Grundgrößen der Lichttechnik

Lichtstrom

Lichtstärke

Beleuchtungsstärke

Leuchtdichte

Lichtstrom

Lichtstrom

Maßeinheit: Lumen (lm)

• Der Lichtstrom ist die Lichtleistung der Lichtquelle. Man versteht darunter die gesamte nach allen Seiten abgestrahlte Strahlungsleistung e nach der Bewertung durch das menschliche Auge

• Eine Glühlampe (40W, 230V) strahlt zum Beispiel einen Lichtstrom von 430lm ab

V() - Kurve

• Die sichtbare Strahlung (Licht) soll eindeutig und gemäß der Helligkeit so bewertet werden, dass zwei unter gleichen Bedingungen gleich hell erscheinende Strahlungen auch die gleiche Maßzahl erhalten

V() - Kurve

• Der Hellempfindlichkeitsgrad V (Seheindruck) ist eine Funktion der Wellenlänge

• Im Maximum der Augenempfindlichkeit (V()–Kurve) entspricht die Strahlungsleistung 1 Watt einem Lichtstrom von 683lm

• Es wird zwischen Tagsehen (V() ) und Nachtsehen (V‘() ) unterschieden

V() - Kurve

• Die V()–Kurve zeigt den Verlauf der Augenempfindlichkeit. Sie stellt Durchschnittswerte dar und wird nach den Regeln der DIN 5031 „Strahlungsphysik im optischen Bereich“ durch Reihenuntersuchungen ermittelt

• Das Maximum beim Tagsehen liegt bei einer Wellenlänge von 555nm, das beim Nachtsehen liegt ca. 50nm darunter

V()V‘()

V() - Kurve

• Einige Beispiele:

Eine Lichtquelle von 100W strahle nur die Wellenlänge 555nm, also gelb-grünes Licht ab. Um mit blauem Licht bei einer Wellenlänge von 500nm dasselbe Hellempfinden im Auge zu bewirken sind bereits 3 solcher Lichtquellen nötig oder die dreifache Leistung.

Um dasselbe Hellempfinden mit rotem Licht bei einer Wellenlänge von 650nm zu bewirken sind schon mehr als 9 der 100W Lichtquellen nötig.

• Daraus ergibt sich folgende Formel:

dVW

lm nm

nm

e )()(683780

380

Lichtstrom

Maßeinheit: Lumen (lm)

• weitere Beispiele:

• Leuchtstofflampe L 36W/weiß = 3450lm

• Natrium-Niederdrucklampe 35W = 4800lm

Lichtstärke I

• Die Lichtstärke ist die Stromdichte (Intensität) in einer bestimmten Richtung. Sie wird in Candela (cd) gemessen. Von dieser Basiseinheit sind die anderen lichttechnischen Einheiten abgeleitet worden.

Lichtstärke I

Maßeinheit: Candela (cd)

• Zur Berechnung der Lichtstärke wird der Raumwinkel herangezogen.

• Die von einer Lichtquelle auf einen Empfänger fallende Strahlungsleistung ist dem Raumwinkel proportional.

2r

ARaumwinkel:

Lichtstärke I

Maßeinheit: Candela (cd)

• Die Lichtquellen strahlen im allgemeinen nicht gleichmäßig in alle Richtungen des Raumes, d.h. die Lichtstärke ist ungleichmäßig verteilt.

• Die Hersteller von Lampen und Leuchten geben Lichtstärkeverteilungskurven (LVK) für ihre Produkte an. Daraus kann die Lichtstärke unter verschiedenen Ausstrahlungswinkeln entnommen werden.

Lichtstärke I

Maßeinheit: Candela (cd)

• Die Lichtstärke berücksichtig diese Raumwinkelabhängigkeit und somit gilt:

I

Arri Flood Arri Spot

Beleuchtungsstärke E

• Die Beleuchtungsstärke ist ein Maß für das auf eine Fläche auftreffende Licht (Lichtstromdichte).

AE

Beleuchtungsstärke E

Maßeinheit: Lux (lx)

Beleuchtungsstärke E

• Es wird im allgemeinen unterschieden zwischen:

• horizontale Beleuchtungsstärke Eh

• vertikale Beleuchtungsstärke Ev

• mittlere Beleuchtungsstärke Eh

Maßeinheit: Lux (lx)

Beleuchtungsstärke E

• Für die Beleuchtungsstärke ergibt sich durch Kombination mit den Formeln für den Raumwinkel und die Lichtstärke das Photometrische Entfernungsgesetz.

Maßeinheit: Lux (lx)

II

r

A2

2

2

r

IE

rA

AI

A

I

AE

Beleuchtungsstärke E

• Die Beleuchtungsstärke nimmt also mit dem Quadrat der Entfernung ab.

Maßeinheit: Lux (lx)

2r

IE

Beleuchtungsstärke E

• Diese Formel gilt jedoch nur für punktartige Lichtquellen sowie für senkrecht auftreffendes Licht. Bei schrägem Lichteinfall muss deshalb gemäß folgender Formel der Winkel berücksichtigt werden:

Maßeinheit: Lux (lx)

cos2

r

IE

Beleuchtungsstärke E

• Für die Berechnung der Beleuchtungsstärke eines Punktes (Ep) ergeben sich folgende Formeln, bei denen anstelle des Abstandes r die Lichtpunkthöhe h verwendet wird:

Maßeinheit: Lux (lx)

sincos

cos

22

32

h

IE

h

IE

pv

ph

Eph horizontale Punktbeleuchtungsstärke

Epv vertikale Punktbeleuchtungsstärke

Leuchtdichte L

Leuchtdichte L

• Die Leuchtdichte ist ein Maß für den Helligkeitseindruck, den das Auge von einer selbstleuchtenden oder einer beleuchteten Fläche hat.

• Steht die leuchtende Fläche vom Betrachter aus nicht senkrecht, so ist für die Berechnung der Leuchtdichte die vom Auge gesehene Fläche zu berücksichtigen.

Maßeinheit: cd/m2

cos.

A

I

Aproj

IL

A

IL

Leuchtdichte L

• Unterschieden werden muß zwischen der Leuchtdichte eines Selbststrahlers und der Leuchtdichte einer reflektierenden Oberfläche.

Maßeinheit: cd/m2

• Bei der reflektierenden Leuchtdichte gilt es zu beachten, um welche Form der Reflexion es sich handelt:

• gerichteten Reflexion (Spiegel)

• rein diffusen Reflexion (Tapete)

• gemischten Reflexion

Leuchtdichte L

• Betrachtet man die gerichtete Reflexion, so ist die reflektierte Leuchtdichte proportional zur einfallenden Leuchtdichte.

Maßeinheit: cd/m2

0LL rr

r Grad der gerichteten Reflexion

L0 einfallende Leuchtdichte

Lr reflektierende Leuchtdichte

Leuchtdichte L

• Die diffuse Reflexion ist ein Sonderfall, bei dem das Objekt in alle Richtungen die gleiche Leuchtdichte ausstrahlt.

Maßeinheit: cd/m2

ALI rrr

rd

0

0

E

L dr

Leuchtdichte L

• Bei der gemischten Reflexion setzt sich die Leuchtdichte aus einem diffusen Anteil und einem gerichteten Anteil zusammen. Der Einfluss der Oberfläche kann durch einen Leuchtdichtekoeffizienten charakterisiert werden.

Maßeinheit: cd/m2