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Definitionen

Man unterscheidet zwischen strahlungsphysikalischen Größen, die sich auf Strahlung beliebiger Wellenlänge beziehen, und lichttechnischen Größen, die das sichtbare Licht, bezogen auf die spektrale Empfindlichkeit des menschlichen Auges, bezeichnen.

Für den sichtbaren Bereich verwendet man zur Bewertung von Lichtstrom und Lichtstärke die fotometrischen Einheiten Lumen (lm) und Candela (cd). Diese bauen auf die Strahlungsbewertung durch das menschliche Auge auf. Für den übrigen Wellenlängenbereich werden strahlungsphysikalische Einheiten (z.B. Watt/sterad usw.) gebraucht.

Grafik

Tagsüber sieht der Mensch am besten bei etwa 555 nm (gelb-grün). Nachts reagieren andere Rezeptoren des menschlichen Auges, sie sind im blauen Bereich am empfindlichsten. Sehr starke Lichtquellen, deren Wärme wir fühlen können, sehen wir auch im infraroten Bereich (IR) bis etwa 1100 nm. Wir könnten auch ultraviolettes Licht wahrnehmen, wenn nicht die Augenlinse dieses Licht verschluckte. Menschen, deren Linse etwa wegen eines Grauen Stars operativ entfernt wurde, sehen bis zu etwa 300 nm. Insekten wiederum sind für ultraviolettes Licht besonders empfindlich.

Der physikalischen Größe Strahlungsfluß (in Watt) entspricht die lichttechnische Größe Lichtstrom (in Lumen)

Im Maximum der Augenempfindlichkeit bei 555nm entspricht 1W Strahlungsfluß einem Lichtstrom von 683lm.

 

Lichtstrom (Lumen)

Der Lichtstrom ist der mit der V(λ)-Kurve (spektrale Hellempfindlichkeit des menschlichen Auges) bewertete elektromagnetische Strahlungsfluss und stellt die von einer Lichtquelle abgestrahlte oder von einem Körper reflektierte Lichtleistung dar.

Der Lampenlichtstrom ist die gesamte abgegebene Lichtleistung einer Lampe unabhängig von der Ausstrahlungsrichtung.

Maßeinheit: lm (Lumen)

Der Lichtstrom ist die Leistungseinheit im lichttechnischen Maßsystem.

 

Leuchtdichte

Mass für die „gesehene Helligkeit“. Die Leuchtdichte ist der Lichtstrom je Fläche und Raumwinkel. Das menschliche Auge empfindet Leuchtdichteunterschiede als Helligkeitsunterschiede.
Maßeinheit:
cd/m2 (Candela/Quadratmeter)
Sonnenoberfläche
1,5x109 cd/m2

Glühdraht einer Glühlampe
5 bis 35x106 cd/m2

moderne Leuchtstofflampe
0,3 bis 1,5x104 cd/m2

Nachthimmel
etwa 10-11 cd/m2

 

Beleuchtungsstärke (Lux)

Mass des auf eine Fläche auffallenden Lichtstromes. Wenn ein Lichtstrom von 1 lm gleichmäßig auf eine Fläche von 1 m2 trifft, dann ist die Beleuchtungsstärke 1 lx.
Maßeinheit:
lx (Lux)

1 lx=1 lm/m2
Sonnenschein, mittags im Freien
max. 100000 lx

Büroarbeitsplatznorm
500 lx

klare Vollmondnacht
0,2 lx

 

Lichtstärke (Candela)

Der in einer bestimmten Richtung in einen Raumwinkel ausgestrahlte Lichtstrom (lm), bezogen auf diesen Raumwinkel (sr (Steradiant)). Es wird die Richtungsabhängigkeit des ausgestrahlten Lichtstroms dargestellt. Die Einheit ist Candela (cd).
In Datenblättern von Leuchtdioden werden häufig mcd (Millicandela) angegeben.
Maßeinheit: cd (Candela)

1 cd=1 lm/sr

100 W Glühlampe
1100 cd

100 W Scheinwerfer
bis zu 106 cd in Strahlrichtung

LED für Signalzwecke (10 mA)
1-300 mcd

weiße LED
(20 mA, 20° Abstrahlwinkel)
10 mcd (2004)

 

Lichtausbeute (Effizienz)

Die Lichtausbeute oder der Wirkungsgrad ist ein Maß für die Effizienz der Umwandlung elektrischer Energie in sichtbares Licht (Lichtstrom).

