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L I C H T   M E S S E N   (Fortsetzung)

5. Fotometrische Messungen (Fortsetzung)

5.3 Fotometrie in der Lichtempfangsebene
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5.3.1 Beleuchtungsstaerke  E
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Schlagwoerter:
RAEUMLICHE LICHTSTROMDICHTE | EMPFANGENER LICHTSTROM | VERBREITETER GEBRAUCH | LUXMETER-BEISPIELE | PREISWERT | UEBERFUELLTE APERTUR | 'MISSBRAUCH' | ERSATZ-MESSGERAETE | GENAUIGKEIT | BEISPIEL-LUXWERTE |



Beschreibung, Definition, Einheit:

Diese fotometrische Groesse ist sehr nah verwandt mit ihrem radiometrischen Gegenstueck, der Bestrahlungsstaerke  Ee , siehe Abschn. 4.3.1 .

Beleuchtungsstaerke  Ev  ist ein recht einfaches Konzept, sehr aehnlich wie die spezifische Lichtausstrahlung  M  (Abschn. 5.2.1):
Wie die spezifische Lichtausstrahlung  M , so ist auch die Beleuchtungsstaerke  E  eine RAEUMLICHE LICHTSTROMDICHTE. Es ist EMPFANGENER LICHTSTROM (aus allen Richtungen des Raumes) pro Empfaengerflaeche:
                       E = (Phi) / A2

Und sicher wissen Sie, dass in der Fotometrie diese Gleichung gelesen werden muss als
  " Beleuchtungsstaerke  =  Lichtstrom pro Empfaengerflaeche "

Folgende Einheit ist fuer die Beleuchtungsstaerke anzuwenden:
 Lumen pro Quadratmeter  =  Lux
               lm / m^2  =  lx


Messverfahren:

Obwohl das sehr einfach ist, auch hierzu ein paar Worte:

Die lichtempfindliche Apertur Ihres Empfaengers muss mindestens vollstaendig gefuellt sein; besser ist UEBERFUELLTE APERTUR. Sonst wuerde das Beleuchtungsstaerke-Messgeraet gleichmaessige Beleuchtungsstaerke annehmen in einem Feld, das groesser ist, als das tatsaechlich ausgeleuchtete. Und dann waere die Lux-Anzeige zu niedrig. Bild 4.3.1 in Abschn. 4.3.1 zeigt kochbuchartig die richtige Anwendung.

Wenn die Beleuchtungsstaerke auf einer bestimmten Flaeche (z.B. auf einem Tisch) gemessen werden soll, legt man einfach den Empfaenger des Luxmeters auf diese Flaeche und laesst es zur Lichtquelle "schauen". (Wenn "horizontale" Beleuchtungsstaerke gemessen werden soll, laesst man den Empfaenger senkrecht nach oben "schauen".) Dann liest man den Luxwert vom Messgeraet ab. Haben Sie eine Veraenderung bemerkt? - Genau! Sie haben den Kopf ueber das Luxmeter gebeugt, und so werfen Sie fast immer irgendeine Art Schatten auf den Empfaenger. Versuchen Sie also, den Einfluss Ihres Koerpers auf das Mess-Ergebnis so klein wie moeglich zu halten. Gute Luxmeter haben ein Kabel zwischen Empfaenger und Anzeige-Einheit. Benutzen Sie es!


Wichtigkeit, Geraetebeispiele, Benutzung und 'MISSBRAUCH':

Im Alltag arbeiten wir meist mit nicht-selbstleuchtenden ("optisch passiven") Dingen. Die Erkennbarkeit solcher Dinge wird von der Beleuchtungsstaerke bestimmt (und natuerlich vom Kontrast der Koerperfarben).

Daher ruehrt ein VERBREITETER GEBRAUCH von Luxmetern (oder "Beleuchtungsstaerke-Messgeraeten") ueberall in Architektur, Beleuchtungstechnik und Ergonomie. Hier folgen sechs LUXMETER-BEISPIELE, die ich aus dem umfangreichen Angebot des Marktes ausgesucht habe.


