einer Frequenz 540THz.
- photopisch - Tagsehen ab 3cd/m^2, V(Lambda) kann gut mit 1.019*e^(-285,4*(Lambda-0,559)^2) angenähert werden
- skotopisch - Nachtsehen unter 0,01cd/m^2, Palmer nennt 0.992*e^(-321,9*(Lambda-0,503)^2) als brauchbare Näherung.
Entsprechungen radiometrisch <-> photometrisch:
- Lichtstrom P oder Phi (luminous flux) lumen lm <-> Strahlungsfluß (-strom, -leistung) (radiant flux) W
- Lichtstärke I (luminous intensity) candela oder cd=lm/sr <-> Strahlstärke (radiant intensity) W/sr
- Leuchtdichte L (luminance) cd/m^2=nit <-> Strahldichte (radiance) W/(m^2 sr)
- Beleuchtungsstärke E (illuminance, luminous flux density) lux=lm/m^2 <-> Irradianz, Bestrahlungsstärke (irradiance, flux density) W/m^2
Die Formelzeichen sind für photometrische und radiometrische Größen gleich, lediglich der Index "Lambda" kennzeichnet die photometrische Größe.
Leuchtdichte beschreibt die Helligkeit (brightness) einer Fläche, z.B. ein Bildschirm.
Steradian oder sr ist die Bezeichnung für den Raumwinkel. Der Raumwinkel einer Kugel ist 4*Pi*sr, 1sr auf einer Kugel mit 1m Radius entspricht 1m² Fläche.
Ein isotroper Strahler (Punktquelle) emittiert in jede Richtung die gleiche Licht- oder Strahlstärke und somit 4*Pi lm/cd.
Ein Lambertstrahler (Flächenstrahler, lambertian) emittiert proportional zum Cosinus der Betrachtungsrichtung. Dadurch erscheint sie aus jeder Richtung gleich hell.
Die Oberfläche der Halbkugel ist zwar 2*Pi, aber das Integral über den Cosinus ist Pi.
Das weiße Papier im 500lux-Büro hat damit eine Leuchtdichte von 500/Pi=160 cd/m^2 (wer kann das bestätigen?).
Die Mittagssonne erzeugt auf der Erdoberfläche eine Beleuchtungsstärke von etwa 100000lux.
Beleuchtungstechnik
Nochmal die relevanten Größen mit kurzer Erklärung:
- Lichtstrom Phi, Lumen (lm)
- Lichtstärke I, Lichtstrom im Raumwinkel, Candela = lm/sr
- Beleuchtungsstärke E, Lichtstrom pro Fläche, Lux (lx) = lm/m²
- Leuchtdichte L, Lichtstärke pro gesehene leuchtende Fläche, cd/m²
Lichtausbeute (eta)(lm/W), nicht mehr ganz frische Tabelle:
- Standardglühlampe 14lm/W
- Niedervolt-Halogenglühlampe 19lm/W, bis zu 30lm/W (Bosch Plus 60?)
- Farboptimierte Leuchtstofflampen 60-70lm/W
- Billige Leuchtstofflampen 70-80lm/W
- Dreibanden-Leuchtstofflampen 80-90lm/W
- Metallhalogendampflampe HQI 90lm/W (übrigens hervorragende Farbwiedergabe)
- Na-Lampen (Niederdruck -> gelb) 150-170lm/W
- Farbige LEDs 65lm/W (2006, weitere Verbesserungen sind zu erwarten)
- theoretischer Maximalwert weißes Licht 199lm/W
- theoretischer Maximalwert 555nm grünes Licht 683lm/W
Farbwiedergabeindex:
Standard-Leuchtstofflampe 30 (Warmweiß) wird zu 50 festgelegt, 80-90 ist gut, >90 sehr gut.
Farbwiedergabestufe 1B (Ra 80-90) ist gut, 1A (Ra >90) ist sehr gut.
Leuchtstoffe, Farbwiedergabe, Wirkungsgrad:
- Standard-Leuchtstoffe (Lichtfarbenbezeichnung 20, 25, 29, 33, 54, 125,129, 133) sind grauslig und haben eine schlechte Lichtausbeute, geringe Lebensdauer => unbedingt vermeiden!
- Dreibandenlampen sind in der Farbe sehr gut (Farbwiedergabestufe 1B, Ra 80-89), auch in Wirkungsgrad und Lebensdauer.
- Fünfbandenlampen ("Vollspektrumlampen") haben noch bessere Farbe (Farbwiedergabestufe 1A, Ra >90) aber etwas geringerer Wirkungsgrad, etwa 50% teuerer als Dreibandenlampen. Im Normalfall nicht erforderlich.
Farbnummern:
International dreistellig. Erste Stelle Farbwiedergabeindex Ra/10. Zweite Stelle Farbtemperatur/100.
Osram und Philips haben auch (alte?) zweistellige Nummern.
Osram Lumilux:
- Erste Ziffer: 1-Tageslicht, 2-Hellweiss, 3-Warmton, 4-Interna, 7-Spezial.
- Zweite Ziffer: 1-wirkungsgradoptimiert, Farbwiedergabestufe 1B, 80<Ra<90, 2-farbwiedergabeoptimiert, Farbwiedergabestufe 1A, Ra>90.
Farbtemperaturen: unter 3000K Warmton (glühlampenähnlich), darüber Weiß/Hellweiß, ab 5000K Tageslicht.
Elektronische Vorschaltgeräte (EVG):
Weniger als 50% der Verluste eines konventionellen V. (KVG), außerdem 10% höhere Lichtausbeute, das gibt zusammen etwa 25% Energieeinsparung.
Lebensdauer: KVG und Kaltstart-EVG belasten die Lampen beim Einschalten sehr. Warmstart-EVG (mit bis zu 1s Vorheizperiode) sind wesentlich schonender.
EVG ist immer besser als KVG und wirtschaftlich über die Lebensdauer günstiger.
Abschalten lohnt sich erst bei Unterbrechungen von 10-15 Minuten (Osram FAQ).
Glühlampen
Aus dem Katalog von Taunuslicht: Lebensdauer an Wechselspannung 2-3mal höher als an Gleichspannung. Ausfallursache: Versprödung der Wolframwendel durch Kristallwachstum, dadurch erhöhte Bruchgefahr.
Links:
- http://members.misty.com/don/index.html Don Klipstein, sehr umfangreich
- http://www.optics.arizona.edu/Palmer/rpfaq/rpfaq.htm "Radiometry and photometry FAQ" von James Palmer
- http://www.intl-light.com/handbook/ch07.html Light Measurement Handbook: Tabellen photopisch/skotopisch und mehr
- http://www.hereinspaziert.de/projekte.htm Leuchtstofflampen, Spektren, Lebensdauer...
- http://www.narva-bel.de/katalog/ti_spek_spek.html Spektren
- http://www.polytec.de/polytec-de/produkte/om/om-produkte/o-strahlmess/syst-grundlagen.htm leider nicht mehr gültig
- http://www.gilway.com/ hat technische Lampen mit interessanten Datenblättern.
- http://www.lumenrechner.de/ für Faule