Erste Serien weißer LED mit einem Wirkungsgrad von 100 lm/W (2007) sind lieferbar.

Maßeinheit:
lm/W (Lumen/Watt)

Natriumdampf-
niederdrucklampen (monochromatisch gelb)
150 - 200 lm/W

Leuchtstofflampen
50 - 80 lm/W

Halogenglühlampen
bis 35 lm/W

Allgebrauchsglühlampen
10 - 20 lm/W

weiße LED
20-100 lm/W (2007)

OLED
10 - 15 lm/W (2005)

 

Lichtfarbe

Die Lichtfarbe einer Lichtquelle bezeichnet den Farbeindruck, der beim direkten Einfall des Lichtes dieser Lichtquelle ins Auge entsteht. Monochromatisches (einfarbiges) Licht wird durch die dominante Wellenlänge definiert. Mischfarben können entweder durch den Farbort x, y in der Normfarbtafel oder (bei Temperaturstrahlern) näherungsweise durch die ähnlichste Farbtemperatur Tn angegeben werden.


LED erzeugen annähernd monochromatisches Licht, ihre Lichtfarbe wird duch den eingesetzten Halbleiter bestimmt. Der Aufbau der weissen LED ermöglicht es, alle anderen Lichtfarben zu erzeugen.

Maßeinheit für farbiges Licht:
nm (dominante Wellenlänge)

Werte für weißes Licht:
x & y Koordinaten (CIE Normfarbtafel)
°K (annähernde Temperatur)

 

Lichttemperatur

Die Farbe von (konventionellen) Lichtquellen lässt sich schwer durch Lichtwellenlängen beschreiben, da das Ausstrahlungsspektrum zu berücksichtigen ist. Daher werden Quellen mit breitem Spektrum oft nach ihrer Farbtemperatur klassifiziert, also nach der Temperatur eines schwarzen Körpers (glühendes Titan), der in derselben Farbe leuchte, wie die Quelle.

Je heißer der schwarze Körper ist, um so größer ist bei kürzeren Wellenlängen die relative Intensität. Ein kalter Körper strahlt fast ausschließlich im Infraroten. Wenn er erhitzt wird, beginnt er rot zu glühen. Weiteres Erhitzen kann ihn gelb, weiß und sogar blau erscheinen lassen.

Fast alle glühenden Quellen (Temperaturstrahler) mit derselben Farbtemperatur haben dieselbe Intensitätsverteilung und lassen sich deshalb gut normieren. Bezugsgröße ist der ideale schwarze Körper, dessen Ausstrahlung genau bekannt ist (Plancksche Strahlungsformel).

spektrale Verteilung Farbtemperatur

Die Temperatur wird in Grad Kelvin angegeben, wobei °K=°C+273 ist. Eine ähnlichste Farbtemperatur von 3000°K steht für eine warme rötliche Lichtfarbe, wogegen 6000°K eine kalte, tageslichtähnliche Farbe beschreibt.

 

 

 

 

Grafik1

In der CIE-Normfarbtafel liegen die Farben des Lichtes glühender Quellen auf einer Kurve, die aus dem Infraroten kommend bei einer unendlichen Temperatur in einem blau-weiß endet.

