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Licht ist Leben – seine Energiemacht unser Dasein auf demPlaneten Erde überhaupt erstmöglich.

Licht ist aber auch Philosophieund Kunst, weckt Emotionen underzeugt Stimmungen.

Wie können wir dieses Phänomenerfassen? Kann man es erklären,beschreiben, messen?

Licht ist mit den Mitteln der theo-retischen Physik schon relativschwierig zu erklären. Geht es indie Praxis des qualitativen undquantitativen Erfassens, wird dieSache noch schwieriger. Mitjedem Fortschritt der Technik sinddiese Probleme aber immerbesser lösbar.

Kommt der subjektive Eindruckdes Betrachters ins Spiel, kannein und die selbe Faktenlage bzw.Beleuchtungssituation völligunterschiedlich bewertet werden.Das macht die Sache zwar kom-pliziert, aber auch sehr interes-sant.

Gutes Licht – eine gute Beleuch-tung – fällt nicht auf, aber wenngutes Licht fehlt, stimmt dieAtmosphäre nicht, man fühlt sichnicht wohl. Dieses Wissen istintuitiv.

Die Konzeption einer gutenBeleuchtung dagegen erfordertfundierte Kenntnisse der Licht-technik. Die Grundlagen dazusind in diesem Radium-Lichtbriefbeschrieben.

Allgemeine Lichttechnik – Grundlagen

Was ist Licht?

Licht ist der Wellenlängen- oderFrequenzbereich der elektromagne-tischen Strahlung, der mit dem Augewahrgenommen – sprich gesehen –werden kann.

Beziehung zwischenWellenlänge (ë) und Frequenz (f):

ë = cf

Die Ausbreitungsgeschwindigkeit cdieser Strahlung im Vakuum ist kon-stant und beträgt rund 300.000 km/s.

Lichtgeschwindigkeit im Vakuum:c = 299 792 458 m/s

Das Spektrum des sichtbaren,weißen Lichts wie z. B. Glühlampen-licht oder Tageslicht am Mittag einessonnigen Tages setzt sich auseinzelnen farbigen (monochromati-schen) Strahlungs-Anteilen zusam-men. Diese sind bestimmten Wellen-längen zugeordnet, die von violett beica. 380 nm (1nm=10-9m) bis dunkel-rot bei 780 nm reichen.

Die im kurzwelligen Bereich an-schließende Ultraviolett-Strahlung,sichtbares Licht und die langwelligeInfrarot-Strahlung werden zusam-menfassend als „optische Strahlung“bezeichnet.

Elektromagnetische StrahlungLicht ist nur ein Teil der in der Natur vorhandenen elektromagnetischen Strahlung

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Wahrnehmung von Licht

Biologische Sensorik

Das Auge ist das Organ, mit demhöher entwickelte Lebewesen Lichtwahrnehmen können. Dabei ist dieEmpfindlichkeit der Sensoren nichtgleichmäßig: Gleiche Strahlungs-leistungen in unterschiedlichenWellenlängen werden verschiedenstark wahrgenommen.

So empfindet ein menschlichesAuge grün-gelbes Licht als beson-ders hell, kurzwelliges blaues Lichtmit gleicher Strahlungsleistungdagegen nur schwach.

Insekten dagegen sehen im lang-welligen UV- und dem daran an-schließenden blauen Bereichbesonders gut, gelb dagegen eherschlecht.

Des weiteren unterscheidet sich dieAugenempfindlichkeit individuell, esgibt jedoch Mittelwerte, an denensich die Technik orientieren kannund muss.

Aufgrund dieser biologischen Kom-ponente sind absolute Maßangabenim Bereich der Lichttechnik wesent-lich schwieriger als das in derübrigen Physik der Fall ist.

Während man eine Länge in Meternoder Millimetern sehr genau ange-ben kann, also mit kleiner Toleranz,muss die Lichttechnik mit deutlichgrößeren Toleranzbereichen leben:Wie hell ist hell?

Auge und Sehprozess

Elektromagnetische Strahlungentsprechender Wellenlängen wirdvom Menschen nur als Licht wahr-genommen, wenn eine ausreichendeStrahlungsleistung auf der Netzhautder Augen ankommt und dafür be-reite Empfängerzellen (Rezeptoren)zur Verfügung stehen.Da diese Augenempfindlichkeit fürdie verschiedenen Wellenlängen-bereiche unterschiedlich ist, variiertder Helligkeitseindruck auch beigleicher Strahlungsleistung.

