Ratgeber
Licht ist eine Strahlung innerhalb des elektromagnetischen Spektrums. Sichtbares Licht wird üblicherweise als Wellenlängen im Bereich von rund 380 bis 780 Nanometer definiert. Es liegt zwischen dem unsichtbaren Infrarot (IR) und dem ebenfalls unsichtbaren Ultraviolett (UV). Zur Lichtmessung existieren unterschiedlichste Verfahren und Geräte, zusammengefasst unter dem Begriff Photometrie. Sie beziehen sich auf die physikalischen Größen Lichtstärke, Lichtstrom, Beleuchtungsstärke und Leuchtdichte. In diesem Ratgeber machen wir Sie mit den wichtigsten Beleuchtungsmessgeräten wie dem Luxmeter vertraut, erklären ihre Funktion und ihre Einsatzbereiche.
Photometrie
Die Photometrie befasst sich mit der Messung des sichtbaren Lichts, wie es vom menschlichen Auge wahrgenommen wird. Dabei wird auch die unterschiedliche Empfindlichkeit des Auges für Licht verschiedener Wellenlängen innerhalb des Spektrums berücksichtigt. An helle Bedingungen angepasst, ist das Auge am empfindlichsten für grünlich-gelbes Licht bei 555 Nanometer. Licht mit der gleichen Strahlungsintensität bei anderen Wellenlängen besitzt eine geringere Lichtstärke. Die Reaktion des menschlichen Auges beschreibt eine Kurve und ist als Helligkeitsfunktion ein definierter Standard.
Lichtstärke
In der Photometrie ist die Lichtstärke ein Maß für die wellenlängengewichtete Leistung, die von einer Lichtquelle in eine bestimmte Richtung pro Raumwinkeleinheit abgestrahlt wird. Sie basiert auf der Helligkeitsfunktion, einem standardisierten Modell der spektralen Empfindlichkeit des menschlichen Auges. Die SI-Einheit der Lichtstärke ist die Candela (cd).
Lichtstrom
Diese Lichtleistung ist das Maß für die wahrgenommene Leistung des Lichts. Er unterscheidet sich vom Strahlungsfluss, dem Maß für die Gesamtleistung der elektromagnetischen Strahlung einschließlich Infrarot, Ultraviolett und sichtbares Licht. In der Praxis wird der Lichtstrom so angepasst, dass er die unterschiedliche Empfindlichkeit des menschlichen Auges für verschiedene Wellenlängen widerspiegelt. Die SI-Einheit des Lichtstroms ist das Lumen (lm).
Beleuchtungsstärke
Beleuchtungsstärke bezeichnet den gesamten auf eine Oberfläche auftreffende Lichtstrom pro Flächeneinheit. Sie ist ein Maß dafür, wie stark das einfallende Licht die Oberfläche beleuchtet, wobei die Wellenlänge durch die Helligkeitsfunktion gewichtet wird, um mit der menschlichen Helligkeitswahrnehmung zu korrelieren. In abgeleiteten SI-Einheiten werden diese in Lux (lx) oder äquivalent in Lumen pro Quadratmeter gemessen.
Leuchtdichte
Die Leuchtdichte ist ein photometrisches Maß für die Lichtstärke pro Flächeneinheit des Lichts, das sich in eine bestimmte Richtung ausbreitet. Sie beschreibt die Lichtmenge, die durch einen bestimmten Bereich hindurchgeht, von einem bestimmten Bereich emittiert oder reflektiert wird und in einen bestimmten Raumwinkel fällt. Die SI-Einheit für Leuchtdichte ist Candela pro Quadratmeter (cd/m2).
Funktionsprinzip
Moderne Messgerät für den Lux-Wert arbeiten nach dem Prinzip einer Gleichstrom- oder photovoltaischen Zelle: Ein integrierter Schaltkreis empfängt eine bestimmte Lichtmenge und wandelt sie in ein analoges elektrisches Signal um. Dieses Signal wird durch die Bewegung einer Nadel, das Aufleuchten von LEDs oder die Anzeige einer Zahl in der LCD-Anzeige visualisiert. Ein mit einem Ohmmeter verbundener Fotowiderstand würde theoretisch die gleichen Ergebnisse für den Lux-Wert liefern. Mit einem Spektralkorrekturfilter wird verhindert, dass energiereichere Farbanteile die Messung verfälschen.