Der Weißton und damit die annähernde Lichtemperatur (z.B. weißer LED) kann durch die x- und y-Koordinaten in der CIE-Normfarbtafel bestimmt werden.

  bis  1900°K Kerzenlicht
  bis  3300°K warmweiß
2200°K bis  3400°K Glühlampen
über ca.  3900°K Leuchtstofflampen
  bis  5000°K neutralweiß
5100°K bis  5400°K Mittagsonne im Sommer
5900°K bis  6400°K bedeckter Himmel im Januar
     6500°K Xenonprüflampe (Normlicht C)
     6500°K bedeckter Nordhimmel
5000°K bis  6800°K tageslichtweiß
9900°K bis 11500°K blauer Mittagshimmel im Dezember

Maßeinheit:
°K (annähernde Temperatur)
x & y Koordinaten (CIE Normfarbtafel)

Als Farbtemperatur einer Lichtquelle bezeichnet man die Temperatur, die ein schwarzer Körper haben müßte, um den gleichen Farbeindruck wie die Lichtquelle zu erzeugen.

 

Farbwiedergabe

Farbwiedergabe

Die Farbe des an einem Gegenstand reflektierten Lichts hängt von der Farbe der Beleuchtung ab. Ein extremes Beispiel dafür lässt sich an den weiß-gelben Natriumlampen beobachten, wie sie oft an Kreuzungen stehen; manche Gegenstände verlieren in diesem Licht ihre Farbe, weil diese Quelle sehr wenig grünes und rotes Licht abstrahlt. Selbst wenn zwei Beleuchtungen ganz gleich scheinen (metamer sind), kann ein Objekt bei diesen Beleuchtungen jeweils ganz verschieden aussehen. Das Objekt kann nur in den Farben oder Mischungen der Farben erscheinen, die auch in dem Licht enthalten sind.

Farbwiedergabeindex

CRI (Colour Rendering Index)
Die Farbwiedergabe bezeichnet die Beziehung zwischen Farbreiz und Farbeindruck, d.h. die Wiedergabe der Farben von Gegenständen bei Beleuchtung mit verschiedenen Lichtquellen im Vergleich zu einer Referenzlichtquelle. Lampen werden in verschiedene Stufen der Farbwiedergabeeigenschaften eingeteilt, die durch den allgemeinen Farbwiedergabeindex Ra gekennzeichnet sind.

Farbwiedergabeindex: Ra

 

Leuchte

Als Leuchte werden die Bauelemente zur Aufnahme der Lampe mit dem Zweck der Lichtstromlenkung, der Blendungsbegrenzung sowie des mechanischen und elektrischen Schutzes, sowie die zur Befestigung und Energieversorgung notwendigen Bestandteile, bezeichnet.
Bei LED-Leuchten können LED (aufgrund deren langer Lebensdauer) und Leuchte zu einer unlösbaren Einheit verbunden werden. Werden LED mit linsenförmigem Körper eingesetzt, so kann auf zusätzliche blendungsbegrenzende und lichtlenkende Maßnahmen weitgehend verzichtet werden.

 

Blendung

Blendung führt zu Beeinträchtigung des Sehvermögens (physiologische Blendung) bzw. Auslösen einer Störempfindung wie Unbehagen und Ermüdung (psychologische Blendung), hervorgerufen durch zu große Leuchtdichteunterschiede im Gesichtsfeld oder durch eine für den Adaptationszustand zu hohe Absolutleuchtdichte im Gesichtsfeld.

 

Blendungsbegrenzung

Massnahmen, die die Blendung auf ein zulässiges Mass beschränken. Meistens geschieht dies durch Abschirmung der Lampen in Richtung auf die Beobachter oder durch Vergrößerung der leuchtenden Flächen der Leuchten.

Um mit LED einen für Beleuchtungszwecke ausreichenden Lichtstrom zu erzeugen, müssen viele LED eingesetzt werden. Das führt zu einer Herabsetzung der Leuchtdichte an der Leuchte und damit zu einer geringeren Blendung. Der linsenförmige Aufbau der LED-Körper kann Abschirmmassnahmen überflüssig machen.

 

Lampe

Eine Lampe ist die technische Ausführungsform künstlicher Lichtquellen (Leuchtmittel). Lampen dienen der Umwandlung von elektrischer Energie in sichtbare Strahlung. Am häufigsten eingesetzt werden Temperaturstrahler (Glühlampen, Halogen-Glühlampen) und Gasentladungsstrahler (z.B. Leuchtstoffröhren).