Im Durchschnitt ist bei guter Be-leuchtung (Tag) das Auge helladap-tiert, d. h. auf hohe Beleuchtungs-stärken eingestellt. Bei diesemphotopischen Sehen sind vor allemdie 3 Zapfenarten auf der Netzhautaktiv – sie bewirken als Rezeptorenfür rot, grün und blau das Farben-Sehen. Dann folgt die Kurve derAugenempfindlichkeit der sogenann-ten V(ë)-Funktion und hat bei ca.555 nm ihr Maximum.

Dabei hat eigentlich jede Zapfenartihre eigene Empfindlichkeitskurve:

rot x (ë), grün y (ë), blau z (ë).

Die Mittelwertskurve V(ë) entsprichtin der Praxis mit hinreichenderGenauigkeit der Grün-Kurve y (ë).

Bei schwächerer Beleuchtung (Nacht)ist das Auge dunkeladaptiert. Beimskotopischen Sehen dominiert diehell-dunkel Wahrnehmung, die vonden Stäbchen auf der Netzhautausgeführt wird.

Die Augenempfindlichkeitskurveverschiebt sich als V’(ë) in denkurzwelligeren Bereich und hat ihrMaximum dann bei ca. 507 nm.Im mesopischen Bereich (Dämme-rung) zwischen Tages- und Nacht-sehen orientiert sich das Auge nichteindeutig, deshalb haben hier vieleMenschen Seh-Schwierigkeiten.

Licht und Farbe

Das menschliche Auge bewerteteinfallendes Licht nicht allein nachdem Helligkeitseindruck, sonderngleichzeitig immer auch nachFarben. Die Zapfen machen mit denLichteindrücken eine Art additiveFarbmischung, so dass feinsteAbstufungen erkannt werden können.

Wenn man die Helligkeit nichtberücksichtigt, sind die x-, y- und z-Kurven die sogenannten Norm-spektralwertfunktionen einer Licht-quelle und ergeben immer denSummenwert 1. Deshalb reicht esdann aus, x- und y-Messwert einerLichtquelle anzugeben, um ihreFarbe zu beschreiben. Diese Wertewerden in der Normfarbtafel darge-stellt.

Nach den Gesetzen der additivenFarbmischung entsteht weißes Lichtdann, wenn alle Farben zu gleichenTeilen enthalten sind. Deshalb istder Weißpunkt in der Normfarbtafelbei x = 0,333 und y = 0,333.

AugenempfindlichkeitskurveDas Auge nimmt gleiche Strahlungsstärken je nach Wellenlänge unterschiedlich stark wahr

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Die Farbtemperaturen – eine andereArt der Beschreibung von Licht-farben – sind auf dem Planck’schenKurvenzug und den Judd’schenGeraden zu finden.Auch für Lichtquellen, deren Farbortauf der Normfarbtafel zwar nicht auf,

aber relativ nahe an Planck liegt,kann eine sogenannte ähnlichsteFarbtemperatur angegeben werden.Ihr Wert entspricht dem Punkt derPlanck’schen Kurve, der den Farb-koordinaten der Lichtquelle amnächsten ist (minimaler Abstand).

Normfarbtafel nachDIN 5033Jede Lichtfarbe hateinen Farb-Ort undkann durch dessenKoordinaten eindeutigbeschrieben werden

AusschnittFarbdreieckLage typischerLampenlichtfarbenauf derNormfarbtafel

Licht und Materie

Reflexion–Absorption–Transmission

Um einen Gegenstand zu sehen,muss Licht auf ihn fallen, diesesLicht von ihm reflektiert werden unddann ins Auge gelangen. Lässt einGegenstand das Licht ganz oderteilweise durch – im FachbegriffTransmission – erscheint dieserGegenstand durchscheinend oderdurchsichtig.Nimmt der Gegenstand dagegendas Licht ganz oder teilweise auf –Absorption – erscheint er hell oderdunkel, je nachdem, wie viel Licht erabsorbiert.

Die Grundeigenschaften Reflexion,Absorption und Transmission könnensich mit verschiedenen Parameternändern:

Materialstruktur und Aufbau:Je durchlässiger ein Material fürStrahlen ist, desto wahrscheinlicherist Transmission (z. B. klares Glasgegenüber mattem)

Oberfläche:Je glatter, desto wahrscheinlicherReflexion (z. B. Spiegel)

Strahlungswinkel:z. B. Totalreflexion an der Wasser-oberfläche bei flachem Blickwinkel

Lichtspektrum:siehe Farbwiedergabe

In der Lichtbranche leben undarbeiten wir täglich damit, z. B. beider Lichtmessung ( in der Ulbricht-Kugel) oder Lichtleitung (durchGlasfaser) und natürlich auch beider Lichtplanung (Oberflächen inRäumen).