Verwendung
Das Luxmeter wurde zuerst von Fotografen oder Kameraleuten sowie von Lichtdesignern als Lux-Belichtungsmesser verwendet. Zunehmend greifen aber auch Energiespezialisten zum Lux-Messgerät, beispielsweise zur Optimierung der Innen- oder der Außenbeleuchtung. Im Umweltschutz dienen Luxmeter zur quantitativen Indizierung der Lichtverschmutzung oder des Lichteinfalls, um diese durch angepasste Beleuchtungsmaterialien und -strategien zu reduzieren. In industriellen Bereich lässt sich mit einem Luxmeter feststellen, ob beispielsweise Arbeitnehmer über die für ihren Arbeitsplatz erforderliche Beleuchtung verfügen.
Farbmessgeräte
Farbmessgeräte sind mit unterschiedlichen Bezeichnungen im Handel. Die geläufigsten sind Photometer, Spektrometer, Spektroskope, Spektralphotometer, Spektroradiometer, Gitterspektrometer, Colorimeter oder Farbanalysegeräte. Allen gemeinsam ist ein eingebauter oder separater Sensor für den RGB-Farbraum, oft kombiniert mit einer neutralweißen Lichtquelle zur Reflexionsmessung.
Funktion
Farbmessgeräte mit hoher Genauigkeit arbeiten sowohl passiv als auch aktiv. Bei der passiven Farbmessung messen sie die vom Objekt reflektierte Lichtstrahlung – das so genannte Absorptionsspektrum – über einen internen oder externen Sensor. Dieser besteht im Wesentlichen aus Fotodioden, Halbleiterdetektoren oder Fotomultipliern. Hinzu kommen Farbfilter, Prismen oder Gitter zur Trennung der additiven Grundfarben Rot, Grün und Blau. Die gemessenen Werte sind unmittelbar vom Farbspektrum der Lichtquelle abhängig. Bei der aktiven Farbmessung erzeugt eine Lichtquelle eine neutral-weiße Strahlung, die vom (farbigen) Objekt reflektiert und gemessen wird. Viele Geräte können auch das Emissionsspektrum der Lichtquelle analysieren und liefern darüber hinaus Werte wie Beleuchtungsstärke, Farbtemperatur, Farbwertanteile und Farbreinheit. Teilweise messen sie auch die Flicker-Frequenz von Leuchtstoffröhren.
Verwendung
Farbmessgeräte sind immer dann nötig, wenn Farben objektiv beurteilt werden müssen. Das gilt beispielsweise für Druckfachleute, Designer, Innenarchitekten oder Lichtgestalter. Aber auch im wissenschaftlichen Bereich sind Farbmessgeräte unentbehrlich geworden, dazu zählen zum Beispiel Anwendungen in biochemischen Laboren oder in der Forensik. Da inzwischen viele Geräte mit Schnittstellen wie USB oder Bluetooth ausgerüstet sind, lassen sich die ermittelten Farbwerte für Dokumentationen oder zur weiteren Bearbeitung auf Datenlogger, PCs oder Tablets übertragen.
Fachbgeriffe der Lichttechnik verständlich erklärt
Im Bereich der Lichttechnik werden die unterschiedlichsten Bezeichnungen, Angaben und Fachausdrücke verwendet. Allerdings ist nicht immer eindeutig, was damit genau gemeint ist. Darum haben wir versucht, alle gängigen Fachbegriffe rund um das Thema Licht verständlich zu erklären. Zum Ratgeber Lichttechnik-Fachbegriffe »
Zu modernen Beleuchtungsmessgeräten zählen auch Systeme, für die es vor einigen Jahren noch gar keinen Bedarf gab. Dazu zählen beispielsweise Solarenergie-Messgeräte.
Diese Tester ermitteln die von der Sonne abgestrahlte Energie und berechnen daraus die Gesamtleistung, den Effizienzgrad und die optimale Ausrichtung von Solarkraftanlagen.
Immer wichtiger werden auch Messgeräte für ultraviolette Strahlung. Im Prinzip wie ein passives Farbmessgerät oder ein Luxmeter aufgebaut, ist es für die Detektion elektromagnetischer Strahlung im Bereich 290 bis 390 Nanometer Wellenlänge optimiert. Erfasst sind damit UV-A- und UV-B-Strahlen.
Verwandt mit solchen UV-Messern sind Luxmeter für den sichtbaren Spektralbereich 400 bis 700 Nanometer. Sie messen allerdings nicht die Beleuchtung in Lux an sich, sondern die in der Strahlung für Pflanzen verwertbaren Anteile, also den für die Photosynthese verantwortlichen Teil.
Ein solches Quantum-Meter genanntes Gerät hilft in der Kulturführung unter Glas und im Service-Bereich bei der Innenraumbegrünung.