Photometrie
Was ist Photometrie?
Mit Photometrie/Fotometrie werden Verfahren zur Messung des sichtbaren Lichts im Wellenlängenbereich mit einem Photometer bezeichnet.
Ursprünglich ist die Photometrie ein Teilgebiet der Physik beziehungsweise der Astronomie und der Fotografie. Heutzutage ist sie aber eine reguläre Ingenieurwissenschaft.
Die Photometrie wird in der Photovoltaik zur Qualitätssicherung und Qualitätskontrolle ständig weiterentwickelt.
Sie ist, ebenso wie die verwandte Kalorimetrie, Standardmethode bei der Entwicklung von optischen Technologien wie der Lasertechnik.
Zudem findet sie in der (bio-)chemischen und medizinischen Analytik (Proben) Verwendung und erlaubt den Nachweis ebenso wie die Verfolgung der Dynamik chemischer Prozesse von strahlungsabsorbierenden chemischen Verbindungen sowie deren Intensität.
Transmissionsmessung
Die stofflichen Zusammensetzung und die Konzentration bestimmen die Absorption und Farbe von Flüssigkeiten oder von transparenten Festkörpern.
Will man beispielsweise die Konzentration einer Lösung messen, muss zu aller erst ein Wellenlängen Bereich des Lichtes festlegt werden, das von den Ionen oder Molekülen einer Lösung absorbiert wird. Das ausgewählte Licht einer Wellenlänge (monochromatisches Licht) kann z.B. mit Filtern oder einer Spektrallampe erzeugt werden.
Wenn die Lösung mit monochromatischen Licht bestrahlt wird, hängt die Absorption zum einen von der Konzentration des absorbierenden Stoffes ab und zum anderen von der Strecke, die das Licht durch die Lösung zurücklegen muss. Die Transmission wird in die Extinktion umgerechnet, um den Transmissionsgrad in Abhängigkeit von der Konzentration darzustellen.
Die Extinktion E ist der negative dekadische Logarithmus des Transmissionsgrades T.
Reflexionsmessung
Photometrische Untersuchungen betreffen hier vorrangig die Farbbewertung von Oberflächen, um eine Qualitätssicherung bei der Farbgebung sicherstellen zu können.
Hierbei werden kalibrierte, mittels Filtern bei mehreren Wellenlängen messende Fotosensoren eingesetzt.
Zudem kann aus der möglicherweise von Wellenlängen abhängigen diffusen Reflexion auch auf die Oberflächenstruktur geschlossen werden.
Bewertung von Lichtquellen
Die photometrischen Bewertung von Lichtquellen erfolgt meist anhand lichttechnischer Größen wie Lichtstrom, Lichtdichte oder Lichtstärke. Hierbei wird die Empfindlichkeit des menschlichen Auges mittels Hellempfindlichkeitskurven berücksichtigt.
Mit Hilfe der V-Lambda-Kurven für photopisches und skotopisches Sehen können aus radiometrischen Einheiten photometrische Einheiten berechnet werden.
Eigenschaften wie die Farbtemperatur und die Lichtfarbe sind ebenso dazu da die Lichtquellen photometrisch zu bewerten.
Photometrische Größen
Photometrische Größen werden aus den dazugehörigen radiometrischen Größen abgeleitet. Unterschied zwischen photometrischen und radiometrischen Größen ist, dass bei den photometrischen Größen die Empfindlichkeit des Betrachters mit einbezogen wird. Um auf die photometrischen Größe zu kommen, müssen die radiometrischen Größen mit der spektralen Hellempfindlichkeitskurve multipliziert werden.
- Lichtstrom
Lichtstrom gibt an, wie viel sichtbares Licht pro Zeiteinheit eine Lichtquelle abgibt bzw. ein beleuchtetes Objekt empfängt. Er entspricht der Strahlungsleistung der elektromagnetischen Strahlung (in Watt) gewichtet mit der Empfindlichkeit des menschlichen Auges.
Für den Lichtstrom wird das Lumen (lm) und nicht das Watt verwendet, um zu verdeutlichen, dass es sich hier um eine photobiologische Größe handelt und es nicht eine objektiv, physikalische Größe ist.
- Lichtstärke
Die Lichtstärke beschreibt den Lichtstrom, der von der gesamten Lichtquelle in eine bestimmte Richtung abgegeben wird. Sie ist definiert als Lichtstrom pro Element des Raumwinkels. Sie wird in der SI-Einheit Candela angegeben.
- Beleuchtungsstärke
Die Beleuchtungsstärke beschreibt die Flächendichte des Lichtstroms, der auf die beleuchtete Fläche fällt – beispielsweise die Ausleuchtung eines Arbeitsplatzes oder einer Kinoleinwand.
Die Beleuchtungsstärke wird in der SI-Einheit Lux angegeben.
- Leuchtdichte
Die Leuchtdichte entspricht im Wesentlichen der Lichtstärke. Nur mit dem Unterschied, dass die Lichtdichte nur die Strahlen von eine bestimmten Flächenelement berücksichtigt. Die Leuchtdichte bestimmt den Helligkeitseindruck, den das Auge von der betrachteten Fläche gewinnt.