Farbwiedergabe

Farben sehen wie sie sind

Nicht nur das Licht an sich hat eineFarbe, mit Hilfe des Lichts sollen dieFarben betrachteter Gegenständesichtbar werden.

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Dies ist nur möglich, wenn im Spek-trum der Lichtquelle die entspre-chenden Wellenlängen vorhandensind. Deshalb sind für perfekte Farb-wiedergabe nur Lichtquellen mitkontinuierlichem Spektrum geeignet(Temperaturstrahler wie z. B. Glüh-lampen). In allen anderen Fällenkann das Auge die Farben nur ver-ändert wahrnehmen.

Beispiel: Textilienkauf

Ein Kaufhaus ist ausschließlich mit3-Banden Leuchtstofflampen be-leuchtet. Eine hellgraue Hose undein hellgrau gemustertes Hemdpassen bei der Anprobe perfektzueinander. Zu Hause kommt jedochdie Überraschung: Beim Auspackenim Tageslicht hat die Hose einenStich ins Grüne und das Hemd isttatsächlich bräunlich mit einem Stichins Rote.

Messung und Farbwiedergabe-Index

Die Farbwiedergabe einer Lichtquellewird durch eine Vergleichsmessungbewertet. Dabei werden die zurück-gestrahlten Spektren (= Remissions-spektren) von 8 bestimmten Farbenzweimal gemessen: einmal beiBeleuchtung durch eine Standard-lichtquelle und einmal mit der zuprüfenden Lampe. Dabei sollen dieLichtfarben der beiden Lichtquellenmöglichst ähnlich – am bestengleich – sein.

Diese Remissionsspektren werdendann in einem aufwändigen Re-chenverfahren für jede einzelneFarbe verglichen. Sind sie identisch,ist der Farbwiedergabeindex Ra 100.Wird die Farbe sehr stark verändert,kann Ra sogar negativ werden.

Aus den Ra-Werten für die einzel-nen Farben ergibt sich dann einGesamtwert für die zu prüfendeLampe. Die Farbwiedergabe vonweiteren 6 Farben (manchmal auch8) ist für einzelne Anwendungenzusätzlich von besonderem Interesse.

Farbwiedergabe und Farbechtheit

Farbwiedergabe hat nichts mit Farb-echtheit bzw. Vergilbung zu tun.Farbwiedergabe heißt ja, Farben sosehen zu können, wie sie wirklichsind. Farbechtheit dagegen heißt,die Farben bleiben trotz verschie-denster Umwelteinflüsse (Licht,Wärme, UV-Strahlung, Feuchtigkeit,Chemikalien, etc.) so schön, wie sieimmer waren und bleichen nicht aus.

Farbwiedergabe R9-R14Testfarben 9-14:RotGelbGrünBlauHautfarbeBlattgrün

Farbwiedergabe R1-R8Testfarben 1-8:AltrosaSenfgelbGelbgrünHellgrünTürkisblauHimmelblauAsterviolettFliederviolett

Spektrum GlühlampeSpektrale Strahlungsverteilung von Glühlampen

Planck-VerteilungskurvePlanck-Verteilungskurve bei verschiedenen „Schwarzkörpertemperaturen“

Lichterzeugung

Eigenschaften verschiedenerLichtquellen

Temperaturstrahlung

Ein Temperaturstrahler wird so heiß,dass er Energie in Form von Lichtabstrahlt, wie z. B. Feuer oder Glüh-lampen.

Temperaturstrahler haben ein kon-tinuierliches Spektrum, d. h. siestrahlen in allen Wellenlängen.Welche Wellenlängen stärker undwelche weniger beteiligt sind, hängtnur von der Temperatur des Strah-lers ab. Mit jeder Temperaturände-rung des Körpers ändert sich alsodie Verteilung der Strahlungsanteileim Spektrum.

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Weil der Körper dafür heißer seinmuss, haben die kalten (weißen)Lichtfarben höhere Farbtemperatur-Werte als die warmen (gelb-roten).

Also:Je heißer ein Temperaturstrahler ist,desto weißer ist sein Licht.

Die Sonnenoberfläche z. B. ist imDurchschnitt ca. 6.000K heiß, bietetaber ein sehr angenehmes Licht fürdas menschliche Auge, weil ihr Strah-lungsmaximum bei ca. 500 nm liegt.Da sich das Sonnenlicht aberständig verändert (Aktivitäten aufder Sonnenoberfläche, Filter Erd-atmosphäre), ist es für Mess- undNormungszwecke nicht nutzbar, dieSonne ist keine Standardlichtquelle.