Bild 5.3.1-a: Luxmeter von Gigahertz-Optik(60 kByte)

Bild 5.3.1-b: Luxmeter von Gossen (34 kByte)

Bild 5.3.1-c: Luxmeter von International Light (73 kByte)

Bild 5.3.1-d: Luxmeter von PRC Krochmann (74 kByte)

Bild 5.3.1-e: Luxmeter von Minolta (30 kByte)

Bild 5.3.1-f: Luxmeter von UDT INSTRUMENTS (21 kByte)


Diese Art Messgeraete ist die PREISWERTeste Methode des Licht-Messens geworden. Es lohnt sich, zu ueberlegen, ob man diese Geraete auch fuer andere Licht-Mess-Aufgaben nutzen kann. Etliche Hinweise dazu finden Sie in den anderen Abschnitten zur Fotometrie. Besonders in 5.1.1 Lichtstrom  (Phi)  und in 5.2.2 Lichtstaerke  I .
In der Radiometrie allerdings ist das Luxmeter nur schwer anwendbar. Grund ist der sehr spezielle spektrale Empfindlichkeitsverlauf "V(lambda)", gezeigt in Bild 5.0-b von Abschn. 5.0). Das zu messende Licht muss sehr gut in diesen Spektralverlauf hineinpassen (siehe Abschn. 4.0). Und nur, wenn Sie den Spektralverlauf des zu messenden Lichtes genau kennen  und wenn sie damit den 4-Schritt-Algorithmus von Abschn. 5.0 durchfuehren, dann koennen Sie eine "Lux"-Ablesung in ihr radiometrisches Gegenstueck umrechnen. Dies Gegenstueck ist natuerlich die Bestrahlungsstaerke . (Eine Aufstellung der radiometrisch / photometrischen Entsprechungen finden Sie in Tabelle 8.1 von Abschn. 8.)
Eine Ausnahme, die ohne diesen "4-Schritt-Algorithmus" auskommt, ist monochromatisches Licht. Hier braucht man nur den V[(lambda)]-Wert der Lichtwellenlaenge zusammen mit dem photometrischen Strahlungsaequivalent von  683 lm/W  als Umrechnungsfaktor anzuwenden. Bedenken Sie aber, dass nur zwischen  450 nm  und  680 nm  "vernuenftig" grosse V[(lambda)]-Werte vorliegen. Ausserhalb dieses Bereichs sollte man monochromatisches Licht nicht nach dieser Methode "radiometrisch" messen wollen; es wird zu ungenau.

Solcher 'MISSBRAUCH' von Luxmetern als ERSATZ-MESSGERAETE zum Messen anderer Groessen kann eine ganz elegante Methode sein. Vergessen Sie aber nicht das GENAUIGKEITsproblem. Ein 5 bis 10 Prozent breites Fehlerband ist voellig normal bei jeder Lichtmessung, und das verschlechtert sich noch durch jegliche Umrechnung.


Beispielwerte:

Schon oben erwaehnte ich, dass Beleuchtungsstaerke-Messungen verbreitet sind. Es gibt nicht nur eine Menge von publizierten Beispielwerten, sondern auch etliche Vorschriften, die dies Gebiet behandeln. Die folgenden BEISPIEL-LUXWERTE sollen Ihnen ein Gefuehl fuer Luxwerte vermitteln:


