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Definition und Realisierung photometrischer Einheiten

Lichtstärke

In der Photometrie werden besondere Einheiten verwendet, die alle von der Einheit der Lichtstärke abgeleitet werden. Diese Einheit ist eine der sieben Basiseinheiten im SI-Einheitensystem. In alten Definitionen der photometrischen Basiseinheit wurde einem "Primärnormal"ein bestimmter Lichtstärkewert zugeordnet. Dies war bis 1979 ein Hohlraumstrahler (Schwarzer Strahler) bei der Temperatur des erstarrenden Platins, dessen Leuchtdichte durch die Angabe einer bestimmten Fläche in eine Lichtstärke umgewandelt wurde [E1].

Die Candela ist die Lichtstärke in einer bestimmten Richtung einer Strahlungsquelle, die monochromatische Strahlung der Frequenz 540 THz aussendet und deren Strahlstärke in dieser Richtung 1/683 Watt durch Steradiant beträgt.

In der Definition ist keine spektrale Bewertung angegeben. Die praktische Anwendung erfordert aber eine Bewertungsfunktion. Deshalb wurde 1982 von der CIPM (Commission International des Poids et Mesures) die Anwendung der Definition zusammen mit den Funktionen der spektralen Hellempfindlichkeitsgrade des menschlichen Auges  V(λ)  für photopisches Sehen bzw.  V '(λ)  für skotopisches Sehen [E3] vorgeschrieben. Ausführlich werden diese Zusammenhänge z.B. in [E4] diskutiert.

Auf dieser Basis erfolgt heute die Realisierung der Lichtstärkeeinheit, Candela (cd), mit Glühlampen als Lichtstärke-Normale, die mit Photometern kalibriert werden. Die Photometer wirken als Transfer-Normale zur radiometrisch mit einem Kryoradiometer gemessenen Strahlungsleistung. Zur Bewahrung der photometrischen Basiseinheit wird in der PTB ein ganzes Netzwerk aus Lampen und Photometern verwendet [E5].

Lichtstrom

Die volkswirtschaftlich wichtigste photometrische Größe ist der Lichtstrom mit der Einheit Lumen (lm). Der Lichtstrom einer Lichtquelle gibt an, wieviel Licht sie in alle Richtungen des umgebenden Raumes emittiert. Die Einheit des Lichtstroms wird in der PTB goniophotometrisch von der Basiseinheit der Lichtstärke abgeleitet.

Beleuchtungsstärke

Die Beleuchtungsstärke ist die messtechnisch herausragende Größe, sie wird in der Einheit Lux (lx) angegeben. Zur Messung werden an den spektralen Hellempfindlichkeitsgrad V(λ) angepasste Photometer (hier Luxmeter) verwendet, die durch ihre photometrische Empfindlichkeit gekennzeichnet werden. Ihre Richtungsabhängigkeit kann auch an besondere geometrische Bewertungen (z.B. planar, räumlich) angepasst sein [E6].

Leuchtdichte

Die Leuchtdichte gewinnt zunehmend an Bedeutung, ihre Einheit ist cd·m-2 und hat keinen eigenen Namen. Sie dient zur Kennzeichnung z.B. von Displays und sie wird auch mit ortsauflösendem Empfänger (CCD-Kamera) gemessen.


Literatur

[E1] Comptes Rendus des Séances de la 9e Conférence Générale des Poids et Mesures (CGPM), Paris 1948, 53,  BIPM, F-92310 Sèvres, France
[E2] Comptes Rendus des Séances de la 16e Conférence Générale des Poids et Mesures (CGPM), Paris 1979, 100, BIPM, F-92310 Sèvres, France
[E3] BIPM Com. Cons. Phot. Radiometrie, 1982, 10
[E4] Sauter, G., Die Candela: Erläuterungen zum Verständnis der Definition und der Realisierung; PTB-Mitteilungen 107, 1997
[E5] W. Erb, G. Sauter; PTB network for realization and maintenance of the candela; Metrologia, 1997, 34, 115-124
[E6] DIN 5032, Teil 6; Begriffe, Eigenschaften und Kennzeichnung von Photometern