Leider ist eine der Sonne vergleich-bare Standardlichtquelle nichtkünstlich herstellbar, es gibt keinegeeigneten Materialien bzw. stabilenchemischen Elemente dafür.

Zur Herstellung von Glühlampen-Wendel-Drähten wird bereits Wolf-ram genutzt, das Element mit demhöchsten Schmelzpunkt. UnterAusschöpfung aller Möglichkeiten –auch z. B. mit Halogenprozessen –sind in der Praxis nur Glühlampenmit Farbtemperaturen bis ca. 3.400 Kmachbar.

Gasentladung

Alle chemischen Elemente könnendurch Energiezufuhr angeregtwerden und geben beim Zurückfal-len in den Ausgangszustand dieseEnergie in Form von Strahlungwieder ab. Die Zusammensetzungdieser Strahlung ist spezifisch fürdas jeweilige Element, z. B. strahltQuecksilber (Hg) vor allem im UV-Bereich, andere Stoffe wie z. B.Natrium vor allem gelb.

Die Spektren dieser Lichtquellensind diskontinuierlich, können wiez. B. bei Natriumdampf-Niederdruck-lampen sogar monochromatisch vorallem in einer Wellenlänge sein.

Isothermen der spektralen Strahldichteverteilung für Wolfram als StrahlerDarstellung der Strahlungsstärke von Wolframmaterial einer jeweils bestimmten Temperatur(Isotherme) bei den verschiedenen Wellenlängen

Planck formulierte aufgrund derErgebnisse seiner Vorgänger (v. a.Wien’sches Verschiebungsgesetz)die physikalisch-theoretische Grund-lage der Lichtfarben.

Und so kann die Farbtemperatur vonLicht erklärt werden:Man erhitzt einenschwarzen Körper,bis dieser sichtbareStrahlung – Licht –aussendet.Die jeweilige Tempe-ratur dieses Körperswird dann zur Be-schreibung dieserLichtfarbe verwendet.

Deshalb gilt, auch wenn es auf denersten Blick unlogisch erscheint:

FarbtemperaturenJe heißer ein schwarzerKörper wird, umso weißerwird das von ihmabgestrahlte Licht.

Spektrum Natriumdampf-NiederdrucklampeSpektrale Strahlungsverteilung vonNatriumdampf-Niederdrucklampen

Spektrum QuecksilberdampflampeSpektrale Strahlungsverteilung vonQuecksilberdampflampen

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Durch äußere Umstände kann dasSpektrum weiter beeinflusst werden:z. B. bei Natrium-Hochdrucklampenwird durch den Druck im Brenner dieNatrium-Linie verbreitert. Die Zuga-be von Quecksilber sorgt für dennötigen Blau-Anteil.

Lumineszenzprozesse

Lumineszenz ist eine Beschreibungfür alle Vorgänge, bei denen einnicht leuchtender Stoff oder einKörper aufgrund chemischer Reak-tionen oder einer Aktivierung durchLicht selbst Strahlung abgibt. Ambekanntesten ist die Fluoreszenz:

Bestimmte Stoffe können leuchten,auch wenn sie selbst kein Lichterzeugen. Sie absorbieren kurz-wellige Strahlung (meist UV) undwandeln diese in langwelligereStrahlung (sichtbares Licht) um.

Diese Art der Lumineszenz wird zurLichterzeugung vor allem in Leucht-stofflampen genutzt. Eine unbe-schichtete Leuchtstofflampe wäre(aufgrund des enthaltenen Queck-silbers) ein violett-bläulicher UV-Strahler, die innen auf dem Glas-kolben aufgebrachte Leuchtstoff-schicht wandelt diese Strahlung insichtbares Licht um.

Die Art und Qualität des Leucht-stoffs entscheidet, welche Lichtfarbeund welche Anzahl Linien in derspektralen Verteilung das Licht derLampe am Ende hat.

LASER

= Light Amplification byStimulated Emission of Radiation

Während eine Gasentladung – fürjedes Gasatom einzeln – eine spon-tane Emission von Licht ist, wirdbeim Laser der lichterzeugendeStoff durch einen „optischen Pump-prozess“ so angeregt, dass ein sehrenergiereicher Strahlungsflussentsteht. Die Wellenlänge dieserStrahlung ist von der verwendetenStoffkombination abhängig. Heutesind alle Farben möglich, selbstblau.

Die entstehende Strahlung hatextrem enge Strahlungswinkel undist sehr gut fokussierbar. Dies führtzu sehr hohen Leistungsdichten,was wiederum Chance und Gefahrgleichzeitig ist: Man kann z. B. mitLaserstrahlen operieren, aber natür-lich auch große Schäden verur-sachen.

