Lichtsensibilität des menschlichen Auges
(im Vergleich: rote Linie: Selen-Photozelle Megatron M)
nach Thomson 1994, Fig.63
Aufgrund der großen Anpassungsfähigkeit des menschlichen Gesichtssinns lassen sich beleuchtungstechnische Größen wie Beleuchtungsstärke, Leuchtdichte oder Reflexionsgrad mit bloßem Auge schlecht schätzen. Fotometrische Messungen sind deshalb nur mit entsprechenden Messgeräten möglich. Luxmeter messen die Beleuchtungsstärke, also den auf die Messstelle auftreffenden Lichtstrom, Leuchtdichtemesser stellen das reflektierte Licht am Messort fest.
Eine sehr grobe Luxmessung ist mit der Spiegelreflexkamera möglich (Nedcc): Bei Kameraeinstellung 800 ASA und 1/60 sec wird ein 35 mm Objektiv auf einen weißen Karton 30 - 40 cm gerichtet. Die Blende wird eingestellt bis die Kamera eine korrekte Belichtung anzeigt. Blende 4 entspricht sodann 50 lux, Blende 5,6 = 100 lux, Blende 8 = 200 lux, usw.
| Die spektrale Empfindlichkeit des menschlichen Auges
(s.o.) wird bei Helligkeitsmessungen berücksichtigt: Luxmeter sind daher mit speziellen Photozellen ausgestattet, die eine ähnliche spektrale
Hellempfindlichkeit besitzen wie das menschliche Auge, also im Bereich Grüngelb
besonders empfindlich sind.
Lichtsensibilität des menschlichen Auges (im Vergleich: rote Linie: Selen-Photozelle Megatron M) nach Thomson 1994, Fig.63 |
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Luxmeter messen somit nicht, wie energiereich eine Strahlung ist oder wie schädlich die Beleuchtung für die Kunstwerke sein kann, sondern nur wie hell die Beleuchtung dem menschlichen Auge erscheint. Dies ist ein fundamentaler Unterschied. Da das Gelblicht überbetont und das weit gefährlichere Blaulicht kaum mitgezählt wird, sind Luxmessungen im Grunde ziemlich ungeeignet zur Beurteilung, wie schädlich ein Beleuchtungszustands für die Kunstwerke ist (Näheres bei Padfield).
Anstatt der rascher ermüdenden Selen-Photozellen werden heute hauptsächlich Silizium-Elemente verwendet, deren Empfindlichkeit weit in den infraroten Bereich hineinreicht. Sie werden daher auch für Infrarotkameras verwendet. Mit entsprechenden Filtereinrichtungen gelingt es, die Empfindlichkeitskurve des Luxmeters mehr oder weniger mit der spektralen Empfindlichkeitskurve des menschlichen Auges in Übereinstimmung zu bringen (Ris 1992, S. 331). Mit anderen Filtern lässt sich die Kurve abflachen, sodass jede Wellenlänge gleich bewertet wird (in Watt). Schmalbandfilter bewerten nur einen schmales Wellenband. Das Verhältnis zwischen zwei schmalen Wellenbändern kann zur Überwachung der Farbtemperatur dienen.
Für den praktischen Einsatz im Museum kommen hauptsächlich
Luxmeter und
Leuchtdichtemesser der Genauigkeitsklasse B in Frage, bei denen z.B. 6%
Abweichung von der spektralen Empfindlichkeitskurve zulässig sind. Geräte der
Genauigkeitsklasse A und L sind hauptsächlich für Laboranwendungen, Geräte
der Klasse C nur für einfache Messaufgaben gedacht. Die Abweichung von der
spektralen Empfindlichkeitskurve ist jedoch nicht die einzige Quelle für
Messfehler: Einfluss der Umgebungstemperatur, von UV- und IR-Strahlung. Fehler
des Anzeigegeräts etc. Wichtigstes Kriterium für die Genauigkeit ist der Gesamtfehler,
der bei Geräten der Klasse B 10% betragen darf. Viele Hersteller billiger
Luxmeter geben nur den Fehler bei 1 Testkriterium an (z.B. cos-i -Abweichung).
Dies besagt nichts über den tatsächlichen Gesamtfehler.
Der Gesamtfehler ist allerdings nur eine rechnerische Größe, in die alle Fehler in gewissem Umfang mit eingerechnet sind. Der Temperatureinfluss ist z.B. nur bei 1°C Temperaturunterschied einberechnet; d.h. der tatsächliche Fehler eines Geräts der Klasse B kann in einer konkreten Situation, z.B. bei tiefen Temperaturen, durchaus höher als 10% sein.
| Ein wichtiger Faktor ist der Einfallswinkel.
Durch Reflexion auf der Oberfläche des Filters ergibt sich bei nicht
korrigierten Fotoelementen bei im Winkel von 60° einfallendem Licht ein Messfehler von 40%. Mit einer Streuscheibe aus
lichtstreuendem Material (Teflon, oder gesintertem Quarzglas, z.B. ELSEC), einem
Abschattring und entsprechenden Filteroberflächen lässt sich der Fehler
in Grenzen halten. Bei vielen Geräten kann man durch einen cos-i-Vorsatz,
bestehend aus einer sphärischen lichtstreuenden Kalotte, die auf das
Fotoelement aufgesetzt wird, den Fehler verkleinern. Alles einfallende
Licht wird in dieser Kalotte gleichmäßig gestreut und damit vom
Fotoelement richtig bewertet (Ris 1992,
S. 333, ausführlicher: Ryer
2000)
Kurve eines Luxmeters mit guter cos-i-Korrektur, aus http://spectracine.com |
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Die Messung der Beleuchtungsstärke hat stets parallel zur Oberfläche zu erfolgen, bei Gemälden also in senkrechter Position und nicht etwa der Lichtquelle zugewandt. Bei verglasten Gemälden müsste die Messung durch eine vorgesetzte gleichartige Scheibe erfolgen. Verglasungen ohne Entspiegelung vermindern den Lichteinfall bei senkrechter Beleuchtung um ca.10 %; bei schräg einfallendem Licht sind die Reflexverluste u.U. weit höher, bis annähernd 100%.