Gegenstand Beleuchtungs-
staerke in Lux
Quelle
Klarer Himmel mit Sonne, Sommer-Mittag bis 1E5 (1)
Klarer Himmel mit Sonne, Winter-Mittag bis 1E4 (1)
diffuses Tageslicht 2E4       (3)
klarer Nachthimmel mit Vollmond etwa 0,2 (1)
klarer Nachthimmel ohne Mond etwa 1E-3 (1)
kuenstliche Innenraumbeleuchtung, aeltere Bauart bis 300 (1)
kuenstliche Innenraumbeleuchtung, neuere Bauart bis 2E3 (1)
kuenstliche Stadionbeleuchtung (fuer Farbfernsehaufnahme) bis 1500 (1)
Bahnsteig 10    (2)
Treppen 100    (2)
Fabrikhalle, Buero, Klassenzimmer 300...2000    (2)
anspruchsvolle Seh-Aufgaben (Mikroelektronik, Chirurgie) 3E3...2E4    (2)
Gluehlampe, 100W, Entfernung 1 m 100       (3)
kuenstliche Innenraumbeleuchtung 200...600       (3)
Buero-Raeume 500          (4)
Arbeitsplatz fuer technisches Zeichnen 750          (4)
Arbeitsplaetze fuer Montage kleinster Teile 1500          (4)

Sommer-Mittag mit  1E5 lx  und Vollmondnacht mit  0,2 lx  zeigen den phantastisch weiten Adaptationsbereich unserer Augen: fast Faktor  1E6 !


Mit den Kenntnissen, die wir bis hierher gesammelt haben koennen wir die These
"Gluehlampe, 100W, Entfernung 1 m, liefert  100 lx" (3)
leicht ueberpruefen. Und das wollen wir zur Uebung mal tun:

100 lx   heisst  100 lm/m^2.
Eine Kugel mit  1 m  Radius hat eine Flaeche von  4 * (pi) m^2 .

Bild 5.3.1-g: Lux --> lumen Kugel (19 kByte)

Wir nehmen an, die Lampe sei fast eine isotrop strahlende Punktlichtquelle. Mitten in der 1-m-Kugel. Die Lampe muesste dann insgesamt den Lichtstrom
   100 lm/m^2 * 4 * (pi) m^2  =  1257 lm
aussenden.
Sie haette damit einen Wirkungsgrad von
   1257 lm / 100 W  =  13 lm/W
Was ein ganz vernuenftiger Wert fuer alte Gluehlampen ist; Lampenhersteller Osram gibt fuer seine 100-W-Lampe "CLAS A CL 100"  13,6 lm/W  an (5).


Link-Liste und Literatur
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Gegenstand benutzt in Quelle
Beispiel-Luxwerte Textreferenz (1) AEG Lichttechnik "Lichttechnische Erlaeuterungen" Heft L 1/L 07.06/0373, Leuchten-Vertrieb der AEG-Fabriken Hameln, Seite 5
Beispiel-Luxwerte Textreferenz (2) Harry Paul, "Lexikon der Optik",
Band 1, Berlin 2003, Seite 67
Beispiel-Luxwerte Textreferenz (3) Hans-Georg Buschendorf:
"Lexikon Licht- und Beleuchtungstechnik"
Berlin 1989, Seite 28
Beispiel-Luxwerte Textreferenz (4) R.Baer,
"BELEUCHTUNGSTECHNIK GRUNDLAGEN",
Berlin, 1996, Seite 58 f.
mit Zitat von DIN 5035 (artificial indoor illumination)
und von CIE-Publ. No. 29.2 "Guide on interior lighting", second edition 1986
Wirkungsgrad 100-W-Lampe Textreferenz (5) Osram CD: "Licht Programm 2000/2001",
--> Lichtprogramm --> Allgebrauchs-Gluehlampen
--> Classic A Standard -->
Classic A-Kolben/Standardform, klar
Luxmeter von Gigahertz-Optik Bild 5.3.1-a Gigahertz-Optik (Fotometer)
und
Gigahertz-Optik (Empfaenger)
Luxmeter von Gossen Bild 5.3.1-b Gossen
Luxmeter von International Light Bild 5.3.1-c International Light
Luxmeter von PRC Krochmann Bild 5.3.1-d PRC Krochmann
Luxmeter von Minolta Bild 5.3.1-e Minolta
Luxmeter von UDT INSTRUMENTS Bild 5.3.1-f UDT INSTRUMENTS



Fortsetzung: 5.3.2 Belichtung  H

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Letzte Aenderung 24.3.2004, 23:33