LED / OLED

Light Emitting Diode

Das Licht von LEDs wird in einemHalbleiter-Chip erzeugt: Ein pn-Über-gang wird angeregt und sendetdadurch Licht mit großer Intensitätaus, ähnlich der Laser-Strahlung.

Deshalb waren LEDs zunächst inder Strahlenschutz-Norm EN 60825–1 wie Laser eingestuft. Auf-grund geringer Leistung bzw. Strah-lungsstärke und genügend Materialum den lichterzeugenden Chip sindLEDs jedoch immer innerhalb dervon der Norm beschriebenenGrenzen und müssen daher nicht indie selbe Gefahren-Klassifizierungaufgenommen werden.

Da außerdem im Normalfall nochzusätzlich streuende Optiken imEinsatz sind, besteht keine Gefahrfür das Auge. Jedenfalls nicht mehr,als bei anderen Lampen auch.

LEDs erzeugen – wie Laser – jenach der im pn-Übergang eingesetz-ten Stoffkombination monochromati-sches Licht, also eine bestimmteWellenlänge. Dabei wird eben dasfarbige Licht direkt erzeugt undmuss nicht erst aufwändig heraus-gefiltert werden. Weißes Licht kannmit LEDs auf verschiedene Weiseerzeugt werden: durch RGB-Farb-mischung in einer sogenanntenMulti-LED mit 3 farbigen Chips ineiner LED oder durch Einsatz vonLeuchtstoffen in der Vergussmasseum einen blauen Chip.

Um einigermaßen brauchbare Farb-wiedergabe-Werte (Ra >70) beiweißen LEDs mit Leuchtstoffen zubekommen, werden meist gelb-oranger und gelb-grüner Leuchtstoffzusammen eingesetzt.

Die Vorteile von LEDs liegen auf derHand: kleinste Bauformen mit sehrgeringen elektrischen Anschluss-leistungen bei langer Lebensdauermachen den Einsatz auch anschwieriger Stelle attraktiv. KeineBetriebsgeräusche, kein Flackern,keine UV- oder IR-Strahlung stören.Lediglich ungeeignete Umgebungs-bedingungen wie Feuchtigkeit oderhohe Temperaturen führen zumAusfall.

Aufbau einer LED

Spektrum Natriumdampf-HochdrucklampeSpektrale Strahlungsverteilung vonNatriumdampf-Hochdrucklampen

Funktionsprinzip Leuchtstofflampe

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4.

3.

WXn ➝➝➝➝➝ W + nX

2.

W + nX ➝➝➝➝➝ WXn

LEDs / OLEDs werden z. T. eupho-risch als „Lichtquelle der Zukunft“gefeiert, Fachleute bleiben skep-tisch. Denn Aufwand und Kosten füreine Allgemeinbeleuchtung mitLEDs sind zurzeit noch unverhältnis-mäßig hoch.

Organic LED

Die Forschung arbeitet sehr intensivdaran, LEDs auch aus organischemMaterial herzustellen: Riesenmole-küle und Polymere können ähnlicheEigenschaften erreichen wie diekomplexen Metallverbindungen intraditionellen LEDs.

Die Vorteile sind klar: Alles bleibtumweltfreundlich und bestimmteAnwendungen werden überhaupterst möglich (z. B. leuchtende Foliendurch mehrschichtige Dünnfilm-gebilde).

Kleine Displays – in einfarbig odermulti-color – sind kein Problemmehr, bei größeren Flächen gibt esu.U. Schwierigkeiten mit der Wärme-abfuhr und dadurch Leistungsein-bußen.

Ein Wolframatom löst sich von der Wendel

Halogen-Kreisprozess

Das Wolframatom wird vom Halogengaseingefangen und komplex gebunden

Das Wolframatom wird vom Halogengas ander Wendel wieder abgegeben

Wolfram ist wieder auf der Wendel undHalogengas frei im Lampenvolumen

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Wolfram (W)Halogen (X)

Funktion vonHalogenmetall-dampflampen

Halogenprozesse

Auch wenn die weite Verbreitungvon Halogenlampen die Vermutungnahe legt, Halogene könnten direktetwas mit der Lichterzeugung zu tunhaben, ist dem nicht so.