Für das menschliche Auge ist nicht entscheidend, wie stark ein Gegenstand beleuchtet wird, sondern wie viel Licht zum Auge zurückgeworfen wird. Die Leuchtdichte entscheidet darüber, ob das Auge genügend Licht erhält, um eine gute Sehleistung zu entwickeln. Zur Leuchtdichtemessung werden auf die Luxmeter spezielle Rohradapter aufgesetzt, die nur Licht in einem kleinen Winkel durchlassen. Die Adapter verfügen innen über genau berechnete Lochblenden.
aus:
www.mx-electronic.de
Warum UV-Messung?
Auch gute UV-Filter besitzen nur eine eingeschränkte Lebensdauer (z.B. Optivex: 4000 h).
Die Messung ist die einzige Methode, um die Qualität der gelieferten Filter zu testen: Am Augustinermuseum Freiburg musste eine komplette Lieferung UV-Filter eines namhaften Leuchtenherstellers zurückgeschickt werden, weil diese nur 30% UV ausfilterten!
Wer UV filtern möchte, benötigt ein UV-Messgerät.
UV-A-Sensoren sind für alle Wellenlängen zwischen 300 - 400 nm in etwa gleich empfindlich. Das Schädigungspotential bei 300 nm ist allerdings etwa zehnfach höher als bei 400 nm (Michalski 1987). Es wäre daher durchaus von Interesse zu wissen, ob es sich bei der gemessenen UV-Strahlung eher um langwellige UV-A-Strahlung (z.B. Glühlampe) oder um harte, kurzwellige UV-A-Strahlung handelt (z.B. Tageslicht). Bei den gängigen Geräten ist dies nicht möglich. Anders als die Luxmessung ist die UV-Messung nicht genormt. Es lässt sich somit keine objektive Genauigkeit angeben. Diagramme geben Auskunft über die Empfindlichkeit des Sensors für verschiedene Wellenlängen.
Geräte wie dieser Radiometer Gröbel RM 12
lassen sich mit unterschiedlichen Messköpfen bestücken, für UV-A, UV-B, UV-C,
aber auch für Lux und Blaulicht.
UV-B wird in Museen ja größtenteils durch das gewöhnliche Fensterglas
ausgefiltert. Manche Leuchtmittel emittieren jedoch auch eine gewisse Menge
UV-B. Ggf. lassen sich auch UV-B-Entkeimungslampen damit überprüfen
Die Strahlungsmessung des Blaulichts wäre ja, wie Padfield
bemerkt, wesentlich aussagekräftiger bezüglich des Schädigungspotentials einer
Beleuchtungssituation als es die Luxmessung ist.
Ein wichtiges Kriterium ist die Empfindlichkeit bei niedrigem UV-Anteil. Während der ELSEC 764 erst ab 8 µW/lm anzeigt, zeigt das Krochmann UV-Messgerät noch Werte bis 2 µW/lm. Dieser kleine Unterschied ist nicht unerheblich, wenn es darum geht, die gute Filterung bzw. beginnende Alterung der Filter zu messen.
Typische Silizium Photodioden sind nur bis 1100 nm empfindlich. Spezielle Sensoren wie InGaAs verfügen über eine hervorragende Empfindlichkeit von 850 - 1700 nm. Da die Sensoren auf Wärmestrahlung ansprechen, können Personen im Gesichtsfeld das Messergebnis verfälschen. Infrarotstrahlen sind schwierig zu bündeln und zu manipulieren, daher werden IR-Messungen meist mit dem nackten Sensor durchgeführt, ohne Diffusor, Filter oder Linsen (Ryer 2000). Der ELSEC 774 misst die IR-Strahlung durch ein Thermoelement mit KBr-Fenster.
Nützliche Information zur Farbmessung findet sich etwas versteckt auf der Seite von Minolta (oder als pdf oder auf Englisch).
Mit
Farbmessgeräten wie dem Colormaster 3F
lässt sich die exakte Farbtemperatur des Lichts bestimmen.
Objektives Messen von Farben
und Farbveränderungen objektiv messen ist mit
Colorimetern möglich wie dem
Minolta Chroma Meter.
Noch genauere Farbmessungen erlauben
Spektrophotometer (rechts).
Langzeit-Messungen
Um die Lichtbelastung über längere Zeiträume und unterschiedliche Beleuchtungssituationen hinweg quantifizieren zu können, lassen sich Lichtsensoren an Datenlogger anschließen. Einfache Kompaktgeräte, die UV- oder Luxmessungen aufzeichnen, sind die Tinytalk Lux- oder UV-Logger. Mit dem ELSEC 764 lässt sich beides gleichzeitig erfassen. Mit geeigneter Software lässt sich die Summe der im Messzeitraum eingefallenen Lichtmenge addieren (z.B. mit Lufft Luxmeter 8346.1OP, Opus 200 mit Smartgraph Profiversion. Das Ergebnis wird in Kiloluxstunden (klxh) angegeben.