LICHTBERECHNUNGEN LICHTMESSUNGEN

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1 LICHTBERECHNUNGEN UND LICHTMESSUNGEN Einführung in das System der lichttechnischen Größen und Einheiten und in die Photometrie H.A.E. KEITZ ZWEITE, ERWEITERTE UND VÖLLIG NEUBEARBEITETE AUFLAGE PHILIPE TECHNISCHE BIBLIOTHEK

2 INHALTSVERZEICHNIS TEILI LICHTBERECHNUNGEN 1 Kapitel I EINLEITUNG 1.1 Das Wesen des Lichts Licht als Wellenerscheinung Polarisation Photometrie. Das photometrische System von Lambert Etwas über die Entwicklung der Lichttechnik Was in diesem Buch behandelt werden soll.. 15 Kapitel II RAUMWINKEL 11.1 Raumwinkel, Steradiant Einige besondere Raumwinkel 18 II. 3 Bedeutung des Begriffes Raumwinkel für die Lichttechnik Raumwinkel mit kleinem Spitzenwinkel Raumwinkeltabelle 22 Kapitel III LICHTSTROM, LICHTSTÄRKE, LICHTMENGE III. 1 Lichtstrom und Lichtstärke Lichtstärke- und Lichtstromeinheiten Einige Formeln über die Beziehungen zwischen Lichtstärke und Lichtstrom Horizontale, sphärische, nominelle Lichtstärke Spezifischer Lichtstrom oder Lichtausbeute Lichtmenge, Lumensekunde, Lumenstunde 32 Kapitel IV LICHTVERTEILUNGS-, ROUSSEAU- UND ZONALES LICHTSTROMDIAGRAMM IV. 1 Lichtverteilungs- und Rousseaudiagramm 35 IV. 2 Konstruktion des Rousseaudiagramms 39 IV. 3 Ableitung des Rousseaudiagramms mit Hilfe der Infinitesimalrechnung 41 IV. 4 Bestimmung des Wirkungsgrades einer Leuchte aus dem Rousseaudiagramm 42 IV. 5 Das zonale Lichtstromdiagramm 43 IV. 6 Die von der polaren Lichtverteilungskurve oder einem ihrer Teile umschlossene Fläche ist kein Maß für den ausgestrahlten Lichtstrom.. 45 IV. 7 Mittlere Lichtstärke, berechnet aus dem Rousseaudiagramm IV. 8 Russell-Bloch-Winkel 46 IV. 9 Anwendung des Rousseaudiagramms mit großer Basis für enge Bündel 48 IV.10 Ausgearbeitetes Beispiel für die Bestimmung einer 1000 lm-kurve einer symmetrischen Leuchte 48 IV. 11 Klassifizierung von Leuchten nach ihrer Lichtverteilung 52

3 vrn INHALTSVERZEICHNIS Kapitel V MITTEL ZUR WIEDERGABE VON LICHTVERTEILUNGEN V. 1 Lichtstärketabelle, polares und rechtwinkliges Lichtverteilungsdiagramm 54 V. 1 Isocandeladiagramm 54 V. 3 Kugelkoordinaten 55 V. 4 Die sinusoidale Projektion 56 V. 5 Transformation von Kugelkoordinaten V. 6 Die azimutale Projektion 61 V. 7 Vergleich zwischen der azimutalen und sinusoidalen Projektion.. 64 V. 8 Die Quasi-Zentralprojektion 64 V. 9 Die Verwendung von Normzahlen im Isocandeladiagramm V. 10 Beispiele von Isocandeladiagrammen einer Leuchte 68 Kapitel VI BELEUCHTUNGSSTÄRKE VI.l Beleuchtungsstärke und ihre Einheit Lux 71 VI.2 Das photometrische Entfernungsgesetz 72 VI. 3 Beleuchtungsstärke bei schräg einfallendem Licht 73 VI.4 Horizontale und vertikale Beleuchtungsstärke 77 VI.5 Andere Einheiten der Beleuchtungsstärke 78 Kapitel VII BELEUCHTUNGSSTÄRKE-BERECHNUNGEN UND -DIAGRAMME VII. 1 Einleitung 80 VII. 2 Lichtstrommethode, Beleuchtungswirkungsgrad 80 VII. 3 Lichtstärkemethode 82 VII. 4 Beleuchtungsstärkediagramme 83 VII. 5 Das rechtwinklige Beleuchtungsstärkediagramm 85 VII. 6 Das Beleuchtungsstärkegebirge 86 VII. 7 Das ebene Isoluxdiagramm 86 VII. 8 Das polare Isoluxdiagramm 88 VII. 9 Lichtstrombestimmungen aus dem ebenen Isoluxdiagramm VII. 10 Das Isoluxdiagramm nach der Quasi-Zentralprojektion 91 Kapitel VIII LEUCHTDICHTE UND LICHTSTROMDICHTE VIII.1 Leuchtdichte, cd/m 2 94 VIII.2 Lambertsches Gesetz 95 VIII. 3 Lichtstrom vollkommen diffus strahlender Flächen 96 VIII.4 Lichtstrom eines vollkommen diffus strahlenden Zylinders 98 VHI.5 Lichtstromdichte 101 VIII.6 Lichtstromdichte und Leuchtdichte vollkommen diffus strahlender Flächen 101 VHI.7 Leuchtdichte-Einheiten, gegründet auf der Lichtstromdichte vollkommen diffus strahlender Flächen 102 Kapitel IX AUSGEDEHNTE (NICHT PUNKTFÖRMIGE) LICHTQUELLEN IX. 1 Lichtstärke ausgedehnter Lichtquellen 104 IX.2 Andere Ausdrucksform für das photometrische Entfernungsgesetz. 109