Halogene (Gruppe VII im Perioden-system der chemischen Elemente –Fluor, Chlor, Brom, Jod) sind unter-stützende Stoffe, die die Lichterzeu-gung beeinflussen. Sie ermöglichenStofftransporte, z.B. Wolframatomebei Glühlampen und den Wendel-elektroden von Entladungslampenim sogenannten Halogen-Kreispro-zess. Dadurch wird bei ausreichen-der Temperatur (Wendel > 2700 °C,Lampenkolben > 200 °C) Schwär-zung verhindert und die Lichtaus-beute erhöht.

Im Detail bedeutet dies:Die von der Wolfram-Wendel abge-dampften Atome werden in derNähe der „kalten“ Kolbenwand beica. 300°C von den Halogenmole-külen „eingefangen“.

Der Komplex wandert durch dasLampenvolumen, bis er zufällig indie Nähe einer „kühleren“ Stelle derWendel mit ca. 2000°C kommt. DieVerbindung löst sich und das Atomlagert sich wieder an die Wendel an.Da diese „kühleren“ Stellen meist imEnden-Bereich der Wendel zu findensind, findet also doch ein gewisserMaterialtransport statt. Deshalbführen Fehlerstellen im Wolfram-draht schnell zu „hot spots“, heißenPunkten, von denen nur noch Mate-rial abtransportiert wird, und derLampenausfall ist vorprogrammiert.

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Normlichtarten

Farbtemperaturen derNormlichtarten

Da die Farbtemperatur des Tages-lichts sowohl bezüglich des Aufent-haltsorts auf der Erde als auch imTagesverlauf (3.000 – 9.000 K/ blau)schwankt, erschien es sinnvoll,bestimmte Eckwerte für Normungund Messungen in DIN 5031 bzw.5033 festzulegen.

Als mittleres Tageslicht wurde D65

bestimmt, für reproduktive Zwecke(z. B. Farbdias) wird D55 benutzt, esgibt noch D75 und gelegentlich siehtman auch noch C (veraltet). FürGlühlampenlicht ist die NormlichtartA, die sich vom Planck’schen Strah-ler ableitet.

Die Farbtemperatur-Werte lauten:

D65 = 6.504 K

D55 = 5.500 K

D75 = 7.500 K

C = 6.774 K

A = 2.855,6 K

Des weiteren sind bekannt Norm-lichtart B (Sonnenlicht), G (Vakuum-Glühlampen), P (Petroleum- undKerzenlicht) und XE (Xenonlampen).

Größen und Einheiten in derLichttechnik

Beschreibung und Messung vonLicht

Lichtstrom Ö

Die bewertete Strahlungsleistung(Helligkeitseindruck) einer Lichtquelleinsgesamt, d.h. in alle Richtungen,wird als Lichtstrom bezeichnet.Seine Einheit ist das Lumen, lm.

Um den Helligkeitseindruck immenschlichen Auge wahrheitsgetreunachzubilden, muss die reine spek-trale Strahlungsleistung einer Licht-quelle mit den Faktoren der Augen-empfindlichkeitskurve V(ë) bewertet,d. h. multipliziert werden. Dafür wirdaußerdem das photometrischeStrahlungsäquivalent Km benötigt,das für das Maximum der V(ë)-Kurve definiert ist. Ein monochroma-tischer Strahler mit der Wellenlänge555 nm mit 1 W Strahlungsleistunghat also per Definition 683 lm.

Oder anders:Km = 683 lm/W

Wird diese Rechengröße für dasNachtsehen durch V’(ë) bewertetangegeben, beträgt sie 1699 lm/W.

Für alle Lichtquellen, die nicht vor-wiegend in eine Richtung strahlen,wird die Strahlungsleistung in lmangegeben (vgl. Lichtstärke).

Lichtausbeute

Die Lichtausbeute ist ein Maß für dieEffizienz von Lichtquellen. Sie gibtan, wie viel Licht aus der aufge-wandten Energie erzeugt wird. IhreEinheit ist Lumen pro Watt lm/W.

Lichtmenge Q

Lichtmenge ist die Bezeichnung fürdie bewertete Strahlungsenergie inlmh oder lms, also die Strahlungs-leistung im Laufe der Zeit.

Q = Ö · t

Diese Größe ist für Blitzlampenwichtig, außerdem hilft sie bei derEnergiebewertung von geplantenLichtanlagen.

Lichtstärke I

Die Strahlungsleistung einer Licht-quelle in eine bestimmte Richtungunter einem Raumwinkel W wird alsLichtstärke bezeichnet. Ihre Einheitist Candela, cd.

