1. Welche grundlegenden Begriffe werden verwendet, um die optischen Parameter einer Lichtquelle zu beschreiben?
Zu den Parametern, die das von einer Lichtquelle emittierte Licht beschreiben, gehören im Allgemeinen Leuchtdichte, Lichtstrom, Lichtstärke und Beleuchtungsstärke, wie im folgenden Diagramm dargestellt.
Der Lichtstrom ist die Lichtmenge, die eine Lichtquelle pro Zeiteinheit abgibt, gemessen in Lumen (lm). Diese Größe beschreibt die Gesamtmenge des von der Lichtquelle emittierten Lichts; je größer der Lichtstrom, desto mehr Licht wird abgegeben. Er ist direkt proportional zur Lichtleistung.
Der von einer Lichtquelle pro Raumwinkeleinheit in einer bestimmten Richtung abgegebene Lichtstrom wird als Lichtstärke der Lichtquelle in dieser Richtung definiert und in Candela (cd) gemessen. Die Lichtstärke bezieht sich auf eine punktförmige Lichtquelle und beschreibt deren Helligkeit. Je höher die Lichtstärke, desto heller erscheint die Lichtquelle, und unter gleichen Bedingungen erscheinen auch von ihr beleuchtete Objekte heller.
Die Leuchtdichte ist die physikalische Größe, die die Intensität des von der Oberfläche einer Lichtquelle emittierten Lichts beschreibt. Wenn das menschliche Auge eine Lichtquelle aus einer bestimmten Richtung betrachtet, wird das Verhältnis der Lichtstärke in dieser Richtung zur vom Auge wahrgenommenen Fläche der Lichtquelle als Leuchtdichte pro projizierter Fläche definiert. Die Einheit der Leuchtdichte ist Candela pro Quadratmeter (cd/m²). Leuchtdichte ist die menschliche Wahrnehmung der Lichtintensität.
Die Beleuchtungsstärke bezeichnet den Lichtstrom pro Flächeneinheit einer beleuchteten Oberfläche und wird in Lux gemessen. Sie ist ein wichtiger Indikator für die Umgebungsbedingungen. In einer mondhellen Nacht beträgt die Beleuchtungsstärke typischerweise 0,02–0,3 Lux; an einem bewölkten Tag liegt sie im Freien typischerweise zwischen 50 und 500 Lux; und an einem sonnigen Tag beträgt sie in Innenräumen typischerweise 100–1000 Lux. Die zum Lesen benötigte Beleuchtungsstärke liegt im Allgemeinen bei 50–60 Lux.
2. Was ist eine Lichtverteilungskurve? Warum ist die Lichtverteilung notwendig?
Eine Lichtverteilungskurve beschreibt die räumliche Lichtstärkeverteilung einer Lichtquelle oder Leuchte. Sie erfasst Informationen wie Lichtstrom, Anzahl der Lichtquellen und Leistung der Leuchte. Man kann sich vorstellen, eine Lampe oder Lichtquelle im Mittelpunkt einer Kugel zu platzieren und die Lichtstärke an einem durch den Mittelpunkt verlaufenden Querschnitt zu messen, um die Lichtverteilungskurve zu erhalten. Um die räumliche Verteilung des von der Lichtquelle oder Lampe emittierten Lichts besser zu verstehen, können die Lichtstärkedaten natürlich auch aus verschiedenen Blickwinkeln gemessen werden.
(Die Lichtverteilungskurve spiegelt die räumliche Lichtstärkeverteilung der Lichtquelle bzw. Lampe wider.)
Wenn eine Lichtquelle Licht aussendet, breiten sich die Lichtstrahlen in alle Richtungen aus. Um eine Lichtquelle für die gewünschte Beleuchtung zu nutzen, sind spezielle Mechanismen erforderlich, die das Licht steuern und seine räumliche Verteilung anpassen, um den gewünschten Effekt zu erzielen. Diese Steuerung wird als Lichtverteilung bezeichnet.
3. Wie unterscheidet sich das Spektrum einer LED vom Spektrum anderer Beleuchtungskörper?
Ein Spektrum ist die Zerlegung von monochromatischem Licht durch ein Dispersionssystem (wie ein Prisma oder ein Gitter) und dessen Anordnung nach Wellenlänge (oder Frequenz). Es wird auch optisches Spektrum genannt. Das gesamte elektromagnetische Spektrum umfasst Radiowellen, Infrarotstrahlung, Ultraviolettstrahlung und Röntgenstrahlung. Diese unterscheiden sich in ihrer Wellenlänge. Der größte Teil des Spektrums, das sichtbare Spektrum, ist der für das menschliche Auge sichtbare Bereich des elektromagnetischen Spektrums. Typisches sichtbares Licht umfasst Wellenlängen zwischen 400 und 760 Nanometern.
Aktuell verwenden die meisten LEDs einen blauen LED-Chip, um einen oder mehrere Leuchtstoffe anzuregen. Das blaue Licht wird dann mit dem vom Leuchtstoff emittierten Licht gemischt, um weißes Licht zu erzeugen. Daher weist das Spektrum einer typischen LED in der Regel mehr als zwei Maxima auf, während andere Wellenlängenbereiche eine relativ geringe Strahlungsintensität aufweisen.
(Unterschiede zwischen LED-Spektren und denen anderer Beleuchtungskörper)
4. Was ist Farbtemperatur? Welche Empfindungen rufen unterschiedliche Farbtemperaturen hervor?
Die Farbtemperatur ist ein Maß für die Farbe (Farboberfläche) einer Lichtquelle. Stimmt die von einer Lichtquelle emittierte Farbe mit der Farbe eines schwarzen Körpers bei einer bestimmten Temperatur überein, so wird die Schwarzkörpertemperatur bei dieser Temperatur als Farbtemperatur der Lichtquelle definiert und in Kelvin (K) angegeben. Da die meisten Lichtquellen Licht emittieren, das gemeinhin als weißes Licht bezeichnet wird, dient die Farboberflächentemperatur oder korrelierte Farbtemperatur einer Lichtquelle dazu, den Grad der Weißheit ihres Lichts anzugeben und somit die Farbwiedergabe der Lichtquelle zu quantifizieren. Die Kurve des schwarzen Körpers im CIE-Farbkoordinatensystem veranschaulicht den Farbverlauf eines schwarzen Körpers von Rot über Orangerot, Gelb und Gelblich-Weiß zu Weiß und schließlich zu Blaulich-Weiß (siehe Abbildung unten).
(Unterschiedliche Farbtemperaturen rufen unterschiedliche Gefühle hervor.)
Unterschiedliche Farbtemperaturen von Lichtquellen erzeugen unterschiedliche Lichtfarben: Höhere Farbtemperaturen erzeugen ein bläulicheres Licht, das gemeinhin als Kaltweiß bekannt ist; niedrigere Farbtemperaturen hingegen ein rötlicheres Licht, das gemeinhin als Warmweiß bekannt ist. Farbtemperaturen unter 3300 K schaffen eine stabile und warme Atmosphäre; Farbtemperaturen zwischen 3000 und 5000 K gelten als mittelwarm und vermitteln ein erfrischendes Gefühl; Farbtemperaturen über 5000 K erzeugen ein kühles Gefühl. Unterschiedliche Lichtfarben von verschiedenen Lichtquellen schaffen die optimale Umgebung.