4 INHALTSVERZEICHNIS IX IX. 3 Allgemein gültige Formel für die Beleuchtungsstärke, die durch vollkommen diffus strahlende, kreisförmige Lichtquellen erzeugt wird IX. 4 Weitere Beweise für die Formel E= nl sin 2 u 112 IX. 5 Leuchtdichte von Lichtbündeln 116 IX. 6 Vergleich der Beleuchtungsstärkenberechnung nach den Formeln E = Leo und E = nl sin 2 u 117 IX. 7 Anwendung der Formel E nl sin 2 u = I/a 2 in einigen besonderen Fällen 118 IX. 8 Beleuchtungsstärke bei einer vollkommen diffus strahlenden kreisförmigen Lichtquelle in Ebenen parallel zur Lichtquelle 120 IX. 9 Beleuchtungsstärke bei linienförmigen Lichtquellen 124 IX. 10 Beleuchtungsstärke bei linienförmigen Lichtquellen bei exakter Berechnung und bei Berechnung mit dem photometrischen Entfernungsgesetz 128 IX. 11 Andere ausgedehnte Lichtquellen 132 IX. 12 Die Bedeutung dieser Betrachtungen für die Beleuchtungsstärke bei praktisch gebräuchlichen Lichtquellen 132 Kapitel X REFLEXION, ABSORPTION, TRANSMISSION X. 1 Reflexion, Absorption, Transmission 135 X. 2 Gerichtete Reflexion 135 X. 3 Reflexionsgrade elektrisch nicht leitender Stoffe 138 X. 4 Reflexionsgrade elektrisch leitender Stoffe 140 X. 5 Diffuse oder gestreute Reflexion 141 X. 6 Vollkommen gestreute Reflexion 145 X. 7 Leuchtdichtefaktor 146 X. 8 Der Leuchtdichtefaktor als Materialkonstante 149 X. 9 Glanz 153 X.10 Reflexion von Straßendecken 154 X.ll Transmission 160 X.12 Schwärzung 161 X.13 Streuvermögen 163 X.14 Mehrfache Reflexion 164 X.15 Absorption 167 X.16 Absorption von gefärbten Filtern 171 X.17 Die Farbe reflektierten Lichtes 172 Kapitel XI LICHTTECHNISCHE EIGENSCHAFTEN OPTISCHER SYSTEME XI. 1 Einleitung 174 XI. 2 Beziehung zwischen Leuchtdichte und Brechungsindex, Abbesches Gesetz 174 XI. 3 Leuchtdichte von Bildern die durch Linsen und Spiegel geformt werden, und von Linsen und Spiegel selbst 178 XI.4 Optische Systeme als Lichtquellen, Austrittspupille optischer Systeme 182 XL 5 Ermittlung der Austrittspupille von optischen Systemen, Eintrittspupille 184 "XXI.6 Objekt im Brennpunkt einer Linse. Streuwinkel 186

5 X INHALTSVERZEICHNIS XI. 7 Austrittspupille von Linsenoptiken, Vignettierung 188 XI. 8 Der Lichtstrom in optischen Systemen. Öffnungsverhältnis von Optiken 193 XI. 9 Einige Bemerkungen über Spiegeloptiken 195 XI.10 Trommellinsen 195 XI. 11 Zylindrische Spiegel 196 XI.12 Facettenspiegel 198 XL 13 Optische Systeme für Bildprojektion 199 XI.14 Diaskopische Projektion 199 XI.15 Stehbildprojektion 201 XI.16 Normalfilmprojektion 204 XI.17 Schmalfilmprojektion 207 XI. 18 Lichtstrom in Projektionssystemen 208 XI. 19 Die episkopische Projektion 209 Kapitel XII DAS PHOTO METRISCHE MASSYSTEM XII.l Einleitung 212 XII.2 Das Leuchtdichte-Kriterium 213 XII.3 Leuchtdichte farbigen" Lichtes 215 XII.4 Internationale spektrale Hellempfindlichkeitskurve 217 XII.5 Das Additivitätsgesetz 220 XII.6 Definitionen der photometrischen Größen und Einheiten, basiert auf der internationalen spektralen Hellempfindlichkeit 221 XII.7 Das Sehen bei hohen und niedrigen Leuchtdichten. Der Purkinje- Effekt 225 XII.8 Helligkeit 228 XII. 9 Unterschieds-Schwelle und Unterschiedsempfindlichkeit 230 TEIL II LICHTMESSUNGEN Kapitel XIII ALLGEMEINES ÜBER DIE PRAKTISCHE PHOTOMETRIE XIII. 1 Einleitung. Grundsätze der subjektiven und objektiven Photometrie. 237 XIII.2 Normallichtquellen 238 XIII. 3 Simultan- und Substitutionsmethode 242 XIII.4 Einige praktische Winke 242 Kapitel XIV SUBJEKTIVE PHOTOMETRIE UND PHOTOMETER XIV. 1 Das Prinzip des subjektiven Photometers 246 XIV. 2 Konstruktion von Photometerfeldern 249 XIV.3 Lichtschwächungsvorrichtungen in Photometern 255 XIV.4 Die Photometerbank. Beispiele für visuelle Photometer 259 XIV.5 Isochrome und heterochrome visuelle Photometrie 263 XIV.6 Wahl des Beobachters