I = dÖdÙ

oder näherungsweise:

I = ÖÙ

Dabei ist der Raumwinkel so vor-stellbar: Ein kreisförmiges Stückwird aus der gebogenen Oberflächeeiner Kugel ausgeschnitten. DerAusschnittkegel bis zum Mittelpunktder Kugel ist als „Eistüte“ vorstell-bar. Die Seitenflächen diesesKegels umschließen den Raum-winkel, er ist also die „Spitze derEistüte“. Sein Wert in Steradiant (sr)ergibt sich aus dem Quotienten desausgeschnittenen Oberflächen-stücks und dem Quadrat desKugelradius:

Ù = Ar²

Definition Raumwinkel

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Für alle Lichtquellen, die bevorzugtin eine Richtung strahlen (z. B. Re-flektorlampen) wird die Strahlungs-leistung in cd angegeben.

Die gemessenen Strahlungsverteil-ungen von Lichtquellen – besondersfür Lampe in der Leuchte – werdenin Polardiagrammen dargestellt, densogenannten Lichtverteilungskurven.

Beleuchtungsstärke E

Während Lichtstrom und Lichtstärkedie Strahlungsleistung angeben, dievon einer Lichtquelle ausgeht, sagtdie Beleuchtungsstärke aus, welcheStrahlungsleistung bei einem be-stimmten Empfänger ankommt. IhreEinheit ist das Lux, lx.

E = ÖA

Das gilt im Normalfall, da meist voneiner ausreichend gleichmäßigenLichtstromverteilung ausgegangenwerden kann.

Ist die betrachtete Fläche zurBlickrichtung geneigt, muss derNeigungswinkel å berücksichtigtwerden:

E = Ö · cos åA

Deshalb ist bei der Beleuchtungs-stärke entscheidend, welche Flächein welcher Ebene betrachtet wird.Vor allem bei Lichtplanungen musssehr genau berücksichtigt werden,ob die horizontale Beleuchtungsstär-ke Eh (auf Tischen z. B. im Büro)besonders wichtig ist, die vertikaleEv (z. B. an den Wänden einer Galerie)oder die zylindrische Ez (für gutes,vertikales Sichtfeld rundum). In denentsprechenden Planungs-Program-men wird dann jeweils auch einemittlere, eine minimale und einemaximale Beleuchtungsstärke er-mittelt, um eine Vorstellung von derGleichmäßigkeit der Beleuchtung zubekommen.

Beispiele für Werte vonBeleuchtungsstärken:Sommertag 60.000-100.000lxTrüber Wintertag 3.000 lxArbeitsplatz 500 lxVollmondnacht 0,25 lxNeumondnacht 0,01 lx

Leuchtdichte L

Der Helligkeitseindruck, den einebestimmte Fläche macht, wird alsLeuchtdichte bezeichnet. IhreEinheit ist cd/m² oder cd/cm².

L = IA

Wird die Fläche nicht senkrechtgesehen, muss der Abweichungs-winkel á berücksichtigt werden:

L = I · cos áA

Je höher die Leuchtdichte einesGegenstandes ist, z. B. einer Lampe,umso heller erscheint er und destoeher kann er blenden.

PhotometrischesEntfernungsgesetz

Je weiter ein Gegenstand von einerLichtquelle entfernt ist, desto schwä-cher wird seine Beleuchtungsstärke.Genauer: Seine Beleuchtungsstärkenimmt mit dem Quadrat des Abstandsab.

E = I · cos ár²

Belichtung H

In der Photografie kommt es auf dieGesamtlichtmenge an, die in einerbestimmten Zeit auf die lichtemp-findliche Fläche – den Film – fällt.

H = E · t = QA

Licht und Gefühl

Licht brauchen wir zum Sehen. Aberes hat auch sehr viel mit Gefühl undWohlfühlen zu tun: Lichtfarben undBeleuchtungssituationen beeinflus-sen das Befinden, meist eher sub-jektiv-individuell als tatsächlichdirekt mess- und nachweisbar.Anerkannte Erkenntnisse stammendaher meist aus sehr aufwändigenstatistischen Untersuchungen.

Warme Farben (warmweiß, Glüh-lampenlicht) werden von den meistenMenschen bei Beleuchtungsstärkenüber 2.000 lx nicht nur aufgrund derdann sehr hohen Wärmebelastungals nicht mehr angenehm empfunden.

LichtverteilungskurveDarstellung der LVK einer Reflektorlampe

Erklärung Beleuchtungsstärke

Erklärung Leuchtdichte

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Kalte Farben (Tageslicht, Hellweiß)werden bei Beleuchtungsstärkenunter 1.000 lx als eher ungenehmdämmrig-kalt empfunden.Deshalb sollte in Innenräumen dieFarbtemperatur des Lichts unter5.500 K gewählt oder von vorn-herein Beleuchtungsstärken größer1.000 lx geplant werden.

Helligkeitsempfinden hängt zwarimmer mit der Leuchtdichte zusam-men, kann aber vom Auge nichtabsolut gemessen werden. D. h. dasAuge vergleicht immer zwischenvorhanden Punkten und Flächenund versucht dabei auch bei hartenKontrasten einen gewissen Aus-gleich zu schaffen.

Lichtwirkung aufden Menschen

Biologische Wirkungen

Licht steuert die Aktivität und nimmtEinfluss auf unser ganzes Leben.

Vor allem die Haut als Flächen-Organ ist der gesamten Strahlungmit UV und IR ausgesetzt.UV-Strahlung ist auch nötig, um be-stimmte Prozesse wie die VitaminD3-Bildung im Körper auszulösen.Zu hohe Dosen jedoch können er-hebliche Schäden hervorrufen.Sonnenbrand oder Hornhautentzün-dung sind da nur wenige Beispiele.

Der Mensch als tagaktives Wesenist bei höheren Beleuchtungsstärkenaktiver und macht weniger Fehler,auch wenn die Aufgabe an sich nichtvon der Sehleistung abhängig ist.Diese erhöhte Aktivität ist sogar z. B.an der Blutzusammensetzung mess-bar, es sind mehr weiße Blutkörper-chen vorhanden.

Insgesamt ist die Konzentration ein-fach besser, daher sind dann auchweniger Unfälle zu erwarten.Deshalb ist besonders in Bezug aufArbeitssicherheit und im Straßenver-kehr auf gute Beleuchtung zu achten.

Lichtbedarf

Jeder Mensch hat individuelle An-sprüche an die Beleuchtung.

So ist es statistisch erwiesen, dassältere Menschen bei guter Beleuch-tung (ca. 1.000 lx) in etwa gleich gutarbeiten wie junge. Ist die Beleuch-tung dagegen schwach, machen dieälteren deutlich mehr Fehler.

Außerdem ist es sinnvoll, Lichtregel-und Steueranlagen so zu planen,dass dem Anwender eine manuelleEinflussmöglichkeit bleibt.

Störungen durch Licht

Licht und Lichtquellen können nichtnur wichtige Hilfsmittel zum Sehensein, sondern auch erheblich stören,z. B. als Lichtimmissionen oderdurch Blendung.

Außerdem kann erhöhte Wärme-belastung – vor allem bei Glühlam-pen – auftreten, die dann durchaufwändige Klimatechnik wiederweggeschafft werden muss.

Lichtimmissionen – also uner-wünschte Helligkeit in den Dunkel-stunden z. B. durch Straßenbe-leuchtung in Innenräumen – sindmeist lediglich lästig, empfindlichePersonen können sich dadurch abererheblich gestört fühlen.

Optische TäuschungOptische Täuschung: An den weißenKreuzungsstellen „sieht“ das Auge dunkleFlecken

Abhilfe kann jedoch mit geeignetenMaßnahmen relativ einfach geschaffenwerden:

– stark beleuchtete Gebäude nachtsabdunkeln

– Beleuchtung konstant und gleich-mäßig lassen, ohne dynamischesLicht wie Spruchbänder oderanimierte bunte Bilder

– Leuchtenstandorte verändern

– Leuchtenart anpassen:Höhe, Neigung, Lichtverteilung

Blendung ist dagegen ein großesProblem, nicht nur sehr unange-nehm sondern auch leistungshem-mend.Streulicht, Glanz, Spiegeleffekte –also gerichtete Reflexion – könnenzu einem lokal sehr starken Lichtein-fall ins Auge führen, so dass esquasi gegen das Licht sehen muss.Im Straßenverkehr oder bei gefähr-lichen Tätigkeiten in der Arbeitsweltkann Blendung daher ein erheb-liches Sicherheitsrisiko sein. ImNormalfall ist es „nur“ sehr anstren-gend. Schnelle Ermüdung undAugenprobleme sind dann die Folge.

Je diffuser Licht reflektiert wird (z. B.von einer weißen Wand), destoweniger wird es als Blendung wahr-genommen.

Weitere Störungen können auftretenz. B. durch zu harte Schatten beigroßen Beleuchtungsstärken oderFrequenzprobleme bei Entladungs-lampen, die dann stroboskopischeEffekte zur Folge haben.

Kein Mensch muss schlechte Be-leuchtung und schlechtes Lichtakzeptieren, es gibt immer eineMöglichkeit etwas zu ändern.Professionelle und unabhängigeLichtplanung, gute Lampen undLeuchten sind Gewähr für eineangenehme Atmosphäre.