6 INHALTSVERZEICHNIS XI Kapitel XV OBJEKTIVE PHOTOMETRIE UND PHOTOMETER XV. 1 Prinzip der objektiven Photometrie und Photometer 267 XV.2 Photozellen 268 XV.3 Sperrschichtelemente 273 XV.4 Bolometer und Thermoelemente 283 XV. 5 Photographische Photometrie 284 XV.6 Objektive Photometer für heterochrome Photometrie 285 Kapitel XVI LICHTSTÄRKEMESSUNG XVI. 1 Prinzip der Lichtstärkemessung 290 XVI.2 Photometerbank. 290 XVI.3 Lichtverteilungsmeßgeräte 293 XVI.4 Messung von Scheinwerfern 297 XVI.5 Photometer mit teilweise ausgeleuchteter Pupille 299 Kapitel XVII MESSUNG VON LICHTSTROM, LICHTMENGE UND LICHTSTROMDICHTE XVII. 1 Die Ulbrichtsche Kugel als photometrisches Hilfsgerät 303 XVII.2 Beleuchtungsstärke des Meßfensters bei idealer" Kugel 304 XVII. 3 Beleuchtungsstärke des Meßfensters einer nicht idealen Kugel XVII.4 Maßnahmen zur Annäherung des Meßergebnisses bei nicht idealen Kugeln an den Idealfall 307 XVII.5 Die Lichtstrommessung bei Leuchtstofflampen und den zugehörigen Leuchten 316 XVII.6 Bestimmung des Lichtstromes aus Lichtverteilung oder Isoluxdiagramm 320 XVII.7 Messung der Lichtmenge 320 XVII.8 Messung der Lichtstromdichte 321 Kapitel XVIII MESSUNG DER BELEUCHTUNGSSTÄRKE XVIII.1 Einleitung 323 XVIII.2 Messung mit Hilfe von Laboratoriums-Photometern 323 XVIII.3 Subjektive (visuelle) Luxmeter 324 XVIII.4 Objektive Luxmeter 325 XVIII.5 Eichung von Luxmetern 328 Kapitel XIX MESSUNG DER LEUCHTDICHTE XIX. 1 Direkte subjektive Leuchtdichtemessung 330 XIX.2 Subjektive und objektive Leuchtdichtemessung mittels Beleuchtungsstärkemessung 334 XIX.3 Messung der Leuchtdichteverteilung 336 XIX.4 Größenbestimmung der Austrittspupille von Linsen 340

7 XII INHALTSVERZEICHNIS Kapitel XX MESSUNG DER REFLEXION, TRANSMISSION UND ABSORPTION XX. 1 Messung des Reflexionsgrades 342 XX.2 Messung des Transmissionsgrades 348 XX.3 Messung der Absorption 350 XX.4 Messung von Leuchtdichtefaktoren, Glanzmessung 351 ANHANG Internationale Zusammenarbeit in der Lichttechnik 361 Lichtverteilungskurven und zonale Lichtstromdiagramme einiger Leuchten. 364 Tabelle I: Raumwinkeltabelle 373 Tabelle II: Die Werte von cos 3 acos 3 /? für eine Anzahl von Winkeln a und ß 374 Tabelle III: Die Werte von tg /?/cos a für eine Anzahl von Winkeln a und ß 376 Tabelle IV: Die Beleuchtungsstärke-Einheiten und ihre gegenseitigen Tabelle Verhältnisse 378 V: Die Leuchtdichte-Einheiten und ihre gegenseitigen Verhältnisse 379 Tabelle VI: Werte der Internationalen spektralen Hellempfindlichkeit 380 Tabelle VII: Werte der Internationalen spektralen Empfindlichkeit für das dunkeladaptierte Auge 381 Tabelle VIII: Die Strahlungsgrößen und die damit übereinkommenden lichttechnischen Größen 382 Stichwortverzeichnis 383